專利名稱：噴墨打印頭設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及噴墨打印機領域。更具體地說，本發明涉及一種壓電噴墨打印頭。
本領域技術人員都知道噴墨打印機，特別是具有由電信號激活的壓電轉換器的按需噴墨型噴墨打印頭。典型的打印頭由機械連接到墨室上的轉換器構成，其中向轉換器材料加電信號而使轉換器形狀或尺寸在墨室內發生變化，或使轉換器變形而進入墨室中，因而導致油墨從墨室孔中噴出。現有技術中的打印頭機構的一個缺點是，它們的整體尺寸較大，因而不能都被裝入一個緊湊陣列中；這降低了可獲得的輸出網點密度，從而降低了打印機的整體打印清晰度。現有技術裝置中的另一個缺點是，這些裝置中的大量組件會增加成本及加大加工難度。此外，當將現有技術中的設備按順序放入同一陣列而制成多通道打印頭時，這些設備會在相鄰墨室之間產生人們不希望出現的“交擾”，這影響了打印頭的精確噴墨。
因此，本領域需要一種既簡便又經濟地制造出的噴墨打印頭機構，為了加大輸出網點密度，該打印頭還能被裝入一個用于多通道打印頭的緊湊陣列中。此外，還需要一種減小不希望有的交擾效應的多通道打印頭機構。
本發明包括一種噴墨打印頭，其中轉換器電極的布置與轉換器材料的特定極化方向(總極化方向)共同產生了打印頭剪切式(Shear mode)激活和打印頭普通(Normal mode)激活的有效組合。根據本發明的一個實施例，打印頭轉換器由第一壁部、第二壁部和底部構成，其中所述壁部內壁和底部內壁形成了油墨通道的三個側面。壁部上表面構成打印頭第一表面，底部下表面構成對置的轉換器第二表面。構成普通電極的金屬噴鍍層涂覆在油墨通道的內表面上，并沿第一壁部上表面和第二壁部上表面涂覆此金屬噴鍍層。構成可尋址電極的第二金屬噴鍍層覆蓋了整個底部外表面以及第一壁部與第二壁部的部分外表面。構成打印頭轉換器的壓電材料的極化方向基本垂直于在第一壁部和第二壁部的可尋址電極和普通電極之間的電場方向，于是當給可尋址電極輸入電驅動信號時，產生了壁部的剪切式激活變形，即壁部相向變形或遠離對方。構成打印頭轉換器的壓電材料的極化方向基本平行于在底部中心的可尋址電極和普通電極之間的電場方向，當加載電驅動信號時，產生了底部中心的普通激活。構成可尋址電極的金屬噴鍍層的高度最好等于壁部高度的一半。構成普通電極的金屬噴鍍層的電位最好為零。
本發明還包括許多能緊湊地裝在油墨通道的線性陣列中的噴墨機構。此陣列包括由壓電材料片、膜或塊構成的轉換器，其中在壓電片第一表面內切出了一系列油墨通道。對置的壓電片第二表面包含一系列通氣道，各通氣道被各油墨通道隔開。構成普通電極的金屬噴鍍層涂覆在片材第一表面和各油墨通道的內表面上。構成可尋址電極的第二金屬噴鍍層涂覆在第二表面和各通氣道的內表面上。最初，第二金屬噴鍍層將各條通氣道連在一起。各條通氣道的底部切出一條電極分離通道，分離通道將第二金屬噴鍍層在相鄰通氣道間的連接斷開，它還使在通氣/電極分離兩用通道內的縫隙進一步向壓電塊第一表面加深。這種轉換器結構對油墨通道陣列很有利，即它使相鄰油墨通道間的機械交擾最小。一個替代實施例通過將油墨從一個蓄墨容器中經一條或多條帶槽的油墨通道而輸入油墨通道的方式而進一步減少了交擾、該帶槽油墨通道的作用是抑制壓力波從一條油墨通道傳向另一條油墨通道。
本發明的這些和其它一些方面將伴隨附圖在下面的說明和解釋中進行更充分的描述。


圖1是本發明實施例的單油墨通道的噴墨打印頭機構的側剖視圖。
圖2是圖1所示的噴墨打印頭機構的局部透視圖。
圖3A是用于圖2所示的本發明實施例的油墨通道組的轉換器片材結構局部的主視圖。
圖3B是圖3A所示的轉換器片材的透視圖。
圖4A-圖4B表示壓電材料單元的普通激活。
圖5A-圖5B表示壓電材料單元的剪切式激活。
圖6是優選的打印頭轉換器機構的局部圖，其中示出了建立的電場。
圖7和圖8示出了根據本發明構成的優選打印頭機構中的轉換器的機械變形。
圖9描述了根據本發明構成的另一個打印頭機構。
圖10描述了本發明實施例的供墨機構。
圖11是本發明的另一個打印頭轉換器機構的主視圖，其中可尋址電極的金屬噴鍍層不對稱地涂在第一壁部和第二壁部上。
圖12是根據本發明的另一個實施例的打印頭轉換器的主視圖。
圖1是根據本發明實施例構成的、且用于壓電噴墨打印機的噴墨打印頭機構20的單通道的側剖視圖。打印頭機構20包括一個由壓電材料形成的打印頭轉換器2，此轉換器中開有一條油墨通道29。該油墨通道29的一端與一塊帶孔38的噴嘴板33相接。一塊后蓋板48適當地固定在油墨通道29的另一端上。打印頭轉換器2的底部36形成油墨通道29的底，同時油墨通道蓋31被固定在打印頭轉換器2的上開口上。油墨從蓄墨容器10中經后蓋板48內的供墨通道47被輸給油墨通道29。如下面詳細描述的那樣，激活打印頭轉換器2而從油墨通道29中經噴嘴板33的孔38噴墨。
參見圖2，詳細示出了圖1所示的打印頭轉換器2。優選的打印頭轉換器2包括第一壁部32、第二壁部34和底部36。第一壁部32的上表面和第二壁部34的上表面構成了打印頭轉換器第一表面7，同時底部36的下表面構成了對置的打印頭轉換器第二表面9。油墨通道29的三個側面由底部36的內表面和壁部32、34的內壁面構成，油墨通道29是一條切入打印頭轉換器2的壓電材料中的狹長通道，它順著打印頭轉換器2的第一上表面7留下了縱向開口。如上所述，當油墨通道29的一端被后蓋板48蓋住(圖2中未示出板33和48)時，油墨通道29的另一端被噴嘴板33(圖1)蓋住。金屬噴鍍層24涂覆在油墨通道29的內表面以及第一壁部32與第二壁部34的上表面上。油墨通道蓋31被固定在打印頭轉換器2的第一表面7上，從而蓋住油墨通道29的縱向側開口。第二金屬噴鍍層22涂覆在底部36的外表面、第一壁部32的大約半個外表面和第二壁部34的大約半個外表面上。
金屬噴鍍層22構成了可尋址電極60，該電極60與外部信號源相連以便產生電驅動信號來激活打印頭轉換器2的壓電材料。在優選實施例中，金屬噴鍍層24構成一個電位為零的普通電極62。另一方面，普通電極62也可與外部電壓源相連以便接收電驅動信號。但由于金屬噴鍍層24觸及到油墨通道29內的油墨，所以普通電極62的電位為零是很有利的。普通電極的電位為零可以減小對普通電極和對油墨通道29中的油墨產生電解作用的可能性。電解會損壞普通電極62和/或油墨的性能和結構。
盡管其它壓電材料也可用于本發明，但構成打印頭轉換器2的優選壓電材料為PZT。打印頭轉換器2的總極化矢量方向(“極化方向”)大體沿圖2中箭頭30所示方向，即從打印頭轉換器2的第二表面9指向第一表面7的垂直方向。在本發明范圍內，打印頭轉換器2可具有其它極化方向，其中包括與圖2中箭頭30所指方向基本相反(大約180度)的極化方向，但并不局限于此。
在此優選實施例中，打印頭轉換器2最好由單片壓電材料構成，而不是由固定在一起而形成所需結構的單件組合體構成(即各壁部是固定或粘在獨立底部上的不同元件)。由于整個打印頭轉換器2是由單片壓電材料制成的，所以打印頭轉換器2的變形能力不受各轉換器元件之間的接縫或接頭的強度或硬度的限制。
在操作過程中，本發明根據壓電效應原理工作，其中橫穿壓電材料的某些表面而施加電信號，這使該材料產生相應的機械扭曲或變形。通常對本發明非常重要的是，壓電材料對電信號的機械響應主要取決于壓電材料的極化方向以及加在壓電材料上的電場方向。
圖4A和4B描述了典型的壓電材料的普通激活。在圖4A中，壓電材料72具有箭頭70所指的極化方向。將電源74兩端連在壓電材料72的兩個外表面上，其中電源74施加一個平行于材料72極化方向70的電場。如圖4B所示，此電場引起壓電材料72的普通機械變形，其中加載某種極性的電壓而拉長了材料72，結果該材料沿平行于壓電材料72的極化方向70變長和變窄。加載相反極性的電壓將壓縮材料72，結果材料沿平行于壓電材料72的極化方向70變短和變寬(如圖4B中虛線所示)。
圖5A和5B描述了典型的壓電材料76的剪切式激活。在圖5A中，壓電材料76具有箭頭78所指的極化方向。但這一次電源74連在壓電材料76兩側上，從而電壓源74所加的電壓產生了一個垂直于壓電材料76的極化方向的電場。如圖5B所示，該電場引起壓電材料76的剪切式機械變形，這通常使材料76變形成平行四邊形，而不象普通激活那樣被拉長或壓縮。根據受外力約束或限制的方式，材料76會彎曲或扭轉。機械變形的特定方向、變形方式和變形區域在某種程度上由壓電材料76的形狀、尺寸和/或成分確定，同時也由加在材料76上的電信號的振幅、極性或頻率確定。通常，加某種極性的電壓會使材料76在第一方向上彎曲，而加相反極性的電壓會使材料76在與第一方向相反的第二方向上彎曲。
圖6是優選的單通道打印頭轉換器2所采用的壓電材料的半個主視圖(即一個壁部和半個底部)。如上所述，金屬噴鍍層24涂在油墨通道29的內壁面和壁部34的上表面上，從而形成了普通電極62。最好使該電極的電位為零。金屬噴鍍層22涂覆在壁部34的約半個外表面和底部36的下外表面上，從而形成了可尋址電極60。該電極有選擇地連在電信號源上以便激活打印頭轉換器2。當對可尋址電極60加正電壓信號時，在轉換器材料中建立的外加電場方向大致如圖6所示。在打印頭轉換器2的底部36的中心處可以看到，在可尋址電極60和普通電極62之間形成的電場主體方向與壓電材料極化方向30相同，由此實際以普通激活方式使所述轉換器材料部分變形。在壁部34處，可尋址電極60和普通電極62之間的電場主體與極化方向30垂直，因而實際以剪切方式激活了所述轉換器部分而移向另一側壁32(見圖7)。在優選實施例中，大致如圖6所示，在可尋址電極60和普通電極62之間建立的電場方向在底部36到壁部34之間不斷變化。
圖7表示優選實施例中的轉換器材料在給可尋址電極60加正電壓時的變形情況。圖7的虛線表示打印頭轉換器2在加正電壓時的變形取向范圍。由于主要以普通方式激活底部36材料，所以這部分轉換器材料在與壓電材料的極化方向30基本平行的方向上伸入油墨通道29中。由于壁部32、34的壓電材料部分基本上以剪切方式變形，所以壁部基本垂直于壓電材料的極化方向30而向內彎曲。因此，對電極60加正電壓使打印頭轉換器2的底部36和壁部32、34內移向油墨通道29，這導致油墨通道29內的容積減小。為清楚表示起見，夸大地示出了圖7所示的轉換器變形范圍，本發明實施例實際采用的特定變形范圍是由打印頭轉換器和/或所用的電驅動信號的特定參數確定的。
圖8表示優選實施例中的轉換器材料在給可尋址電極60加負電壓時的變形情況。圖8的虛線表示打印頭轉換器2在給電極60加負電壓時的變形取向范圍。因為加有負電壓并由于底部36的材料主要以普通方式激活，所以轉換器材料的這一部分變短和變寬。以剪切式激活壁部32、34的壓電材料部分，這樣一來，壁部遠離油墨通道29而向外彎曲。因此，加負電壓導致油墨通道29內部區域的凈容積增大。如圖7所示那樣，夸大地示出了圖8所示的轉換器變形范圍，而本發明實施例實際采用的特定變形范圍是由打印頭轉換器和/或所使用的電驅動信號的特定參數確定的。
在操作過程中，給打印頭轉換器2的可尋址電極加電信號，從而使油墨通道29的壁部產生機械變形或彎曲，這使油墨通道29內的體積變化。這種體積變化在油墨通道29內產生了聲壓波，所述油墨通道29內的壓力波提供了能量，于是將油墨從打印頭設備20的孔38中噴到打印介質上。
加在打印頭設備20的轉換器材料上的電驅動信號的特定參數對打印頭設備20的操作和聲壓波在油墨通道29內的生成是很重要的。控制所加的電驅動信號的參數(即振幅、頻率、和/或加載電信號的波形)可明顯影響打印頭轉換器機構的機械變形，而這種機械變形對油墨通道29內的聲壓波的特性有影響，聲壓波的特性又影響了從打印頭20噴出的墨滴的大小、體積、形狀、速度和/或質量。操作打印頭設備20的優選方法的細節在申請序列號(N/A)為No.220/105的、題為“Inkjet Print Head for Producing Variable VolumeDroplets of Ink”一Lyon&Lyon的摘要中公開了，該未結案申請與本申請同時提出，而本申請包括了它的具體內容，所以它就象本申請的一部分。如該申請公開的那樣，打印頭機構20最好由具有油墨通道29的共振頻率的、振幅可變的、多脈沖正弦輸入波控制，該輸入波允許體積可變的墨滴以基本恒定速率從打印頭設備20中噴出。
參見圖11，本發明的一個替換實施例包括打印頭轉換器102，其中形成可尋址電極104的金屬噴鍍層不對稱地涂覆在第一側壁部106的外表面和第二側壁部108的外表面上。如圖11所示，涂在第一側壁部106上的可尋址電極金屬噴鍍層104的高度為H1，覆在第二側壁部108上的涂層104的高度為H2，H1和H2不相等。因此，給這個實施例中的可尋址電極104加電壓會使側壁部106、108不對稱地變形。圖12描述了本發明的另一個實施例，其中打印頭轉換器110具有可尋址電極金屬噴鍍層118，此鍍層覆蓋了一個壁部116的外表面和底部112的半個外表面。在這個實施例中，在可尋址電極118上施加電壓將明顯激活半個打印頭轉換器機構110。
參見圖3A和3B，根據本發明構成的多通道噴墨打印頭包括一個打印頭機構20的陣列，每個打印頭機構20具有一條在線性相鄰陣列中的油墨通道29，相鄰油墨通道29之間基本平行。最好只用一個壓電材料塊、片或膜21制成油墨通道陣列的轉換器部分。圖3A和3B表示壓電片21的局部，其中一系列基本相同且通常相互平行的油墨通道29開設在壓電片第一表面51內。一系列基本相同且通常相互平行的通氣道50與壓電片第一表面51正相反地開設在第二表面53內，各通氣道50開設在相鄰油墨通道29之間。在制作過程中，通氣道50的最初槽深度大約為各油墨通道29的槽深度的一半，所述最初槽深度大致如圖3A中虛線所示。構成普通電極62的金屬噴鍍層24涂覆在各油墨通道29的內表面和內端部上以及壓電片第一表面51上。金屬噴鍍層24在油墨通道之間連續相連并且最好使該鍍層的電位為零。構成可尋址電極的另一層金屬噴鍍層22涂覆在各通氣道50的內表面和內端部上(包括虛線54所標的面)以及壓電片第二表面53上，金屬噴鍍層22最初在通氣道50的底部54將通氣道連接起來。接著，在各通氣道50中深切出一條電極分離通道52，它斷開了各金屬噴鍍層22在各通氣道50內的相互連接。因此，各可尋址電極60的金屬噴鍍層22為獨立元件，可以獨立地且有選擇地將可尋址電極60連接到電驅動信號源上。電極分離通道52使由通氣道50和電極分離通道52共同切入的深度所造成的切縫明顯伸向壓電片第一表面51。在優選實施例中，這種制作方法致使形成可尋址電極60的金屬噴鍍層22順各通氣道50向下地深入到約等于相鄰油墨通道29的整個槽深度一半的位置。如果金屬噴鍍層22的上達位置離壓電片第一表面51太近，則在剪切式激活中轉換器材料的激活會使壁部32、34同時彎向和彎離油墨通道29內部，這導致油墨通道29的體積變化不夠理想。如果金屬噴鍍層22離第一表面51不夠近，則轉換器材料的激活將不能使壁部32、34產生理想的最大變形，這同樣導致油墨通道29的體積變化不夠理想。然而，根據具體用途或根據本發明所用的打印頭機構的差異，上述可尋址電極的金屬噴鍍層深度可以不相等。為了制作方便，電極分離通道52、通氣道50和油墨通道29的內端部底面最好倒圓。
打印頭轉換器2底部36的下橫截面在正視圖中最好呈矩形。將底部36呈矩形橫截面的物理幾何形狀與由矩形底部36產生的電場的特定形狀和方向綜合考慮，而使打印頭轉換器2的剪切式激活和普通激活有效地結合。此外，矩形橫截面使底部36具有一個較寬的下表面區域，其上覆有金屬噴鍍層22而形成了可尋址電極60。在基底36下表面上的較寬表面區域產生了一個位于在底部36處的可尋址電極和普通電極之間的大電場，從而具有普通激活底部36的方向，即電場方向大致平行于極化方向30。矩形基底采用圓拐角而不是圖2所示的尖角，這不會顯著影響打印頭轉換器2的激活并且顯然包括在本發明的范圍內。另一方面，底部36的下橫截面可以為倒梯形，其中底部36的外壁向內傾斜，從而使底部36的下表面寬度變窄。這一實施例不如上述矩形形狀的實施例，因為沿底部36下表面可獲得的用于可尋址金屬噴鍍層的表面面積較少，并且其物理幾何形狀對打印頭激活而言效果較差。具有倒三角形下橫截面的底部更不如矩形底部，這是因為其幾何形狀對打印頭激活來說效果較差，并且可獲得的用于蓋覆可尋址電極金屬噴鍍層的表面積較小，因此降低了普通激活底部36的效率。
參見圖9，底部36的高度H最好等于壁部32、34的寬度W。然而，本發明可采用其它的底部36高度值。替代的優選實施例中，底部高度的范圍大約為壁部32、34寬度的0.5-5倍。
本發明的一個替換實施例還包括基底蓋板61，該蓋板61固定或粘接在底部36的下部外表面上(圖9)。該基底蓋板61在激活打印頭轉換器2時加強了底部36的普通激活變形。當正極電驅動信號普通激活底部36時，隨著底部36的上表面朝著油墨通道29向上伸長而底部36的下表面遠離油墨通道29地向下伸長，底部材料有平行于極化方向30而以伸長方式變形的趨勢。基底蓋板61在基底36的外部下表面上產生一個約束力以抑制底部36下表面的變形。由基底蓋板61施加約束力的有形效果是使底部36的上表面進一步向上伸長，從而由于增加了底部36伸入油墨通道29的長度而增大了油墨通道29的體積變化。同樣的，當負極電驅動信號激活基底36時，基底蓋板61抑制了底部下表面的壓縮變形趨勢。由于增強了底部36上表面遠離油墨通道29的向下變形，所以底部36實際上抵消了此約束力的作用，從而加大了由底部36普通激活變形引起的油墨通道29內的體積變化。
在優選實施例中，金屬噴鍍層22、24是通過在壓電片21上鍍金的方式形成的。最好采用半導體集成電路制造工藝中的類似技術和設備而用金剛行鋸切割壓電片21。最好將油墨通道蓋31粘接或固定在片材21上表面的金屬噴鍍層24上以便封住油墨通道29。噴嘴板33和后蓋板48最好分別粘接或固定在片材21的前、后表面上。油墨通道蓋31、基底蓋板61和噴嘴板33最好由熱膨脹系數相近的材料制成。在優選的實施例中，噴嘴最好由鍍金的鎳制成，然而其它材料如PZT也在本發明的范圍內。油墨通道蓋31和基底蓋板61最好由PZT制成，但在本發明范圍內也可適當地使用其它材料如硅、玻璃和各種金屬材料(但不局限于此)。
本發明的一個優點是可以由單片壓電材料制成一個多通道打印頭，在制造打印頭機構20前，預先沿適當的極化方向極化所用壓電片。能用預極化的材料塊進行制造，這與需要在制作過程后期對壓電材料進行極化的現有壓電打印頭制造技術相比是一個很大的優點。由于采用了預極化的壓電材料片，所以在壓電材料整體極化方面具有更好的連貫性。例如，可以在機械加工之前對預極化壓電片材的適當的壓電性能進行全面的測試，而不是在已經對特定的壓電片材進行了機械加工而耗費了資金和努力之后再進行測試。
本發明的另一個有利之處在于，優選打印頭的通氣道設計或油墨通道設計用于減少相鄰油墨通道間的交擾，這種交擾通常是由受激的壓電轉換器材料的變形引起的。因此，雖然優選實施例可以使油墨通道的緊湊陣列集中在一起，但這種結構也應盡量減少相鄰油墨通道間的干擾。優選設計方案中這種減少交擾的有益效果是因為在相鄰油墨通道之間的機械連接很少，也因為由通氣道50和電極分離通道52的結合而成的切縫具有絕緣性能。
從普通的蓄墨容器10向各油墨通道供墨會產生交擾通路，由于來自一條油墨通道29的壓力波可穿過供墨通道49進入相鄰的油墨通道中，而這些不希望出現的壓力波將順序地影響相鄰油墨通道的有效工作。因此，為進一步減少交擾，在一個本發明的替換實施例中提供了一種保護性供墨機構以便從蓄墨容器10向油墨通道29供墨。圖10是打印頭機構20的后部的視圖，它展示了中心供墨通道49的路線，此路線可由后蓋板48(圖10未示出)的一部分形成，該中心供墨通道49從蓄墨容器10延伸向各油墨通道29。一條或多條狹縫通道47自中心供墨通道49伸向各油墨通道29。各狹縫通道47是一條在后蓋板48中形成的、從供墨通道49縱向延伸向各油墨通道29底部的刻槽。后蓋板48中的各狹縫通道47沿其長度方向有一錐形曲線，大致如圖1所示。各狹縫通道47的槽寬最好約等于油墨通道29的寬度。
在操作過程中，油墨從蓄墨容器10被穩定地供給中心供墨通道49。當一條油墨通道29需要油墨時，借助由打印頭轉換器變形引起的和在油墨通道孔處的彎液面的表面張力引起的壓力差而使油墨從供墨通道49經狹縫通道47進入油墨通道29。用狹槽或狹縫通道如狹縫通道47向油墨通道供墨，這有助于減小逸入油墨通道29的壓力波振幅，從而降低壓力波逸入而影響相鄰油墨通道工作的可能性。在某種程度上，這歸功于狹縫通道49的長度，它增大了壓力波要影響相鄰油墨通道29而經過的距離而降低了壓力波強度。另外，狹縫通道49的寬度足夠小以主要防止高頻壓力波對其它油墨通道的干擾。
表1列出了形成優選實施例中的轉換器所用的壓電材料塊21的可采用參數。
表1結構 尺寸A.PZT片厚度 0.0240 in.B.油墨通道的槽寬 0.0030 in.C.油墨通道的槽深 0.0193 in.D.油墨通道長度 0.2000 in.E.通氣道的槽寬 0.0030 in.F.通氣道的槽深 0.0118 in.G.電極分離通道的槽寬 0.0020 in.H.通氣和電極分離兩用通道的槽深 0.0213 in.I.從一條油墨通道中心到鄰近的油墨通道中心的距離 0.0100 in.J.從油墨通道中心到鄰近的通氣道中心的距離 0.0050 in.K.噴嘴板中的孔的直徑 0.0014 in.
上面列出的特定尺寸是優選實施例中的相應參數，但絕不局限于此，因為在本發明范圍內的可替換的打印頭機構可具有與表1所列尺寸不同的結構尺寸，這取決于本發明的特定用途。另外，本領域技術人員應認識到，上述優選實施例中所述的電壓極性或壓電材料極化方向可以是相反的，而不會影響所公開的發明范圍。此外，與圖6-9所述或所示的機械變形的范圍和/或形式的描述僅用于描述本發明，從而利用圖形來幫助描述本發明，但這絕不意味著是對本發明的限制，這是因為在本發明的范圍內可采用不同形狀、尺寸的轉換器材料，以產生或激活其它形式的轉換器變形。另外，表示方位的術語如“側向”、“頂部”和“后部”被用于描述優選實施例的特定的相對結構部分；但這些表示相對位置的術語只用來幫助描述本發明，但絕不是對本發明范圍的限定。
當足夠清楚地描述了本發明的實施例、用途和優點而能使本領域技術人員實施和應用本發明時，本領域技術人員明顯能想象出不超出這里公開和描述的發明原理以及權利要求的范圍的實施例、用途和優點。所以，應當只依據權利要求的實質或其等同替換形式對本發明進行限定，而本發明不受說明書、附圖或對優選實施例的描述的限制。
權利要求
1.一種噴墨打印頭，包括一個具有第一壁部、第二壁部和底部的打印頭轉換器；所述第一壁部包括第一內壁面、第一外壁面和第一上表面；所述第二壁部包括第二內壁面、第二外壁面和第二上表面；所述基底表面包括基底內表面和基底外表面；一個固定到所述電極部分上的基底蓋；一條由所述第一內壁面、第二內壁面和基底內表面形成其三個側面的油墨通道；涂覆在所述油墨通道壁的表面上的第一金屬噴鍍層；涂覆在所述基底外表面、第一外壁面的一部分和第二外壁面的一部分上的第二金屬噴鍍層；所述基底、第一側壁和第二側壁包括一個具有極化方向的壓電材料，當所述第一電極金屬噴鍍層和第二電極金屬噴鍍層之間存在電位差時，所述壓電材料在它們之間建立一個電場，所述電場基本垂直于在所述第一壁部和第二壁部中的壓電材料的極化方向，所述電場基本平行于在所述底部中心的壓電材料的極化方向。
2.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向基本平行于所述電極部分到該第一上表面或第二上表面的垂直方向。
3.如權利要求2所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向為從所述底部指向所述第一上表面或第二上表面的方向。
4.如權利要求2所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向為從所述第一上表面或第二上表面指向所述底部的方向。
5.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述第二金屬噴鍍層的高度大約等于所述第一壁部或第二壁部高度的一半。
6.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述第一金屬噴鍍層電位為零。
7.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述壓電材料包括PZT。
8.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述基底具有一個大體為矩形的截面。
9.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，它還包括一個連接到所述油墨通道上的供墨機構。
10.如權利要求9所述的打印頭，其特征在于，所述供墨機構具有一種分支型結構，所述結構具有一條連通在油墨供應源和所述油墨通道之間的狹槽通道。
11.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述第二金屬噴鍍層在所述第一外壁面上的涂覆高度不等于其在所述第二外壁面上的涂覆高度。
12.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，它還包括一個固定到所述打印頭轉換器上的油墨通道蓋。
13.一個噴墨打印頭包括一個由壓電材料制成的轉換器，所述轉換器包括一個底部、第一側壁部、第二側壁部，所述底部、第一側壁部和第二側壁部構成一條油墨通道；涂覆在油墨通道內表面上的第一電極金屬噴鍍層；涂覆在所述轉換器的外表面上的第二電極金屬噴鍍層；當所述第一金屬噴鍍層和第二金屬噴鍍層之間有電勢差時，極化所述底部以便進行普通激活，當所述第一金屬噴鍍層和第二金屬噴鍍層之間有電勢差時，極化所述第一側壁部和第二側壁部以便進行剪切式激活。
14.如權利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，它還包括一個固定到所述底部上的基底蓋。
15.如權利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述底部具有大體為矩形的截面。
16.如權利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述第二電極金屬噴鍍層沿所述第一和第二側壁部分延伸到大約等于所述油墨通道深度的一半的位置。
17.如權利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述第一電極金屬噴鍍層的電位為零。
18.如權利要求13所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述油墨通道的內部終止于一個大致為圓形的底部。
19.如權利要求13所述的打印頭，其特征在于，它還包括一個固定到所述轉換器上的后蓋板，所述后蓋板具有一條或多條用于向所述油墨通道供墨的、帶有穿過所述后蓋板的通道。
20.如權利要求13所述的打印頭，其特征在于，所述底部的高度是所述第一或第二壁部厚度的0.5-5倍。
21.一種制造打印頭的方法，包括下述步驟(a)在壓電片第一表面上切出許多條基本平行的油墨通道；(b)在對置的壓電片第二表面上切出許多基本平行的通氣道，所述通氣道設置在所述油墨通道之間并與所述油墨通道基本平行；(c)在所述第一表面上和多條油墨通道內鍍覆第一電極金屬噴鍍層；(d)在對置的第二表面上和所述的多條通氣道內鍍覆第二電極金屬噴鍍層；(e)在每條通氣道的底部深切出一條電極分離通道，該電極分離通道穿透并超出所述第二電極金屬噴鍍層。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，它還包括將所述第一電極金屬噴鍍層接地的步驟。
23.如權利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(b)中的多條通氣道的切入深度離所述第一表面而延伸到大約等于各油墨通道深度的一半的位置。
24.如權利要求21所述的方法，其特征在于，它還包括將一個基底蓋連接到所述第二表面上的步驟。
25.如權利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(a)中的多條油墨通道的底部被倒圓。
26.如權利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(e)中的電極分離通道或步驟(b)中的多條通氣道的底部被倒圓。
27.一種打印頭機構，它包括一個壓電片，它沿第一表面開有許多大致平行的油墨通道并沿相對的第二表面開有許多大致平行的通氣道，各通氣道位于相鄰油墨通道之間；覆在所述第一表面上和所述各油墨通道內的第一金屬噴鍍層；涂在所述第二表面上且部分涂在各通氣道內的第二金屬噴鍍層；所述壓電片有極化方向，所述極化方向大致平行于從所述第一表面到所述第二表面的垂直方向；一個固定在所述第二表面上的基底蓋。
28.如權利要求27所述的打印頭機構，其特征在于，所述極化方向為所述第二表面指向所述第一表面的方向。
29.如權利要求27所述打印頭機構，其特征在于，所述極化方向為所述第一表面指向所述第二表面的方向。
30.如權利要求27所述的打印頭機構，其特征在于，所述第二金屬噴鍍層的電位為零。
31.如權利要求27所述的打印頭機構，其特征在于，它還包括一個固定到所述第一表面上的油墨通道蓋。
32.一個多通道打印頭，包括一個壓電片，所述壓電片在第一表面內具有多條油墨通道，在第二表面內有多條通氣道；在所述第一表面上和所述油墨通道內形成第一電極；在所述第二表面上和所述通氣道內形成第二電極；所述各油墨通道由第一壁部、第二壁部和底部構成；當所述第一電極和第二電極之間存在電位差時，極化所述底部以便實現普通激活；當所述第一電極和第二電極之間有電勢差時，極化所述第一壁部和第二壁部以便進行剪切式激活。
33.如權利要求32所述的多通道打印頭，其特征在于，所述第一電極的電位位零。
34.如權利要求32所述的多通道打印頭，其特征在于，它還包括一個固定到所述第二表面上的基底蓋。
35.如權利要求32所述的多通道打印頭，其特征在于，所述第二電極的高度大致等于所述多條油墨通道深度的一半。
36.一種噴墨打印頭，包括一個具有第一壁部、第二壁部和底部的打印頭轉換器；所述第一壁部包括第一內壁面、第一外壁面和第一上表面；所述第二壁部包括第二內壁面、第二外壁面和第二上表面；所述底部包括基底內表面、基底外壁面和基底外底表面；由所述第一和第二上壁表面確定的第一表面；由所述基底外底表面確定的第二表面；由所述第一內壁面、所述第二內壁面、所述基底內表面形成三個側面的油墨通道；涂覆在所述油墨通道的壁表面上的第一金屬噴鍍層；涂覆在所述基底外壁面、基底外底表面、部分第一外壁面和部分第二外壁面上的第二金屬噴鍍層；所述打印頭轉換器包括一個具有極化方向的壓電材料，所述極化方向大致平行于從所述第二表面到所述第一表面的垂直方向。
37.如權利要求36所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向為從所述第二表面指向第一表面。
38.如權利要求36所述的打印頭，其特征在于，所述極化方向為從所述第一表面指向所述第二表面。
全文摘要
本發明包括一種噴墨打印頭機構,其中轉換器電極的設置與打印頭轉換器材料的特定極化方向配合,以便為打印頭提供剪切式激活與普通激活的有效配合。優選的打印頭機構可以使基本平行的油墨通道緊湊地排成陣列,所述油墨通道設置在基本平行的相鄰通氣道之間。此外,本發明提供一種打印頭機構,其中該機構與油墨接觸且其電位為零。本發明提供一種具有緊密排列的油墨通道的打印頭的制造方法,該方法制造的打印頭具有機械交擾小的特性。
文檔編號B41J2/16GK1177543SQ9711859
公開日1998年4月1日 申請日期1997年8月26日 優先權日1997年8月26日
發明者A·比布爾, M·G·奧托森, D·A·加爾內爾 申請人:托帕茲技術有限公司