專利名稱：帶有陶瓷墨泵部件以及金屬噴嘴部件的噴墨打印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在總體上涉及到一種噴墨打印頭，具體地說，本發(fā)明涉及到噴墨打印頭的改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，所說的噴墨打印頭在由上部和下部電極以及壓電和/或電致伸縮層構(gòu)成的并設(shè)置在墨室壁面上的相應(yīng)壓電和/或電致伸縮元件或部件產(chǎn)生移動時可以改變各墨室的容積。而所說的墨室則形成在由陶瓷材料制成的墨泵內(nèi)，因此，墨室內(nèi)油墨的壓力會升高，從而能將墨滴噴出或射出。
舉例來說，在目前將打印機(jī)用作計算機(jī)輸出設(shè)備的市場上，對能以較低成本無噪音地進(jìn)行操作的噴墨式打印機(jī)有著日益增長的需求。噴墨打印機(jī)帶有一噴墨打印頭，該打印頭可使充滿有大量油墨的適當(dāng)墨室內(nèi)的壓力水平升高，從而使得油墨滴或油墨顆粒從相應(yīng)的噴嘴中噴出或射出，以便進(jìn)行預(yù)定的打印操作。
作為上述噴墨打印頭的一種類型，本發(fā)明的代理人在JP-A-6-40030(該專利對應(yīng)于共同未決的美國專利第08/066 193號)中提出了一種噴墨打印頭，其中，墨泵部件使用了具有三層結(jié)構(gòu)的陶瓷基層。更具體地說，上述墨泵部件包括一擋板；一隔板，它帶有多個供各墨室使用的窗口；以及，一連接板，它帶有多對第一和第二通連孔，每對通連孔均與相應(yīng)的墨室相通連。上述隔板、擋板和連接板彼此相疊置并被燒制成前述成整體的三層陶瓷結(jié)構(gòu)。就墨泵部件按上述方式構(gòu)成的整體陶瓷基層結(jié)構(gòu)而言，用適當(dāng)?shù)恼澈蟿﹣碚辰右粐娮觳考搰娮觳考绨ㄓ貌讳P鋼(SUS)之類的適當(dāng)材料構(gòu)成的孔板、通道板以及噴嘴蓋板。
在具有上述結(jié)構(gòu)的噴墨打印頭中，由陶瓷板或陶瓷片構(gòu)成的按整體燒制結(jié)構(gòu)形成的墨泵部件在不使用任何粘接劑的情況下都能在相鄰的陶瓷板之間提供更好的密封。但是，為了能將墨泵部件粘接于油墨噴嘴部件并且將油墨噴嘴部件的各個組成板片粘接到一起，仍然需要用粘合劑。因此，通常的噴墨打印頭不一定能確保完全的流體密封以防在所述板片的接合處有油墨泄漏。特別是，通常的結(jié)構(gòu)會難以粘接墨泵部件與孔板，而所說的孔板則帶有止回閥或開孔，這些止回閥或開孔呈微孔的形式以便將油墨材料引導(dǎo)至相應(yīng)的墨室。如果粘合劑因所述板片的尺寸及定位誤差而流至或擴(kuò)散至這些板片的預(yù)定粘接區(qū)之外，那么，孔板的微孔就會因粘合劑擴(kuò)散至預(yù)定粘接區(qū)之外而受到不良的影響，從而，會顯著地破壞噴墨打印頭(其中，將油墨材料傳送給墨室)的供墨特性。如果粘合劑的擴(kuò)散很嚴(yán)重，則經(jīng)過打印頭的油墨流動通道甚至可能會被粘合劑堵塞。
為了避免上述問題，代替形成在孔板上的開孔按較小的尺寸來形成與相應(yīng)墨室相通連的通連孔以便起到可使油墨材料流向墨室的開孔或止回閥的作用，而所說的墨室則形成在由三層陶瓷結(jié)構(gòu)構(gòu)成的墨泵部件內(nèi)。但是，為了形成可用作上述開孔的微型通連孔，在燒制具有上述微型通連孔的陶瓷板之后給出的半成品薄板應(yīng)具有較小的厚度以提高沖孔操作的效率，從而形成所說的那些微孔。所以，在這種情況下，上述半成品薄板并不具有高度的剛性，因而，所說的微孔可能會變形，或者，在對半成品薄板進(jìn)行處理時即在該薄板上進(jìn)行沖孔操作時或在層壓上述構(gòu)成墨泵部件相應(yīng)板片的半成品薄板時，會降低所述微孔的定位精確度。在極個別的情況下，上述半成品薄板可能會發(fā)生斷裂。因此，上述嘗試在實(shí)踐上是行不通的。
鑒于上述情況，提出了本發(fā)明。所以，本發(fā)明的目的是提供一種噴墨打印頭，它可確保在微孔周圍有良好的流體密封性，而所說的微孔則起一開孔或止回閥的作用以便將油墨材料從供墨通道引導(dǎo)至墨室。本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種噴墨打印頭，它能夠按較高的尺寸穩(wěn)定性和定位精確度來形成所說的微孔，同時能確保在生產(chǎn)該噴墨打印頭的過程中有較好的操作簡便性。
依照本發(fā)明的原理，可以達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭，它包括；一陶瓷墨泵部件，此部件帶有一墨室及一用于使部分限定墨室的壁面產(chǎn)生變形的壓電和/或電致伸縮部件，從而能將油墨從墨室中噴出；以及，一金屬油墨噴嘴部件，此部件帶有一噴嘴，從墨室中噴出的油墨可經(jīng)由該噴嘴射出，上述墨泵部件重疊于噴嘴部件并通過一通道板與該噴嘴部件粘接成整體，而通道板則帶有一供墨通道，它用于將油墨提供給墨室；以及，一油墨出孔，它用于將油墨填加給噴嘴；所述噴墨打印頭的特征在于將墨泵部件形成為一整體燒制的分層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括；一隔板，它帶有一窗口，此窗口部分地限定了墨室；一薄擋板，它重疊于隔板相反主表面中遠(yuǎn)離油墨噴嘴部件的那個主表面從而封住了前述窗口的相反開口中的一個；以及，由薄孔板和厚加強(qiáng)板構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)重疊于隔板的另一個主表面從而封住了窗口的另一個開口，并且，該分層結(jié)構(gòu)與前述隔板及擋板相配合從而形成了所說的墨室，上述孔板帶有一個從中穿過的微孔，而加強(qiáng)板則帶有一油墨入孔，該入孔穿過加強(qiáng)板并且直徑要大于前述微孔的直徑，因此，通道板的供墨通道會通過上述微孔和油墨入孔與墨室相通連，所說的孔板還帶有一從中穿過的第一通連孔，加強(qiáng)板則帶有一從中穿過并與第一通連孔相對齊的第二通連孔，因此，墨室會通過孔板的第一通連孔和加強(qiáng)板的第二通連孔與通道板的油墨出孔相通連；所說的壓電和/或電致伸縮部件以與前述窗口相對齊的方式形成在擋板的一部分上，該壓電和/或電致伸縮部件包括一壓電和/或電致伸縮元件，此元件包括一對電極以及一壓電和/或電致伸縮層；以及所說的油墨通道板和油墨噴嘴部件重疊于墨泵部件的分層結(jié)構(gòu)并用粘合劑成整體地粘接于該分層結(jié)構(gòu)。
在按本發(fā)明構(gòu)成的噴墨打印頭中，將墨泵部件形成為一成整體的燒制陶瓷分層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括所說的孔板，而孔板則以一開孔為微孔。這一墨泵部件在尺寸容差不是很嚴(yán)格的通道板處粘接于油墨噴嘴部件，以便形成噴墨打印頭的整體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，通常不需要用粘合劑來粘接孔板。換句話說，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中不存在這樣的可能性，即孔板微孔周圍的粘合劑會進(jìn)入微孔或在相鄰板片接合面之間流動或擴(kuò)散從而降低所獲得的噴墨打印頭的質(zhì)量及噴墨特性。依照上述結(jié)構(gòu)，可很容易地以高度耐久性的方式在所述微孔周圍形成流體密封。由于不必考慮粘合劑的流動或擴(kuò)散，所以，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不需要噴墨打印頭的各個組件有高度的尺寸和定位精確度，從而，能夠確保很容易地組裝和生產(chǎn)出噴墨打印頭。
在本發(fā)明的打印頭中，所說的孔板以與相對較厚的加強(qiáng)板成整體的方式重疊于前述隔板。也就是說，由相對較薄的孔板與相對較厚的加強(qiáng)板所構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)可粘接于上述隔板。依照這種結(jié)構(gòu)，可以將孔板的厚度做很較薄以便能很容易地形成從中穿過的微孔。也就是說，用構(gòu)成加強(qiáng)板的較厚的半成品薄板可以有效地強(qiáng)化構(gòu)成孔板的較薄的半成品薄板，從而，在生產(chǎn)噴墨打印頭的過程中可以很容易地處理用于孔板的半成品薄板。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠以較高的穩(wěn)定性和較高的尺寸及定位精確度在孔板上形成微孔，同時能確保在生產(chǎn)噴墨打印頭的過程中可很容易地處理孔板。
依照本發(fā)明的第一種最佳形式，由上述孔板與加強(qiáng)板構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)重疊于前述隔板，因此，孔板位于與隔板相鄰的位置處。
在本發(fā)明的第一種最佳形式中，孔板與加強(qiáng)板重疊于隔板，因此，該孔板會與隔板保持接觸，從而形成了墨泵部件的整體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，加強(qiáng)板位于孔板的外側(cè)，因此，在生產(chǎn)打印頭的過程中，孔板不會因與其它物體的碰撞而受到任何損害。所以，能夠有效地使孔板的微孔免遭在相反情況下可能遇到的損壞，從而確保在生產(chǎn)過程中能更方便地處置墨泵部件。
依照本發(fā)明的第二種最佳形式，所說的隔板帶有一突出部分，它從所述窗口相反端部中沿油墨流動方向來看位于窗口下游側(cè)的那個端部處延伸進(jìn)油墨流入形成在孔板上相應(yīng)第一通連孔及形成在加強(qiáng)板上相應(yīng)第二通連孔的區(qū)域內(nèi)。
在本發(fā)明的第二種最佳形式中，所說的隔板帶有一突出部分，它形成在前述窗口相反端部中沿油墨流動方向來看位于下游側(cè)的那個端部上，因此，在沿與油墨流經(jīng)墨室的方向相平行的平面來看時，上述突出部分的端部位于相應(yīng)第一和第二通連孔的內(nèi)側(cè)。這種結(jié)構(gòu)能夠以最佳的方式確保來自墨室的油墨會經(jīng)由通連孔平穩(wěn)地流至噴嘴部件的噴嘴。即便在油墨中含有氣泡，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)也能將氣泡排出到墨室之外，從而能夠有效地避免存留在墨室內(nèi)的氣泡所引起的各種問題。
通過參照附圖閱讀以下對本發(fā)明最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，可以更好地理解本發(fā)明的上述及附加的目的，特征及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1是本發(fā)明噴墨打印頭的一個實(shí)施例的垂直剖面的正視圖；圖2是說明圖1中噴墨打印頭結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖3是與圖1相對應(yīng)的垂直剖面的正視圖，它顯示了本發(fā)明之噴墨打印頭的另一個實(shí)施例；圖4(a)是本發(fā)明的噴墨打印頭的局部平面圖，它顯示了將壓電和/或電致伸縮元件連接到噴墨打印頭的墨泵部件上的一個實(shí)例(其中，未示出上部電極)；圖4(b)是沿圖4(a)中A-A線的局部側(cè)視圖；以及圖5是與圖4(a)相對應(yīng)的平面圖，它顯示了將多個壓電和/或電致伸縮元件連接到噴墨打印頭的墨泵部件的一個實(shí)例。
首先參照圖1，它概略地顯示了按本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例所構(gòu)成的噴墨打印頭10，其中，由陶瓷材料制成的墨泵部件12與由金屬制成的油墨噴嘴部件16彼此相疊置并粘接成噴墨打印頭10的整體結(jié)構(gòu)，而由金屬或樹脂制成的通道板14則放置在上述兩個部件之間。
更具體地說，陶瓷墨泵部件12包括一薄擋板18、一厚隔板20、一薄孔板22以及一厚加強(qiáng)板24，這些板片彼此層疊在一起并被燒制成一成整體的陶瓷體。在這樣構(gòu)成的墨泵部件12的一個外表面上，具體地說，在擋板18的外表面上，存在有與相應(yīng)墨室30相對齊的成整體的壓電和/或電致伸縮部件26。
墨泵部件12的隔板20帶有多個矩形窗口28(本實(shí)施例中有三個窗口)，這些窗口貫穿隔板的厚度并且彼此按等距間隔的方式排成一排，如圖2所示。擋板18和孔板22在窗口的相反開口處封住了這些窗口28，從而形成了多個與相應(yīng)窗口28相對應(yīng)的墨室30。擋板18局部限定相應(yīng)墨室30的那部分起一擋板部分32的作用。一旦啟動了適當(dāng)?shù)膲弘姾?或電致伸縮部件26(以下稱之為P/E部件)，相應(yīng)的擋板部分32就會移動或者變形。因此，相應(yīng)墨室30內(nèi)的壓力會上升，從而將油墨材料的液滴從墨室30中噴出或射出。
墨泵部件12的孔板22上形成有多個微孔34，每個微孔均起一開孔的作用，以便和相應(yīng)的墨室30作流體通連。微孔34將油墨材料從供墨通道50引導(dǎo)至相應(yīng)的墨室30并起止回閥的作用以便在從墨室30中噴出油墨時基本上防止油墨沿相反方向流動。微孔34通過直徑遠(yuǎn)大于微孔34直徑的相應(yīng)油墨入孔36與供墨通道50相通連。油墨入孔36貫穿加強(qiáng)板24的厚度，而加強(qiáng)板24則成整體地重疊于孔板22相反主表面中遠(yuǎn)離隔板20的那個主表面。在沿垂直于板片22、24厚度方向的平面來看時，油墨入孔36與孔板22的相應(yīng)微孔34相對齊。
孔板22還帶有從中穿過的第一通連孔38，而加強(qiáng)板24則帶有與孔板22的相應(yīng)第一通連孔38相對齊的第二通連孔40。第一和第二通連孔38、40均與相應(yīng)的墨室30相通連，并且，這些通連孔的直徑要遠(yuǎn)大于孔板22的微孔34的直徑。經(jīng)由開孔36、34供給墨室30的油墨材料經(jīng)過第一和第二通連孔38、40并且從將要予以說明的噴嘴部件16的相應(yīng)噴嘴54中向外噴出。在本實(shí)施例中，隔板20帶有一突出部分42，它從各個窗口28相反端部中沿油墨流經(jīng)墨室室30方向(如圖1中箭頭所示)來看位于下游側(cè)的那個端部處按適當(dāng)?shù)木嚯x延伸進(jìn)油墨流入孔板22和加強(qiáng)板24的相應(yīng)第一和第二通連孔38、40的區(qū)域內(nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的墨泵部件12中，擋板18通常具有50μm或更小的厚度，較佳的是具有20μm或更小的厚度，更佳的是具有在約3μm或至約12μm范圍內(nèi)的厚度。隔板20通常具有至少為10μm的厚度，較佳的是具有至少為30μm的厚度，更佳的是具有至少為50μm的厚度?？装?2和加強(qiáng)板24的整個厚度通常至少為100μm，較佳的是至少為150μm。應(yīng)該注意，應(yīng)確定孔板22的厚度以便穩(wěn)定精確地形成貫穿孔板22厚度的微孔34。有鑒于此，孔板22通常具有100μm或更小的厚度，較佳的是具有50μm或更小的厚度，更佳的是具有約5μm至約20μm范圍內(nèi)的厚度。
在如上所述按包括有四個板片18、20、22、24的成整體的陶瓷結(jié)構(gòu)來形成的墨泵部件12中，擋板18和隔板20構(gòu)成了一上部陶瓷空腔結(jié)構(gòu)，而孔板22和加強(qiáng)板24則構(gòu)成了一下部陶瓷空腔結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例中的墨泵部件12被形成為一整體燒制的陶瓷結(jié)構(gòu)。具體地說，用于板片18、20、22、24的半成品薄板開始時是借助諸如刮片裝置、反轉(zhuǎn)輥壓敷涂器或網(wǎng)板印刷裝置之類的通常所使用的裝置用由陶瓷材料、粘合劑、溶劑以及其它所需添加劑制成的灰漿或糊狀物形成的，從而具有相應(yīng)的厚度值。為了能在上述半成品薄板彼此層疊時于這些半成品薄板的接觸面處形成穩(wěn)定且牢固的密封，可以將含有較多數(shù)量粘合劑的灰漿適當(dāng)?shù)赜≈频桨氤善繁“宓慕佑|面上。然后，按需對半成品薄板進(jìn)行諸如激光切割、切削或沖孔之類的適當(dāng)機(jī)械成型操作以形成窗口28、微孔34、油墨入孔36以及第一和第二通連孔38、40。這樣，就可以獲得用于板片18、20、22、24的母體。在對半成品薄板進(jìn)行激光切削操作時，激光束的波長一般保持在約200nm至約1000nm的范圍內(nèi)。上述每個板片均可以由多個半成品薄板構(gòu)成。例如，可以用多個半成品薄板來形成用于加強(qiáng)板24的母體。
按這樣方式獲得的用于板片18、20、22、24的母體彼此相重疊以形成如圖2所示的墨泵部件12的半成品分層結(jié)構(gòu)并被共同燒制成墨泵部件12的整體燒制結(jié)構(gòu)?？梢园葱栌脙蓚€或更多的步驟將用于板片18、20、22、24的母體層疊起來。
例如，在圖1所示的墨泵部件12中，由于帶有窗口28的隔板20疊放在薄孔板22上，所以，如果用一個步驟來同時層疊所有的半成品薄板以形成墨泵部件12的分層結(jié)構(gòu)，那么，由于存在有窗口28，因此在足夠的壓力下無法疊置相對較軟的半成品薄板20。相反這會導(dǎo)致墨泵部件12的組成板片不完全地重疊和密封。此外，孔板22的一部分可能會進(jìn)入窗口28，并且，可能會使微孔34變形，從而降低了該微孔的尺寸精度。為了避免上述缺陷，最好首先通過加壓和加熱使得用于孔板22和加強(qiáng)板24的母體(半成品薄板)彼此相層疊，從而形成一第一初始分層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將用于隔板20和擋板18的母體(半成品薄板)疊置于按上述方式形成的初始分層結(jié)構(gòu)，并且，將這一組件燒制成墨泵部件12的整體燒制結(jié)構(gòu)。另外，可通過加壓和加熱使得用于隔板20和擋板18的母體彼此相層疊，從而形成一第二初始分層結(jié)構(gòu)，然后將該結(jié)構(gòu)疊置于上述第一初始分層結(jié)構(gòu)，并且，將這一組件燒制成墨泵部件12的整體燒制結(jié)構(gòu)。盡管微孔34是通過沖壓用于孔板22的母體(半成品薄板)的適當(dāng)部分而形成的，但是，也可以按其它方式形成微孔34。例如，可以通過對上述第一初始分層結(jié)構(gòu)或者對墨泵部件12的整體燒制分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓或激光切削操作來形成微孔34。
在如上所述獲得的墨泵部件12上，具體地說，在擋板18的外表面上，以與相應(yīng)墨室30相對齊的方式形成有所說的P/E部件，從而形成了預(yù)定的墨泵部件12，該墨泵部件是一壓電和/或電致伸縮薄膜式啟動器。每個P/E部件26均是一個壓電和/或電致伸縮元件(以下稱之為P/E元件)，它包括下部和上部電極44、48以及設(shè)置在這兩個電極之間的壓電和/或電致伸縮層(以下稱之為P/E層)46。通過將相應(yīng)的周知P/E元件的坯件條粘接于擋板18的適當(dāng)部分而將P/E部件26設(shè)置到擋板18的外表面上。另外，通過任何一種周知的成膜法使下部電極44、P/E層46以及上部電極48以層疊的方式依次形成在擋板18的外表面上以便形成預(yù)定的P/E元件。用于電極44、48和P/E層46的材料是以適當(dāng)?shù)姆绞綇亩喾N周知材料中挑選出來的。例如，可按適當(dāng)?shù)姆绞绞褂萌缜笆鰧＠募岢龅牟牧弦员阈纬呻姌O44、48和P/E層46。前述專利文件還公開了適于形成墨泵部件12的陶瓷材料。在本發(fā)明中最好使用這種陶瓷材料以形成擋板18、隔板20、孔板22以及加強(qiáng)板24。
就按上述方式形成的墨泵部件12而言，利用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┤绫炯夹g(shù)中所周知的那樣層疊及粘接通道板14和油墨噴嘴部件16，以便形成預(yù)定的噴墨打印頭10。
疊置并粘合在墨泵部件12上的通道板14帶有一代墨通道50，該通道通過通孔56與外部蓄墨器相連，而通孔56則在墨泵部件12的預(yù)定部分處貫穿該墨泵部件的整個厚度。從蓄墨器中供給供墨通道50的油墨可經(jīng)由分別形成在加強(qiáng)板24和孔板22上的相應(yīng)油墨入孔36以及微孔34提供給適當(dāng)?shù)哪?0。通道板14還帶有油墨出孔52，這些油墨出孔在沿垂直于板片14、22、24厚度方向的平面來看時與孔板22和加強(qiáng)板24的相應(yīng)第一和第二通連孔38、40相對齊。油墨出孔52具有與第一和第二通連孔38、40相同的直徑。油墨噴嘴部件16帶有多個從中穿過的噴嘴54，它們與通道板14的油墨出孔52相對齊。供給適當(dāng)墨室30的油墨可經(jīng)過相應(yīng)的第一和第二通連孔38、40以及油墨出孔52并從相應(yīng)的噴嘴54向外噴射。
用已知的粘合劑按本技術(shù)中所周知的方式將通道板14與噴嘴部件16粘接到一起。例如，依照前述專利文件中所提出的任何一種方法用適當(dāng)?shù)恼澈蟿⑼ǖ腊?4與油墨噴嘴部件16處此粘接起來。根據(jù)供墨通道50和油墨出孔52的可成形性以及噴墨打印頭的生產(chǎn)成本，可用諸如鎳或不銹鋼之類的金屬或者樹脂來構(gòu)成通道板14，而油墨噴嘴部件16則由諸如鎳或不銹鋼之類能使噴嘴54具有高尺寸精度的金屬構(gòu)成。
在噴墨打印頭10中，油墨噴嘴部件16成整體地粘接于陶瓷墨泵部件12，而通道板14則設(shè)置在油墨噴嘴部件與墨泵部件之間，在這種噴墨打印頭中，油墨能從供墨通道50中有效地供給墨室30從而確保了在設(shè)計油墨流動通道時有較高的自由度。在如圖2所示的具有多個墨室30的本發(fā)明噴墨打印頭10中，當(dāng)油墨經(jīng)由按適當(dāng)形狀形成在通道板14上的供墨通道50供給各個墨室30時，可由因適當(dāng)?shù)乜刂聘鱾€墨室30內(nèi)的壓力水平而噴射的油墨來形成預(yù)定的圖像。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明之噴墨打印頭10帶有墨泵部件12，該部件被形成為整體燒制的陶瓷分層結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)包括帶有微孔34的孔板34，而每個微孔均起一開孔的作用。在按這種方式形成的噴墨打印頭10中，可以在不使用任何粘合劑的情況下將彼此相層疊的板片18、20、22、24燒制成墨泵部件12的整體結(jié)構(gòu)，同時又能確保相鄰板片之間的整個接觸面上有足夠的密封。因此，本發(fā)明的噴墨打印頭10不存在通常所具有的問題，即用于將所述板片粘接到一起的粘合劑會流進(jìn)微孔34并且對微孔34作為開孔的功能產(chǎn)生不利的影響從而堵塞或封住形成在噴墨打印頭內(nèi)的油墨流動通道。由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不使用任何用來將所述板片粘接到一起的粘合劑，所以，不存在這樣的可能性，即粘合劑進(jìn)入或者擴(kuò)散到相鄰板片的接觸面之間從而在相鄰板片的接觸面之間形成空隙。因此，本發(fā)明的噴墨打印頭10不具有流徑噴墨打印頭10內(nèi)的油墨流動通道的油墨會發(fā)生紊流現(xiàn)象這樣的缺陷，所說的紊流現(xiàn)象起因于相鄰板片之間形成有空隙。因此，本發(fā)明的噴墨打印頭10可以完全地避免油墨壓力的下降，而油墨壓力的下降則是由存留在所述空隙內(nèi)的空氣引起的。所以，依照本發(fā)明所構(gòu)成的噴墨打印頭能夠消除該打印頭因使用粘合劑而使質(zhì)量或噴墨特性下降等問題。
將本發(fā)明的墨泵部件12形成為如前所述的整體燒制的陶瓷分層結(jié)構(gòu)，該墨泵部件包括帶微孔34的孔板22。這種結(jié)構(gòu)能很容易地確保在每個形成在孔板22上的微孔34周圍存在著流體密封。此外，在確定打印頭10的尺寸及定位容差時不必考慮粘合劑的流動、擴(kuò)散和位移。換句話說，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在制造和裝配噴墨打印頭的組件時不要求有高度的尺寸及定位精度，從而能較容易地生產(chǎn)出噴墨打印頭10。
在本實(shí)施例中，由于存在有加強(qiáng)板24，該加強(qiáng)板固定在孔板24遠(yuǎn)離隔板20的那個主表面上，所以，可將孔板22的厚度做得很小。依照這種結(jié)構(gòu)，具有較大厚度及硬度的加強(qiáng)板24可在生產(chǎn)打印頭過程中對孔板22進(jìn)行處理時以最佳的方式保護(hù)該孔板。這樣，本發(fā)明的噴墨打印頭10可以使得微孔34以具有高主穩(wěn)定性和高度定位精確性的方式形成在孔板22上，同時還確保能安全且方便地處理孔板22。此外，由于提供有突出部分42，該突出部分形成在各個窗口28相反端部中沿油墨流動方向來看位于下游側(cè)的那個端部上從而延伸進(jìn)油墨流入第一和第二通連孔38、40的區(qū)域內(nèi)，所以，可使得從墨室30中出來的油墨噴射流很平穩(wěn)，并且，如果在油墨材料中包含有氣泡，則可以很容易地從墨室30中除掉這些氣泡。
在本發(fā)明的墨泵部件12中，加強(qiáng)板24以整體方式支撐的孔板22重疊于隔板20，在這種墨泵部件中，可以增加加強(qiáng)板24的厚度以便減小孔板22的厚度，從而能夠更容易地通過沖孔操作在孔板22上形成微孔或開孔34。這樣，可以有效地提高形成微孔34的效率及精度。加強(qiáng)板24的存在能夠以最佳的方式增加由孔板22所形成的各個墨室30底壁的機(jī)械強(qiáng)度，從而，能夠在整個生產(chǎn)噴墨打印頭10的過程中有效地使孔板22免遭在其它情況下可能遇到的損害，這種損害是由在處理墨泵部件12的整體結(jié)構(gòu)以及在用成膜法將P/E元件形成到前述整體結(jié)構(gòu)上時所產(chǎn)生的應(yīng)力引起的，上述生產(chǎn)噴墨打印頭的過程則包括下列步驟層疊半成品薄板；燒制層疊的半成品薄板；以及，在墨泵部件12的整體燒制結(jié)構(gòu)上形成P/E元件。此外，加強(qiáng)板24增加了由孔板22所局部限定的各個墨室30的底壁厚度，從而增加了該底壁的硬度。因此，在將啟動器(墨泵部件12)粘接于通道板14時，如果將墨泵部件12擠壓到通道板14上以便將墨泵部件12與通道板14粘接到一起，那么，厚度因加強(qiáng)板24而有所增加的墨室30的底壁就會接收到作用于墨泵部件12的足夠的力，從而，可以在加強(qiáng)板24與通道板14的粘接表面處獲得顯著改善了的密封。在墨室30的底壁厚度相對較小的情況下，該底壁會很容易彎曲，因此，上述壓力不會適當(dāng)?shù)貍鬟f至墨泵部件12與通道板14之間的接觸面，從而會導(dǎo)致兩者粘合面處有不完全的密封。
在本實(shí)施例中，墨泵部件12是這樣形成的，即上部陶瓷空腔結(jié)構(gòu)的隔板20疊置在下部陶瓷空腔結(jié)構(gòu)的孔板22上，因此，由于存在有支撐孔板22的加強(qiáng)板24，所以能有效地防止形成在孔板22上的微孔34受損或變形。
應(yīng)該注意，相對圖1和圖2而言，可以象圖3所示那樣改變孔板22與加強(qiáng)板24的相對位置。也就是說，在圖3的噴墨打印頭10中，墨泵部件12的整體燒制結(jié)構(gòu)是這樣形成的，即上部陶瓷空腔結(jié)構(gòu)的隔板20疊置在下部陶瓷空腔結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)板24上。在這種情況下，通道板14粘接于墨泵部件12的孔板22從而構(gòu)成了圖3中的噴墨打印頭10。
以下參照圖4(a)和圖4(b)，它們顯示了將P/E元件連接到噴墨打印頭10的墨泵部件12上的一個實(shí)例。具體地說，在開始時通過適當(dāng)?shù)某赡しㄔ谀貌考?2的擋板18外表面上用鉑來形成下部電板44。下部電板44通過接頭電極60與外部導(dǎo)線相連。接頭電極60是由銀構(gòu)成的。銀比焊料有更大的吸濕性并且比鉑有更高的焊接強(qiáng)度。舉例來說，接頭電極60具有約10-40μm的厚度。下部電板44與接頭電極60相連，因此，接頭電極60的端部搭接于下部電極44的相應(yīng)端部，如圖4(b)所示。通過成膜法以周知的方式在下部電極44上形成P/E層46和上部電極48(未顯示)。
參照圖5，它顯示了將多個P/E元件連接到噴墨打印頭10的墨泵部件上的一個實(shí)例。具體地說，在圖5的打印頭10中，墨泵部件上設(shè)置有兩排部件(圖5中的左側(cè)和右側(cè))，每排部件均包括三個P/E元件。同圖4中的實(shí)例一樣，利用成膜法在墨泵部件的外表面上用鉑制成的各個下部電極44通過由銀制成的相應(yīng)接頭電極60與外部導(dǎo)線相連。每個下部電極44均與相應(yīng)的接頭電極60相連，因此，接頭電極60的端部會搭接于下部電極44的端部。在左側(cè)一排下部電極44與右側(cè)一排下部電極44之間設(shè)置有一輔助電極62，它是由鉑制成的并且沿垂直于圖5的方向以與上述兩排下部電極44相平行的方式延伸。形成在相應(yīng)下部電極44上的P/E層46具有一共用部分，該部分使上部電極48與將予以說明的接頭電極64連接起來。通過把一定形狀的由金和樹脂構(gòu)成的印刷糊狀物涂敷到P/E層48上并進(jìn)行燒制，可以在P/E層48上形成上部電極48。將上部電極48形成為一單體的共用電極，該共用電極可用于所有的P/E元件，因此，可以減少與外部導(dǎo)線相連的接頭的數(shù)量。使上部電極48與外部導(dǎo)線相連的接頭電極64是由銀制成的。
盡管通過最佳實(shí)施例比較詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但是，應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明并不局限于所述實(shí)施例的內(nèi)容，在不脫離后附權(quán)利要求所述的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以按本技術(shù)的專家所能想到的變化形式、改變形式以及改進(jìn)形式來實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印頭，它包括一陶瓷墨泵部件，此部件帶有一墨室，及一用于使部分限定墨室的壁面產(chǎn)生變形的壓電和/或電致伸縮部件，以使油墨從墨室排出；以及，一金屬油墨噴嘴部件，此部件帶有一噴嘴，從墨室中噴出的油墨可經(jīng)由該噴嘴射出，上述墨泵部件疊放在葉嘴部件上并通過一通道板與該噴嘴部件粘接成整體，而通道板則帶有一供墨通道，它用于將油墨提供給墨室；以及，一油墨出孔，它用于將油墨添加給噴嘴；所述噴打印頭的特征在于將所說的墨泵部件(12)形成為一整體燒制的分層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一隔板(20)，它帶有一窗口(28)，此窗口部分地限定了墨室(30)；一薄擋板(18)，它重疊于隔板相反主表面中遠(yuǎn)離油墨噴嘴部件(16)的那個主表面，從而封住前述窗口的相反開口中的一個；以及，由薄孔板(22)和厚加強(qiáng)板(24)構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)重疊于隔板的另一個主表面，從而封住了窗口的另一個開口，并且，該分層結(jié)構(gòu)與前述隔板和擋板相配合從而形成了所說的墨室，上述孔板帶有一從中穿過的微孔(34)，而加強(qiáng)板則帶有一油墨入孔(36)，該入孔穿過加強(qiáng)板并且直徑要大于前述微孔的直徑，因此，通道板(14)的供墨通道(50)會通過上述微孔和油墨入孔與墨室相通連，所說的孔板還帶有一從中穿過的第一通連孔(38)，加強(qiáng)板則帶有一從中穿過并與第一通連孔相對齊的第二通連孔(40)，因此，所說的墨室會通過孔板的第一通連孔和加強(qiáng)板的第二通連孔與通道板的油墨出孔(52)相通連；所說的壓電和/或電致伸縮部件26以與前述窗口相對齊的方式形成在檔板的一部分上，該壓電和/或電致伸縮部件包括一壓電和/或電致伸縮元件，此元件包括一對電極(44，48)以及一壓電和/或電致伸縮層46；以及所說的油墨通道板和油墨噴嘴部件重疊于墨泵部件的分層結(jié)構(gòu)(22、24)并用粘合劑成整體地粘接于該分層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，由孔板(22)和加強(qiáng)板(24)構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)重疊于所說的隔板(20)，因此，孔板位于與隔板相鄰的位置處。
3.如權(quán)利要求1或2所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的隔板(20)帶有一突出部分(42)，它從所述窗口(26)相反端部中沿油墨流動方向來看位于窗口下游側(cè)的那個端部處延伸進(jìn)油墨流入形成在孔板與相應(yīng)第一通連孔(38)及形成在加強(qiáng)板(24)上相應(yīng)第二通連孔(40)的區(qū)域內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或3所述的噴墨打印頭，其特征在于，由孔板(22)和加強(qiáng)板(24)構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)重疊于所說的隔板(20)，因此，加強(qiáng)板會位于與隔板相鄰的位置處。
5.如權(quán)利要求1至4任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件還包括一通孔(56)，該通也貫穿于墨泵部件的整個厚度，形成在通道板(14)上的供墨通道(50)通過上述通孔與一外部蓄墨器相連。
6.如權(quán)利要求1至5任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，形成在孔板上的微孔(34)的直徑要小于形成在加強(qiáng)板(24)上的油墨入孔(36)的直徑，所說的微孔起一止回閥的作用，該止回閥可基本上控制油墨沿從墨室(30)到供墨通道(50)的方向流動。
7.如權(quán)利要求1至6任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件的擋板具有不大于50μm的厚度。
8.如權(quán)利要求1至7任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件的隔板具有不小于10μm的厚度。
9.如權(quán)利要求1至8任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件的孔板與加強(qiáng)板具有至少為100μm的整體厚度。
10.如權(quán)利要求1至9任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件的孔板具有不大于100μm的厚度。
11.如權(quán)利要求1至10任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件的通道板是由金屬制成的。
12.如權(quán)利要求11所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的金屬是鎳或不銹鋼。
13.如權(quán)利要求1至12任何一個所述的噴墨打印頭，其特征在于，所說的墨泵部件的通道板是由樹脂制成的。
全文摘要
一種噴墨打印頭，它包括一陶瓷墨泵部件以及一通過通道板粘接于上述墨泵部件的金屬噴嘴部件，其中，墨泵部件帶有一擋板，它帶有壓電和/或電致伸縮部件；一隔板，它帶有窗口；以及，由孔板和加強(qiáng)板構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與擋板和隔板相配合以限定一墨室，此墨室通過形成在加強(qiáng)板上的油墨入孔以及形成在孔板上的微孔與形成在通道板上的供墨通道相通連并且通過形成在孔板和加強(qiáng)板上的通連孔與一噴嘴相通連。
文檔編號B41J2/16GK1149018SQ96103919
公開日1997年5月7日 申請日期1996年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月6日
發(fā)明者碓井稔, 片倉孝浩, 武內(nèi)幸久, 高橋伸夫 申請人:日本礙子株式會社, 精工愛普生株式會社