專利名稱：具有熱傳導(dǎo)途徑的熱彈性噴墨激勵(lì)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨打印的領(lǐng)域，具體而言，公開(kāi)了一種改進(jìn)的熱彈性噴墨激勵(lì)器。
背景技術(shù)：
熱彈性激勵(lì)器噴墨噴嘴裝置被描述于US專利申請(qǐng)NO.US09/798/757和US 09/425,29中，其由本申請(qǐng)人共同擁有并且在此全部引入作為參考。
依照所述文檔中描述的發(fā)明實(shí)施例的第一噴嘴被描述于圖1中。圖1說(shuō)明了噴嘴裝置的側(cè)面透視圖，并且圖2是圖1的噴嘴裝置的放大透視圖。單個(gè)噴嘴裝置1包括兩個(gè)臂4、5，其在空氣中操作并且從二硼化鈦的薄0.3微米層6來(lái)構(gòu)建，該層位于玻璃的厚的多的5.8微米層7的頂上。兩個(gè)臂4、5被接合在一起并且繞點(diǎn)9作樞轉(zhuǎn)，所述點(diǎn)是形成一個(gè)盒的薄膜片，該盒又形成噴嘴室10的一部分。臂4和5通過(guò)柱11、12而附著于下面的鋁傳導(dǎo)層14、15，其可形成CMOS層3的部分。噴嘴室18的外表面可從玻璃或氮化物形成并且提供要被填充墨的盒。外室18包括許多刻蝕劑孔，例如19個(gè)，其在通過(guò)MEMS處理來(lái)構(gòu)建期間被提供用于內(nèi)部腔體的快速犧牲刻蝕劑。
作為制造期間的結(jié)構(gòu)的釋放的結(jié)果，槳板表面24被向下彎曲。電流經(jīng)過(guò)二硼化鈦層6以導(dǎo)致沿臂4和5對(duì)該層的加熱。該加熱通常膨脹具有高楊氏模量的臂4和5的T1B2層。
該膨脹用來(lái)使所述臂通常向下彎曲，該臂又繞膜9做樞轉(zhuǎn)。該樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致槳板表面24的快速向上運(yùn)動(dòng)。槳板表面24的向上運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致從噴嘴室21噴出墨。壓力的增加不足以克服較小刻蝕劑孔19的表面張力特性，其結(jié)果是墨從噴嘴室孔21被噴出。
如先前所指出的，薄二硼化鈦條6具有足夠高的楊氏模量以使玻璃層7在二硼化鈦層6加熱時(shí)而被彎曲。因此，噴墨設(shè)備的操作如在圖3-5中所說(shuō)明的。在其靜止?fàn)顟B(tài)下，噴墨噴嘴如在圖3中所說(shuō)明的，通常處于彎曲下來(lái)的位置，而墨彎月面30形成輕微的凸起，并且槳板繞膜壁9而被樞轉(zhuǎn)。二硼化鈦層6的加熱使其膨脹。隨后，它被玻璃層7彎曲以使槳板24繞膜壁9作樞轉(zhuǎn)，如圖4中所示。這導(dǎo)致彎月面30的快速膨脹，從而導(dǎo)致正的壓力脈沖和從噴嘴室10通常噴墨。接下來(lái)，到二硼化鈦的電流被切斷并且槳板24返回到其靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致負(fù)壓力脈沖，從而導(dǎo)致通過(guò)彎月面30通常吸回墨，這又導(dǎo)致從噴嘴室10按要求噴出滴31。
通過(guò)成形電加熱脈沖，熱彈性激勵(lì)器的正壓力脈沖的大小和時(shí)間常數(shù)可被控制。然而，負(fù)壓力脈沖仍是不受控制的。對(duì)于高粘度和高表面的流體，負(fù)壓力脈沖的特性變得較有影響。因此，如果具有適合的負(fù)壓力脈沖特性的熱彈性噴墨噴嘴是可用的，則這將是理想的。
與一些類型的熱彈性激勵(lì)器有關(guān)的另外的困難是對(duì)于很高溫度的激勵(lì)器，在非傳導(dǎo)層的底表面上引入任何給定流體的沸點(diǎn)以上的溫度并不是不平常的。
本發(fā)明的目的是提供一種具有適合的負(fù)壓力脈沖特性的熱彈性激勵(lì)器。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種熱彈性激勵(lì)器組件，包括熱傳導(dǎo)裝置，其被放置以將加熱元件所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)得遠(yuǎn)離所述激勵(lì)器組件，以便于激勵(lì)器在操作之后返回到靜止?fàn)顟B(tài)。
優(yōu)選地，加熱元件包括被接合于被動(dòng)(passive)彎曲層的加熱層，其中熱傳導(dǎo)裝置位于被動(dòng)彎曲層內(nèi)。
熱傳導(dǎo)裝置可包括位于被動(dòng)彎曲層內(nèi)的金屬熱傳導(dǎo)材料的一個(gè)或多個(gè)層。
優(yōu)選地，所述金屬熱傳導(dǎo)材料的一個(gè)或多個(gè)層足以防止與所述激勵(lì)器接觸的墨的過(guò)熱。
典型地，所述金屬熱傳導(dǎo)材料的一個(gè)或多個(gè)層包括熱傳導(dǎo)材料，例如鋁，和被動(dòng)彎曲層基片的疊層。
所設(shè)想的是，熱彈性激勵(lì)器被結(jié)合到噴墨打印機(jī)中。
一種產(chǎn)生具有所需操作特性的熱彈性激勵(lì)器組件的方法包括以下步驟
確定用于激勵(lì)器的所需負(fù)壓力脈沖特性；確定對(duì)應(yīng)于所需負(fù)壓力脈沖特性的熱耗散分布(heat dissipation)；以及形成具有被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)所述分布的熱傳導(dǎo)裝置的熱彈性激勵(lì)器。
優(yōu)選地，確定所需負(fù)壓力脈沖特性的步驟包括確定待與熱彈性激勵(lì)器一起被使用的流體的物理質(zhì)量(physical quality)的步驟。
形成具有被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)所述分布的熱傳導(dǎo)裝置的熱彈性激勵(lì)器的步驟可包括形成激勵(lì)器的被動(dòng)彎曲層中的一個(gè)或多個(gè)熱傳導(dǎo)層。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)熱彈性激勵(lì)器的透視圖。
圖2是圖1的熱彈性激勵(lì)器的放大視圖。
圖3是在第一操作階段內(nèi)圖1的熱彈性激勵(lì)器的橫截面圖。
圖4是在第二操作階段內(nèi)圖1的熱彈性激勵(lì)器的橫截面圖。
圖5是在進(jìn)一步的操作階段內(nèi)圖1的熱彈性激勵(lì)器的橫截面圖。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)熱彈性激勵(lì)器組件的一部分的橫截面圖。
圖7是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的熱彈性激勵(lì)器組件的一部分的橫截面圖。
圖8是依照本發(fā)明第二實(shí)施例的熱彈性激勵(lì)器組件的一部分的橫截面圖。
圖9是依照本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的熱彈性激勵(lì)器組件的一部分的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖6，所述為現(xiàn)有技術(shù)熱彈性激勵(lì)器40的一部分的簡(jiǎn)化側(cè)輪廓。激勵(lì)器40包括加熱器層42和被動(dòng)彎曲層44形式的加熱元件。典型地，被動(dòng)彎曲層包括低熱傳導(dǎo)率的絕緣體，如二氧化硅。諸如墨的流體填充容器46。來(lái)自加熱器層42的熱流的方向由箭頭50和52來(lái)指示。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D7來(lái)描述本發(fā)明的熱彈性激勵(lì)器的優(yōu)選實(shí)施例。該激勵(lì)器包括諸如鋁的很高熱傳導(dǎo)材料的薄層54，其位于非熱傳導(dǎo)被動(dòng)彎曲層56的中間。這樣，在熱能被傳導(dǎo)遠(yuǎn)離加熱器層時(shí)，它最終遇到傳導(dǎo)層并且如箭頭58所示而被傳導(dǎo)離開(kāi)。所述熱由熱傳導(dǎo)層54傳導(dǎo)離開(kāi)激勵(lì)器而到達(dá)支持結(jié)構(gòu)(未示出)的大的相對(duì)冷的熱質(zhì)量上，這與通過(guò)激勵(lì)器本身的厚度的另外的傳導(dǎo)相反。
激勵(lì)器的總的冷卻下來(lái)的速度并因此被動(dòng)彎曲層返回到其靜止位置的速度，并且因此負(fù)壓力脈沖的形狀可通過(guò)熱傳導(dǎo)層54到加熱器層58的接近度來(lái)控制。將熱傳導(dǎo)層放置得較接近于加熱器層導(dǎo)致激勵(lì)器較快地冷卻下來(lái)。
熱傳導(dǎo)層可被放置以防止所接合的激勵(lì)器的底表面變得過(guò)熱，因此激勵(lì)器可與任何給定流體直接接觸而不導(dǎo)致沸騰或過(guò)熱。
圖8描述了依照本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的熱彈性激勵(lì)器，其中傳導(dǎo)途徑包括三個(gè)鋁層和被動(dòng)彎曲材料的疊層60。通過(guò)交替鋁層與被動(dòng)彎曲材料，熱傳導(dǎo)層對(duì)激勵(lì)器機(jī)械特性的影響可被最小化?？商鎿Q的是，具有相對(duì)低的楊氏模量的另一個(gè)熱傳導(dǎo)材料的單個(gè)層可被使用以不干擾激勵(lì)器的機(jī)械特性。
在圖7和8的實(shí)施例中，加熱層58被直接且連續(xù)地接合于被動(dòng)彎曲層56。在所謂的“隔離”型熱彈性激勵(lì)器中，加熱元件不是連接于無(wú)源基片(passive substrate)而是通過(guò)空氣間隔與其部分地分離。在圖9中，所示為適用于隔離型激勵(lì)器的本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，其中加熱元件64通過(guò)空氣間隔62與無(wú)源基片56部分地分離。熱傳導(dǎo)層54再一次用來(lái)將熱傳導(dǎo)向激勵(lì)器支持組件(未示出)。
本發(fā)明向激勵(lì)器提供了適合的負(fù)脈沖特性。這已通過(guò)提供熱傳導(dǎo)裝置而實(shí)現(xiàn)，該裝置處于諸如鋁的好的熱導(dǎo)體層的形式。通過(guò)改變激勵(lì)器的熱傳導(dǎo)特性，冷卻下來(lái)的時(shí)間可被增加以使激勵(lì)器將較快地返回其靜止位置。因此，本發(fā)明亦包括一種用于設(shè)計(jì)激勵(lì)器以具有所需特性的方法。
該方法包含首先確定用于激勵(lì)器的所需負(fù)壓力脈沖特性。壓力脈沖特性將由于激勵(lì)器返回到其靜止位置的速度而造成。典型地，負(fù)壓力脈沖將被設(shè)計(jì)使用于特定粘度的墨水的小墨滴的頸縮。
一旦壓力脈沖特性已被確定，則對(duì)應(yīng)于所需負(fù)壓力脈沖特性的熱耗散分布被確定，如果有必要，該確定可借助于試錯(cuò)法過(guò)程(trial and errorprocess)來(lái)進(jìn)行，或者可替換的是數(shù)學(xué)模擬技術(shù)可被利用。熱彈性激勵(lì)器然后被制造有被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)所述分布的熱傳導(dǎo)層。
可能最簡(jiǎn)單的是形成具有許多熱傳導(dǎo)層的激勵(lì)器以保留被動(dòng)彎曲層的機(jī)械特性，由此減小在實(shí)現(xiàn)熱耗散分布過(guò)程中所包含的變量的數(shù)量。
將認(rèn)識(shí)到，所述激勵(lì)器將找到在噴墨打印機(jī)組件和噴墨打印機(jī)中的應(yīng)用。
盡管已參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)在形式和細(xì)節(jié)上做出改變。
權(quán)利要求
1.一種熱彈性激勵(lì)器組件，包括熱傳導(dǎo)裝置，其被放置以將加熱元件所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)得遠(yuǎn)離所述激勵(lì)器組件，以便于激勵(lì)器在操作之后返回到靜止?fàn)顟B(tài)。
2.權(quán)利要求1的熱彈性激勵(lì)器組件，其中所述加熱元件包括加熱層，該加熱層被接合于被動(dòng)彎曲層，并且其中熱傳導(dǎo)裝置位于被動(dòng)彎曲層內(nèi)。
3.權(quán)利要求2的熱彈性激勵(lì)器，其中熱傳導(dǎo)裝置包括位于被動(dòng)彎曲層內(nèi)的金屬熱傳導(dǎo)材料的一個(gè)或多個(gè)層。
4.權(quán)利要求3的熱彈性激勵(lì)器，其中金屬熱傳導(dǎo)材料的一個(gè)或多個(gè)層足以防止與所述激勵(lì)器接觸的墨的過(guò)熱。
5.權(quán)利要求3的熱彈性激勵(lì)器，其中金屬熱傳導(dǎo)材料的一個(gè)或多個(gè)層包括熱傳導(dǎo)材料和被動(dòng)彎曲層基片的疊層。
6.權(quán)利要求5的熱彈性激勵(lì)器，其中一個(gè)或多個(gè)層的金屬熱傳導(dǎo)材料包括鋁。
7.一種噴墨打印機(jī)，其包括權(quán)利要求3的熱彈性激勵(lì)器。
8.一種產(chǎn)生具有所需操作特性的熱彈性激勵(lì)器組件的方法，包括以下步驟確定用于激勵(lì)器的所需負(fù)壓力脈沖特性；確定對(duì)應(yīng)于所需負(fù)壓力脈沖特性的熱耗散分布；以及形成具有被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)所述分布的熱傳導(dǎo)裝置的熱彈性激勵(lì)器。
9.權(quán)利要求8的方法，其中確定所需負(fù)壓力脈沖特性的步驟包括確定待與熱彈性激勵(lì)器一起被使用的流體的物理質(zhì)量的步驟。
10.權(quán)利要求9的方法，其中形成具有被安排成實(shí)現(xiàn)所述分布的熱傳導(dǎo)裝置的熱彈性激勵(lì)器的步驟可包括形成激勵(lì)器的被動(dòng)彎曲層中的一個(gè)或多個(gè)熱傳導(dǎo)層。
全文摘要
一種用于在噴墨打印機(jī)組件中使用的熱噴墨激勵(lì)器，包括熱傳導(dǎo)裝置，其被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)預(yù)定負(fù)壓力分布以便于小滴形成。在優(yōu)選實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)裝置包括諸如鋁的很高熱傳導(dǎo)材料的薄層(54)，其位于非熱傳導(dǎo)被動(dòng)彎曲層(56)的中間。激勵(lì)器的總的冷卻下來(lái)的速度并因此被動(dòng)彎曲材料返回到其靜止位置的速度可通過(guò)在制造期間控制熱傳導(dǎo)層到激勵(lì)器的加熱器的接近程度來(lái)控制。
文檔編號(hào)B41J2/045GK1625477SQ02828745
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者卡·西爾弗布魯克, 喬治·約翰·麥克沃依 申請(qǐng)人:西爾弗布魯克研究有限公司