高效喷墨喷嘴组件制造技术

一种喷墨喷嘴组件，包括：用于容纳墨水的喷嘴腔，所述腔具有喷嘴开口和墨水进口；一对位于所述组件的一端并连接到驱动电路上的电触点；和用于通过所述喷嘴开口进行喷墨的热弯曲致动器，所述致动器包括：连接到所述电触点并远离所述触点纵向延伸的主动梁，所述主动梁限定了所述触点之间的弯曲电流流动路径；和熔焊到所述主动梁上的被动梁，使得当电流流过所述主动梁时，所述主动梁变热并相对于被动梁膨胀以使所述致动器弯曲，其中，所述致动器具有用于在所述致动器的弯曲期间在所述墨水中产生正压力脉冲的工作面，所述工作面具有小于800平方微米的面积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及喷墨喷嘴组件。本专利技术主要用于提高热弯曲致动喷墨喷嘴的效率和提高液滴喷射特性。
技术介绍
申请人:先前已经描述了使用热弯曲致动的众多MEMS喷墨喷嘴。热弯曲致动通常是指一种电流从其流过的材料相对于另一种材料的热膨胀产生的弯曲运动。可以利用产生的弯曲运动从喷嘴开口喷墨，任选地通过桨叶或叶片的运动来进行喷墨，所述桨叶或叶片的运动在喷嘴腔内产生压力波。在上面的交叉引用部分中所列出的专利和专利申请中举例说明了一些典型类型的热弯曲喷墨喷嘴，其内容引入本文作为参考。申请人:的美国专利No. 6，416，167描述了一种喷墨喷嘴，其具有位于喷嘴腔中的桨叶和位于喷嘴腔外面的热弯曲致动器。致动器采用熔焊到由非传导材料(例如二氧化硅)制成的上部被动梁的由传导材料(例如氮化钛)制成的下部主动梁形式。致动器通过穿过位于喷嘴腔壁中的狭槽被接纳的臂连接到桨叶。在电流流过下部主动梁时，致动器向上弯曲，因此，桨叶朝向限定在喷嘴腔顶部中的喷嘴开口移动，从而喷出墨滴。这种设计的优点在于其结构简单。这种设计的缺陷在于桨叶的两个表面都要对喷嘴腔内相对粘稠的墨水做功。申请人:的美国专利No. 6，260, 953描述了一种喷墨喷嘴，其中，致动器形成喷嘴腔的移动顶部。致动器采取由聚合材料包裹的传导材料制成的螺旋芯部的形式。在致动时，致动器朝向喷嘴腔底部弯曲，增大腔内压力并将墨滴从限定在腔顶部中的喷嘴开口喷出。喷嘴开口限定在顶部的非移动部分中。这种设计的优点在于，移动顶部只有一个表面必须对喷嘴腔内的相对粘稠的墨水做功。这种设计的缺陷在于，难以在MEMS制造工艺中实现由被聚合材料包裹的螺旋传导元件构造致动器。申请人:的美国专利No. 6，623，101描述了一种喷墨喷嘴，其包括具有活动顶部的喷嘴腔，所述活动顶部具有限定在其中的喷嘴开口。活动顶部通过臂连接到位于喷嘴腔外面的热弯曲致动器。致动器采用与下部被动梁隔开的上部主动梁形式。由于被动梁不能用作主动梁的散热装置，通过使主动梁和被动梁隔开，热弯曲效率达到最大。当电流流过上部主动梁时，引起具有限定在其中的喷嘴开口的活动顶部朝向喷嘴腔底部旋转，从而通过喷嘴开口进行喷射。因为喷嘴开口随顶部移动，可以通过适当改进喷嘴边缘的形状控制液滴飞行方向。这种设计的优点在于，移动顶部只有一个表面必须对喷嘴腔内相对粘稠的墨水做功。另一优点在于通过将主动梁构件与被动梁构件隔开可以实现最小热损耗。这种设计的缺陷在于，使主动梁构件和被动梁构件隔开造成了结构刚度上的损失。到此为止，应当理解的是，由弯曲致动器致动的喷墨喷嘴需要移动必要体积的墨水以便从喷嘴开口喷出预定体积的墨滴。因此，喷墨喷嘴设计主要集中在对于给定能量输入提供热弯曲致动器的最大位移。需要提升热弯曲致动器的弯曲致动效率，同时允许在喷墨打印头中实现更密集的喷嘴组装并且使液滴喷射特性最佳化。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种喷墨喷嘴组件，包括喷嘴腔，其用于容纳墨水，所述腔具有喷嘴开口和墨水进口 ；一对电触点，其位于所述组件的一端并连接到驱动电路；和热弯曲致动器，其用于通过所述喷嘴开口进行喷墨，所述致动器包括主动梁，其连接到所述电触点并远离所述触点纵向延伸，所述主动梁限定所述触点之间的弯曲电流流动路径；和被动梁，其熔焊到所述主动梁，使得当电流流过所述主动梁时，所述主动梁变热并相对于所述被动梁膨胀以使所述致动器弯曲，其中，所述致动器具有用于在所述致动器的所述弯曲期间在所述墨水中产生正压力脉冲的工作面，所述工作面具有小于800平方微米的面积。可选择地，所述工作面具有小于600微米的面积。可选择地，所述工作面由所述被动梁的表面限定。可选择地，所述喷墨喷嘴组件构造成提供至少2. 5m/s的致动器峰值速度。可选择地，所述驱动电路构造成向所述主动梁传送致动脉冲，每个致动脉冲向所述主动梁传送小于200nJ的能量。可选择地，所述驱动电路构造成向所述主动梁传送致动脉冲，每个致动脉冲具有小于0.2微秒的脉冲宽度。可选择地，所述主动梁和被动梁各具有小于50微米的长度。可选择地，所述主动梁和被动梁各具有小于15微米的宽度。可选择地，所述主动梁和被动梁具有至少1. 5微米的组合厚度。可选择地，所述主动梁包括从第一触点纵向延伸的第一臂、从第二触点纵向延伸的第二臂以及连接所述第一臂和第二臂的连接构件。可选择地，所述第一臂和第二臂中的每一个包括各自的电阻加热元件，所述电阻加热元件具有小于5微米的宽度。可选择地，所述连接构件使所述第一臂和第二臂的远端相互连接，所述远端相对于所述电触点位于远侧。可选择地，所述主动梁包括选自下列组中的材料，所述组包括氮化钛、氮化钛铝和钒铝合金。可选择地，所述被动梁包括选自下列组中的材料，所述组包括二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。可选择地，所述喷嘴腔包括底部和具有活动部的顶部，其中所述致动器的致动使所述活动部朝向所述底部移动。可选择地，所述活动部包括所述致动器。 可选择地，所述喷嘴开口限定在所述活动部中，使得所述喷嘴开口能相对于所述底部移动。可选择地，所述喷墨喷嘴组件具有小于1500平方微米的占用面积。在另一方面，本专利技术提供了一种包括多个喷嘴组件的喷墨打印头，每个组件包括喷嘴腔，其用于容纳墨水，所述腔具有喷嘴开口和墨水进口 ；一对电触点，其位于所述组件的一端并连接到驱动电路；和热弯曲致动器，其用于通过所述喷嘴开口进行喷墨，所述致动器包括主动梁，其连接到所述电触点并远离所述触点纵向延伸，所述主动梁限定所述触点之间的弯曲电流流动路径；和被动梁，其熔焊到所述主动梁，使得当电流流过所述主动梁时，所述主动梁变热并相对于所述被动梁膨胀以使所述致动器弯曲，其中，所述致动器具有用于在所述致动器的所述弯曲期间在所述墨水中产生正压力脉冲的工作面，所述工作面具有小于800平方微米的面积。在第二方面，本专利技术提供了一种喷墨打印机，包括具有多个喷嘴组件的打印头，每个喷嘴组件包括喷嘴腔，其用于容纳墨水，所述腔具有喷嘴开口和墨水进口 ；和弯曲致动器，用于通过在所述致动器弯曲期间在所述墨水中产生正压力脉冲而将墨滴从所述喷嘴开口喷出；和供墨系统，其用于向所述打印头供应墨水；和用于改变供应给所述打印头的墨水的流体静压力的装置，其中，增大流体静力墨水压力增加了所述喷出墨滴的体积，减少所述流体静力墨水压力减小了所述喷出墨滴的体积。可选择地，所述喷出墨滴的体积可以相对于最小液滴体积增大至少100 %。可选择地，打印头表面由疏水层限定。可选择地，所述疏水层是PDMS层。可选择地，所述疏水层沉积在相对亲水喷嘴板上。 可选择地，墨水弯液面在亲水/亲水界面处钉住每个喷嘴开口。可选择地，每个喷嘴组件包括用于将致动脉冲传送给所述弯曲致动器的驱动电路。可选择地，所述驱动电路构造成使每个致动脉冲给所述致动器传送小于200nJ的能量。可选择地，所述弯曲致动器包括主动梁，其连接到一对电触点；和被动梁，其与所述主动梁机械配合，使得当电流流过所述主动梁时，所述主动梁变热并相对于所述被动梁膨胀以使所述致动器弯曲。可选择地，每个喷嘴组件包括位于其一端处的所述一对电触点，并且其中，所述主动梁远离所述触点纵向延伸以限定所述触点之间的弯曲电流流动路径。可选择地，所述主动梁熔焊到所述被动梁上。可选择地，所述主动梁包括从第一触点纵向延本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种喷墨喷嘴组件，包括：喷嘴腔，其用于容纳墨水，所述腔具有喷嘴开口和墨水进口；一对电触点，其位于所述组件的一端并连接到驱动电路；和热弯曲致动器，其用于通过所述喷嘴开口进行喷墨，所述致动器包括：主动梁，其连接到所述电触点并远离所述触点纵向延伸，所述主动梁限定所述触点之间的弯曲电流流动路径；和被动梁，其熔焊到所述主动梁，使得当电流流过所述主动梁时，所述主动梁变热并相对于所述被动梁膨胀以使所述致动器弯曲，其中，所述致动器具有用于在所述致动器的所述弯曲期间在所述墨水中产生正压力脉冲的工作面，所述工作面具有小于８００平方微米的面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种喷墨喷嘴组件，包括喷嘴腔，其用于容纳墨水，所述腔具有喷嘴开口和墨水进口 ；一对电触点，其位于所述组件的一端并连接到驱动电路；和热弯曲致动器，其用于通过所述喷嘴开口进行喷墨，所述致动器包括主动梁，其连接到所述电触点并远离所述触点纵向延伸，所述主动梁限定所述触点之间的弯曲电流流动路径；和被动梁，其熔焊到所述主动梁，使得当电流流过所述主动梁时，所述主动梁变热并相对于所述被动梁膨胀以使所述致动器弯曲，其中，所述致动器具有用于在所述致动器的所述弯曲期间在所述墨水中产生正压力脉冲的工作面，所述工作面具有小于800平方微米的面积。2.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其中，所述工作面具有小于600微米的面积。3.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其中，所述工作面由所述被动梁的表面限定。4.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其构造成提供至少2.5m/s的致动器峰值速度。5.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其中，所述驱动电路构造成向所述主动梁传送致动脉冲，每个致动脉冲向所述主动梁传送小于200nJ的能量。6.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其中，所述驱动电路构造成向所述主动梁传送致动脉冲，每个致动脉冲具有小于0. 2微秒的脉冲宽度。7.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其中，所述主动梁和被动梁各具有小于50微米的长度。8.如权利要求1所述的喷墨喷嘴组件，其中，所述主动梁和被动梁各具有小于15微米的宽度。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·麦克沃依，K·西尔弗布鲁克，V·P·劳勒，
申请(专利权)人：西尔弗布鲁克研究股份有限公司，
类型：发明
国别省市：AU