專利名稱：噴墨打印頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓電噴墨打印頭，其具有包括帶緩沖壁的薄片的腔體單元。
背景技術：
如美國專利No.5,943,079中所公布(其通過參考結合于此)，一種現有技術的隨選型噴墨打印頭包括一孔板、一壓電片、以及一位于孔板和壓電片之間的作為振動膜的振動片(彈性膜)。孔板上形成有噴嘴、與各個噴嘴相連通的壓力腔、以及與壓力腔相連通以向其供給墨水的墨水歧管(manifold)。壓電片具有例如壓電元件的能量生成部分，選擇性地被驅動以在壓力腔中對墨水加壓，以便通過噴嘴噴出墨水。
當驅動能量生成部分時，相應的壓力腔受到擠壓且壓力傳送到相應的噴嘴，而墨水微滴從噴嘴噴出以進行打印。當壓力腔受到擠壓時，作用在壓力腔上的壓力波不僅包含朝向噴嘴的向前分量，還包含同時朝向墨水歧管的向后分量。結果，就可能在向前分量與向后分量之間發生干擾(crosstalk)。為了吸收并減小向后分量，為噴墨打印頭設置一緩沖器。緩沖腔在壓電片中呈凹腔，面向墨水歧管。振動片(彈性膜)延伸以使緩沖腔與振動片(彈性膜)分離。在壓電片(彈性膜)一側，在膜片的一半厚度處形成有孔(氣孔)，從而使緩沖腔與大氣相連通。
但是，其延伸以使緩沖腔與振動片(彈性膜)分離的振動片(彈性膜)只能用在壓力腔和墨水歧管設置于孔板的同一平面的結構中。這種結構的缺點在于，在這種結構中，能量生成部分和緩沖腔也設置在壓電片的同一平面中，所以打印頭在與噴嘴陣列垂直的方向上的寬度就變得較大。而且，在同一孔板上進行壓力腔、墨水歧管、以及噴嘴的三維加工也較為困難且需要許多道工序。
在公開號為2001/0020968的美國專利申請的圖4中公開了另一噴墨打印頭，其通過參考整體結合于此。噴墨打印頭的腔體單元由多層膜片，即具有壓力腔的基板、具有墨水歧管的歧管板、位于基板和歧管板之間的隔板、以及具有噴嘴的噴嘴板，層壓而形成。在這種結構中，可以減小打印頭在與噴嘴陣列垂直的方向上的寬度，且可以容易地在各個膜片上加工壓力腔、墨水歧管、以及噴嘴。然而，這種結構的缺點在于，不能允許緩沖腔在面向歧管板中的墨水歧管形成。如果為了讓壓力波能振動歧管板而將歧管板的一部做得很薄，就部分降低了打印頭的剛度，且墨水噴射特性將在各個噴嘴間有所變化。
實用新型內容針對上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種噴墨打印頭，其足夠堅固以穩定噴嘴的墨水噴射特性且具有一腔體單元，該腔體單元可有效地緩沖傳到歧管腔中的墨水的壓力波。
根據本實用新型的一個方面，一種噴墨打印頭包括一腔體單元和一具有活動部分且疊在腔體單元上的致動器。該腔體單元具有排列成直線的多個噴嘴以及多個壓力腔。每個壓力腔與相應的噴嘴連通。該腔體單元還具有一歧管板和一緩沖板和一插在該緩沖板與噴嘴板之間的蓋板。該歧管板具有為多個壓力腔供給墨水的歧管腔。歧管腔的深度基本與歧管板的厚度相等。緩沖板在面向遠離歧管腔的一側具有一凹槽，在面向歧管腔的一側留下的緩沖壁具有緩沖板的部分厚度。在腔體單元的頂視圖中該凹槽具有與歧管板中的歧管腔基本相等或較大的外形輪廓。該致動器的活動部分位于相應的壓力腔處。
根據本實用新型的另一個方面，一種噴墨打印頭包括一腔體單元和一具有活動部分且疊在該腔體單元上的致動器。該腔體單元具有排列成直線的多個噴嘴以及多個壓力腔。每個壓力腔與相應的噴嘴連通。該腔體單元還具有一歧管板和一緩沖板和一插在該緩沖板與噴嘴板之間的蓋板。該歧管板具有為多個壓力腔供給墨水的歧管腔。歧管腔的深度基本與歧管板的厚度相等。該緩沖板在面向遠離歧管腔的一側具有一凹槽，在面向歧管腔的一側留下的緩沖壁具有緩沖板的部分厚度。該緩沖板在與壓力腔的相對的一側與歧管板相粘接，使得緩沖壁面向歧管腔。該致動器的活動部分位于相應的壓力腔處。
根據本實用新型的另一方面，一種噴墨打印頭包括一具有活動部分的致動器以及一粘接到該致動器的腔體單元。該腔體單元具有一基板、一歧管板、一隔板、以及一緩沖板和一蓋板。該基板具有一沿著與基板平面平行的第一方向延伸的壓力腔陣列。該壓力腔面向致動器的各個活動部分。該歧管板具有沿著第一方向延伸以部分地覆蓋壓力腔陣列并為壓力腔供給墨水的歧管腔。該隔板插在基板與歧管板之間。該緩沖板與歧管板相鄰，且具有一緩沖壁，該緩沖壁通過使緩沖板在遠離歧管板的一側凹槽，從而留下緩沖板的部分厚度以覆蓋歧管腔。


將參考附圖詳細說明本實用新型的優選實施例，其中相同的零部件用相同的標號標出，且其中圖1為根據本實用新型的一個實施例的壓電噴墨打印頭的分解透視圖；圖2為該壓電噴墨打印頭的腔體單元的分解透視圖；圖3為該腔體單元的局部放大透視圖；圖4為該壓電噴墨打印頭的放大剖視圖；圖5為該腔體單元的局部放大剖視圖；以及圖6為具有腔體單元的壓電噴墨打印頭的放大剖視圖，在腔體單元的一端形成有連通孔。
具體實施方式
將參照圖1到4說明根據本實用新型的一個實施例的噴墨打印頭1。在該噴墨打印頭1中，柔軟的扁平電纜40粘合在片狀壓電致動器8的上表面以與外部器件相連接，且壓電致動器8與腔體單元7相粘合。墨水從開口在腔體單元7的下表面的噴嘴中噴出。
將參照圖2和圖3說明腔體單元7的結構。腔體單元7通過將七層薄片，即一噴嘴板9、一蓋板10、一緩沖板11、兩歧管板12，12、一隔板13、以及一基板14，層壓并粘結而形成。在此實施例中，除去噴嘴板9之外的每層板10、11、12、12、13、14，都由42％的鎳鋼制成且具有大約50-150微米的厚度。通過電解浸蝕、激光加工、等離子噴射加工、或其他方法，在這些板中形成開口和凹槽以作為墨水通道和墨水腔，這將在以后說明。在第一方向(縱向)上以兩排交錯排列的形式形成多個具有很小直徑(約25微米)的噴嘴15用于噴嘴板9中的墨水噴射。這些噴嘴15沿著與第一方向平行延伸的噴嘴板9的兩參照線9a、9b，以非常小的間距P排列。
在腔體單元7的頂視圖中，與各個噴嘴15相連通的多個壓力腔16，垂直地覆蓋由壓電致動器8的壓電元件構成的活動部分。每個壓力腔16都垂直第一方向延伸且壓力腔16的陣列沿著第一方向延伸。一對歧管腔12a、12a作為墨水通道形成在每一個歧管板12、12中并在噴嘴陣列的兩側延伸。在此情況下，如圖3和4所示，穿過每個歧管板12、12，形成一對歧管腔12a、12a，且其具有與歧管板12的厚度基本相等的深度。將每個歧管腔12a都定形為在頂視圖中部分地與壓力腔陣列重疊且沿著壓力腔16的陣列延伸。
緩沖板11具有向著蓋板10開口的一對凹槽(緩沖腔)20、20，蓋板10在緩沖板11之下，同時在緩沖板11的上側留下薄的頂部(緩沖壁)11a。每個凹槽(緩沖腔)20在頂視圖中都具有與歧管腔12a基本相同的形狀。
因此，如圖4所示，通過將隔板13的下表面與上歧管板12的上表面相粘接，并將下歧管板12的下表面與緩沖板11的上表面相粘接，從而將歧管腔12a、12a密封。通過將蓋板10粘接到緩沖板11，從而將凹槽(緩沖腔)20、20密封。
在基板14上有多個壓力腔16，使每個窄壓力腔16都是狹窄的且在第二方向(橫向)上延伸，第二方向即與平行于第一方向(縱向)的中心線相垂直的方向。位于圖3左側的壓力腔16的末端部分16a與右參考線14a對齊，而位于右側的壓力腔16的末端部分16a與左參考線14b對齊。在左側和右側的壓力腔16的末端部分16a交替排列，且壓力腔16交替地向相反方向延伸。
壓力腔16的末端部分16a通過隔板13、歧管板12、12、緩沖板11和蓋板10中的小直徑通孔17，與以交錯形式排列的噴嘴板9中的噴嘴15相連通。通孔17具有非常小的直徑并作為墨水通道。壓力腔16的另一末端部分16b通過形成在隔板13的橫向端的通孔18與歧管板兩側的歧管腔12a、12a相連通。如圖3所示，末端部分16b和狹窄的約束部分16d是凹進的，且只在基板14的下表面上開口。末端部分16b具有與通孔18基本相同的直徑。約束部分16d具有比壓力腔16小的截面面積，以防止在驅動壓電致動器20時墨水從壓力腔16回流到歧管腔12a、12a中。
以半蝕刻或其他方法在每個壓力腔16的中部相對于縱向形成細橋16c以保持相鄰的壓力腔16之間的狹窄的分隔壁的強度。而且，如圖1所示，在最頂上的基板14的一端的供給孔19a、19a上設置有過濾器29，用以將位于噴墨打印頭之上的墨盒(未示出)所供給的墨水中的外界物質去除。
如圖2和圖4所示，墨水通過形成在基板14和隔板13的一側的供給孔19a、19b，并流入形成在歧管板12、12的橫向側的歧管腔12a、12a中。墨水接著通過通孔18并分流到各個壓力腔16中。在墨水腔16中的墨水流經通孔17，到達噴嘴15。
與在日本專利申請公開號No.2002-36568中公開的壓電致動器(通過參考結合于此)類似，如圖4所示，該壓電致動器8由多層壓電陶瓷片21層壓而形成，每層壓電陶瓷片的厚度為30微米。而且，頂片22位于頂端。狹窄的單個電極(未示出)沿著壓電片21的第一方向(縱向)，印制在每個最下面的片21和從最下面的片21開始數的奇數片21的上表面(寬表面)上，呈與腔體單元7的壓力腔16相對應的兩排。每個單獨的電極都在垂直于第一方向的第二方向(橫向)上延伸，直到壓電片21的縱向邊緣。從最下面的片21開始數的每個偶數片21的上表面(寬表面)上都形成有一與壓力腔16共有的公共電極(未示出)。在此情況下，各個電極的端面和公共電極的起始部分的端面都暴露于每個壓電片21的縱向邊緣。
如圖1所示，表面電極30印在頂片22的上表面，與各個單獨的電極相對應，且表面電極31印刷成與公共電極的起始部分相對應。之后，形成側面電極，使得每個垂直對齊的表面電極30和相應的垂直對齊的單獨電極都在它們的暴露端面被電連接。類似地，形成側面電極，使得每個垂直對齊的表面電極30和相應的垂直對齊的公共電極的起始部分都在它們的暴露端面被電連接。
如圖4所示，如上所述地構造的形如板的壓電致動器8被疊加并固定在腔體單元7上，使得壓電致動器8的每個單獨電極都位于一相應的壓力腔16處。將柔軟的扁平電纜40被疊加并粘合到壓電致動器8的上表面，從而使柔軟的扁平電纜40的各種布線圖(未示出)電連接到表面電極30、31上。
在上述結構的噴墨打印頭中，當驅動電壓有選擇地加到壓電致動器8的垂直對齊的單個電極與公共電極之間時，由于在壓電陶瓷片21的層壓方向上的壓電效應，垂直對齊的單個電極與公共電極之間的部分就變形成為一個活動部分。通過活動部分的變形，相應的壓力腔16受壓且壓力被傳遞到相應的噴嘴15，并從噴嘴15噴出墨水微滴以進行打印。
當壓力腔受壓時，作用在壓力腔16上的壓力波含有朝向噴嘴15的向前分量和同時朝向歧管腔12a的向后分量。向后分量在歧管腔12a處被反射，并隨著向前分量指向噴嘴15。因為歧管腔12a與壓力腔16相通，所以歧管腔12a中的反射波分散到各個壓力腔16。盡管反射波自身可能不能導致墨水噴出，但反射波可通過向前的壓力波而影響噴射后墨水的補給，并改變在墨水腔16中的墨水量以及下次墨水噴射的噴射速度。因為這種影響的程度取決于在同樣的時間內被驅動的壓力腔16的數量，所以每次墨水噴射的墨水量和噴射速度都可能有所不同，結果導致打印質量下降。
歧管腔12a和緩沖腔20之間的薄頂部(緩沖壁)11a(圖4)被向后分量劇烈振動，從而有效地吸收在歧管腔12a中向后分量。因此，就避免了上述的在向前分量與向后分量之間的干擾(crosstalk)。壓力波的向后分量可被頂部(緩沖壁)11a的彈性振動單獨吸收，或被頂部11a和緩沖腔20中的空氣共同吸收。
覆蓋著形成有緩沖腔20的緩沖板11的下表面的蓋板10，具有一致的厚度以及足夠的剛度以承受來自噴嘴帽(未示出)的壓力。噴嘴帽用于在噴墨打印頭處于休息位置時將位于蓋板10之下的噴嘴板9壓向歧管板12，同時覆蓋噴嘴15。因此，蓋板10依靠其剛度可防止緩沖板11和歧管板12彎曲變形。因為緩沖腔20的容量保持不變，所以墨水噴射特性就不受影響。而且，因為避免了噴嘴板9彎曲變形且噴嘴的朝向不變，所以打印質量就不會降低。優選地，如圖4所示，緩沖腔20通過一小直徑連通孔20a與大氣相連通，該連通孔20a從緩沖腔20開始形成，開口在腔體單元7的上表面。可選擇地，如圖6所示，可形成連通孔20b，其開口在緩沖板11的末端部分。與大氣相連通的緩沖腔20中的空氣保持一恒定壓力，而這使得緩沖腔20可有效地吸收壓力波并防止干擾。
而且，優選地，緩沖腔20要比歧管腔12a在長度和寬度上略微大一尺寸W1，從而在頂視圖中，緩沖腔20的外形輪廓就包圍著歧管腔12a的外形輪廓。在這種結構中，歧管腔12a始終保持被緩沖腔20的頂部(緩沖壁)11a所包圍，從而達到頂部11a的最大緩沖效果。當在墨水噴射時在歧管腔中產生的壓力波作用在緩沖壁11a上時，具有薄厚度的緩沖壁11a能在頂視圖中跨越整個歧管腔彈性地彎曲。而且，即使當歧管板12和緩沖腔11在粘合過程中彼此在位置上錯開某個量時，歧管腔12a也能處于凹槽11a的外形輪廓之內，且不會降低緩沖作用。
在根據上述實施例的噴墨打印頭中，腔體單元7由多層板層壓而形成，包括彼此相鄰的歧管板12和緩沖板11。歧管板12具有為壓力腔16供給墨水的歧管腔12a，而緩沖板11具有與歧管腔12a對齊的緩沖壁11a。歧管腔12a具有與歧管板12的厚度相等的深度。緩沖板11從歧管腔12a的相對側內凹，且具有緩沖板11的部分厚度的部分位于面向歧管腔12a的一側，而在墨水噴射時，緩沖壁11a吸收并減少傳送給歧管腔12a中的墨水的壓力波。因此，不需要提供另外的薄振動膜。因為緩沖板11比較厚，同時緩沖壁11a又足夠薄以被壓力波變形，所以就容易加工緩沖板11。而且十分精確地形成歧管腔12a。
盡管在上述實施例中，兩歧管板12是重疊的，但也可使用一單個的相對厚的歧管板，或者使用三個或四個相對薄的歧管板來代替之。
盡管在上述實施例中，使用了具有能驅動壓力腔的活動部分的單個致動器，但也可在各個壓力腔處布置單獨的壓電元件，或者使用其他類型的致動器。
當在以上參照具體實施例對本實用新型加以說明時，實施例的描述只是說明性的而不能被認為是對本實用新型的范圍的限制。對于本領域的技術人員，可以在不背離本實用新型的要旨和范圍的前提下作出各種其他的改動和變更。
權利要求1.一種噴墨打印頭，包括腔體單元，其包括多個噴嘴；多個排列成一直線的壓力腔，每個壓力腔與相應的噴嘴相連通；具有歧管腔的歧管板，該歧管腔為多個壓力腔供給墨水，該歧管腔的深度基本與歧管板的厚度相等；以及致動器，堆疊在腔體單元上且具有活動部分，該活動部分位于相應的壓力腔處；其特征在于，所述腔體單元還包括具有凹槽和緩沖壁的緩沖板，該凹槽位于面向遠離歧管腔的一側，該緩沖壁設置在面向歧管腔的一側，該緩沖壁具有緩沖板的部分厚度，在腔體單元的頂視圖中，該凹槽具有與歧管板中的歧管腔基本相等或較大的外形輪廓；以及粘接于緩沖板上的蓋板。
2.根據權利要求1的噴墨打印頭，其特征在于，緩沖板粘接在歧管板與壓力腔相對的一側，緩沖壁面向歧管腔。
3.根據權利要求1的噴墨打印頭，其特征在于，噴嘴形成在噴嘴板中，并且噴嘴板粘接在蓋板上。
4.根據權利要求3的噴墨打印頭，其特征在于，壓力腔形成在壓力腔板中，且腔體單元還包括位于壓力腔板與歧管板之間的隔板，隔板具有供給孔，墨水從歧管腔穿過供給孔流到壓力腔。
5.根據權利要求4的噴墨打印頭，其特征在于，多個壓力腔通過形成在隔板、歧管板、緩沖板和蓋板上的通孔與各自的噴嘴相連通。
6.根據權利要求4的噴墨打印頭，其特征在于，緩沖板中的凹槽通過孔與大氣相連通，該孔穿過歧管板、隔板和壓力腔板。
7.根據權利要求1的噴墨打印頭，其特征在于，緩沖板中的凹槽通過在緩沖板的一端開口的孔與大氣相連通。
8.根據權利要求1的噴墨打印頭，其特征在于，腔體單元還包括與所述歧管板相同的第二歧管板，第二歧管板與所述歧管板相粘接。
9.一種噴墨打印頭，包括腔體單元，包括多個噴嘴；多個排列成一直線的壓力腔，每個壓力腔與相應的噴嘴相連通；具有歧管腔的歧管板，該歧管腔的深度基本與歧管板的厚度相等；以及致動器，堆疊在腔體單元上且具有活動部分，該活動部分位于相應的壓力腔處；其特征在于，所述腔體單元還包括具有凹槽和緩沖壁的緩沖板，該凹槽在面向遠離歧管腔的一側，該緩沖壁設置在面向歧管腔的一側，該緩沖壁具有緩沖板的部分厚度，該緩沖板粘接于歧管板與壓力腔相對的一側，緩沖壁面向歧管腔；以及粘接于緩沖板上的蓋板。
10.根據權利要求9的噴墨打印頭，其特征在于，在腔體單元的頂視圖中，所述凹槽具有與歧管板中的歧管腔基本相等或較大的外形輪廓。
11.根據權利要求9的噴墨打印頭，其特征在于，噴嘴形成在噴嘴板中，且噴嘴板與蓋板相粘接。
12.根據權利要求11的噴墨打印頭，其特征在于，壓力腔形成在壓力腔板中，且腔體單元還包括設置在壓力腔板與歧管板之間的隔板，沿歧管板的厚度方向歧管腔穿透歧管板，并且緩沖壁與面向緩沖板表面的歧管板齊平。
13.根據權利要求12的噴墨打印頭，其特征在于，多個壓力腔通過形成在隔板、歧管板、緩沖板和蓋板上的通孔與各自的噴嘴相連通。
14.根據權利要求12的噴墨打印頭，其特征在于，緩沖板中的凹槽通過孔與大氣相連通，該孔穿過歧管板、隔板和壓力腔板。
15.根據權利要求9的噴墨打印頭，其特征在于，緩沖板中的凹槽通過在緩沖板的一端開口的孔與大氣相連通。
16.根據權利要求9的噴墨打印頭，其特征在于，腔體單元還包括與所述歧管板相同的第二歧管板，第二歧管板與所述歧管板相粘合。
17.一種噴墨打印頭，包括具有活動部分的致動器；以及與該致動器相粘接的腔體單元，其包括基板，具有沿著與基板平面平行的第一方向延伸的壓力腔陣列，該壓力腔面向致動器的相應活動部分；具有歧管腔的歧管板，該歧管腔沿著第一方向延伸，部分地位于壓力腔陣列之上；位于基板與歧管板之間的隔板；以及噴嘴板，其具有與相應的壓力腔相連通的噴嘴；其特征在于，所述腔體單元還包括具有緩沖壁和凹槽的緩沖板，通過在遠離歧管板的一側對緩沖板開槽從而形成所述凹槽，因此留下緩沖板的部分厚度形成覆蓋歧管腔的緩沖壁，所述緩沖板與歧管板相鄰設置；以及插在該緩沖板與噴嘴板之間的蓋板。
18.根據權利要求17的噴墨打印頭，其特征在于，在第一方向的長度上以及在與第一方向垂直的寬度上，該緩沖壁基本與歧管腔相等，或比歧管腔大出預定尺寸。
19.根據權利要求17的噴墨打印頭，其特征在于，該歧管腔在歧管板的厚度方向上穿過歧管板，且緩沖壁與面對緩沖板表面的歧管板齊平。
20.一種噴墨打印頭，其包括腔體單元，其包括多個彼此隔開的噴嘴；多個壓力腔，每個壓力腔都儲存墨水并與相應的噴嘴相連通；歧管板，位于多個壓力腔之下且具有向多個壓力腔供給墨水的歧管腔；以及致動器，堆疊在腔體單元上；其特征在于，所述腔體單元還包括緩沖板，具有位于歧管腔之下的緩沖壁和位于緩沖壁之下的凹槽，該緩沖壁可吸收來自壓力腔的向后的壓力波；以及粘接到緩沖板上以將緩沖板中的凹槽密封的蓋板。
21.根據權利要求20的噴墨打印頭，其特征在于，所述凹槽具有與歧管板中的歧管腔的外形輪廓基本相同或較大的外形輪廓。
22.根據權利要求20的噴墨打印頭，其特征在于，歧管板包括孔，緩沖板中的凹槽通過此孔與大氣相連通。
23.根據權利要求20的噴墨打印頭，其特征在于，緩沖板包括在緩沖板一端開口的孔，緩沖板中的凹槽通過此孔與大氣相連通。
24.根據權利要求20的噴墨打印頭，其特征在于，歧管板包括至少兩個相互粘接的基本相同的板。
專利摘要一種噴墨打印頭的腔體單元，由將具有壓力腔的基板、隔板、歧管板、緩沖板、蓋板、以及具有噴嘴的噴嘴板層壓而形成。歧管板具有穿過歧管板的歧管腔。緩沖板在遠離歧管腔的一側具有凹槽并在朝向歧管腔的一側具有緩沖壁，該緩沖壁具有緩沖板的部分厚度。緩沖板粘接到歧管板的與基板相對的一側，從而將緩沖壁置于與歧管腔相對的位置。蓋板粘接到緩沖板上。因為緩沖板相對較厚，而緩沖壁又足夠薄以吸收在墨水噴射時歧管腔中產生的壓力波，所以易于加工該緩沖板。
文檔編號B41J2/135GK2782384SQ03272049
公開日2006年5月24日 申請日期2003年6月26日 優先權日2002年6月26日
發明者伊藤敦 申請人:兄弟工業株式會社