通過可獨立致動的腔頂槳狀物控制墨滴方向性的噴墨噴嘴組件的制作方法
【專利說明】通過可獨立致動的腔頂槳狀物控制墨滴方向性的噴墨噴嘴組件
[0001]本申請為申請號201080070167.5、申請日2010年10月I日的名為“在噴嘴板上具有公共導電軌道的噴墨打印頭”的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及打印機領域，并且尤其涉及噴墨打印頭領域。本發明主要開發用于改進高分辨率打印頭的打印品質及打印頭性能。
【背景技術】
[0003]已發明了許多不同的打印類型，其中的大量類型目前正在使用。已知的打印形式具有多種用于以相關標記介質來標記該打印介質的方法。常用的打印形式包括膠版打印、激光打印和復印裝置、點陣型擊打式打印機、熱敏紙打印機、膠片記錄器、熱蠟打印機、染料升華打印機以及噴墨打印機，具有按需滴落和連續流動兩種形式。當考慮構造和運行等的成本、速度、品質、可靠性、簡單性時，每個類型的打印機都具有其自身的優點和問題。
[0004]近年來，噴墨打印(其中每個單獨像素的墨料都來源于一個或多個墨料噴嘴)領域已日益流行，這主要是由于其廉價且多用途的性質。
[0005]已發明了關于噴墨打印的許多不同技術。關于對該領域的調查，參考J Moore的文章:“非擊打式打印:介紹和歷史展望(Non-1mpact Printing:1ntroduct1n andHistorical Perspective) ”，硬拷貝輸出裝置(Output Hard Copy Devices)，編者杜貝克(Dubeck)和 S.謝爾(Sherr)，第 207 至 220 頁(1988)。
[0006]噴墨打印機本身以許多不同類型呈現。在噴墨打印中利用連續墨料流似乎要追溯到至少1929年，其中哈塞爾(Hansell)的第1941001號美國專利披露了一種簡單形式的連續流靜電噴墨打印。
[0007]斯威特(Sweet)的美國專利3596275也披露了一種連續噴墨打印的過程，包括通過高頻靜電場來調整該噴墨流以造成墨滴分離的步驟。此技術仍被若干制造商使用，包括艾爾穆杰特(Elmjet)和賽天使(Scitex)(也參見斯威特等人的第3373437號美國專利)。
[0008]壓電式噴墨打印機也是一種常用形式的噴墨打印裝置。凱瑟(Kyser)等人在第3946398號美國專利(1970)(該專利使用光闌操作模式)中、佐爾坦(Zolten)在美國專利3683212(1970)(該專利披露了壓電晶體的擠壓操作模式)中、斯蒂姆(Stemme)在第3747120號美國專利(1972)(該專利披露了壓電操作彎曲模式)中、霍金斯(Howkins)在第4459601號美國專利(該專利披露了噴墨流的壓電推動模式的致動)中、并且菲茨貝克(Fischbeck)在美國專利4584590(該專利披露了壓電換能器元件的剪切模式類型)中，披露了壓電系統。
[0009]近來，熱噴墨打印已變成極流行的噴墨打印形式。噴墨打印技術包括由遠藤(Endo)等人在GB 2007162(1979)中和奧特(Vaught)等人在美國專利4490728中披露的那些技術。上兩個參考文件披露的噴墨打印技術都依賴于電熱式致動器的激活，這種激活導致在狹小空間(如噴嘴)中形成氣泡，從而導致墨料從連接到該狹小空間上的一個孔中噴射到相關打印介質上。如佳能(Canon)和惠普(Hewlett Packard)等制造商制造了利用電熱式致動器的打印裝置。
[0010]如從前述內容中可見，許多不同類型的打印技術是可用的。理想地，一種打印技術應具有多個希望的屬性。這些包括廉價的構造和運行、高速運行、安全且連續的長期運行等。每項技術可能在成本、速度、品質、可靠性、功率使用、構造運行的簡單性、耐用性以及消耗方面具有其自身的優點及缺點。
[0011]本申請人已披露了過多的頁寬打印頭設計。當與更傳統的橫移式噴墨打印頭比較時，跨越頁寬延伸的固定式頁寬打印頭呈現出多種獨特的設計挑戰。例如，頁寬打印頭典型地由多個單獨的打印頭集成電路(IC)構建，這些集成電路必須進行無縫連接以便提供高的打印品質。本申請人至今已描述了具有經移位的噴嘴截面的多種打印頭，該截面使得多個噴嘴排能夠在鄰接的打印頭集成電路之間跨越頁寬進行無縫打印(參見第7，390，071號和7，290，852號美國專利，這些專利的內容通過引用結合在此)。頁寬打印的其他方法(如HP Edgeline?技術)使用交錯的打印頭模塊，這不可避免地增加了打印區的尺寸并且額外地需要介質饋送機構以便維持與打印區的適當對齊。希望提供一種替代的噴嘴設計，該噴嘴設計允許一種用于構造頁寬打印頭的新方法。
[0012]典型地，頁寬打印頭包括多個“冗余的”噴嘴排，這些噴嘴排可用于死噴嘴補償或用于調整打印頭的峰值功率需求(參見第7，465，017和7，252，353號美國專利，這些專利的內容通過引用結合在此)。與橫向打印頭相反，死噴嘴補償是固定式頁寬打印頭中的特殊問題，因為介質襯底在打印期間僅單次通過打印頭中的每個噴嘴。冗余性不可避免地增加了頁寬打印頭的成本和復雜性，并且希望的是在仍提供用于死噴嘴補償的適當機構的同時最大程度地減少一個或多個冗余噴嘴排。
[0013]進一步希望的是提供更多用的頁寬打印頭，這些頁寬打印頭能夠控制(例如)墨滴的布置和/或點分辨率。
[0014]進一步希望的是提供具有MEMS和CMOS層的替代集成化的打印頭。尤其希望的是最大程度地減少不希望的“接地反彈”現象并由此改進打印頭的總體電氣效率。
【發明內容】
[0015]在第一方面，提供了一種噴墨噴嘴組件，該噴墨噴嘴組件包括:
[0016]用于容納墨料的一個噴嘴腔，該噴嘴腔包括一個腔底和一個腔頂，該腔頂具有限定于其中的一個噴嘴開口 ；以及
[0017]多個可移動槳狀物，這些可移動槳狀物限定了該腔頂的至少一部分，該多個槳狀物是可致動的以便致使墨滴從該噴嘴開口中噴射出，每個槳狀物包括一個熱彎曲式致動器，該熱彎曲式致動器包括:
[0018]一個上部熱彈性橫梁，該上部熱彈性橫梁被連接到驅動電路系統上；以及
[0019]—個下部被動橫梁，該下部被動橫梁被熔融到該熱彈性橫梁上，這樣使得當電流通過該熱彈性橫梁時，該熱彈性橫梁相對于該被動橫梁膨脹，從而致使一個對應的槳狀物朝著該噴嘴腔的腔底彎曲，
[0020]其中每個致動器是通過對應的驅動電路系統而獨立地可控制的，這樣使得墨滴從該噴嘴開口中噴射出的方向是由每個槳狀物的獨立移動可控制的。
[0021 ] 如在此使用的術語“噴嘴組件”和“噴嘴”可互換使用。因此，“噴嘴組件”或“噴嘴”是指一種在致動時噴射出墨滴的裝置?！皣娮旖M件”或“噴嘴”通常包括一個具有噴嘴開口的噴嘴腔以及至少一個致動器。
[0022]任選地，該噴嘴組件被布置在一個襯底上，并且其中該襯底的一個鈍化層限定了該噴嘴腔的腔底。
[0023]任選地，該腔頂與該腔底是分隔開的并且多個側壁在該腔頂與該腔底之間延伸以便限定該噴嘴腔。
[0024]任選地，該噴嘴組件包括一對相對的槳狀物，這些槳狀物被定位在該噴嘴開口的任一側上。
[0025]任選地，該噴嘴組件包括兩對相對的槳狀物，這些槳狀物是相對于該噴嘴開口進行定位的。
[0026]任選地，這些槳狀物是相對于該噴嘴開口可移動的。
[0027]任選地，每個槳狀物限定了該噴嘴開口的一個節段，這樣使得該噴嘴開口和這些槳狀物是相對于該腔底可移動的。
[0028]任選地，該熱彈性橫梁由一種釩鋁合金構成。
[0029]任選地，該被動橫梁由至少一種選自下組的材料構成，該組由以下各項組成:氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅。
[0030]任選地，該被動橫梁包括由氧化硅構成的一個第一上部被動橫梁以及由氮化硅構成的一個第二下部被動橫梁。
[0031]任選地，該腔頂被涂布有一種聚合材料。這種聚合材料可以被配置成在每個槳狀物與該腔頂的一個固定部分之間提供一種機械密封，從而最大程度地減小這些槳狀物的致動期間的墨料泄漏?？商娲?，這種聚合材料可以具有限定在其中的多個開口，這樣使得在每個槳狀物與該腔頂的一個固定部分之間存在一種流體密封。
[0032]任選地，這種聚合材料由一種聚合硅氧烷構成。
[0033]任選地，這種聚合硅氧烷是選自聚倍半硅氧烷和聚二甲基硅氧烷組成的組中。
[0034]任選地，這些致動器是通過控制以下至少一項而獨立地可控制的:
[0035]通向每個致動器的多個驅動信號的定時(timing)，以便提供該多個槳狀物的協調移動；以及
[0036]通向每個致動器的多個驅動信號的功率。
[0037]任選地，驅動信號的功率是由以下至少一項控制的:
[0038]這些驅動信號的電壓；以及
[0039]這些驅動信號的脈沖寬度。
[0040]在與該第一方面有關的進一步的方面中，提供了一種噴墨打印頭集成電路，該集成電路包括:
[0041 ] 一個包括驅動電路系統的襯底；以及
[0042]布置在該襯底上的多個噴墨噴嘴組件，每個噴墨噴嘴組件包括:
[0043]用于容納墨料的一個噴嘴腔，該噴嘴腔包括由該襯底的上表面限定的一個腔底以及一個腔頂，該腔頂中限定了一個噴嘴開口 ；以及
[0044]多個可移動槳狀物，這些槳狀物限定了該腔頂的至少一部分，該多個槳狀物是可致動的以便致使墨滴從該噴嘴開口噴射出，每個槳狀物包括一個熱彎曲式致動器，該熱彎曲式致動器包括:
[0045]連接到該驅動電路系統上的一個上部熱彈性橫梁；以及
[0046]—個下部被動橫梁，該下部被動橫梁被熔融到該熱彈性橫梁，這樣使得當電流通過該熱彈性橫梁時，該熱彈性橫梁相對于該被動橫梁膨脹，從而導致一個對應的槳狀物朝著該噴嘴腔的腔底彎曲，
[0047]其中每個致動器通過對應的驅動電路系統是獨立地可控制的，這樣使得墨滴從該噴嘴開口中噴射出的方向是通過每個槳狀物的獨立移動可控制的。
[0048]任選地，該襯底的上表面是由一個鈍化層限定的，該鈍化層被布置在一個驅動電路系統層上。
[0049]在第二方面，提供了一種固定式頁寬噴墨打印頭，該打印頭由在頁寬上端對端地對接的多個打印頭集成電路構成，該打印頭包括沿該打印頭的縱向軸線延伸的一個或多個噴嘴排，每個噴嘴排包括多個噴嘴，其中這些噴嘴中的一個或多個各自被配置成沿該縱向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴。
[0050]任選地，該一個或多個噴嘴各自可配置成沿該縱向軸線在2、3、4、5、6或7個不同點位置上發射墨滴。
[0051]任選地，每個噴嘴可配置成在具有預定尺寸的一個二維區內在多個預定的不同點位置上發射墨滴。
[0052]任選地，該區是大致上圓形的或大致上橢圓形的，并且其中該區的質心與該噴嘴的質心相對應。
[0053]任選地，該一個或多個噴嘴可配置成在一個主要點位置和該主要點位置的任一側上的至少一個次要點位置上發射墨滴。
[0054]任選地，一個第一組中的每個噴嘴被配置成沿該縱向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴，其中該第一組中的每個噴嘴定位在該打印頭中的一個死噴嘴的兩個噴嘴節距之內，其中一個噴嘴節距被定義為同一噴嘴排中的一對噴嘴之間的最小縱向距離。
[0055]任選地，一個噴嘴排中的每個噴嘴被配置成沿該縱向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴，這樣使得打印點密度超過了該打印頭的噴嘴密度。
[0056]任選地，對接的每對打印頭集成電路限定了一個聯接區域，并且其中跨越該聯接區域的噴嘴節距超過了一個噴嘴節距，一個噴嘴節距被定義為同一噴嘴排中的一對噴嘴之間的最小縱向距離。
[0057]任選地，其中一個第二組中的每個噴嘴被配置成沿該縱向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴，該多個預定點位置包括在該聯接區域內的至少一個點位置。
[0058]在第三方面，提供了一種固定式頁寬噴墨打印頭，該打印頭包括沿該打印頭的縱向軸線延伸的一個或多個噴嘴排，其中每個噴嘴被配置成沿該縱向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴，這樣使得打印點密度超過了該打印頭的噴嘴密度。
[0059]任選地，每個噴嘴可配置成沿該縱向軸線在2、3、4、5、6或7個不同點位置上發射墨滴。
[0060]任選地，每個噴嘴可配置成沿該打印頭的橫向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴。
[0061]任選地，該打印點密度為該打印頭的噴嘴密度的至少兩倍。
[0062]任選地，每個噴嘴被配置成在一個行時間(line-time)內發射一次以上，其中一個行時間被定義為打印介質前進通過該打印頭一個行所花費的時間。
[0063]在第四方面，提供了一種固定式頁寬噴墨打印頭，該打印頭包括沿該打印頭的縱向軸線延伸的一個或多個噴嘴排，其中每個噴嘴可配置成沿該縱向軸線在多個預定的不同點位置上發射墨滴，每個噴嘴具有與其相關聯的一個主要點位置，其中該打印頭被配置成通過從與一個死噴嘴位于同一噴嘴排中的