專利名稱：具有共面電極的壓電致動(dòng)器的制作方法
具有共面電極的壓電致動(dòng)器
背景技術(shù)：
噴墨打印設(shè)備是提供流體滴的按需滴落式噴射的流體噴射設(shè)備的實(shí)例。壓電噴墨打印機(jī)例如使用具有壓電材料致動(dòng)器的流體噴射組件以朝向打印介質(zhì)(例如紙張)將流體滴迫出噴嘴，以便將圖像打印到打印介質(zhì)上。更具體來說，壓電材料致動(dòng)器包括柔性壓電材料薄片(sheet)，其響應(yīng)于所施加的電場(chǎng)而變形，從而在填充流體的腔內(nèi)產(chǎn)生壓力脈沖以噴射一個(gè)或多個(gè)流體滴。因?yàn)閴弘娭聞?dòng)器使用壓力(不是熱)來將流體滴迫出噴嘴，所以壓電流體噴射組件可以適應(yīng)可噴射材料的廣泛選擇。因此，壓電打印頭被廣泛地利用以在多種介質(zhì)基底上打印。


現(xiàn)在將參照附圖通過實(shí)例的方式來描述本實(shí)施例，其中
圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的壓電流體噴射組件100的剖面?zhèn)纫? 圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的柔性壓電懸臂致動(dòng)器的側(cè)視圖和俯視 圖3示出根據(jù)實(shí)施例的壓電懸臂致動(dòng)器中的多個(gè)彎曲的實(shí)例；
圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的柔性壓電懸臂致動(dòng)器的側(cè)視圖和俯視圖5示出根據(jù)實(shí)施例的具有變化的懸臂致動(dòng)器配置的壓電流體噴射組件的俯視 圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的壓電流體噴射組件的剖面?zhèn)纫? 圖7示出根據(jù)實(shí)施例的壓電梁致動(dòng)器中的多個(gè)彎曲的實(shí)例；
圖8示出根據(jù)實(shí)施例的具有變化的梁致動(dòng)器配置的壓電流體噴射組件的俯視 圖9示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有多個(gè)致動(dòng)器的壓電流體噴射組件的剖面?zhèn)纫? 圖10示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的控制流體噴射組件中的多個(gè)致動(dòng)器的實(shí)例；
圖11示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有多個(gè)致動(dòng)器以及傳感器的壓電流體噴射組件的剖面?zhèn)纫晥D；以及
圖12示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的基本流體噴射設(shè)備的框圖。
具體實(shí)施方式

概觀
如上所述，壓電流體噴射組件通過在柔性壓電材料薄片中施加電場(chǎng)來噴射流體滴。在常規(guī)壓電流體噴射組件中，壓電薄片被附著到活動(dòng)膜或膜片的下側(cè)，其頂側(cè)通常限定流體腔的底部。通過在壓電薄片中的電極上施加電壓電位而在所述薄片中誘發(fā)電場(chǎng)。所述電場(chǎng)導(dǎo)致薄片中的物理變形，并且導(dǎo)致所得到的活動(dòng)膜的屈曲進(jìn)入到填充流體的腔的區(qū)域中。活動(dòng)膜到腔區(qū)域中的侵入在填充流體的腔內(nèi)產(chǎn)生壓力脈沖，所述壓力脈沖通過噴嘴噴射流體滴。與常規(guī)壓電流體噴射組件相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)是高制造成本。電極通常被連接到壓電材料薄片的頂表面和底表面，并且在電極上施加電壓導(dǎo)致薄片的物理變形。電極連接的位置和反復(fù)的薄片變形事件相對(duì)于在薄片的頂表面和底表面處保持強(qiáng)電極連接帶來挑戰(zhàn)。因此，為了幫助以魯棒的方式保持這些電極連接，制造成本更高。
降低制造成本的一種方法是以交叉指狀方式將電極布置在壓電材料薄片的相同 表面上。在相同表面上具有兩個(gè)電極實(shí)現(xiàn)了更容易的電連接。這種布置消除了對(duì)電通孔的 需要，并且因此減少了在制造期間蝕刻步驟的總數(shù)目。僅僅在壓電薄膜薄片的一側(cè)上具有 交叉指狀電極的附加好處是，它允許使用在薄膜生長(zhǎng)期間對(duì)準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)的更寬范圍的種子 材料。
然而，這種方法的缺點(diǎn)已經(jīng)在于，交叉指狀電極配置導(dǎo)致壓電材料薄片對(duì)于施加 在薄片的相對(duì)的頂表面和底表面上的電極上的相同電壓的物理響應(yīng)較小。由于在壓電材料 薄片中誘發(fā)的較小電場(chǎng)，因此使用交叉指狀電極上可比的電壓已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)所期望的流體 噴射特性(例如滴重量、滴速度)。因此，減小的機(jī)械響應(yīng)已經(jīng)阻礙了這樣的交叉指狀電極在 壓電流體噴射組件中的使用。
本公開的實(shí)施例解決了這個(gè)挑戰(zhàn)，這通常是通過使用具有多個(gè)共面交叉指狀電極 集合的壓電致動(dòng)的懸臂或梁以產(chǎn)生所述懸臂或梁在多個(gè)方向上的彎曲，以及通過對(duì)于流體 噴射組件中的每個(gè)流體腔使用多個(gè)這樣的懸臂或梁。在多個(gè)方向上彎曲致動(dòng)器懸臂/梁的 能力允許最小化致動(dòng)器中的應(yīng)力。另外，獨(dú)立地控制流體腔內(nèi)的多個(gè)致動(dòng)器懸臂/梁的能 力實(shí)現(xiàn)了在控制流體噴射特性方面更大的能力和靈活性，所述流體噴射特性例如是腔內(nèi)的 壓力分布、彎液面的形狀、滴速度、滴重量以及滴形狀。
在一個(gè)實(shí)施例中，壓電致動(dòng)器包括懸臂膜，其具有附著到所述膜的一側(cè)的薄膜薄 片。所述薄膜薄片被配置成響應(yīng)于在薄膜薄片內(nèi)誘發(fā)的電場(chǎng)而在多個(gè)方向上彎曲所述膜。 所述致動(dòng)器還包括嵌入在薄膜薄片內(nèi)的多個(gè)共面電極。所述電極相對(duì)于彼此成交叉指狀以 通過在交替的交叉指狀電極上施加電壓而產(chǎn)生電場(chǎng)。
在另一實(shí)施例中，壓電流體噴射組件包括具有底部、頂部和側(cè)壁的流體腔。噴嘴板 限定所述腔的頂部并且包括噴嘴出口。懸臂膜由所述腔的側(cè)壁支撐，并且包括附著的壓電 陶瓷薄膜薄片以響應(yīng)于在所述薄片內(nèi)誘發(fā)的電場(chǎng)而在多個(gè)方向上彎曲所述膜以導(dǎo)致通過 噴嘴出口噴射流體滴。所述電場(chǎng)是通過在與薄膜薄片一起嵌入的共面電極的交叉指狀指上 施加電壓而誘發(fā)的。
在又一實(shí)施例中，流體噴射設(shè)備包括控制來自流體噴射組件的流體噴射的電子控 制器。所述流體噴射組件包括流體腔，所述流體腔由具有噴嘴出口的頂部噴嘴板、具有流體 入口的底板、以及將頂部噴嘴板與底板分開的側(cè)壁來限定。所述組件還包括在一端由流體 腔的側(cè)壁支撐的懸臂致動(dòng)器。所述懸臂致動(dòng)器具有壓電薄膜薄片，以在通過所述壓電薄膜 薄片誘發(fā)電場(chǎng)時(shí)在多個(gè)方向上彎曲所述懸臂致動(dòng)器。所述電場(chǎng)是通過在布置于壓電薄膜薄 片上的共面交叉指狀電極上施加電壓而誘發(fā)的。
說明性實(shí)施例圖1示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的壓電流體噴射組件100的剖面?zhèn)纫晥D。所述組件 包括剛性底板102和剛性頂部噴嘴板104，所述剛性頂部噴嘴板104具有通過其來噴射流 體滴的噴嘴出口 106。所述組件還包括多個(gè)側(cè)壁108A和108B，其被統(tǒng)稱作側(cè)壁108。側(cè)壁 108將底板102與噴嘴板104分開。剛性底板102、噴嘴板104和側(cè)壁108限定流體腔110 以在通過噴嘴出口 106噴射流體滴之前包含流體。側(cè)壁108A具有流體入口 112以接收最 終作為滴通過噴嘴出口 106噴射的流體。流體入口 112的放置不限于側(cè)壁108A。在不同實(shí)施例中，例如流體入口 112可以被放置在其他側(cè)壁108中或在底板102中，或者它可以是放 置在各種側(cè)壁108中或在底板102中的多個(gè)流體入口。
壓電流體噴射組件100還包括柔性壓電懸臂致動(dòng)器114。致動(dòng)器114包括在一端 由流體腔110的側(cè)壁108A支撐的懸臂膜116。附著到懸臂膜116的一側(cè)的是壓電薄膜薄 片118 (例如PZT，即鋯鈦酸鉛)。布置在薄膜薄片118上的是多個(gè)電極120。電極120都處 于薄片118的相同側(cè)，并且它們彼此共享相同的平面(即所述電極是共面的)。在一些實(shí)施 例中，電極120被嵌入在薄膜薄片118內(nèi)。電極120通常被示出為與不同區(qū)段(zone)(例 如區(qū)段I和2)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)交叉指狀電極集合，以促進(jìn)壓電薄膜薄片118的成極(poling) 以及致動(dòng)器114在多個(gè)方向上的彎曲，正如在下面更詳細(xì)地討論的那樣。
圖2示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的柔性壓電懸臂致動(dòng)器(比如圖1的致動(dòng)器 114)的側(cè)視圖“A”和俯視圖“B”。在圖2中結(jié)合壓電懸臂致動(dòng)器114的側(cè)視圖“A”示出 xyz軸。X軸從左到右延伸并且與致動(dòng)器114的長(zhǎng)度平行，而y軸延伸到圖1的平面中，從 而與致動(dòng)器114的寬度平行。z軸平行于致動(dòng)器114的高度，從而在圖2中從下向上延伸。
在圖2中示出共面電極120的一個(gè)示例布局，其中電極120被表示為多個(gè)電極 120AU20B和120C。所述多個(gè)共面電極包括相對(duì)于第二電極120B和第三電極120C成交叉 指狀的第一共同電極120A。每個(gè)共面電極120具有被布置成與薄膜薄片118的一側(cè)平行的 一部分，并且包括從薄片118的該側(cè)朝向薄片118的相對(duì)側(cè)垂直地突出的電極指。每個(gè)電 極120的電極指與布置在薄膜薄片118的相對(duì)側(cè)的相對(duì)共面電極的電極指交織。更具體來 說，在圖2的實(shí)施例中，共同電極120A的電極指在區(qū)段I中與電極120B的電極指交織，并 且它們?cè)趨^(qū)段2中與電極120C的電極指交織。
電極120A是兩個(gè)相對(duì)電極120B和120C所共有的。在壓電薄膜薄片118的制造 期間，在兩步成極過程中將共同電極120A交替地與電極120B和120C—起使用。這樣的成 極過程通常是公知的，并且涉及通過在電極之間施加熱和強(qiáng)電場(chǎng)而把原始?jí)弘姴牧现械碾S 機(jī)取向的偶極子定向到更平行的取向中。在圖2的實(shí)施例中，在第一步中使用電極120A和 120B對(duì)壓電薄片118的區(qū)段I進(jìn)行成極，并且在第二步中使用電極120A和120C以相反的 極性對(duì)壓電薄片118的區(qū)段2進(jìn)行成極。隨后，在致動(dòng)期間，可以通過在電極120AU20B和 120C上施加電壓來控制壓電致動(dòng)器114以在多個(gè)方向上彎曲。更具體來說，交叉指狀電極 120的指之間的電場(chǎng)可以被控制來產(chǎn)生電極指之間的壓電薄片118的膨脹或收縮，從而導(dǎo) 致致動(dòng)器114的所期望的彎曲方向。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，在致動(dòng)器114內(nèi)誘發(fā)的電 場(chǎng)導(dǎo)致沿著X軸和z軸收縮并且沿著y軸膨脹。
圖3A和3B示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的壓電懸臂致動(dòng)器114中的多個(gè)彎曲的實(shí) 例。圖3A和3B的致動(dòng)器114中所示的彎曲數(shù)量被夸大，以為了說明由通過施加在電極 120A、120B和120C上的電壓而在壓電薄片118中誘發(fā)的電場(chǎng)所導(dǎo)致的多個(gè)彎曲的效果。在 圖3A的實(shí)施例中，致動(dòng)器114的區(qū)段I區(qū)域被控制成提供致動(dòng)器114中的向上彎曲，正如 指向上的箭頭所指示的那樣，同時(shí)區(qū)段2區(qū)域被控制成提供致動(dòng)器114中的向下彎曲，正如 指向下的箭頭所指示的那樣。雖然在附圖中示出并且在整個(gè)本公開中討論了僅僅兩個(gè)彎曲 區(qū)段，但是注意，設(shè)想了附加的彎曲區(qū)段。
在圖3A中，假定致動(dòng)器114的原始位置是平的或直的，正如例如在圖1中所示。因 此，圖3A示出在致動(dòng)期間在兩個(gè)方向上彎曲的致動(dòng)器114的實(shí)例(在區(qū)段I中向上并且在區(qū)段2中向下)。在致動(dòng)時(shí)(即在電極120A、120B和120C上施加電壓以誘發(fā)電場(chǎng))，彎曲的致動(dòng)器114產(chǎn)生壓力脈沖，所述壓力脈沖將流體滴從腔110中通過噴嘴出口 106迫出。圍繞懸臂致動(dòng)器114的邊緣(即側(cè)壁108與致動(dòng)器之間)的間隙500 (參見圖5)用作腔110內(nèi)的重填路徑，以通過入口 112重填腔110中的流體。隨著致動(dòng)器114返回到其原始位置(SP如圖1中所示的平的)，流體圍繞致動(dòng)器流過間隙以重填由致動(dòng)器噴射的流體。在圖3B中示出多個(gè)彎曲的另一實(shí)例，其中致動(dòng)器114的原始位置是彎曲位置。也就是，在從腔Iio噴射流體之前，致動(dòng)器114在噴射前位置處彎曲以便準(zhǔn)備噴射流體。在所示的實(shí)例中，致動(dòng)器114的區(qū)段I區(qū)域被控制成提供致動(dòng)器114中的向下彎曲，正如指向下的箭頭所指示的那樣，同時(shí)區(qū)段2區(qū)域被控制成提供致動(dòng)器114中的向上彎曲，正如指向上的箭頭所指示的那樣。針對(duì)致動(dòng)器114的這樣的起始位置可以預(yù)加載致動(dòng)器并且在噴射事件期間增大總流體位移，比如其中致動(dòng)器114從如圖3B中所示的原始起始位置前進(jìn)到如圖3A中所示的位置。圖4示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的柔性壓電懸臂致動(dòng)器(比如圖1的致動(dòng)器114)的側(cè)視圖“A”和俯視圖“B”。在圖4中的共面電極120的示例布局中，電極120是構(gòu)成布置在壓電薄膜薄片118上的多個(gè)電極對(duì)的多個(gè)電極120A、120B、120C和120D。每個(gè)共面電極120具有被布置成與薄膜薄片118的一側(cè)平行的一部分，并且包括從薄片118的該側(cè)朝向薄片118的相對(duì)側(cè)垂直地突出的電極指。每個(gè)電極對(duì)具有布置在薄膜薄片118的相對(duì)側(cè)的第一電極和第二電極。具體來說，在圖4的實(shí)施例中，電極120A和120B形成與區(qū)段I相關(guān)聯(lián)的電極對(duì)，并且它們彼此相對(duì)地被布置在薄膜薄片118上，其中它們的電極指交織。同樣，電極120C和120D形成與區(qū)段2相關(guān)聯(lián)的電極對(duì)，并且它們彼此相對(duì)地被布置在薄膜薄片118上，其中它們的電極指交織。雖然僅僅示出兩個(gè)電極對(duì)，但是附加的電極對(duì)是可能的。圖4的實(shí)施例中的每個(gè)電極120是獨(dú)立的，并且可以被獨(dú)立地控制。因此，在制造期間，可以在單個(gè)步驟中執(zhí)行成極過程以對(duì)區(qū)段I和區(qū)段2不同地成極(例如以相反極性)，其中對(duì)于區(qū)段I使用電極對(duì)120A和120B，并且對(duì)于區(qū)段2使用電極對(duì)120C和120D。另夕卜，在致動(dòng)期間，在不同區(qū)段中的電極對(duì)上施加電壓可以被獨(dú)立地控制，以產(chǎn)生致動(dòng)器114在多個(gè)且變化的方向上的彎曲。圖5 (圖5A-5F)示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有變化的懸臂致動(dòng)器配置的壓電流體噴射組件100的俯視圖。在所述俯視圖中，沒有示出噴嘴板104以便更好地說明腔110內(nèi)的各種懸臂致動(dòng)器配置。另外，先前提到的致動(dòng)器114與腔110的側(cè)壁108之間的間隙500 (以及多個(gè)致動(dòng)器之間的間隙500)在圖5中更容易明顯。間隙500充當(dāng)重填路徑以便利用流體重填腔。隨著致動(dòng)器114在致動(dòng)之后返回到其原始位置，流體圍繞致動(dòng)器流過間隙以重填由致動(dòng)器噴射的流體。在壓電流體噴射組件100中使用懸臂致動(dòng)器的一個(gè)潛在限制是，致動(dòng)器的硬度可能不夠大以實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器在致動(dòng)之后返回到其原始形狀。也就是，當(dāng)施加電場(chǎng)以膨脹或收縮壓電薄片118并且導(dǎo)致致動(dòng)器114彎曲時(shí)，致動(dòng)器膜116的硬度可能不夠大以便一旦所述電場(chǎng)被去除或反轉(zhuǎn)就將致動(dòng)器114很快恢復(fù)到其原始形狀。因此，圖5中所示的實(shí)施例提供了關(guān)于可以如何調(diào)節(jié)懸臂致動(dòng)器114的硬度以克服該潛在限制的實(shí)例。更具體來說，可以在制造期間通過調(diào)整致動(dòng)器的長(zhǎng)寬比(即長(zhǎng)度與寬度的比)來調(diào)節(jié)懸臂致動(dòng)器114的硬度。與調(diào)節(jié)懸臂致動(dòng)器的硬度相結(jié)合，還可以在流體噴射組件100內(nèi)采用多個(gè)致動(dòng)器，這是因?yàn)閼冶壑聞?dòng)器的長(zhǎng)寬比被減小。此外，可以調(diào)整懸臂致動(dòng)器114的配置以調(diào)節(jié)在流體噴 射之后通過間隙500進(jìn)入腔110的流體重填的均勻性和速率。
舉例來說，開始于圖5A，流體噴射組件100包括在側(cè)壁108處連接并且沿著腔110 的長(zhǎng)維度延伸到所述腔中的單個(gè)懸臂致動(dòng)器114。顯而易見的是，圖5A中的致動(dòng)器114的 長(zhǎng)寬比高于圖5B-5E中的致動(dòng)器的長(zhǎng)寬比，這是因?yàn)橹聞?dòng)器的長(zhǎng)度顯著地大于其寬度。因 此，圖5A中的致動(dòng)器114的硬度較低，并且存在該致動(dòng)器在致動(dòng)之后無法返回到其原始形 狀的更大可能性。比較起來，圖5B的流體噴射組件100包括連接在相對(duì)的側(cè)壁108處并且 沿著腔110的長(zhǎng)維度延伸到所述腔中的兩個(gè)懸臂致動(dòng)器114。圖5B中的致動(dòng)器近似是圖 5A中的致動(dòng)器的長(zhǎng)度的一半，同時(shí)具有相同的寬度。因此，長(zhǎng)寬比顯著較低，并且圖5B中的 致動(dòng)器更硬并且更好地能夠在致動(dòng)之后返回到其原始形狀。在另一配置中，圖5C示出具有 致動(dòng)器114的流體噴射組件100，所述致動(dòng)器114的寬度被連接到腔110的長(zhǎng)維度并沿著所 述長(zhǎng)維度延伸，并且其長(zhǎng)度延伸到腔110的較短維度中。因此，長(zhǎng)寬比(即長(zhǎng)度與寬度的比) 被顯著減小，并且致動(dòng)器114具有高硬度。圖5D、5E和5F示出具有致動(dòng)器114的流體噴射 組件100的附加實(shí)例，所述致動(dòng)器114具有不同地調(diào)節(jié)的長(zhǎng)寬比，并且相對(duì)于致動(dòng)器數(shù)目、 致動(dòng)器的側(cè)壁附著位置以及在流體噴射組件100內(nèi)彼此相對(duì)的致動(dòng)器具有不同的配置。正 如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，另外的示例配置還是可能的，并且在這里被設(shè)想到。
提高致動(dòng)器的硬度的另一方式是使用梁配置，其中致動(dòng)器在兩端都被固定或連接 到流體噴射組件中的腔的相對(duì)側(cè)壁。在這方面，圖6示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的壓電 流體噴射組件100的剖面?zhèn)纫晥D。組件100被配置成與相對(duì)于圖1描述的組件100基本上 相同。然而，在圖6的實(shí)施例中，組件100包括在兩端都固定到組件100的相對(duì)側(cè)壁108的 柔性壓電梁致動(dòng)器600。
壓電梁致動(dòng)器600包括在兩端由流體腔110的相對(duì)側(cè)壁108A和108B支撐的梁膜 602。附著到梁膜602的一側(cè)的是壓電薄膜薄片604(例如PZT，即鋯鈦酸鉛)。薄膜薄片604 包括多個(gè)共面交叉指狀電極608，所述多個(gè)共面交叉指狀電極608被布置在所述薄片上，并 且以與上面相對(duì)于懸臂致動(dòng)器114所討論的電極120基本上相同的方式被配置。如此，致 動(dòng)器600上的多個(gè)區(qū)段(未示出)可以被配置成通過在這些區(qū)段內(nèi)的共面交叉指狀電極上施 加電壓來提供多個(gè)方向上的彎曲。
圖7 (圖7A和7B)示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的壓電梁致動(dòng)器600中的多個(gè)彎 曲的實(shí)例。圖7A和7B的致動(dòng)器600中所示的彎曲數(shù)量被夸大，以為了說明由通過在電極 606上施加的電壓而在壓電薄片604中誘發(fā)的電場(chǎng)所導(dǎo)致的多個(gè)彎曲的效果。在圖7的實(shí) 施例中，梁致動(dòng)器600的不同區(qū)段(未示出)被控制來提供梁在多個(gè)方向上(例如向上和向 下)的彎曲。梁致動(dòng)器600的移動(dòng)產(chǎn)生壓力脈沖，所述壓力脈沖將流體滴從腔110中通過噴 嘴出口 106迫出。如圖8中所示，在梁致動(dòng)器600的任一側(cè)處于致動(dòng)器600與腔側(cè)壁108 110之間的間隙500 (以及多個(gè)梁致動(dòng)器600之間的間隙500)用作腔110內(nèi)的重填路徑以 通過入口 112在腔中重填流體。在致動(dòng)之后，隨著梁致動(dòng)器600返回到其原始位置，流體圍 繞致動(dòng)器流過間隙以重填由致動(dòng)器噴射的流體。
以與上面關(guān)于懸臂致動(dòng)器114所討論的方式類似的方式，圖7B示出壓電梁致動(dòng)器 600中的多個(gè)彎曲的實(shí)例，其中梁致動(dòng)器600的原始位置是彎曲位置，而不是如圖6中所示 的直位置。因此，在從腔Iio噴射流體之前，梁致動(dòng)器600在噴射前位置處彎曲以便準(zhǔn)備噴射流體。針對(duì)梁致動(dòng)器600的這樣的起始位置可以預(yù)加載致動(dòng)器并且在噴射事件期間增大總流體位移，比如其中致動(dòng)器600從如圖7B中所示的原始起始位置前進(jìn)到如圖7A中所示的位置。圖8 (圖8A-D)示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有變化的梁致動(dòng)器配置的壓電流體噴射組件100的俯視圖。在所述俯視圖中，沒有示出噴嘴板104以便更好地說明腔110內(nèi)的各種梁致動(dòng)器600配置。與懸臂致動(dòng)器114 一樣，梁致動(dòng)器600的長(zhǎng)寬比可以被調(diào)節(jié)來控制致動(dòng)器硬度。隨著梁致動(dòng)器600的長(zhǎng)寬比被改變，壓電流體噴射組件100內(nèi)的梁致動(dòng)器600的各種配置是可能的。此外，可以調(diào)整梁致動(dòng)器600的配置以調(diào)節(jié)在流體噴射之后通過間隙500進(jìn)入到腔110中的流體重填的均勻性和速率。在圖8A中，流體噴射組件100包括單個(gè)梁致動(dòng)器600，其在腔110的整個(gè)長(zhǎng)維度上延伸并且在兩端都被連接到相對(duì)側(cè)壁108。圖8A中的梁致動(dòng)器600的硬度低于圖8B-8D的致動(dòng)器，這是因?yàn)閳D8A中的致動(dòng)器600的長(zhǎng)寬比(即長(zhǎng)度與寬度的比)高于圖8B-8D中的致動(dòng)器。在圖8B中，例如梁致動(dòng)器600在長(zhǎng)度方向上跨過腔110的較短維度被連接到相對(duì)側(cè)壁108，并且梁致動(dòng)器600的寬度主要沿著腔110的長(zhǎng)維度延伸。因此，圖SB中的致動(dòng)器具有較低的長(zhǎng)寬比和較高的硬度。圖8C和8D示出具有不同長(zhǎng)寬比的梁致動(dòng)器600的附加示例配置。如所示，隨著梁的長(zhǎng)寬比減小，在腔110內(nèi)以平行的方式布置的增大數(shù)目的梁致動(dòng)器600是可能的。圖9示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的具有多個(gè)致動(dòng)器的壓電流體噴射組件100的剖面?zhèn)纫晥D。所述致動(dòng)器可以是懸臂致動(dòng)器114或梁致動(dòng)器600。組件100的圖9的視圖被定向成關(guān)于圖1中所示的類似組件的視圖是垂直的。因此，致動(dòng)器的長(zhǎng)度遠(yuǎn)離觀看者而進(jìn)入頁(yè)面和朝向觀看者而從頁(yè)面出來，并且致動(dòng)器連接到腔側(cè)壁108的位置無法被看到。所述致動(dòng)器通常是如先前所述地配置的，其中壓電薄膜薄片118/604附著到膜116/602的一側(cè)，并且共面交叉指狀電極被布置在薄膜薄片118/604上。圖10示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的控制流體噴射組件100中的多個(gè)致動(dòng)器的實(shí)例。獨(dú)立地操縱流體腔110中的多個(gè)致動(dòng)器的能力實(shí)現(xiàn)了對(duì)于各種流體特性的控制，所述各種流體特性例如是壓力分布、流體滴速度、流體滴形狀、流體滴重量、以及在噴嘴出口106處彎液面的形狀。噴嘴出口 106的位置也可以被改變以結(jié)合腔110中的致動(dòng)器配置來促進(jìn)所期望的流體特性。如圖10中所示，存在可以分別被獨(dú)立控制的三個(gè)致動(dòng)器。例如可以以特定序列來控制所述致動(dòng)器彎曲或致動(dòng)。在圖10中所示的序列中，在步驟I處，最遠(yuǎn)離噴嘴出口的致動(dòng)器首先被激活，正如向上箭頭所指示的那樣。接下來在步驟2處，下一個(gè)最靠近噴嘴出口的致動(dòng)器被激活。隨后在步驟3處，最靠近噴嘴出口的致動(dòng)器被激活。以這種方式激活致動(dòng)器可以操縱腔110中的流體壓力，使得流體壓力從左向右朝向噴嘴出口增大，以便更高效地集中能量并且實(shí)現(xiàn)通過噴嘴出口的更大壓力。在步驟4處，最遠(yuǎn)離噴嘴出口的致動(dòng)器隨后被松開并且返回到其原始形狀。這樣的致動(dòng)器控制可以以推拉方式操縱腔中的流體波形，這可以幫助控制例如所噴射的流體滴的形狀(例如滴尾)和流體彎液面。雖然已經(jīng)描述了控制多個(gè)致動(dòng)器的一個(gè)示例序列，但是應(yīng)當(dāng)清楚的是，控制流體噴射組件100中的多個(gè)致動(dòng)器的許多其他方法是可能的。舉例來說，可以同時(shí)激活或停用(即松開)多于一個(gè)致動(dòng)器，或者可以同時(shí)激活或停用所有致動(dòng)器。圖11示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的具有多個(gè)致動(dòng)器以及傳感器1100的壓電流體噴射組件100的剖面?zhèn)纫晥D。所述致動(dòng)器和傳感器1100可以是懸臂或梁。傳感器1100通 常如先前關(guān)于懸臂和梁致動(dòng)器所描述的那樣被配置，其中壓電薄膜薄片附著到膜的一側(cè)， 并且共面交叉指狀電極被布置在所述薄膜薄片上。傳感器1100提供關(guān)于腔110中的一般 流體狀況的反饋，比如流體移動(dòng)和變化的壓力，以及這樣的狀況相對(duì)于腔110中的一個(gè)或 多個(gè)致動(dòng)器的致動(dòng)的定時(shí)。改變流體狀況導(dǎo)致傳感器中的彎曲，這導(dǎo)致電流流過電極。流 過傳感器電極的電流的數(shù)量和定時(shí)提供關(guān)于傳感器的彎曲的數(shù)量和定時(shí)的信息，這又提供 關(guān)于流體狀況的信息。
圖12示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的基本流體噴射設(shè)備的框圖。流體噴射設(shè)備 1200包括電子控制器1202和壓電流體噴射組件100。電子控制器1202通常包括用于與組 件100進(jìn)行通信并且控制組件100按照精確的方式噴射流體滴的處理器、固件和其他電子設(shè)備。
在一個(gè)實(shí)施例中，流體噴射設(shè)備1200可以是噴墨打印設(shè)備。如此，流體噴射設(shè)備 1200還可以包括向流體噴射組件100供給流體的流體/油墨源和組件1204、提供用于接收 所噴射的流體滴的圖案的介質(zhì)的介質(zhì)輸送組件1206、以及電源1208。一般來說，電子控制 器1202從主機(jī)系統(tǒng)(例如計(jì)算機(jī))接收數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)例如表示將要打印的文檔和/或文 件，并且形成包括一個(gè)或多個(gè)打印作業(yè)命令和/或命令參數(shù)的打印作業(yè)。電子控制器1202 根據(jù)所述數(shù)據(jù)來定義要噴射的滴的圖案，所述圖案形成字符、符號(hào)和/或其他圖形或圖像。
權(quán)利要求
1.一種壓電致動(dòng)器，包括懸臂膜；薄膜薄片，其被附著到所述膜的一側(cè)以響應(yīng)于在所述薄膜薄片內(nèi)誘發(fā)的電場(chǎng)而在多個(gè)方向上彎曲所述膜；以及多個(gè)共面電極，其被布置在所述薄膜薄片上，并且相對(duì)于彼此成交叉指狀以經(jīng)由在交替的交叉指狀電極上施加電壓來產(chǎn)生所述電場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)器，其中，所述多個(gè)共面電極包括相對(duì)于第三共同電極成交叉指狀的第一和第二電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)器，其中，所述多個(gè)共面電極包括多個(gè)電極對(duì)，每個(gè)對(duì)具有彼此相對(duì)的并且相對(duì)于彼此成交叉指狀的第一和第二電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)器，其中，每個(gè)共面電極被布置成與所述薄膜薄片的一側(cè)平行，并且包括從所述側(cè)朝向相對(duì)側(cè)垂直地突出的指，所述指與被布置成與所述相對(duì)側(cè)平行的相對(duì)共面電極的指交織。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)器，其中，所述薄膜薄片是壓電薄膜薄片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電致動(dòng)器，其中，所述壓電薄膜薄片具有以相對(duì)于彼此相反的極性成極的第一和第二區(qū)段。
7.一種壓電流體噴射組件，包括流體腔，其具有底部、頂部和側(cè)壁；噴嘴板，其限定所述腔的頂部并且具有噴嘴出口 ；懸臂膜，其由所述腔的側(cè)壁支撐，并且具有附著的壓電薄膜薄片以響應(yīng)于通過在布置于所述薄膜薄片上的共面電極的交叉指狀指上施加電壓來在所述薄膜薄片內(nèi)誘發(fā)的電場(chǎng)而在多個(gè)方向上彎曲所述膜，所述膜的彎曲導(dǎo)致通過所述噴嘴出口噴射流體滴。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，包括多個(gè)平行的懸臂膜，每個(gè)膜能夠獨(dú)立致動(dòng)以操縱所述流體腔內(nèi)的流體壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，包括多個(gè)懸臂膜，每個(gè)膜由所述流體腔的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁中的任一個(gè)支撐，并且每個(gè)膜能夠獨(dú)立致動(dòng)以操縱所述流體腔內(nèi)的流體壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，其中，所述膜具有包括多個(gè)彎曲的原始的噴射前位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，其中，所述膜包括在兩端由所述流體腔的相對(duì)側(cè)壁支撐的梁膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，其中，所述膜包括彼此平行的多個(gè)梁膜，每個(gè)膜能夠獨(dú)立致動(dòng)以操縱所述流體腔內(nèi)的流體壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，包括在所述膜的任一側(cè)上的間隙，以允許流體圍繞所述膜從在所述底部處的入口朝向在所述頂部處的所述噴嘴出口流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電流體噴射組件，包括多個(gè)懸臂膜，其中所述膜中的一個(gè)是傳感器膜，所述傳感器膜的壓電薄膜薄片響應(yīng)于通過改變所述流體腔內(nèi)的流體狀況而導(dǎo)致的所述傳感器膜的彎曲而產(chǎn)生電場(chǎng)。
15.一種流體噴射設(shè)備，包括電子控制器，其控制來自流體噴射組件的流體噴射；以及所述流體噴射組件，其包括流體腔，其由具有噴嘴出口的頂部噴嘴板、具有流體入口的底板、以及將所述頂部噴嘴板與所述底板分開的側(cè)壁來限定；在一端由所述流體腔的側(cè)壁支撐的懸臂致動(dòng)器，所述懸臂致動(dòng)器具有壓電薄膜薄片以在通過所述壓電薄膜薄片誘發(fā)電場(chǎng)時(shí)在多個(gè)方向上彎曲所述懸臂致動(dòng)器，其中所述電場(chǎng)是通過在以交叉指狀方式布置于所述壓電薄膜薄片上的共面電極上施加電壓而誘發(fā)的·。
全文摘要
壓電致動(dòng)器包括懸臂膜。薄膜薄片被附著到懸臂膜的一側(cè)以響應(yīng)于在薄膜薄片內(nèi)誘發(fā)的電場(chǎng)而在多個(gè)方向上彎曲膜。布置在薄膜薄片上的多個(gè)共面電極相對(duì)于彼此成交叉指狀以在交叉指狀電極上施加電壓期間產(chǎn)生電場(chǎng)。
文檔編號(hào)B41J2/175GK103026607SQ201080067811
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者P.馬迪羅維奇, H.卡林斯基, K.烏爾默 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)