專利名稱：噴墨打印頭設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨打印機(jī)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種壓電噴墨打印頭。
本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道噴墨打印機(jī)，特別是具有由電信號(hào)激活的壓電轉(zhuǎn)換器的按需噴墨型噴墨打印頭。典型的打印頭由機(jī)械連接到墨室上的轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，其中向轉(zhuǎn)換器材料加電信號(hào)而使轉(zhuǎn)換器形狀或尺寸在墨室內(nèi)發(fā)生變化，或使轉(zhuǎn)換器變形而進(jìn)入墨室中，因而導(dǎo)致油墨從墨室孔中噴出。現(xiàn)有技術(shù)中的打印頭機(jī)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)是，它們的整體尺寸較大，因而不能都被裝入一個(gè)緊湊陣列中；這降低了可獲得的輸出網(wǎng)點(diǎn)密度，從而降低了打印機(jī)的整體打印清晰度?，F(xiàn)有技術(shù)裝置中的另一個(gè)缺點(diǎn)是，這些裝置中的大量組件會(huì)增加成本及加大加工難度。此外，當(dāng)將現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備按順序放入同一陣列而制成多通道打印頭時(shí)，這些設(shè)備會(huì)在相鄰墨室之間產(chǎn)生人們不希望出現(xiàn)的“交擾”，這影響了打印頭的精確噴墨。
因此，本領(lǐng)域需要一種既簡(jiǎn)便又經(jīng)濟(jì)地制造出的噴墨打印頭機(jī)構(gòu)，為了加大輸出網(wǎng)點(diǎn)密度，該打印頭還能被裝入一個(gè)用于多通道打印頭的緊湊陣列中。此外，還需要一種減小不希望有的交擾效應(yīng)的多通道打印頭機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明包括一種噴墨打印頭，其中轉(zhuǎn)換器電極的布置與轉(zhuǎn)換器材料的特定極化方向(總極化方向)共同產(chǎn)生了打印頭剪切式(Shear mode)激活和打印頭普通(Normal mode)激活的有效組合。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，打印頭轉(zhuǎn)換器由第一壁部、第二壁部和底部構(gòu)成，其中所述壁部?jī)?nèi)壁和底部?jī)?nèi)壁形成了油墨通道的三個(gè)側(cè)面。壁部上表面構(gòu)成打印頭第一表面，底部下表面構(gòu)成對(duì)置的轉(zhuǎn)換器第二表面。構(gòu)成普通電極的金屬噴鍍層涂覆在油墨通道的內(nèi)表面上，并沿第一壁部上表面和第二壁部上表面涂覆此金屬噴鍍層。構(gòu)成可尋址電極的第二金屬噴鍍層覆蓋了整個(gè)底部外表面以及第一壁部與第二壁部的部分外表面。構(gòu)成打印頭轉(zhuǎn)換器的壓電材料的極化方向基本垂直于在第一壁部和第二壁部的可尋址電極和普通電極之間的電場(chǎng)方向，于是當(dāng)給可尋址電極輸入電驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生了壁部的剪切式激活變形，即壁部相向變形或遠(yuǎn)離對(duì)方。構(gòu)成打印頭轉(zhuǎn)換器的壓電材料的極化方向基本平行于在底部中心的可尋址電極和普通電極之間的電場(chǎng)方向，當(dāng)加載電驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生了底部中心的普通激活。構(gòu)成可尋址電極的金屬噴鍍層的高度最好等于壁部高度的一半。構(gòu)成普通電極的金屬噴鍍層的電位最好為零。
本發(fā)明還包括許多能緊湊地裝在油墨通道的線性陣列中的噴墨機(jī)構(gòu)。此陣列包括由壓電材料片、膜或塊構(gòu)成的轉(zhuǎn)換器，其中在壓電片第一表面內(nèi)切出了一系列油墨通道。對(duì)置的壓電片第二表面包含一系列通氣道，各通氣道被各油墨通道隔開。構(gòu)成普通電極的金屬噴鍍層涂覆在片材第一表面和各油墨通道的內(nèi)表面上。構(gòu)成可尋址電極的第二金屬噴鍍層涂覆在第二表面和各通氣道的內(nèi)表面上。最初，第二金屬噴鍍層將各條通氣道連在一起。各條通氣道的底部切出一條電極分離通道，分離通道將第二金屬噴鍍層在相鄰?fù)獾篱g的連接斷開，它還使在通氣/電極分離兩用通道內(nèi)的縫隙進(jìn)一步向壓電塊第一表面加深。這種轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)對(duì)油墨通道陣列很有利，即它使相鄰油墨通道間的機(jī)械交擾最小。一個(gè)替代實(shí)施例通過將油墨從一個(gè)蓄墨容器中經(jīng)一條或多條帶槽的油墨通道而輸入油墨通道的方式而進(jìn)一步減少了交擾、該帶槽油墨通道的作用是抑制壓力波從一條油墨通道傳向另一條油墨通道。
本發(fā)明的這些和其它一些方面將伴隨附圖在下面的說明和解釋中進(jìn)行更充分的描述。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的單油墨通道的噴墨打印頭機(jī)構(gòu)的側(cè)剖視圖。
圖2是圖1所示的噴墨打印頭機(jī)構(gòu)的局部透視圖。
圖3A是用于圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例的油墨通道組的轉(zhuǎn)換器片材結(jié)構(gòu)局部的主視圖。
圖3B是圖3A所示的轉(zhuǎn)換器片材的透視圖。
圖4A-圖4B表示壓電材料單元的普通激活。
圖5A-圖5B表示壓電材料單元的剪切式激活。
圖6是優(yōu)選的打印頭轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)的局部圖，其中示出了建立的電場(chǎng)。
圖7和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的優(yōu)選打印頭機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換器的機(jī)械變形。
圖9描述了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一個(gè)打印頭機(jī)構(gòu)。
圖10描述了本發(fā)明實(shí)施例的供墨機(jī)構(gòu)。
圖11是本發(fā)明的另一個(gè)打印頭轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)的主視圖，其中可尋址電極的金屬噴鍍層不對(duì)稱地涂在第一壁部和第二壁部上。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的打印頭轉(zhuǎn)換器的主視圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)成的、且用于壓電噴墨打印機(jī)的噴墨打印頭機(jī)構(gòu)20的單通道的側(cè)剖視圖。打印頭機(jī)構(gòu)20包括一個(gè)由壓電材料形成的打印頭轉(zhuǎn)換器2，此轉(zhuǎn)換器中開有一條油墨通道29。該油墨通道29的一端與一塊帶孔38的噴嘴板33相接。一塊后蓋板48適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ谟湍ǖ?9的另一端上。打印頭轉(zhuǎn)換器2的底部36形成油墨通道29的底，同時(shí)油墨通道蓋31被固定在打印頭轉(zhuǎn)換器2的上開口上。油墨從蓄墨容器10中經(jīng)后蓋板48內(nèi)的供墨通道47被輸給油墨通道29。如下面詳細(xì)描述的那樣，激活打印頭轉(zhuǎn)換器2而從油墨通道29中經(jīng)噴嘴板33的孔38噴墨。
參見圖2，詳細(xì)示出了圖1所示的打印頭轉(zhuǎn)換器2。優(yōu)選的打印頭轉(zhuǎn)換器2包括第一壁部32、第二壁部34和底部36。第一壁部32的上表面和第二壁部34的上表面構(gòu)成了打印頭轉(zhuǎn)換器第一表面7，同時(shí)底部36的下表面構(gòu)成了對(duì)置的打印頭轉(zhuǎn)換器第二表面9。油墨通道29的三個(gè)側(cè)面由底部36的內(nèi)表面和壁部32、34的內(nèi)壁面構(gòu)成，油墨通道29是一條切入打印頭轉(zhuǎn)換器2的壓電材料中的狹長(zhǎng)通道，它順著打印頭轉(zhuǎn)換器2的第一上表面7留下了縱向開口。如上所述，當(dāng)油墨通道29的一端被后蓋板48蓋住(圖2中未示出板33和48)時(shí)，油墨通道29的另一端被噴嘴板33(圖1)蓋住。金屬噴鍍層24涂覆在油墨通道29的內(nèi)表面以及第一壁部32與第二壁部34的上表面上。油墨通道蓋31被固定在打印頭轉(zhuǎn)換器2的第一表面7上，從而蓋住油墨通道29的縱向側(cè)開口。第二金屬噴鍍層22涂覆在底部36的外表面、第一壁部32的大約半個(gè)外表面和第二壁部34的大約半個(gè)外表面上。
金屬噴鍍層22構(gòu)成了可尋址電極60，該電極60與外部信號(hào)源相連以便產(chǎn)生電驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)激活打印頭轉(zhuǎn)換器2的壓電材料。在優(yōu)選實(shí)施例中，金屬噴鍍層24構(gòu)成一個(gè)電位為零的普通電極62。另一方面，普通電極62也可與外部電壓源相連以便接收電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。但由于金屬噴鍍層24觸及到油墨通道29內(nèi)的油墨，所以普通電極62的電位為零是很有利的。普通電極的電位為零可以減小對(duì)普通電極和對(duì)油墨通道29中的油墨產(chǎn)生電解作用的可能性。電解會(huì)損壞普通電極62和/或油墨的性能和結(jié)構(gòu)。
盡管其它壓電材料也可用于本發(fā)明，但構(gòu)成打印頭轉(zhuǎn)換器2的優(yōu)選壓電材料為PZT。打印頭轉(zhuǎn)換器2的總極化矢量方向(“極化方向”)大體沿圖2中箭頭30所示方向，即從打印頭轉(zhuǎn)換器2的第二表面9指向第一表面7的垂直方向。在本發(fā)明范圍內(nèi)，打印頭轉(zhuǎn)換器2可具有其它極化方向，其中包括與圖2中箭頭30所指方向基本相反(大約180度)的極化方向，但并不局限于此。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，打印頭轉(zhuǎn)換器2最好由單片壓電材料構(gòu)成，而不是由固定在一起而形成所需結(jié)構(gòu)的單件組合體構(gòu)成(即各壁部是固定或粘在獨(dú)立底部上的不同元件)。由于整個(gè)打印頭轉(zhuǎn)換器2是由單片壓電材料制成的，所以打印頭轉(zhuǎn)換器2的變形能力不受各轉(zhuǎn)換器元件之間的接縫或接頭的強(qiáng)度或硬度的限制。
在操作過程中，本發(fā)明根據(jù)壓電效應(yīng)原理工作，其中橫穿壓電材料的某些表面而施加電信號(hào)，這使該材料產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械扭曲或變形。通常對(duì)本發(fā)明非常重要的是，壓電材料對(duì)電信號(hào)的機(jī)械響應(yīng)主要取決于壓電材料的極化方向以及加在壓電材料上的電場(chǎng)方向。
圖4A和4B描述了典型的壓電材料的普通激活。在圖4A中，壓電材料72具有箭頭70所指的極化方向。將電源74兩端連在壓電材料72的兩個(gè)外表面上，其中電源74施加一個(gè)平行于材料72極化方向70的電場(chǎng)。如圖4B所示，此電場(chǎng)引起壓電材料72的普通機(jī)械變形，其中加載某種極性的電壓而拉長(zhǎng)了材料72，結(jié)果該材料沿平行于壓電材料72的極化方向70變長(zhǎng)和變窄。加載相反極性的電壓將壓縮材料72，結(jié)果材料沿平行于壓電材料72的極化方向70變短和變寬(如圖4B中虛線所示)。
圖5A和5B描述了典型的壓電材料76的剪切式激活。在圖5A中，壓電材料76具有箭頭78所指的極化方向。但這一次電源74連在壓電材料76兩側(cè)上，從而電壓源74所加的電壓產(chǎn)生了一個(gè)垂直于壓電材料76的極化方向的電場(chǎng)。如圖5B所示，該電場(chǎng)引起壓電材料76的剪切式機(jī)械變形，這通常使材料76變形成平行四邊形，而不象普通激活那樣被拉長(zhǎng)或壓縮。根據(jù)受外力約束或限制的方式，材料76會(huì)彎曲或扭轉(zhuǎn)。機(jī)械變形的特定方向、變形方式和變形區(qū)域在某種程度上由壓電材料76的形狀、尺寸和/或成分確定，同時(shí)也由加在材料76上的電信號(hào)的振幅、極性或頻率確定。通常，加某種極性的電壓會(huì)使材料76在第一方向上彎曲，而加相反極性的電壓會(huì)使材料76在與第一方向相反的第二方向上彎曲。
圖6是優(yōu)選的單通道打印頭轉(zhuǎn)換器2所采用的壓電材料的半個(gè)主視圖(即一個(gè)壁部和半個(gè)底部)。如上所述，金屬噴鍍層24涂在油墨通道29的內(nèi)壁面和壁部34的上表面上，從而形成了普通電極62。最好使該電極的電位為零。金屬噴鍍層22涂覆在壁部34的約半個(gè)外表面和底部36的下外表面上，從而形成了可尋址電極60。該電極有選擇地連在電信號(hào)源上以便激活打印頭轉(zhuǎn)換器2。當(dāng)對(duì)可尋址電極60加正電壓信號(hào)時(shí)，在轉(zhuǎn)換器材料中建立的外加電場(chǎng)方向大致如圖6所示。在打印頭轉(zhuǎn)換器2的底部36的中心處可以看到，在可尋址電極60和普通電極62之間形成的電場(chǎng)主體方向與壓電材料極化方向30相同，由此實(shí)際以普通激活方式使所述轉(zhuǎn)換器材料部分變形。在壁部34處，可尋址電極60和普通電極62之間的電場(chǎng)主體與極化方向30垂直，因而實(shí)際以剪切方式激活了所述轉(zhuǎn)換器部分而移向另一側(cè)壁32(見圖7)。在優(yōu)選實(shí)施例中，大致如圖6所示，在可尋址電極60和普通電極62之間建立的電場(chǎng)方向在底部36到壁部34之間不斷變化。
圖7表示優(yōu)選實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換器材料在給可尋址電極60加正電壓時(shí)的變形情況。圖7的虛線表示打印頭轉(zhuǎn)換器2在加正電壓時(shí)的變形取向范圍。由于主要以普通方式激活底部36材料，所以這部分轉(zhuǎn)換器材料在與壓電材料的極化方向30基本平行的方向上伸入油墨通道29中。由于壁部32、34的壓電材料部分基本上以剪切方式變形，所以壁部基本垂直于壓電材料的極化方向30而向內(nèi)彎曲。因此，對(duì)電極60加正電壓使打印頭轉(zhuǎn)換器2的底部36和壁部32、34內(nèi)移向油墨通道29，這導(dǎo)致油墨通道29內(nèi)的容積減小。為清楚表示起見，夸大地示出了圖7所示的轉(zhuǎn)換器變形范圍，本發(fā)明實(shí)施例實(shí)際采用的特定變形范圍是由打印頭轉(zhuǎn)換器和/或所用的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特定參數(shù)確定的。
圖8表示優(yōu)選實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換器材料在給可尋址電極60加負(fù)電壓時(shí)的變形情況。圖8的虛線表示打印頭轉(zhuǎn)換器2在給電極60加負(fù)電壓時(shí)的變形取向范圍。因?yàn)榧佑胸?fù)電壓并由于底部36的材料主要以普通方式激活，所以轉(zhuǎn)換器材料的這一部分變短和變寬。以剪切式激活壁部32、34的壓電材料部分，這樣一來(lái)，壁部遠(yuǎn)離油墨通道29而向外彎曲。因此，加負(fù)電壓導(dǎo)致油墨通道29內(nèi)部區(qū)域的凈容積增大。如圖7所示那樣，夸大地示出了圖8所示的轉(zhuǎn)換器變形范圍，而本發(fā)明實(shí)施例實(shí)際采用的特定變形范圍是由打印頭轉(zhuǎn)換器和/或所使用的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特定參數(shù)確定的。
在操作過程中，給打印頭轉(zhuǎn)換器2的可尋址電極加電信號(hào)，從而使油墨通道29的壁部產(chǎn)生機(jī)械變形或彎曲，這使油墨通道29內(nèi)的體積變化。這種體積變化在油墨通道29內(nèi)產(chǎn)生了聲壓波，所述油墨通道29內(nèi)的壓力波提供了能量，于是將油墨從打印頭設(shè)備20的孔38中噴到打印介質(zhì)上。
加在打印頭設(shè)備20的轉(zhuǎn)換器材料上的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特定參數(shù)對(duì)打印頭設(shè)備20的操作和聲壓波在油墨通道29內(nèi)的生成是很重要的?？刂扑拥碾婒?qū)動(dòng)信號(hào)的參數(shù)(即振幅、頻率、和/或加載電信號(hào)的波形)可明顯影響打印頭轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)的機(jī)械變形，而這種機(jī)械變形對(duì)油墨通道29內(nèi)的聲壓波的特性有影響，聲壓波的特性又影響了從打印頭20噴出的墨滴的大小、體積、形狀、速度和/或質(zhì)量。操作打印頭設(shè)備20的優(yōu)選方法的細(xì)節(jié)在申請(qǐng)序列號(hào)(N/A)為No.220/105的、題為“Inkjet Print Head for Producing Variable VolumeDroplets of Ink”一Lyon&Lyon的摘要中公開了，該未結(jié)案申請(qǐng)與本申請(qǐng)同時(shí)提出，而本申請(qǐng)包括了它的具體內(nèi)容，所以它就象本申請(qǐng)的一部分。如該申請(qǐng)公開的那樣，打印頭機(jī)構(gòu)20最好由具有油墨通道29的共振頻率的、振幅可變的、多脈沖正弦輸入波控制，該輸入波允許體積可變的墨滴以基本恒定速率從打印頭設(shè)備20中噴出。
參見圖11，本發(fā)明的一個(gè)替換實(shí)施例包括打印頭轉(zhuǎn)換器102，其中形成可尋址電極104的金屬噴鍍層不對(duì)稱地涂覆在第一側(cè)壁部106的外表面和第二側(cè)壁部108的外表面上。如圖11所示，涂在第一側(cè)壁部106上的可尋址電極金屬噴鍍層104的高度為H1，覆在第二側(cè)壁部108上的涂層104的高度為H2，H1和H2不相等。因此，給這個(gè)實(shí)施例中的可尋址電極104加電壓會(huì)使側(cè)壁部106、108不對(duì)稱地變形。圖12描述了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中打印頭轉(zhuǎn)換器110具有可尋址電極金屬噴鍍層118，此鍍層覆蓋了一個(gè)壁部116的外表面和底部112的半個(gè)外表面。在這個(gè)實(shí)施例中，在可尋址電極118上施加電壓將明顯激活半個(gè)打印頭轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)110。
參見圖3A和3B，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的多通道噴墨打印頭包括一個(gè)打印頭機(jī)構(gòu)20的陣列，每個(gè)打印頭機(jī)構(gòu)20具有一條在線性相鄰陣列中的油墨通道29，相鄰油墨通道29之間基本平行。最好只用一個(gè)壓電材料塊、片或膜21制成油墨通道陣列的轉(zhuǎn)換器部分。圖3A和3B表示壓電片21的局部，其中一系列基本相同且通常相互平行的油墨通道29開設(shè)在壓電片第一表面51內(nèi)。一系列基本相同且通常相互平行的通氣道50與壓電片第一表面51正相反地開設(shè)在第二表面53內(nèi)，各通氣道50開設(shè)在相鄰油墨通道29之間。在制作過程中，通氣道50的最初槽深度大約為各油墨通道29的槽深度的一半，所述最初槽深度大致如圖3A中虛線所示。構(gòu)成普通電極62的金屬噴鍍層24涂覆在各油墨通道29的內(nèi)表面和內(nèi)端部上以及壓電片第一表面51上。金屬噴鍍層24在油墨通道之間連續(xù)相連并且最好使該鍍層的電位為零。構(gòu)成可尋址電極的另一層金屬噴鍍層22涂覆在各通氣道50的內(nèi)表面和內(nèi)端部上(包括虛線54所標(biāo)的面)以及壓電片第二表面53上，金屬噴鍍層22最初在通氣道50的底部54將通氣道連接起來(lái)。接著，在各通氣道50中深切出一條電極分離通道52，它斷開了各金屬噴鍍層22在各通氣道50內(nèi)的相互連接。因此，各可尋址電極60的金屬噴鍍層22為獨(dú)立元件，可以獨(dú)立地且有選擇地將可尋址電極60連接到電驅(qū)動(dòng)信號(hào)源上。電極分離通道52使由通氣道50和電極分離通道52共同切入的深度所造成的切縫明顯伸向壓電片第一表面51。在優(yōu)選實(shí)施例中，這種制作方法致使形成可尋址電極60的金屬噴鍍層22順各通氣道50向下地深入到約等于相鄰油墨通道29的整個(gè)槽深度一半的位置。如果金屬噴鍍層22的上達(dá)位置離壓電片第一表面51太近，則在剪切式激活中轉(zhuǎn)換器材料的激活會(huì)使壁部32、34同時(shí)彎向和彎離油墨通道29內(nèi)部，這導(dǎo)致油墨通道29的體積變化不夠理想。如果金屬噴鍍層22離第一表面51不夠近，則轉(zhuǎn)換器材料的激活將不能使壁部32、34產(chǎn)生理想的最大變形，這同樣導(dǎo)致油墨通道29的體積變化不夠理想。然而，根據(jù)具體用途或根據(jù)本發(fā)明所用的打印頭機(jī)構(gòu)的差異，上述可尋址電極的金屬噴鍍層深度可以不相等。為了制作方便，電極分離通道52、通氣道50和油墨通道29的內(nèi)端部底面最好倒圓。
打印頭轉(zhuǎn)換器2底部36的下橫截面在正視圖中最好呈矩形。將底部36呈矩形橫截面的物理幾何形狀與由矩形底部36產(chǎn)生的電場(chǎng)的特定形狀和方向綜合考慮，而使打印頭轉(zhuǎn)換器2的剪切式激活和普通激活有效地結(jié)合。此外，矩形橫截面使底部36具有一個(gè)較寬的下表面區(qū)域，其上覆有金屬噴鍍層22而形成了可尋址電極60。在基底36下表面上的較寬表面區(qū)域產(chǎn)生了一個(gè)位于在底部36處的可尋址電極和普通電極之間的大電場(chǎng)，從而具有普通激活底部36的方向，即電場(chǎng)方向大致平行于極化方向30。矩形基底采用圓拐角而不是圖2所示的尖角，這不會(huì)顯著影響打印頭轉(zhuǎn)換器2的激活并且顯然包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另一方面，底部36的下橫截面可以為倒梯形，其中底部36的外壁向內(nèi)傾斜，從而使底部36的下表面寬度變窄。這一實(shí)施例不如上述矩形形狀的實(shí)施例，因?yàn)檠氐撞?6下表面可獲得的用于可尋址金屬噴鍍層的表面面積較少，并且其物理幾何形狀對(duì)打印頭激活而言效果較差。具有倒三角形下橫截面的底部更不如矩形底部，這是因?yàn)槠鋷缀涡螤顚?duì)打印頭激活來(lái)說效果較差，并且可獲得的用于蓋覆可尋址電極金屬噴鍍層的表面積較小，因此降低了普通激活底部36的效率。
參見圖9，底部36的高度H最好等于壁部32、34的寬度W。然而，本發(fā)明可采用其它的底部36高度值。替代的優(yōu)選實(shí)施例中，底部高度的范圍大約為壁部32、34寬度的0.5-5倍。
本發(fā)明的一個(gè)替換實(shí)施例還包括基底蓋板61，該蓋板61固定或粘接在底部36的下部外表面上(圖9)。該基底蓋板61在激活打印頭轉(zhuǎn)換器2時(shí)加強(qiáng)了底部36的普通激活變形。當(dāng)正極電驅(qū)動(dòng)信號(hào)普通激活底部36時(shí)，隨著底部36的上表面朝著油墨通道29向上伸長(zhǎng)而底部36的下表面遠(yuǎn)離油墨通道29地向下伸長(zhǎng)，底部材料有平行于極化方向30而以伸長(zhǎng)方式變形的趨勢(shì)?；咨w板61在基底36的外部下表面上產(chǎn)生一個(gè)約束力以抑制底部36下表面的變形。由基底蓋板61施加約束力的有形效果是使底部36的上表面進(jìn)一步向上伸長(zhǎng)，從而由于增加了底部36伸入油墨通道29的長(zhǎng)度而增大了油墨通道29的體積變化。同樣的，當(dāng)負(fù)極電驅(qū)動(dòng)信號(hào)激活基底36時(shí)，基底蓋板61抑制了底部下表面的壓縮變形趨勢(shì)。由于增強(qiáng)了底部36上表面遠(yuǎn)離油墨通道29的向下變形，所以底部36實(shí)際上抵消了此約束力的作用，從而加大了由底部36普通激活變形引起的油墨通道29內(nèi)的體積變化。
在優(yōu)選實(shí)施例中，金屬噴鍍層22、24是通過在壓電片21上鍍金的方式形成的。最好采用半導(dǎo)體集成電路制造工藝中的類似技術(shù)和設(shè)備而用金剛行鋸切割壓電片21。最好將油墨通道蓋31粘接或固定在片材21上表面的金屬噴鍍層24上以便封住油墨通道29。噴嘴板33和后蓋板48最好分別粘接或固定在片材21的前、后表面上。油墨通道蓋31、基底蓋板61和噴嘴板33最好由熱膨脹系數(shù)相近的材料制成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，噴嘴最好由鍍金的鎳制成，然而其它材料如PZT也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。油墨通道蓋31和基底蓋板61最好由PZT制成，但在本發(fā)明范圍內(nèi)也可適當(dāng)?shù)厥褂闷渌牧先绻?、玻璃和各種金屬材料(但不局限于此)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以由單片壓電材料制成一個(gè)多通道打印頭，在制造打印頭機(jī)構(gòu)20前，預(yù)先沿適當(dāng)?shù)臉O化方向極化所用壓電片。能用預(yù)極化的材料塊進(jìn)行制造，這與需要在制作過程后期對(duì)壓電材料進(jìn)行極化的現(xiàn)有壓電打印頭制造技術(shù)相比是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。由于采用了預(yù)極化的壓電材料片，所以在壓電材料整體極化方面具有更好的連貫性。例如，可以在機(jī)械加工之前對(duì)預(yù)極化壓電片材的適當(dāng)?shù)膲弘娦阅苓M(jìn)行全面的測(cè)試，而不是在已經(jīng)對(duì)特定的壓電片材進(jìn)行了機(jī)械加工而耗費(fèi)了資金和努力之后再進(jìn)行測(cè)試。
本發(fā)明的另一個(gè)有利之處在于，優(yōu)選打印頭的通氣道設(shè)計(jì)或油墨通道設(shè)計(jì)用于減少相鄰油墨通道間的交擾，這種交擾通常是由受激的壓電轉(zhuǎn)換器材料的變形引起的。因此，雖然優(yōu)選實(shí)施例可以使油墨通道的緊湊陣列集中在一起，但這種結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量減少相鄰油墨通道間的干擾。優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中這種減少交擾的有益效果是因?yàn)樵谙噜徲湍ǖ乐g的機(jī)械連接很少，也因?yàn)橛赏獾?0和電極分離通道52的結(jié)合而成的切縫具有絕緣性能。
從普通的蓄墨容器10向各油墨通道供墨會(huì)產(chǎn)生交擾通路，由于來(lái)自一條油墨通道29的壓力波可穿過供墨通道49進(jìn)入相鄰的油墨通道中，而這些不希望出現(xiàn)的壓力波將順序地影響相鄰油墨通道的有效工作。因此，為進(jìn)一步減少交擾，在一個(gè)本發(fā)明的替換實(shí)施例中提供了一種保護(hù)性供墨機(jī)構(gòu)以便從蓄墨容器10向油墨通道29供墨。圖10是打印頭機(jī)構(gòu)20的后部的視圖，它展示了中心供墨通道49的路線，此路線可由后蓋板48(圖10未示出)的一部分形成，該中心供墨通道49從蓄墨容器10延伸向各油墨通道29。一條或多條狹縫通道47自中心供墨通道49伸向各油墨通道29。各狹縫通道47是一條在后蓋板48中形成的、從供墨通道49縱向延伸向各油墨通道29底部的刻槽。后蓋板48中的各狹縫通道47沿其長(zhǎng)度方向有一錐形曲線，大致如圖1所示。各狹縫通道47的槽寬最好約等于油墨通道29的寬度。
在操作過程中，油墨從蓄墨容器10被穩(wěn)定地供給中心供墨通道49。當(dāng)一條油墨通道29需要油墨時(shí)，借助由打印頭轉(zhuǎn)換器變形引起的和在油墨通道孔處的彎液面的表面張力引起的壓力差而使油墨從供墨通道49經(jīng)狹縫通道47進(jìn)入油墨通道29。用狹槽或狹縫通道如狹縫通道47向油墨通道供墨，這有助于減小逸入油墨通道29的壓力波振幅，從而降低壓力波逸入而影響相鄰油墨通道工作的可能性。在某種程度上，這歸功于狹縫通道49的長(zhǎng)度，它增大了壓力波要影響相鄰油墨通道29而經(jīng)過的距離而降低了壓力波強(qiáng)度。另外，狹縫通道49的寬度足夠小以主要防止高頻壓力波對(duì)其它油墨通道的干擾。
表1列出了形成優(yōu)選實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換器所用的壓電材料塊21的可采用參數(shù)。
表1結(jié)構(gòu) 尺寸A.PZT片厚度 0.0240 in.B.油墨通道的槽寬 0.0030 in.C.油墨通道的槽深 0.0193 in.D.油墨通道長(zhǎng)度 0.2000 in.E.通氣道的槽寬 0.0030 in.F.通氣道的槽深 0.0118 in.G.電極分離通道的槽寬 0.0020 in.H.通氣和電極分離兩用通道的槽深 0.0213 in.I.從一條油墨通道中心到鄰近的油墨通道中心的距離 0.0100 in.J.從油墨通道中心到鄰近的通氣道中心的距離 0.0050 in.K.噴嘴板中的孔的直徑 0.0014 in.
上面列出的特定尺寸是優(yōu)選實(shí)施例中的相應(yīng)參數(shù)，但絕不局限于此，因?yàn)樵诒景l(fā)明范圍內(nèi)的可替換的打印頭機(jī)構(gòu)可具有與表1所列尺寸不同的結(jié)構(gòu)尺寸，這取決于本發(fā)明的特定用途。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，上述優(yōu)選實(shí)施例中所述的電壓極性或壓電材料極化方向可以是相反的，而不會(huì)影響所公開的發(fā)明范圍。此外，與圖6-9所述或所示的機(jī)械變形的范圍和/或形式的描述僅用于描述本發(fā)明，從而利用圖形來(lái)幫助描述本發(fā)明，但這絕不意味著是對(duì)本發(fā)明的限制，這是因?yàn)樵诒景l(fā)明的范圍內(nèi)可采用不同形狀、尺寸的轉(zhuǎn)換器材料，以產(chǎn)生或激活其它形式的轉(zhuǎn)換器變形。另外，表示方位的術(shù)語(yǔ)如“側(cè)向”、“頂部”和“后部”被用于描述優(yōu)選實(shí)施例的特定的相對(duì)結(jié)構(gòu)部分；但這些表示相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)只用來(lái)幫助描述本發(fā)明，但絕不是對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
當(dāng)足夠清楚地描述了本發(fā)明的實(shí)施例、用途和優(yōu)點(diǎn)而能使本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施和應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯能想象出不超出這里公開和描述的發(fā)明原理以及權(quán)利要求的范圍的實(shí)施例、用途和優(yōu)點(diǎn)。所以，應(yīng)當(dāng)只依據(jù)權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)或其等同替換形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，而本發(fā)明不受說明書、附圖或?qū)?yōu)選實(shí)施例的描述的限制。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印頭，包括一個(gè)具有第一壁部、第二壁部和底部的打印頭轉(zhuǎn)換器；所述第一壁部包括第一內(nèi)壁面、第一外壁面和第一上表面；所述第二壁部包括第二內(nèi)壁面、第二外壁面和第二上表面；所述基底表面包括基底內(nèi)表面和基底外表面；一個(gè)固定到所述電極部分上的基底蓋；一條由所述第一內(nèi)壁面、第二內(nèi)壁面和基底內(nèi)表面形成其三個(gè)側(cè)面的油墨通道；涂覆在所述油墨通道壁的表面上的第一金屬噴鍍層；涂覆在所述基底外表面、第一外壁面的一部分和第二外壁面的一部分上的第二金屬噴鍍層；所述基底、第一側(cè)壁和第二側(cè)壁包括一個(gè)具有極化方向的壓電材料，當(dāng)所述第一電極金屬噴鍍層和第二電極金屬噴鍍層之間存在電位差時(shí)，所述壓電材料在它們之間建立一個(gè)電場(chǎng)，所述電場(chǎng)基本垂直于在所述第一壁部和第二壁部中的壓電材料的極化方向，所述電場(chǎng)基本平行于在所述底部中心的壓電材料的極化方向。
2.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向基本平行于所述電極部分到該第一上表面或第二上表面的垂直方向。
3.如權(quán)利要求2所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向?yàn)閺乃龅撞恐赶蛩龅谝簧媳砻婊虻诙媳砻娴姆较颉?br> 4.如權(quán)利要求2所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向?yàn)閺乃龅谝簧媳砻婊虻诙媳砻嬷赶蛩龅撞康姆较颉?br> 5.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述第二金屬噴鍍層的高度大約等于所述第一壁部或第二壁部高度的一半。
6.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述第一金屬噴鍍層電位為零。
7.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述壓電材料包括PZT。
8.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述基底具有一個(gè)大體為矩形的截面。
9.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，它還包括一個(gè)連接到所述油墨通道上的供墨機(jī)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述的打印頭，其特征在于，所述供墨機(jī)構(gòu)具有一種分支型結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有一條連通在油墨供應(yīng)源和所述油墨通道之間的狹槽通道。
11.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述第二金屬噴鍍層在所述第一外壁面上的涂覆高度不等于其在所述第二外壁面上的涂覆高度。
12.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，它還包括一個(gè)固定到所述打印頭轉(zhuǎn)換器上的油墨通道蓋。
13.一個(gè)噴墨打印頭包括一個(gè)由壓電材料制成的轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)底部、第一側(cè)壁部、第二側(cè)壁部，所述底部、第一側(cè)壁部和第二側(cè)壁部構(gòu)成一條油墨通道；涂覆在油墨通道內(nèi)表面上的第一電極金屬噴鍍層；涂覆在所述轉(zhuǎn)換器的外表面上的第二電極金屬噴鍍層；當(dāng)所述第一金屬噴鍍層和第二金屬噴鍍層之間有電勢(shì)差時(shí)，極化所述底部以便進(jìn)行普通激活，當(dāng)所述第一金屬噴鍍層和第二金屬噴鍍層之間有電勢(shì)差時(shí)，極化所述第一側(cè)壁部和第二側(cè)壁部以便進(jìn)行剪切式激活。
14.如權(quán)利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，它還包括一個(gè)固定到所述底部上的基底蓋。
15.如權(quán)利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述底部具有大體為矩形的截面。
16.如權(quán)利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述第二電極金屬噴鍍層沿所述第一和第二側(cè)壁部分延伸到大約等于所述油墨通道深度的一半的位置。
17.如權(quán)利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述第一電極金屬噴鍍層的電位為零。
18.如權(quán)利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述油墨通道的內(nèi)部終止于一個(gè)大致為圓形的底部。
19.如權(quán)利要求13所述的打印頭，其特征在于，它還包括一個(gè)固定到所述轉(zhuǎn)換器上的后蓋板，所述后蓋板具有一條或多條用于向所述油墨通道供墨的、帶有穿過所述后蓋板的通道。
20.如權(quán)利要求13所述的打印頭，其特征在于，所述底部的高度是所述第一或第二壁部厚度的0.5-5倍。
21.一種制造打印頭的方法，包括下述步驟(a)在壓電片第一表面上切出許多條基本平行的油墨通道；(b)在對(duì)置的壓電片第二表面上切出許多基本平行的通氣道，所述通氣道設(shè)置在所述油墨通道之間并與所述油墨通道基本平行；(c)在所述第一表面上和多條油墨通道內(nèi)鍍覆第一電極金屬噴鍍層；(d)在對(duì)置的第二表面上和所述的多條通氣道內(nèi)鍍覆第二電極金屬噴鍍層；(e)在每條通氣道的底部深切出一條電極分離通道，該電極分離通道穿透并超出所述第二電極金屬噴鍍層。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，它還包括將所述第一電極金屬噴鍍層接地的步驟。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(b)中的多條通氣道的切入深度離所述第一表面而延伸到大約等于各油墨通道深度的一半的位置。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，它還包括將一個(gè)基底蓋連接到所述第二表面上的步驟。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(a)中的多條油墨通道的底部被倒圓。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(e)中的電極分離通道或步驟(b)中的多條通氣道的底部被倒圓。
27.一種打印頭機(jī)構(gòu)，它包括一個(gè)壓電片，它沿第一表面開有許多大致平行的油墨通道并沿相對(duì)的第二表面開有許多大致平行的通氣道，各通氣道位于相鄰油墨通道之間；覆在所述第一表面上和所述各油墨通道內(nèi)的第一金屬噴鍍層；涂在所述第二表面上且部分涂在各通氣道內(nèi)的第二金屬噴鍍層；所述壓電片有極化方向，所述極化方向大致平行于從所述第一表面到所述第二表面的垂直方向；一個(gè)固定在所述第二表面上的基底蓋。
28.如權(quán)利要求27所述的打印頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述極化方向?yàn)樗龅诙砻嬷赶蛩龅谝槐砻娴姆较颉?br> 29.如權(quán)利要求27所述打印頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述極化方向?yàn)樗龅谝槐砻嬷赶蛩龅诙砻娴姆较颉?br> 30.如權(quán)利要求27所述的打印頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第二金屬噴鍍層的電位為零。
31.如權(quán)利要求27所述的打印頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，它還包括一個(gè)固定到所述第一表面上的油墨通道蓋。
32.一個(gè)多通道打印頭，包括一個(gè)壓電片，所述壓電片在第一表面內(nèi)具有多條油墨通道，在第二表面內(nèi)有多條通氣道；在所述第一表面上和所述油墨通道內(nèi)形成第一電極；在所述第二表面上和所述通氣道內(nèi)形成第二電極；所述各油墨通道由第一壁部、第二壁部和底部構(gòu)成；當(dāng)所述第一電極和第二電極之間存在電位差時(shí)，極化所述底部以便實(shí)現(xiàn)普通激活；當(dāng)所述第一電極和第二電極之間有電勢(shì)差時(shí)，極化所述第一壁部和第二壁部以便進(jìn)行剪切式激活。
33.如權(quán)利要求32所述的多通道打印頭，其特征在于，所述第一電極的電位位零。
34.如權(quán)利要求32所述的多通道打印頭，其特征在于，它還包括一個(gè)固定到所述第二表面上的基底蓋。
35.如權(quán)利要求32所述的多通道打印頭，其特征在于，所述第二電極的高度大致等于所述多條油墨通道深度的一半。
36.一種噴墨打印頭，包括一個(gè)具有第一壁部、第二壁部和底部的打印頭轉(zhuǎn)換器；所述第一壁部包括第一內(nèi)壁面、第一外壁面和第一上表面；所述第二壁部包括第二內(nèi)壁面、第二外壁面和第二上表面；所述底部包括基底內(nèi)表面、基底外壁面和基底外底表面；由所述第一和第二上壁表面確定的第一表面；由所述基底外底表面確定的第二表面；由所述第一內(nèi)壁面、所述第二內(nèi)壁面、所述基底內(nèi)表面形成三個(gè)側(cè)面的油墨通道；涂覆在所述油墨通道的壁表面上的第一金屬噴鍍層；涂覆在所述基底外壁面、基底外底表面、部分第一外壁面和部分第二外壁面上的第二金屬噴鍍層；所述打印頭轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)具有極化方向的壓電材料，所述極化方向大致平行于從所述第二表面到所述第一表面的垂直方向。
37.如權(quán)利要求36所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向?yàn)閺乃龅诙砻嬷赶虻谝槐砻妗?br> 38.如權(quán)利要求36所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向?yàn)閺乃龅谝槐砻嬷赶蛩龅诙砻妗?br> 全文摘要
本發(fā)明包括一種噴墨打印頭機(jī)構(gòu),其中轉(zhuǎn)換器電極的設(shè)置與打印頭轉(zhuǎn)換器材料的特定極化方向配合,以便為打印頭提供剪切式激活與普通激活的有效配合。優(yōu)選的打印頭機(jī)構(gòu)可以使基本平行的油墨通道緊湊地排成陣列,所述油墨通道設(shè)置在基本平行的相鄰?fù)獾乐g。此外,本發(fā)明提供一種打印頭機(jī)構(gòu),其中該機(jī)構(gòu)與油墨接觸且其電位為零。本發(fā)明提供一種具有緊密排列的油墨通道的打印頭的制造方法,該方法制造的打印頭具有機(jī)械交擾小的特性。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1177543SQ9711859
公開日1998年4月1日 申請(qǐng)日期1997年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月26日
發(fā)明者A·比布爾, M·G·奧托森, D·A·加爾內(nèi)爾 申請(qǐng)人:托帕茲技術(shù)有限公司