專利名稱：用于流體噴射裝置的孔板和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種噴墨打印系統(tǒng)，作為流體噴射系統(tǒng)的一個實施例，可以包括一個打印頭、一個向打印頭供應(yīng)流體墨的墨噴源和一個控制打印頭的電子控制器。打印頭，作為流體噴射裝置的一個實施例，通過眾多噴嘴和孔向打印介質(zhì)，如一頁紙，噴射墨滴，以在該打印介質(zhì)上打印。通?？滓詥侮嚵谢蚨嚓嚵蟹绞脚帕校@樣，隨著打印頭和打印介質(zhì)的相對移動，由孔噴出的排列整齊的噴射墨滴就可使字符或圖像印在打印介質(zhì)上。
背景技術(shù)：
孔經(jīng)常被設(shè)置在打印頭的孔層或孔板上?？装迳峡椎男螤?、尺寸和/或孔的間距影響打印頭打印圖像的質(zhì)量。例如，孔的尺寸和間距影響打印頭的清晰度，通常以點每英寸(dpi)為單位，因而，也就影響打印圖像的清晰度或dpi。所以，最為理想的是孔板上的排列能夠一致或均勻。
現(xiàn)有的孔板制作技術(shù)包括電鑄和激光消融術(shù)。不幸的是，由于電鑄的高清晰度孔板極其薄，因而產(chǎn)生了其它制造和/或設(shè)計問題。而且用激光消融技術(shù)生產(chǎn)出的孔板，其孔的形狀經(jīng)常不一致或不均勻，以致于帶有這種孔板的打印頭打印出來的圖像質(zhì)量不高。
基于這些原因以及其它原因，產(chǎn)生了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是提供一種用于流體噴射裝置的孔板的制造方法。該方法包括在一個傳導(dǎo)表面上沉積和加工一種掩模材料，在該傳導(dǎo)表面上形成第一層，在第一層上形成第二層，從傳導(dǎo)表面上取下第一層和第二層，其中第一層包含金屬材料，第二層包含聚合材料。
本發(fā)明的第二個方面是提供一種用于流體噴射裝置的孔板的制造方法。該方法包括在一個表面上沉積和加工一種掩模材料，在該表面上形成第一層，在第一層上形成第二層。形成第一層包括在一部分掩模材料上形成第一層并且至少提供1個通過第一層到掩模材料的開口。形成第二層包括在第一層上和第一層的至少1個開口內(nèi)沉積一種材料，和構(gòu)圖該材料以確定至少1個通過第二層和第一層到掩模材料的開口。
本發(fā)明的第三個方面是提供一種用于流體噴射裝置的孔板。該孔板包括由金屬材料制成的第一層和由聚合材料制成的第二層。第一層有1個第一側(cè)面和1個與第一側(cè)面相對的第二側(cè)面，并在其第一側(cè)面上形成1個孔，在其第二面上形成第一開口，使第一開口與孔相通。第二層有1個第二開口，其貫通第二層并且定位在第一層的第二側(cè)面上，以使第二開口和第一開口相通。此外，孔的直徑和第二開口的直徑都大于第一開口的最小直徑。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種流體噴射裝置。該流體噴射裝置包括1個有流體口通過的底層、在底層上形成的墨滴發(fā)生器和1個位于墨滴發(fā)生器之上的孔板?？装灏ㄓ山饘俨牧现瞥傻牡谝粚雍陀删酆喜牧现瞥傻牡诙樱沟谝粚佑?個孔和1個與該孔相通的第一開口，第二層有1個與第一開口相通的第二開口。此外，該孔的直徑和第二開口的直徑都大于第一開口的最小直徑。


圖1為方塊圖，圖示根據(jù)本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)的一個實施例；圖2為橫截面視圖，圖示根據(jù)本發(fā)明的流體噴射裝置的一部分的
具體實施例方式
在下面的詳細(xì)說明中，應(yīng)參考構(gòu)成文本的一個部分的附圖，并且附圖中圖示了可能應(yīng)用本發(fā)明的特殊實施例。在這點上，象“頂部”、“底部”、“前”、“后”、“引導(dǎo)”、“拖拉”這類方向性術(shù)語的使用參考了所述附圖的方向。因為本發(fā)明實施例的各組成部分可以在許多不同的方向上定位，所以使用方向性術(shù)語的目的是為了說明附圖，決不起限定作用?？梢岳斫鉃榭赡苓€會有其它的實施例，并在結(jié)構(gòu)或邏輯上做一些不超出本發(fā)明范圍的變動。因此，對下面的詳細(xì)說明不應(yīng)作限定性理解，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書確定。
圖1所示是根據(jù)本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)10的一個實施例。噴墨打印系統(tǒng)10構(gòu)成一個流體噴射系統(tǒng)的實施例，其包括1個流體噴射組件，如打印頭組件12，和1個流體供應(yīng)組件，如供墨器組件14。在圖示的實施例中，噴墨打印系統(tǒng)10還包括1個安裝組件16、1個介質(zhì)傳送組件18和1個電子控制器20。
打印頭組件12作為流體噴射組件的一個實施例，按照本發(fā)明的一個實施例構(gòu)成，可以通過大量的孔或噴嘴13噴射包括一種或多種彩色墨在內(nèi)的墨滴。當(dāng)下面的詳細(xì)說明涉及從打印頭組件12噴墨時，可以理解為從打印頭組件12還可以噴射其它液體、流體或可流動的物質(zhì)。
在一個實施例中，墨滴被導(dǎo)向一個介質(zhì)，如打印介質(zhì)19，以便在打印介質(zhì)19上打印。典型的是，噴嘴13成單列、多陣列或多陣列排列，這樣可以使一個實施例中的噴嘴13完全按順序噴射墨滴，結(jié)果使字符、符號、和/或其它圖表、圖象隨著打印頭組件12和打印介質(zhì)19的相互移動被打印在打印介質(zhì)19上。
打印介質(zhì)19包括例如紙、卡片紙、信封、標(biāo)簽、幻燈片、聚脂薄膜、布等。在一個實施例中，打印介質(zhì)19是一種連續(xù)打印形式或連續(xù)卷筒打印介質(zhì)19。同樣，打印介質(zhì)19可以包括未打印連續(xù)卷筒紙。
供墨器組件14作為流體供應(yīng)組件的一個實施例，向打印頭組件12供墨，它包括1個用于儲墨的儲墨器15。這樣，墨水從墨噴源15流到打印頭組件12。在一個實施例中，墨噴源組件14和打印頭組件12構(gòu)成一個循環(huán)送墨系統(tǒng)。這樣，墨水從打印頭組件12流回墨噴源15。在一個實施例中，打印頭組件12和墨噴源組件14一起放在噴墨嘴或流體盒或墨筆中。在另一個實施例中，墨噴源組件14與打印頭組件12是分開的，它通過一個連接部分，如1根供給管(未顯示)向打印頭組件12供應(yīng)墨水。
安裝組件16決定打印頭組件12相對于介質(zhì)傳送組件18的位置，介質(zhì)傳送組件18決定打印介質(zhì)19相對于打印頭組件12的位置。這樣在打印頭組件12和打印介質(zhì)19之間的一個區(qū)域內(nèi)，限定了一個與噴嘴13相鄰的打印區(qū)17，在打印區(qū)17中打印頭組件12沉積墨滴。在通過介質(zhì)傳送組件18打印的過程中，打印介質(zhì)19被向前送過打印區(qū)17。
在一個實施例中，打印頭組件12是一種掃描型打印頭組件，在打印介質(zhì)19上打印細(xì)長列時，安裝組件16使打印頭組件12相對介質(zhì)傳送組件18和打印介質(zhì)19移動。在另一個實施例中，打印頭組件12是一種非掃描型打印頭組件，在打印介質(zhì)19上打印細(xì)長列時，安裝組件16將打印頭組件12固定在規(guī)定的相對于介質(zhì)傳送組件18的位置上，同時介質(zhì)傳送組件18將打印介質(zhì)19向前送過規(guī)定位置。
電子控制器20與打印頭組件12、安裝組件16和介質(zhì)傳送組件18對話。電子控制器20從宿主系統(tǒng)，如計算機，接收數(shù)據(jù)21，它包括用于臨時存儲數(shù)據(jù)21的存儲器。通常數(shù)據(jù)21通過電子、紅外、光或其它信息傳輸通路被送至噴墨打印系統(tǒng)10。例如，數(shù)據(jù)21可以是一個要打印的文件和/或文檔。這樣，數(shù)據(jù)21形成用于噴墨打印系統(tǒng)10的一項打印作業(yè)，它包括一條或多條打印作業(yè)指令和/或指令參數(shù)。
在一個實施例中，電子控制器20對打印頭組件12提供控制，其中包括用于從噴嘴13噴射墨滴的定時控制。這樣，電子控制器20確定了噴射墨滴的模式，墨滴可以在打印介質(zhì)19上形成字符、符號、和/或其它圖表或圖象。因此，定時控制和由此限定的墨滴噴射模式通過打印作業(yè)指令和/或指令參數(shù)確定。在一個實施例中，構(gòu)成電子控制器20一部分的邏輯和驅(qū)動電路被定位在打印頭組件12上。在另一個實施例中，構(gòu)成電子控制器20一部分的邏輯和驅(qū)動電路被定位在打印頭組件12之外。
圖2顯示的是打印頭組件12的一部分的一個實施例。打印頭組件12作為流體噴射組件的一個實施例，包括一排墨滴噴射元件30。墨滴噴射元件30在底層40上形成，底層上有1個流體(或墨)供應(yīng)槽44。這樣，流體供應(yīng)槽44向墨滴噴射元件30提供流體(或墨汁)。
在一個實施例中，每個墨滴噴射元件30都包括1層薄膜結(jié)構(gòu)50、1塊孔板60和1個墨滴發(fā)生器，如啟動電阻器70。薄膜結(jié)構(gòu)50有一個與底層40的流體供應(yīng)槽44相通的流體(或墨)供應(yīng)通道52?？装?0有一個前側(cè)面62和一個在前側(cè)面62上形成的噴嘴口64。在一個實施例中，孔板60是一塊如下所述的多層孔板。
孔板60還有一個噴嘴室66，該噴嘴室與噴嘴口64和薄膜結(jié)構(gòu)50的流體供應(yīng)通道52相通。啟動電阻器70位于噴嘴室66中，它包括將啟動電阻器70電連接至驅(qū)動信號和地的導(dǎo)線72。
在一個實施例中，每個墨滴噴射元件30還包括第一層粘合層80。粘合層80靠薄膜結(jié)構(gòu)50支撐，介于薄膜結(jié)構(gòu)50和孔板60之間。這樣，流體(或墨)供應(yīng)通道52在薄膜結(jié)構(gòu)50和粘合層80上形成。粘合層80可以包含例如一種聚合材料或類似環(huán)氧化物的粘合劑。因此，在一個實施例中，孔板60通過粘接在粘合層80上的薄膜結(jié)構(gòu)50支撐。
在一個實施例中，在操作過程中，流體從流體供應(yīng)槽44經(jīng)流體供應(yīng)通道52流向噴嘴室66。噴嘴口64與啟動電阻器70有效地連接，以便當(dāng)啟動電阻器70加電壓時，流體滴從噴嘴室66通過噴嘴口64(例如，與點火電阻器70的平面垂直噴出)噴向打印介質(zhì)。
例舉的打印頭組件12的實施例包括熱打印頭、壓電打印頭、彈性張力打印頭或本領(lǐng)域已知的其它任何類型流體噴射裝置。在一個實施例中，打印頭組件12是一個完全合成一體的熱噴墨打印頭。這樣，例如底層40由硅、玻璃或一種穩(wěn)定的聚合物構(gòu)成，如薄膜結(jié)構(gòu)50包括由二氧化硅、碳化硅、氮化硅、鉭、多晶硅玻璃或其它材料構(gòu)成的單層或多層鈍化層或絕緣層。薄膜結(jié)構(gòu)50還包括一個限定啟動電阻器70和導(dǎo)線72尺寸的傳導(dǎo)層。傳導(dǎo)層由諸如鋁、金、鉭、鉭-鋁或其它材料或金屬合金構(gòu)成。
圖3A-3H顯示形成流體噴射裝置孔板100的一個實施例，如打印頭組件12。在一個實施例中，孔板100組成墨滴噴射元件30(圖2)的孔板60。這樣，孔板100由薄膜結(jié)構(gòu)50支撐，覆蓋在啟動電阻器70的上方。此外，孔板100還包括構(gòu)成噴嘴口64的孔102(圖3G)和構(gòu)成單獨墨滴噴射元件30噴嘴室66的流體室104(圖3G)。雖然圖示孔板100有2個孔，但實際上孔板100上的孔可以是任意數(shù)量。
如圖3A所示，在一個實施例中，孔板100在心軸200上形成。心軸200包括1個底層202和一個在底層202的一個側(cè)面上形成的晶種層204。在一個實施例中，底層202由非傳導(dǎo)材料構(gòu)成，如玻璃，或由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，如硅。然而晶種層204由傳導(dǎo)材料構(gòu)成。這樣，晶種層204有一個傳導(dǎo)表面206，如下所述，孔板100在該表面上構(gòu)成。在一個實施例中，晶種層204可以由一種金屬材料，如不銹鋼或鉻構(gòu)成。在一個實施例中，當(dāng)?shù)讓?02由硅構(gòu)成時，晶種層204和傳導(dǎo)表面206可以通過摻入底層202構(gòu)成。
如圖3B的實施例所示，為了形成孔板100，在心軸200上形成掩模層210。更確切地說，掩模層210在晶種層204的傳導(dǎo)表面上形成。在一個實施例中，掩模層210由絕緣材料構(gòu)成。可以用作掩模層210的材料例如包括光刻膠或氧化物，如氮化硅。
接下來，如圖3C的實施例所示，構(gòu)圖掩模層210以限定孔板100的孔102(圖3G)形成的區(qū)域。在一個實施例中，掩模層210可能被構(gòu)圖成限定定掩模212。這樣，如下所述，掩模212限定了孔板100上所形成的孔的尺寸。此外，同樣如下所述，掩模212的間距確定了孔板100上的孔的間距。舉例而言，掩模層210通過光刻和/或蝕刻構(gòu)圖。
在一個實施例中，如圖3D所示，形成了孔板100的第一層110。在一個實施例中，第一層110在心軸200的傳導(dǎo)表面206上形成。在一個實施例中，第一層110可能電鑄在傳導(dǎo)表面206上。這樣，第一層110可能通過利用一種金屬材料電鍍傳導(dǎo)表面206的方式制成?？赡鼙挥脕碜龅谝粚?10的材料例如包括鎳、銅、鐵/鎳合金、鈀、金和銠。
在電鍍過程中，第一層110的金屬材料決定第一層110的厚度t1。在一個實施例中，第一層110的厚度t1的范圍在約5微米到約25微米之間。在一個示范性實施例中，第一層110的厚度t1可能約為13微米。
在一個實施例中，第一層110的金屬材料在大致垂直于厚度t1的方向上，這樣可以與掩模212的一部分重疊。更確切地說，第一層110的金屬材料可能被電鍍，以便與掩模212的邊緣重疊，并提供通過第一層110到掩模層210的掩模212的開口112。在一個實施例中，第一層110的金屬材料與掩模212的邊緣重疊的數(shù)量與厚度t1成比例。例如在一個實施例中，厚度t1和重疊數(shù)量之間的比例為1∶1。這樣，如下所述，掩模212確定了孔板100的孔102(圖3G)在第一層110上形成的位置。
在一個實施例中，如圖3E所示，形成了孔板100的第二層120。在一個實施例中，第二層120在第一層110上形成。這樣，第二層120在第一層110之后形成。在一個實施例中，第二層120通過在第一層110上方和第一層110的開口112之內(nèi)沉積聚合材料的方式形成?？勺鞯诙?20的材料包括可光成像聚合材料，如馬薩諸塞州牛頓微量化學(xué)公司(MicroChem Corporation of Newton，Massachusetts)的SU8，或特拉華州的威爾明頓DuPont公司(DuPont of Wilmington，Delaware)的IJ5000。
第二層120的聚合材料的沉積確定了第二層120的厚度t2。在一個實施例中，第二層120的厚度t2的范圍在約5微米到約25微米之間。在一個示范性實施例中，第二層120的厚度t2可能約為13微米。雖然圖示第二層120只包括第一層聚合材料，但實際上第二層120的聚合材料可以是一層或多層。
如圖3F的實施例所示，對第二層120的聚合材料進(jìn)行構(gòu)圖。更確切地說，構(gòu)圖第二層120以確定通過第二層120的開口122。舉例說，第二層120通過使聚合材料的被選區(qū)域曝光和顯影來構(gòu)圖，用以確定聚合材料將被保留的那一部分或區(qū)域，和/或聚合材料將被去除的那一部分或區(qū)域應(yīng)被移動的范圍。
在一個實施例中，第二層120的開口122與第一層110的開口相通。此外，第二層120的開口122的大小為可以彌補與第一層110開口112不對齊的部分。這樣，開口122和112提供了通過第二層120和第一層110到掩模層210的掩模212的通道或開口106。
如圖3G的實施例所示，在第一層110和第二層120形成后，第一層110和第二層120與心軸200和掩模層210分開。這樣，形成了包括第一層110和第二層120的孔板100。因此孔板100的第一層110有一個一側(cè)面114和一個與一側(cè)面114相對的二側(cè)面116，以確定孔102在一側(cè)面114上的位置并且與孔102相通的開口112在二側(cè)面116中限定。此外，孔板100的第二層120有一個貫通的開口122，該開口122與第一層110的開口112和孔102相通。
在一個實施例中，孔102的尺寸為D1，并且相互之間中心對中心的間距為D2。例如，當(dāng)孔102大致為圓形時，尺寸D1表示孔102的直徑。然而孔102還可能是非圓形或類圓形。如上所述，尺寸D1和孔102的間距D2通過構(gòu)圖掩模層210、更確切地說是掩模212進(jìn)行限定。
在一個實施例中，如圖3H所示，在孔板100的第一層110的上方形成保護(hù)層130。在一個實施例中，更確切地說，在第一層110的一側(cè)面114上并且是在孔102和第一層110的開口112之內(nèi)形成保護(hù)層130。在一個實施例中，只有當(dāng)?shù)谝粚?10由例如鎳、銅或鐵/鎳合金制成時，才設(shè)置層130。這樣，可能被用作保護(hù)層130的材料例如包括鈀、金或銠。在一個實施例中，當(dāng)?shù)谝粚?10如例如鈀、金或銠制成時，可以省掉保護(hù)層130。
如上所述，在一個實施例中，孔板100組成墨滴噴射元件30(圖2)的孔板60。因此，孔板100依靠薄膜結(jié)構(gòu)50支撐，并覆蓋在啟動電阻器70的上方，以便使孔102可以與啟動電阻器70有效地連接，并使流體室104與流體供應(yīng)通道52相通。這樣，流體從流體供應(yīng)槽44經(jīng)流體供應(yīng)通道52流向流體室104。因而，孔板100的朝向可以使第一層110提供墨滴噴射元件30的前側(cè)面，并且第二層120可以面向薄膜結(jié)構(gòu)50。在一個實施例中，通過將第二層120粘接在粘合層80上來由薄膜結(jié)構(gòu)50支撐孔板100。
因為孔板100的第一層110和第二層120是分離的結(jié)構(gòu)，孔102的性狀可以獨立控制。例如，孔102的形狀、尺寸和間距能夠由第一層110決定，同時流體室104和孔板100的全部厚度能夠由第二層120決定。這樣就能提供形式更一致和/或更均勻的孔102。
雖然這里已經(jīng)圖示和描述了幾個明確的實施例，但是本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)知道，可以有多種多樣可選擇的和/或等同實施例來替代本文所示和所述的特定實施例，并且還不超出本發(fā)明的范圍。本申請用以涵蓋本文所討論的特定實施例的任意改型或變型。因此本發(fā)明僅的意圖由本權(quán)利要求書和其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種形成用于流體噴射裝置(12)的孔板(100)的方法。其包括在傳導(dǎo)表面(206)上放置并形成掩模材料(210)；在傳導(dǎo)表面上形成第一層(110)，第一層包含金屬材料；在第一層上形成第二層(120)，第二層包含聚合材料；并且從傳導(dǎo)表面上取下第一層和第二層。
2.權(quán)利要求1所述的一種方法，其中第一層的形成包括用金屬材料電鍍傳導(dǎo)表面。
3.權(quán)利要求1所述的一種方法，其中第一層的形成包括在掩模材料的一部分之上沉積第一層，并至少提供一個通過第一層到掩模材料的開口(112)。
4.權(quán)利要求3所述的一種方法，其中第二層的形成包括在第一層之上和第一層至少一個開口之內(nèi)沉積聚合材料，并構(gòu)圖聚合材料以限定至少一個通過第二層和第一層到掩模材料的開口(106)。
5.權(quán)利要求1所述的一種方法，其中第一層的形成包括用掩模材料在第一層內(nèi)確定孔(102)，并提供一個通過第一層到掩模材料的第一開口(112)，第一開口與該孔相通，并且該孔的尺寸由掩模材料限定；第二層的形成包括提供一個通過第二層的第二開口(122)，第二開口與第一開口相通。
6.權(quán)利要求5所述的一種方法，其中掩模材料的構(gòu)圖包括確定孔的直徑，孔的直徑大于第一開口的最小直徑。
7.權(quán)利要求5所述的一種方法，其中第二開口的設(shè)置包括確定第二開口的直徑，第二開口的直徑大于第一開口的最小直徑。
8.權(quán)利要求1所述的一種方法，其中第一層的金屬材料包括下列材料之一鎳、銅、鐵/鎳合金、鈀、金和銠，第二層的聚合材料包含可光成像聚合物。
9.權(quán)利要求1所述的一種方法，還包括在第一層之上形成保護(hù)層(130)。
10.權(quán)利要求9所述的一種方法，其中第一層的金屬材料包括下列材料之一鎳、銅和鐵/鎳合金，并且保護(hù)層包含鈀、金和銠中的一種。
11.用于流體噴射裝置(12)的孔板(100)，其中孔板包括由金屬材料制成的第一層(110)，其有1個一側(cè)面(114)和1個與一側(cè)面相對的二側(cè)面(116)，第一層有一個設(shè)置在一側(cè)面內(nèi)的孔(102)和設(shè)置在二側(cè)面的第一開口(112)，第一開口與孔相通；并且第二層(120)由聚合材料制成，其有一個貫通限定的第二開口(122)，第二層設(shè)置在第一層的二側(cè)面上，并且第二開口與第一開口相通。其中該孔的直徑和第二開口的直徑都大于第一開口的最小直徑。
12.權(quán)利要求11所述的一種孔板，其中第二層在第一層之后形成。
13.權(quán)利要求11所述的一種孔板，其中第一層電鑄而成，第二層放在第一層上。
14.權(quán)利要求11所述的一種孔板，其中第一層的金屬材料包括下述材料之一鎳、銅、鐵/鎳合金、鈀、金和銠，第二層的聚合材料包括一種可光成像聚合物。
15.權(quán)利要求11所述的一種孔板，其還包括在第一層一側(cè)面上設(shè)置的保護(hù)層(130)。
16.權(quán)利要求15所述的一種孔板，其中保護(hù)層設(shè)置在該孔和第一層的第一開口之內(nèi)。
17.權(quán)利要求15所述的一種孔板，其中第一層的金屬材料包含下列材料之一鎳、銅和鐵/鎳合金，并且保護(hù)層材料包含鈀、金和銠中的一種。
18.權(quán)利要求11所述的一種孔板，其中第一層和第二層各自的厚度在約5微米到約25微米的范圍內(nèi)。
19.權(quán)利要求11所述的一種孔板，其中第一層和第二層的厚度各自約為13微米。
全文摘要
一種形成流體噴射裝置(12)孔板(100)的方法，其包括在傳導(dǎo)表面(206)上放置并制成掩模材料(210)，在傳導(dǎo)表面上形成第一層(110)，在第一層上形成第二層(120)，并從傳導(dǎo)表面上取下第一層和第二層，其中第一層包含金屬材料，第二層包含聚合材料。
文檔編號B41J2/135GK1608851SQ200410057700
公開日2005年4月27日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月23日
發(fā)明者J·勞斯, K·布朗, R·里瓦斯 申請人:惠普開發(fā)有限公司