專利名稱：控制穿過噴嘴的速率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制噴嘴速率。
背景技術(shù)：
流體噴射系統(tǒng)，例如墨噴打印機(jī)，通常包括從墨源到墨噴嘴組件的墨通道，所述墨噴嘴組件包括噴射墨滴的噴嘴。墨僅僅是可從噴射打印機(jī)噴出的流體的一個示例。可通過例如壓電撓曲體、熱氣泡噴射發(fā)生器或靜電撓曲元件等致動器對墨通道中的墨加壓來控制墨滴噴射。典型的打印頭模塊具有噴嘴行或陣列，其具有相應(yīng)的墨通道陣列和相關(guān)聯(lián)的致動器，并且可單獨控制從各噴嘴噴出的小滴。在所謂的“按需噴射(drop-on-demand)”打印頭模塊中，各個致動器被激活以在介質(zhì)上的特定位置處選擇性地噴射小滴。在打印操作期間，打印頭模塊和介質(zhì)可彼此相對移動。在一個示例中，打印頭模塊可包括半導(dǎo)體打印頭本體和壓電致動器。打印頭本體可由蝕刻成限定泵送室的硅制成。噴嘴可由安裝至打印頭本體的分離基底(即噴嘴層)限定出。壓電致動器可具有一層響應(yīng)于外加電壓而改變幾何結(jié)構(gòu)或撓性的壓電材料。壓電層的彎曲使隔膜發(fā)生彎曲，其中隔膜形成泵送室的壁。隔膜的彎曲從而向泵送室中沿墨通道定位的墨施壓，并以一噴嘴速率從噴嘴噴出墨滴。壓電致動器粘結(jié)至隔膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及控制噴嘴速率?？偟膩碚f，一方面，本發(fā)明涉及一種方法，通過該方法測量影響打印流體從泵送室穿過噴嘴噴出的噴嘴速率的一個或多個參數(shù)。打印流體容納在所述泵送室中，所述泵送室被壓電層的撓曲致動。至少部分地基于測得的一個或多個參數(shù)來減小致動所述壓電層的電極的表面面積。本發(fā)明的實施方式可包括一個或多個以下特征。測量所述一個或多個參數(shù)可包括測量所述壓電層的厚度和電容。減小電極的表面面積可包括至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來確定噴嘴速率；以及基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。測量所述一個或多個參數(shù)可包括直接測量所述壓電層的無載荷撓曲。減小電極的表面面積可包括至少部分地基于測得的所述壓電層的無載荷撓曲來確定噴嘴速率；以及基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。測量一個或多個參數(shù)可包括測量噴嘴的直徑。減小電極的表面面積可包括至少部分地基于測得的噴嘴直徑來確定噴嘴速率；以及基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。測量一個或多個參數(shù)可包括測量打印流體的流路的一個或多個流路特性(flow path characteristic) 0減小電極的表面面積可包括至少部分地基于測得的一個或多個流路特性來確定噴嘴速率；以及基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積?？偟膩碚f，另一方面，本發(fā)明涉及一種方法，其包括測量定位成與電極發(fā)生接觸的壓電層的一個或多個參數(shù)。所述壓電層的撓曲使含有打印流體的泵送室的邊界發(fā)生撓曲，使得打印流體以一噴嘴速率噴出噴嘴。至少部分地基于測得的一個或多個參數(shù)來減小所述電極的表面面積。本發(fā)明的實施方式可包括一個或多個以下特征。減小電極的表面面積可包括基于測得的所述壓電層的一個或多個參數(shù)來估算噴嘴速率；以及至少部分地基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。測量一個或多個參數(shù)可包括測量所述壓電層的厚度和電容。測量一個或多個參數(shù)可包括測量所述壓電層的無載荷撓曲。測量無載荷撓曲可包括向電極施加固定振幅正弦電壓，并用激光振動計直接測量無載荷撓曲?？偟膩碚f，另一方面，本發(fā)明涉及一種方法，其中對于被致動器陣列驅(qū)動的噴嘴陣列中的各噴嘴，測量包括在致動器中并定位成與電極發(fā)生接觸的壓電層的一個或多個參數(shù)。所述壓電層的撓曲使隔膜撓曲進(jìn)入含有打印流體的泵送室中，使得打印流體以一噴嘴速率噴出噴嘴。對于每個噴嘴，基于測得的所述壓電層的一個或多個參數(shù)，來確定噴嘴的噴嘴速率。計算整個噴嘴陣列中的噴嘴的平均速率。將各噴嘴的噴嘴速率規(guī)范化(normalize) 為目標(biāo)速率。對于每個噴嘴，如果規(guī)范化的噴嘴速率大于目標(biāo)速率，則計算規(guī)范化的噴嘴速率與目標(biāo)速率之間的差值。基于算出的差值來減小電極的表面面積。本發(fā)明的實施方式可包括一個或多個以下特征?？纱_定噴嘴速率應(yīng)減小的閾值 (threshold amount)。如果算出的規(guī)范化的噴嘴速率與目標(biāo)速率之間的差值大于所述閾值，則基于所述閾值而不是算出的差值來減小電極的表面面積。總的來說，另一方面，本發(fā)明涉及一種方法，其中測量定位成與電極發(fā)生接觸的壓電層的厚度和電容。所述壓電層的撓曲使含有打印流體的泵送室的邊界發(fā)生撓曲，使得打印流體以一噴嘴速率噴出噴嘴。至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來減小電極的表面面積。本發(fā)明的實施方式可包括一個或多個以下特征。減小電極的表面面積可包括至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來確定噴嘴速率；以及可基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。確定噴嘴速率可進(jìn)一步至少部分地基于噴嘴的直徑?？蓽p小所述電極的表面面積，以將噴嘴速率減小至目標(biāo)速率?？赏ㄟ^用激光器去除所述電極的一部分，來減小電極的表面面積。修剪所述電極的周邊來減小所述表面面積。可去除所述電極的一個或多個內(nèi)部區(qū)域來減小所述表面面積?？扇コ鲭姌O的一端來減小所述表面面積。減小電極的表面面積可包括至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來確定穿過噴嘴噴出的打印流體的體積；以及基于該體積與噴嘴的目標(biāo)體積的對比來減小所述電極的表面面積?？偟膩碚f，另一方面，本發(fā)明涉及一種方法，向定位成與壓電層發(fā)生接觸的電極施加電壓，所述電極具有表面面積。根據(jù)外加電壓來測量壓電層的撓曲。至少部分地基于測得的撓曲來減小所述電極的表面面積。本發(fā)明的實施方式可包括一個或多個以下特征。減小電極的表面面積可包括當(dāng)壓電層的撓曲使泵送室的邊界撓曲時，至少部分地基于測得的撓曲，來確定從泵送室穿過噴嘴噴出的打印流體的噴嘴速率?？苫趪娮焖俾逝c噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積?？纱_定電極的表面面積的減小量，以使噴嘴速率減小至目標(biāo)速率。確定噴嘴速率可進(jìn)一步至少部分地基于噴嘴的直徑。測得的撓曲可以是無載荷撓曲，并且可通過例如激光振動計來測量。本發(fā)明的實施方式可實現(xiàn)一個或多個以下優(yōu)點。整個噴嘴陣列中的噴嘴的速度可受控，以在整個陣列中獲得大致均勻的速率。整個致動器陣列的各致動器的變異能夠被抵消，以在驅(qū)動噴嘴陣列的整個致動器陣列中實現(xiàn)致動器性能的充分均勻性。例如壓電材料特性(例如d31系數(shù))、流路特性或噴嘴直徑等影響速率的因素的變異能夠被抵消，以在整個噴嘴陣列中實現(xiàn)噴嘴速率的均勻性、并且能改善滴質(zhì)量的均勻性。本發(fā)明的一個或多個實施例的詳情將在附圖和以下描述中給出。從描述和附圖以及權(quán)利要求中，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將變得清楚明了。


圖IA是包括粘結(jié)至隔膜的致動器的示例打印頭模塊的一部分的截面式部分分解圖。圖IB是圖IA所示打印頭模塊的截面圖。圖2是一示例打印頭模塊的一部分的俯視圖，示出了位于泵送室排上方的致動器排。圖3A是圖IA和IB所示打印頭模塊的一部分的放大截面圖。圖:3B是圖3A所示打印頭模塊的部分的放大截面圖，其中隔膜發(fā)生了撓曲。圖4是減小電極的表面面積的一示例工藝的流程圖。圖5是確定噴嘴速率的一示例工藝的流程圖。圖6是確定噴嘴速率的一替代示例工藝的流程圖。圖7是減小電極陣列的表面面積的一示例工藝的流程圖。各圖中的相同附圖標(biāo)記代表相同元件。
具體實施例方式描述的是用于控制從打印頭模塊上的噴嘴噴出的打印流體的速率的方法。參考圖 1，只為說明起見，并且不局限于所示的特定打印頭模塊100，將在粘結(jié)至隔膜104的致動器 102的背景中描述技術(shù)。示出了打印頭模塊100的一部分的截面圖。打印頭模塊100包括基底108，基底108中形成有多個流體流路(只圖示了一個流路)。打印頭模塊100還包括使流體(例如墨)從流路中選擇性地噴出的多個致動器。因此，各流路與其相關(guān)聯(lián)的致動器提供了單獨可控的MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng))流體噴射器。在打印頭模塊的該實施方式中，一個入口將流體源(未示出)流體連通至基底 108。該入口經(jīng)由一通道(未示出)流體連通至入口通路110。入口通路110與泵送室112 流體連通。泵送室112流體連通至終結(jié)于噴嘴118處的下降部116。噴嘴118可由安裝至基底108的噴嘴層120限定出。隔膜104緊鄰泵送室112形成在基底108的頂部，例如隔膜104的下表面可限定出泵送室112的上部邊界。致動器102設(shè)置在隔膜104的頂部，而粘結(jié)劑103介于致動器 102與隔膜104之間。應(yīng)該理解的是，在另一些實施方式中，可去除隔膜104，而壓電層130 自身可形成泵送室112的邊界。在打印流體能夠腐蝕壓電材料的實施方式中，可通過保護(hù)層，例如Upilex 或Kapton 的聚酰亞胺層，來保護(hù)形成泵送室的邊界的表面。
參考圖2，示出了打印頭模塊100的一部分的俯視圖。在一些實施方式中，各泵送室112具有相應(yīng)的能夠被獨立致動的絕緣致動器102。在本實施方式中，示出了由兩排致動器102形成的致動器陣列。這兩排致動器102對應(yīng)于兩排泵送室112的陣列，而兩排泵送室112的陣列可對應(yīng)于位于泵送室112的陣列下方的兩排噴嘴118的陣列。參考圖3A，在該實施方式中，致動器102包括介于電極130和132之間的壓電層 131，以允許通過電路(未示出)來進(jìn)行致動器102的致動。例如，電極130可以是驅(qū)動電極，而電極132可以是接地電極。向驅(qū)動電極130施加的電壓跨越壓電層131生成電壓差， 使壓電材料發(fā)生變形，如圖3B所示。該變形能使隔膜104向泵送室112中撓曲一定量115， 從而改變泵送室112中流體的體積。響應(yīng)于泵送室中的體積變化，流體滴119以速率V從打印頭模塊的噴嘴118噴出。因為壓電層131通常形成為非常薄的層，例如小于50微米，這在不損壞該層的情況下難以處理，所以可通過至少以下兩種方法來形成致動器102，但是其它形成技術(shù)也是可行的。在一個技術(shù)中，接地電極132形成在相對較厚的壓電層的底部。在該實施方式中，形成有電極132的厚壓電層在這里稱為“致動器層”，因為它實際不是致動器，但是包括處于致動器形成工藝中一個階段處的一些組分。然后，可通過本文所述的粘結(jié)方法將致動器層粘結(jié)至已經(jīng)粘結(jié)于基底108的隔膜104。然后，可使厚壓電層平整化，以將厚度減小至期望厚度，即形成壓電層131。然后，可在壓電層131的頂部上形成驅(qū)動電極130。在另一技術(shù)中，在支持晶片上形成相對較厚的壓電層。然后，使壓電層平整化，以將厚度減小至期望厚度，即形成壓電層131。支持晶片提供形成這種壓電材料的薄層的剛性需求。然后，使壓電層131的暴露面金屬化，以形成接地電極132。在該實施方式中，安裝至支持晶片并且形成有電極132的壓電層131是“致動器層”。該致動器層通過本文所述的粘結(jié)方法粘結(jié)至隔膜104。然后，可從壓電層131去除支持晶片。然后，可使壓電層131的新暴露面金屬化，以形成驅(qū)動電極130。隔膜104可由硅(例如單晶硅)、一些其它半導(dǎo)體材料、氧化物、玻璃、氮化鋁、碳化硅、其它陶瓷或金屬、絕緣體上硅(silicon-on-insulator)、或者任意深度可塑造基底形成。例如，隔膜104可由惰性材料組成并具有柔度，以使致動器102的致動使隔膜104產(chǎn)生足以對泵送室112中的流體加壓的彎曲。在一些實施方式中，隔膜104可具有約1微米到約 150微米之間的厚度。更具體地，在一些實施方式中，厚度范圍可大致為8 20微米。2004 年10月8日由Bibl等人提交并在2005年5月12日公開的名為“I^rint Head withThin Membrane"的美國專利2005/0099467號公報中描述了打印頭模塊及其制造技術(shù)的示例，其全體內(nèi)容通過引用并入本文。再次參考圖1所示的示例性打印頭模塊，操作中，流體經(jīng)由入口流入基底108中并穿過入口通路110。流體向上流過入口通路110并進(jìn)入泵送室112中。當(dāng)泵送室112上方的致動器102被致動時，致動器102使隔膜104撓曲到泵送室112中。所引起的泵送室112 的體積變化迫使流體流出泵送室112并進(jìn)入下降部116。然后，流體穿過噴嘴118，前提是致動器102施加了充分的壓力，以迫使流體的小滴119穿過噴嘴118。流體的小滴119以速率V噴出，然后可沉積在基材上。小滴119的噴出速率可受若干不同因素的影響。如果能確定影響速率的一個或多個因素與速率之間的關(guān)系(例如，通過使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的回歸建模)，則能估算速率。例如，致動器的性能會影響速率。通過取入與致動器的性能相關(guān)的一個或多個測量值，可基于測量值對被特定致動器驅(qū)動的特定噴嘴估算出速率。上述示例和其它示例將在以下進(jìn)一步詳細(xì)描述。如果估算出的速率大于噴嘴的目標(biāo)速率，則可減小驅(qū)動電極130的表面面積，以減小向壓電層131施加的電壓，進(jìn)而減小撓曲，從而減小噴嘴速率。雖然以上論述涉及的是各種因素對噴嘴速率、即滴從噴嘴噴出的速率的影響，但是其它滴特性也可與這些因素相關(guān)。例如，噴出的滴的體積可與各種因素中的一個或多個相關(guān)。在一些實施方式中，期望的是獲得均勻的滴體積，可測量滴體積并將之設(shè)定為目標(biāo)， 而不是速率。其它滴特性也是可能的。為說明起見，以下論述是基于測量或估算噴嘴速率并將之與目標(biāo)速率進(jìn)行比較的背景，然而應(yīng)該理解的是也可使用不同的滴特性。在一實施方式中，當(dāng)確定驅(qū)動電極130的表面面積應(yīng)減小多少(如果需要的話) 時，將致動器的變異(variation)的影響納入考量。再次參考圖3A，在所示實施方式中，壓電致動器102包括接地電極132、壓電層131和驅(qū)動電極130。壓電層131是壓電材料的薄膜，可具有小于等于約50微米的厚度，例如約25微米 1微米。在一特定示例中，壓電層的厚度范圍大致為8 18微米。優(yōu)選地，噴嘴陣列中的各噴嘴以均勻速率噴射小滴。噴出的流體的速率至少部分地與驅(qū)動打印流體穿過噴嘴的致動器102的性能相關(guān)。壓電致動器102的性能可通過兩個特性來描述(1)無載荷撓曲(unloaded deflection)；和(2)輸出阻抗(output impedance) 0無載荷撓曲是壓電層131在致動器沒有載荷的情況下(例如，泵送室中缺乏打印流體)響應(yīng)于外加電壓的撓曲量。輸出阻抗是致動器驅(qū)動某物(例如從泵送室驅(qū)動打印流體)的能力的量度。一個致動器的無載荷撓曲和輸出阻抗的變異可受壓電層131的變異的影響。雖然致動器的其它部件例如隔膜104的變異也會影響這些變量，但是通常是壓電層131的變異具有顯著影響。例如，壓電層131的電容、厚度和/或d系數(shù)均可能與無載荷撓曲和輸出阻抗有關(guān)。由于這些參數(shù)的值在致動器陣列內(nèi)不同致動器之間可能是不同的，所以相應(yīng)噴嘴陣列內(nèi)的各噴嘴的速率也可能不同。為了抵消整個噴嘴陣列內(nèi)這些參數(shù)的值的變異，可減小致動器102中驅(qū)動電極130的表面面積。減小驅(qū)動電極130的表面面積會減小壓電層 131的被致動面積，從而減小壓電層131的撓曲，并相應(yīng)地減小隔膜104的撓曲115。隔膜 104的撓曲115的減小從而使小滴119從噴嘴118噴出的速率(Veffi)減小。因此，可使用該技術(shù)在噴嘴到噴嘴的基礎(chǔ)上減小各噴嘴的噴嘴速率，以抵消上述壓電層參數(shù)的變異。驅(qū)動電極130是位于泵送室上方的扁平結(jié)構(gòu)，可具有各種形狀。在所示示例中，驅(qū)動電極呈矩形形狀。然而，在另一些實施方式中，驅(qū)動電極130可呈圓形、卵形、橢圓形、或其它形狀。如何修剪(trim)電極以減小電極的表面面積，根據(jù)電極的構(gòu)造可能是不同的。 例如，在具有矩形構(gòu)造的所示驅(qū)動電極130中，可去除一端或使之與電極的其余部分絕緣。 在該特定實施方式中，壓電層的被致動面積與噴嘴速率之間大體存在直接的關(guān)系。然而，在另一些實施方式中，情況則不是這樣的?？墒占跪?qū)動電極130的表面面積與噴嘴速率相關(guān)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并可使用回歸建模技術(shù)(其可被打印頭模塊是如何操作的物理解釋引導(dǎo)) 來推導(dǎo)表面面積與噴嘴速率之間的關(guān)系。然后，可使用該關(guān)系來確定驅(qū)動電極需要修剪多少以獲得目標(biāo)噴嘴速率。如上所述，驅(qū)動電極是扁平結(jié)構(gòu)，并可包括從該電極延伸的薄驅(qū)動線。電極的表面面積的修剪在大的扁平區(qū)域上進(jìn)行。修剪圖案可根據(jù)電極的特定構(gòu)造而不同。參考圖4，示出了用于控制噴嘴的速率的示例工藝400?？蓽y量與壓電層131有關(guān)的一個或多個參數(shù)(步驟402)，并用于確定致動器的無載荷撓曲和輸出阻抗(步驟404)。 可直接地或間接地基于致動器的無載荷撓曲和輸出阻抗，來確定(或至少估算)被致動器驅(qū)動的噴嘴的速率(步驟406)?？蓪娮焖俾逝c噴嘴的目標(biāo)速率的對比用于確定噴嘴速率是否有必要減小(步驟408)和減小多少。然后，可減小驅(qū)動電極的表面面積以減小向壓電層施加的電壓，從而減小壓電層的撓曲量，從而減小噴嘴速率和/或滴體積(步驟410)。 另一方面，如果噴嘴速率小于或等于目標(biāo)速率，則工藝結(jié)束(步驟412)。在一些實施方式中，可測量壓電層131的電容和厚度參數(shù)，并用于確定致動器的無載荷撓曲和輸出阻抗，和/或估算噴嘴速率。圖5示出了基于壓電層131的電容和厚度來減小驅(qū)動電極的表面面積的示例工藝500。對于特定噴嘴，測量壓電層的電容和厚度(步驟50幻?？墒褂萌我獗憷募夹g(shù)來測量電容，例如與晶片探頭系統(tǒng)一起使用電容計。可使用任意便利的技術(shù)來測量厚度，例如測厚光學(xué)測量值裝置。然后，基于測得的壓電層的電容和厚度來估算速率Veffi (步驟504)。在一實施方式中，可收集經(jīng)驗數(shù)據(jù)，來顯示各種電容和厚度值與噴嘴速率?？墒褂没貧w建模技術(shù)(其可被打印頭模塊是如何操作的物理解釋引導(dǎo))來推導(dǎo)壓電層131的電容和厚度與噴嘴速率之間的關(guān)系?？蓪牟襟E504測得的電容和厚度輸入模型中，從而估算噴嘴速率。如果速率V 大于陣列中各噴嘴的預(yù)定目標(biāo)速率，則減小電極的表面面積，以減小速率Ve^來獲得目標(biāo)速率(步驟506)。如果速率Veffi小于或等于目標(biāo)速率，則不改變表面面積。目標(biāo)速率可基于各種因素來預(yù)定，包括例如設(shè)計考量和/或打印頭模塊的用途。在另一些實施方式中，如上所述，可使用回歸建模技術(shù)來推導(dǎo)壓電層131的電容和厚度與從噴嘴噴出的滴的體積之間的關(guān)系?？蓪y得的電容和厚度輸入模型中，從而估算滴體積。如果滴體積超過了噴嘴的預(yù)定目標(biāo)體積，則可減小電極的表面面積，以減小滴體積來獲得目標(biāo)體積?？墒褂萌我獗憷募夹g(shù)來減小驅(qū)動電極130的表面面積。在一實施方式中，驅(qū)動電極130被激光修剪。例如，如果驅(qū)動電極130是通過使壓電層131的表面金屬化而形成的，則可使用激光去除形成驅(qū)動電極的金屬化表面的一些部分。例如，可切掉驅(qū)動電極的一端，以減小電極的整體表面面積。在其它示例中，繞驅(qū)動電極130的周邊修剪驅(qū)動電極130。 在其它示例中，通過去除驅(qū)動電極130的內(nèi)部，例如在電極中形成“孔”，來減小驅(qū)動電極的表面面積。在一些實施方式中，可使驅(qū)動電極130的一部分與電極130的接收驅(qū)動電壓的部分絕緣，如此則不向絕緣部分施加電壓。從而減小了驅(qū)動電極130的受到驅(qū)動電壓的表面面積，雖然電極的絕緣部分未被物理地去除。例如，如果驅(qū)動電極130是形成在壓電層上的金屬化層，則可去除一條金屬化層，以使驅(qū)動電極130的一端與接收驅(qū)動電壓的另一端電絕緣。在一實施方式中，使用可從Oregon州的Portland城的Electro kientifichdustries公司(ESI)獲得的激光裝置來修剪電極。將包括形成在壓電層上的電極的部件置于能夠相對于激光器移動該部件的載物臺上。例如，載物臺可以是 Electroglas公司的產(chǎn)品?？墒褂脠?zhí)行軟件程序的處理器來控制激光裝置和載物臺兩者，以在修剪工藝期間使部件相對于晶片定位。參考圖6，示出了用于減小驅(qū)動電極的表面面積以控制噴嘴速率的另一示例工藝 600。在該實施方式中，測量的壓電層131的參數(shù)是向驅(qū)動電極130施加電壓時的無載荷撓曲(步驟60 。例如，可使用激光振動計來測量壓電層131響應(yīng)于向驅(qū)動電極130施加的電壓而發(fā)生的撓曲，所述電壓可以是固定振幅正弦電壓。因為無載荷撓曲是直接測得的，而不是基于其它測量值(例如電容和厚度)估算出的，所以對撓曲的各種影響均得到了考慮， 包括例如壓電層的壓電系數(shù)。在一些情況下，已發(fā)現(xiàn)d系數(shù)的4%的變異可能轉(zhuǎn)換成滴速的 8%的變異。例如，如果輸出阻抗是恒定的，則能夠單獨基于壓電層131的無載荷撓曲而估算出速率在一些實施方式中，輸出阻抗在整個致動器陣列中可以是大致恒定的。輸出阻抗是否變化可取決于例如致動器的制造技術(shù)。與濺鍍壓電層的技術(shù)相比，包括對壓電層進(jìn)行研磨的技術(shù)可導(dǎo)致在整個致動器陣列中輸出阻抗的更大變異。對于致動器的一些制造實施方式，輸出阻抗可假定為一恒量。在這種實施方式中，無載荷撓曲的激光振動計測量值能足以估算出噴嘴速率。在一實施方式中，可收集經(jīng)驗數(shù)據(jù)，來顯示各種無載荷撓曲值與噴嘴速率。可使用回歸建模技術(shù)(其可被打印頭模塊是如何操作的物理解釋引導(dǎo))來推導(dǎo)壓電層131的無載荷撓曲與噴嘴速率之間的關(guān)系。可將從步驟602測得的無載荷撓曲輸入模型中，從而估算噴嘴速率。在輸出阻抗的變異被預(yù)期的實施方式中，可通過測量一個或多個其它參數(shù)來確定輸出阻抗，例如壓電層的電容和/或厚度。在任一情況下，速率Veffi均被確定(步驟604)，并可與目標(biāo)速率進(jìn)行比較。如果速率Veffi大于陣列中各噴嘴的預(yù)定目標(biāo)速率，則可減小驅(qū)動電極130的表面面積，以減小速率Veffi，來獲得目標(biāo)速率(步驟606)。如果速率Veffi小于或等于目標(biāo)速率，則不改變驅(qū)動電極130的表面面積。在另一些實施方式中，如上所述，可使用回歸建模技術(shù)來推導(dǎo)壓電層131的測得的無載荷撓曲與從噴嘴噴出的滴的體積之間的關(guān)系。可將測得的無載荷撓曲輸入模型中， 從而估算滴體積。如果滴體積超過了噴嘴的預(yù)定目標(biāo)體積，則可減小電極的表面面積，以減小滴體積來獲得目標(biāo)體積。以上描述了用于測量或估算壓電層131的無載荷撓曲的兩種技術(shù)，即使用壓電層的厚度和電容進(jìn)行代表(proxy)的間接方式、或使用激光振動計的直接方式。應(yīng)該理解的是其它技術(shù)也可用于直接測量，例如但不限于二維干涉儀(interferometer)；激光多普勒儀(laser Doppler)；反身寸(Keyence,基恩士)；或共焦顯微術(shù)(confocal microscopy)。 就間接測量而言，可使用壓電系數(shù)的代表——介電常數(shù)來估算無載荷撓曲。就輸出阻抗而言，可使用其它技術(shù)來估算該特征的值，包括例如(但不局限于)施加壓力并測量撓曲、或通過代表變量例如壓電層的厚度或壓電層的共振頻率，它們可被電氣地或機(jī)械地測出。在一些實施方式中，當(dāng)確定驅(qū)動電極130的表面面積應(yīng)減小多少(如果需要的話) 時，將整個陣列中噴嘴的噴嘴直徑的變異的影響納入考量。例如，噴嘴的直徑越小，則噴嘴速率越快。在一些實施方式中，噴嘴直徑可作為因素來確定驅(qū)動電極130的表面面積的減小量。也就是說，如果噴嘴直徑Dl需要驅(qū)動電極130的表面面積的減小量為Al以獲得特定的目標(biāo)速率、并且特定噴嘴的直徑小于D1，則從驅(qū)動電極130修剪的表面面積量應(yīng)該小于Al以獲得目標(biāo)速率。在一些實施方式中，可與測得的壓電層131的電容和厚度一起使用噴嘴直徑來確定噴嘴的速率Veffi。在另一些實施方式中，可與測得的壓電層131的無載荷撓曲一起使用噴嘴直徑來確定噴嘴的速率Veffi。在另一些實施方式中，可單獨使用噴嘴直徑來確定噴嘴的速率V ·可使用任意便利的技術(shù)來測量直徑，例如光學(xué)方法或機(jī)械方法。在一些實施方式中也可估算直徑。例如，如果噴嘴是使用KOH蝕刻在硅層中形成的，則知道關(guān)于該層和蝕刻工藝的某些參數(shù)，就能預(yù)測出噴嘴直徑。在一些實施方式中，可收集經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定滴速與噴嘴直徑之間的關(guān)系。然后可將噴嘴直徑的測量值與經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而單獨基于的噴嘴直徑、或與測得的壓電層的電容和厚度的組合、或與測得的壓電層的撓曲的組合，來估算速率V ’基于該速率V 能夠確定驅(qū)動電極130的表面面積的修剪量。在任一情況下，如果速率Veffi大于陣列中各噴嘴的預(yù)定目標(biāo)速率，則減小電極的表面面積，以減小速率Veffi，來獲得目標(biāo)速率，否則不改變表面面積。在另一些實施方式中，如上所述，可使用回歸建模技術(shù)來推導(dǎo)噴嘴直徑與從噴嘴噴出的滴的體積之間的關(guān)系。可將噴嘴直徑輸入模型中，從而估算滴體積。如果滴體積超過了噴嘴的預(yù)定目標(biāo)體積，則可減小電極的表面面積，以減小滴體積來獲得目標(biāo)體積。在一些實施方式中，當(dāng)確定驅(qū)動電極130的表面面積應(yīng)減小多少(如果需要的話) 時，將對應(yīng)于整個噴嘴陣列中的噴嘴的流路的流路特性的變異的影響納入考量。例如，流路的尺寸，例如長度、寬度和/或高度等，均能影響流路終結(jié)之處的噴嘴的速率。在一些實施方式中，可使用基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的回歸建模技術(shù)，來確定一個或多個流路特性與噴嘴速率之間的關(guān)系。然后可將流路特性的測量值與經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而單獨基于的流路特性、或與其它測量值例如壓電層的電容和厚度或測得的壓電層的撓曲的組合，來估算速率基于該速率V ,能夠確定驅(qū)動電極130的表面面積的修剪量。在任一情況下，如果速率V 大于陣列中各噴嘴的預(yù)定目標(biāo)速率，則減小電極的表面面積，以減小速率Ve^來獲得目標(biāo)速率，否則不改變表面面積。在另一些實施方式中，如上所述，可使用回歸建模技術(shù)來推導(dǎo)流路特性與從噴嘴噴出的滴的體積之間的關(guān)系?？蓪y得的流路特性輸入模型中，從而估算滴體積。如果滴體積超過了噴嘴的預(yù)定目標(biāo)體積，則可減小電極的表面面積，以減小滴體積來獲得目標(biāo)體積。減小驅(qū)動電極130的表面面積具有減小速率Veffi的效果。因此，由于速率Veffi只能被減小來獲得整個噴嘴陣列的均勻速率，所以各噴嘴的速率Veffi (除最慢噴嘴外)有必要調(diào)節(jié)至陣列內(nèi)的最慢速率然而，實際上，并不希望減小除最慢噴嘴外的每個噴嘴的速率。例如，在數(shù)百個噴嘴的陣列中，設(shè)計公差可允許10個“慢”噴嘴。因此，“第十一慢” 噴嘴的速率可用作目標(biāo)速率。參考圖7，示出了用于確定噴嘴速率應(yīng)該減小多少的示例工藝700。在該實施方式中，對于各個噴嘴確定出速率Veffi，例如使用以上參照圖5和6所述的技術(shù)中的一個(步驟 702)。計算陣列中噴嘴的平均速率(步驟704)。在一些實施方式中，可將平均速率規(guī)范化為目標(biāo)速率(Vgfe)(步驟705)。在一個示例中，如果平均速率為9m/s而目標(biāo)速率選擇為 8m/s，則各噴嘴的Veffi可減小lm/s，以將平均噴嘴速率規(guī)范化為目標(biāo)速率。調(diào)節(jié)后的噴嘴速率在以下稱為V' 。對于各噴嘴，計算殘差值(Res )，為V' 與V目^之間的差值(步驟706)。例如，如果V'噴嘴等于8. 5m/s而V目標(biāo)等于8m/s，則ReSe^*0.5m/S。也就是說， 該噴嘴的驅(qū)動電極的表面面積應(yīng)該減小足夠量以使該噴嘴的速率減小0. 5m/s?？蛇x地，在一些實施方式中，可對整個噴嘴陣列確定閾值殘差(ResW{t)(步驟 708)。對于陣列中的各噴嘴，如果Reseffi大于Resiwt (步驟708的“是”分支)，則基于Res 減小相應(yīng)噴嘴的驅(qū)動電極130的表面面積。然而，如果Reseffi小于Reswtt (步驟708的 “否”分支)，則基于Resiwt減小驅(qū)動電極130的表面面積。例如，考慮這樣一個示例，其中Ψ輔為9m/s，而Vgfe設(shè)定為陣列中的最慢噴嘴且為4m/s。因此，Reseffi的計算值為5m/s。也就是說，對于該特定噴嘴，速率必須減小5m/s， 以獲得目標(biāo)速率。然而，并不總是希望減小每個噴嘴的速率，閾值殘差可選擇為任意特定噴嘴的速率將減小的最大值。例如，在本例中，Resiwt可為3m/s。如果Res 大于Res lWt，則速率只減小ReslWt。在上述特定說明性示例中，由于Rese^* 5m/s，大于3m/s的Reswtt，所以噴嘴的速率將從9m/s只減小3m/s到6m/s，而不是一直減小到目標(biāo)速率4m/s。如果Res
小于或等于Reswtt，則速率減小量為Reseffi的量。在一些實施方式中，壓電層可由具有希望性質(zhì)例如高密度、低空隙和高壓電常數(shù)的壓電材料組成。這些性質(zhì)可通過使用涉及在將壓電材料粘結(jié)至基底前燒制該材料的技術(shù)，而得以在壓電材料中建立。例如，通過自身模制和燒制的壓電材料(與在支持物上進(jìn)行的相反)具有可使用高壓來向模具(受熱或未受熱)中填塞材料的優(yōu)點。另外，通常需要較少的添加劑，例如流動劑和粘結(jié)劑等。可在燒制工藝中使用例如1200 1300°C的較高溫度，以實現(xiàn)更好的熟化和晶粒生長?？墒褂脧奶沾芍袦p小PbO損失(因高溫)的燒制氣氛(例如富鉛氣氛)?？汕械艉蛷U棄模制部件的可能具有PbO損失或其它惡化情況的外表面。也可通過熱等靜壓(HIP)來處理材料，在此期間陶瓷受到高壓，通常為1000-2000atm。 熱等靜壓工藝通常在壓電材料塊已被燒制后進(jìn)行，并用于增加密度、減小空隙、和增加壓電常數(shù)。可通過減小相對較厚的晶片的厚度來形成預(yù)燒制壓電材料的薄層。例如水平研磨和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等精確研磨技術(shù)能夠生成具有光滑、低空隙表面形態(tài)的高均勻薄層。在水平研磨中，工件安裝在旋轉(zhuǎn)卡盤上，工件的暴露面與水平研磨輪接觸。研磨和拋光能夠在晶片上生成例如小于等于1微米、例如小于等于約0. 5微米的平整度和平行性、以及小于等于5納米Ra(例如Inm)的表面光潔度。研磨還生成對稱的表面光潔度和均勻的殘余應(yīng)力。期望時，可形成略微凹陷或凸起的表面。在一些實施方式中， 可在研磨前將壓電晶片粘結(jié)至例如模塊基底等基底，以使薄層得到支持，并減小斷裂和彎曲的可能性。在一些實施方式中，壓電材料的密度大于等于約7. 8g/cm3，例如約8g/cm3 IOg/ cm3。系數(shù)屯可為約300。壓電材料在一個示例中為CTS 5A壓電材料。電極130、132可為金屬，例如銅、金、鎢、鎳鉻(NiCr)、銦錫氧化物(ITO)、鈦或鉬、 或金屬的組合。金屬可真空沉積到壓電層131上。電極層的厚度可為例如小于等于約2微米，例如約0.5微米。隔膜104通常是惰性材料并具有柔度，以使壓電層的致動使隔膜104的彎曲足以加壓泵送室中的流體。隔膜104的厚度均勻性能實現(xiàn)整個模塊的精確且均勻的致動。隔膜材料可提供成厚板(例如大于等于約Imm厚)，通過水平研磨研磨至期望厚度。例如，隔膜
12104可研磨至約2 50微米的厚度。在一些實施例中，隔膜104具有大于等于約600億帕斯卡的模量。示例材料包括玻璃或硅。在上述實施方式中，致動器層包括形成有電極的壓電層，并且電極對向表面 (electrode facing surface)粘結(jié)至隔膜。在另一些實施方式中，電極可替代地形成在隔膜上，而粘結(jié)劑可旋覆至壓電層以將壓電層粘結(jié)至隔膜。在該實施方式中，粘合劑層形成在下電極(例如電極132)與壓電層(例如層131)之間。整個說明書和權(quán)利要求中使用的例如“前”、“后”、“頂”、“底”等術(shù)語只為說明起見， 以區(qū)分本文所描述的打印頭模塊的各個部件和其它元件?！扒啊?、“后”、“頂”、“底”的使用并非表示打印頭模塊的特定取向。相似地，在整個說明書中使用“水平”和“垂直”來描述元件是相對于所述實施方式的。在其它實施方式中，相同或相似元件視情況可為水平或垂直以外的取向。以上描述了本發(fā)明的若干實施例。然而，應(yīng)該了解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出各種修改。例如，工藝300中的步驟可以不同于所示的順序進(jìn)行，仍能獲得期望的結(jié)果。因此，其它實施例也落于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括測量影響打印流體從泵送室穿過噴嘴噴出的噴嘴速率的一個或多個參數(shù)，其中打印流體容納在所述泵送室中，所述泵送室被壓電層的撓曲致動；以及至少部分地基于測得的一個或多個參數(shù)來減小致動所述壓電層的電極的表面面積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，減小致動所述壓電層的電極的表面面積使所述壓電層的被致動面積減小。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量所述一個或多個參數(shù)包括測量所述壓電層的厚度和電容。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，減小所述電極的表面面積包括 至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來確定噴嘴速率； 基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量一個或多個參數(shù)包括測量打印流體的流路的一個或多個流路特性。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，減小所述電極的表面面積包括 至少部分地基于測得的一個或多個流路特性來確定噴嘴速率； 基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。
7.一種方法，包括測量定位成與電極發(fā)生接觸的壓電層的一個或多個參數(shù)，其中所述壓電層的撓曲使含有打印流體的泵送室的邊界發(fā)生撓曲，使得打印流體以一噴嘴速率噴出噴嘴；以及至少部分地基于測得的一個或多個參數(shù)來減小所述電極的表面面積。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，減小致動所述壓電層的電極的表面面積使所述壓電層的被致動面積減小。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，減小所述電極的表面面積包括 基于測得的所述壓電層的一個或多個參數(shù)來估算噴嘴速率；以及至少部分地基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，測量一個或多個參數(shù)包括測量所述壓電層的厚度和電容。
11.一種方法，包括對于被致動器陣列驅(qū)動的噴嘴陣列中的各噴嘴，測量包括在致動器中并定位成與電極發(fā)生接觸的壓電層的一個或多個參數(shù)，其中所述壓電層的撓曲使一隔膜撓曲進(jìn)入含有打印流體的泵送室中，使得打印流體以一噴嘴速率穿過噴嘴而噴出；對于每個噴嘴，基于測得的所述壓電層的一個或多個參數(shù)來估算噴嘴的噴嘴速率； 計算整個噴嘴陣列中的噴嘴的平均速率； 將各噴嘴的噴嘴速率規(guī)范化為目標(biāo)速率；對于每個噴嘴，如果規(guī)范化的噴嘴速率大于目標(biāo)速率，則計算規(guī)范化的噴嘴速率與目標(biāo)速率之間的差值；以及基于算出的差值來減小電極的表面面積。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，減小致動所述壓電層的電極的表面面積使所述壓電層的被致動面積減小。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括確定噴嘴速率應(yīng)減小的閾值；以及如果算出的規(guī)范化的噴嘴速率與目標(biāo)速率之間的差值大于所述閾值，則基于所述閾值而不是算出的差值來減小電極的表面面積。
14.一種方法，包括測量定位成與電極發(fā)生接觸的壓電層的厚度和電容，其中所述壓電層的撓曲使含有打印流體的泵送室的邊界發(fā)生撓曲，使得打印流體以一噴嘴速率噴出噴嘴；以及至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來減小電極的表面面積。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，減小致動所述壓電層的電極的表面面積使所述壓電層的被致動面積減小。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，減小所述電極的表面面積包括至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容來確定噴嘴速率；基于噴嘴速率與噴嘴的目標(biāo)速率的對比來減小所述電極的表面面積。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，減小所述電極的表面面積，以將噴嘴速率減小至目標(biāo)速率。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，通過用激光器去除所述電極的一部分，來減小電極的表面面積。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，修剪所述電極的周邊來減小所述表面面積。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，去除所述電極的一個或多個內(nèi)部區(qū)域來減小所述表面面積。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，去除所述電極的一端來減小所述表面面積。
22.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，減小所述電極的表面面積包括至少部分地基于測得的所述壓電層的厚度和電容，來確定穿過噴嘴噴出的打印流體的體積；基于所述體積與噴嘴的目標(biāo)體積的對比來減小所述電極的表面面積。
全文摘要
描述了一種方法，其中測量影響從泵送室穿過噴嘴噴出的打印流體的噴嘴速率的一個或多個參數(shù)。打印流體容納在所述泵送室中，所述泵送室被壓電層的撓曲致動。至少部分地基于測得的一個或多個參數(shù)來減小致動所述壓電層的電極的表面面積。所述電極的表面面積的減小使得壓電層的被致動面積減小。
文檔編號B41J2/145GK102202898SQ200980143675
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者克里斯托夫.門澤爾, 安德烈亞斯.拜布爾, 格雷戈里.德布拉班德, 科里納.尼斯托里卡 申請人:富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司