專利名稱：流體噴射裝置以及檢測與清潔流體噴射裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射裝置，特別是涉及一種具有表面聲波元件的流體噴射裝置以及利用表面聲波元件檢測及清潔流體噴射裝置的方法。
背景技術：
近年來，微流體噴射裝置已廣泛地運用于信息產業(yè)，例如噴墨打印機等類似的設備中。隨著微系統(tǒng)工程(micro system engineering)的逐步開發(fā)成熟，流體噴射裝置逐漸有其它眾多領域的應用，例如燃料噴射系統(tǒng)(fuelinjection system)、細胞篩選(cell sorting)裝置、藥物釋放系統(tǒng)(drug deliverysystem)、噴印光刻技術(print lithography)及微噴射推進系統(tǒng)(micro jetpropulsion system)等。在流體噴射裝置的各應用領域中，較為成功的一種設計是使用熱驅動氣泡(thermal driven bubble)方式噴射出微液滴。由于設計簡單且成本低廉，因此在使用上也最為普遍。
傳統(tǒng)的噴墨打印裝置依墨水噴出進行數據打印的方式，可區(qū)分成連續(xù)式(continuous)與選擇噴射式(drop-on-demand)兩種形式。然而，不論何者形式，噴墨裝置表面狀態(tài)對所噴出的墨滴速度、大小、飛行方向等參數性質影響非常大。因此，噴墨裝置的表面清潔狀態(tài)，包括環(huán)境中的灰塵(dusts)、細微顆粒(fine particles)、以及噴孔表層殘留墨水所遺留的積墨等，對于打印品質的影響甚大。其中尤以噴孔表面積墨所造成的影響最為顯著。噴孔表面積墨現象除了影響微液滴的噴射量、飛行方向、速率，進而造成墨點均勻性或落點的瑕疵。更有甚者，甚至產生結晶而造成噴孔堵塞(clog)，造成墨水無法噴出而對打印品質造成損害。因此，如何檢測噴孔的表面狀態(tài)，且于打印時維持良好的噴孔表面性質，以提供良好的打印品質，實為一重要課題。
圖1為顯示傳統(tǒng)的表面聲波傳感器的示意圖。傳統(tǒng)的表面聲波傳感器4包括表面聲波發(fā)射器41與表面聲波接收器42，形成在壓電材料44表面上。表面聲波發(fā)射器41具有多條平行的指叉式電極條413與413’。其中，指叉式電極條413與對應的指叉式電極條413’彼此交錯間隔排列。各指叉式電極條413的一端連接至匯流條412，以及，各指叉式電極條413’則連接至另一匯流條412’。匯流條412與一信號源(未圖標)連接，另一匯流條412’則接地。
通過施加交流電壓使得總線412與412’之間具有電位差。亦即，使指叉式電極條413與413’之間產生電位差。由于表面聲波傳感器4的指叉式電極條413、413’寬度相等且間距相等，因此壓電材料44表面上所產生的表面聲波43為定頻的表面聲波。
圖2顯示圖1中由表面聲波接收器所接收的頻率與表面聲波能量損失關系圖。請參閱圖1，當表面聲波43于傳波路徑46上遇到污染物45時，由于部分的表面聲波能量被污染物45反射或吸收，頻率響應信號因而降低，如圖2中的信號52所示。更明確地說，污染物45表面聲波能量的吸收能力越強，或者污染物45分布面積越廣時，則表面聲波的衰減量越大，亦即表面聲波接受器42所接受到的表面聲波能量則越低。因此，利用圖2中插入損失信號51及52的差異信號可推估出污染物45的質量或分布。
然而，傳統(tǒng)的表面聲波傳感器4無法對于污染物45位置進行判斷。例如，請參閱圖3，污染物45與圖1的污染物45所在位置雖然有所不同，然而表面聲波43的衰減量卻相同，因此插入損失信號52的衰減也相同。因此，傳統(tǒng)的表面聲波傳感器4便無法判斷流體噴射裝置的噴孔表面污染雜質所在位置。
再者，由于造成表面聲波衰減量的因素主要為污染物45本身的質量、分布的面積大小、以及吸收表面聲波能力等性質。若雜質分布面積小、吸收表面聲波能力強與雜質分布面積大、吸收表面聲波能力弱，也會造成同樣的表面聲波衰減量。因此，傳統(tǒng)的表面聲波傳感器4便無法分辨表面污染雜質的實際狀況。
針對流體噴射裝置噴孔表面積墨問題，現有技術除通過選擇特殊材料的噴孔層，或者以特殊制作工藝處理噴孔表面，以減少積墨產生。此外，也有使用機械方法清除噴孔表面的積墨，例如于打印機裝置打印紙張以外的區(qū)域，設計一清潔維護平臺(cleaning or servicing station)，在噴墨裝置歸位時，同步對噴孔表層的殘墨或污染物進行清除的動作。典型的清潔維護平臺包括清除刮片(cleaning wiper)，以刮除噴孔表面的積墨。
美國專利U.S.Pat.No.6,669,328號揭露通過一種特殊造型的刮除片，移除噴孔表面的殘墨。再者，美國專利U.S.Pat.No.6,196,656號揭示通過超音波產生器對噴孔進行清潔，亦即通過超音波與噴孔表面接觸時，以高頻振動對噴孔表層進行清潔工作。然而，無論何者清潔維護方式，都造成打印裝置的體積與重量增加，且增加打印裝置設計的復雜度。更有甚者，傳統(tǒng)的刮除片清潔方式，在重復使用后更易破壞噴孔的表面性質。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有表面聲波元件的流體噴射裝置，在流體噴射裝置內建一斜交指叉式換能器(slanted finger inter-digitaltransducers，簡稱SFIT)，以檢測流體噴射裝置的表面狀態(tài)或清潔流體噴射裝置的表面。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種流體噴射裝置的表面檢測方法，在流體噴射裝置內建一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，并通過該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器驅動表面聲波，以檢測流體噴射裝置表面的積墨。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種流體噴射裝置的表面清潔方法，于流體噴射裝置內建一斜交指叉式表面聲波元件，并通過該斜交指叉式表面聲波元件驅動表面聲波，以分解清除流體噴射裝置表面的積墨。
根據上述目的，本發(fā)明提供一種流體噴射裝置，包括一流體噴射元件及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于流體噴射元件上。上述流體噴射元件包括一流體腔于一基底中，用以容納流體其上有一結構層；至少一流體致動元件，設置在結構層上且于流體腔的相對側；及一噴孔，鄰近流體致動元件且穿透結構層，與流體腔連通。
根據上述目的，本發(fā)明另提供一種流體噴射裝置，包括一流體噴射元件；以及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于流體噴射元件的一結構層上。
根據上述目的，本發(fā)明又提供一種流體噴射裝置，包括一流體噴射元件；以及一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，設置于流體噴射元件的一結構層上；其中流體噴射元件的一噴孔位于鄰近斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與斜交指叉式表面聲波接收器。
根據上述目的，本發(fā)明又提供一種檢測流體噴射裝置的方法，包括提供一流體噴射裝置以及一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，設置在流體噴射元件上，其中流體噴射元件的一噴孔位于鄰近斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與斜交指叉式表面聲波接收器；由斜交指叉式表面聲波發(fā)射器發(fā)射一表面聲波頻譜信號經過該噴孔后，抵達斜交指叉式表面聲波接收器；以及對比表面聲波頻譜信號與流體噴射裝置的表面無污染的一表面聲波頻譜信號；其中，當表面聲波頻譜信號等于流體噴射裝置的表面無污染的表面聲波頻譜信號時，繼續(xù)進行驅動該流體噴射裝置；或當表面聲波頻譜信號受一表面臟污影響衰減而小于該流體噴射裝置的表面無污染的表面聲波頻譜信號時，則進行清潔該流體噴射裝置。
根據上述目的，本發(fā)明再提供一種清潔流體噴射裝置的方法，包括提供一流體噴射裝置以及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于流體噴射元件上，其中流體噴射裝置上至少有一臟污；以及由斜交指叉式表面聲波發(fā)射器發(fā)射一表面聲波頻譜信號經過至少有一臟污處使臟污分解剝離，以清潔流體噴射裝置。
以下配合圖式以及較佳實施例，以更詳細地說明本發(fā)明。


圖1為一具有表面殘留物染物的表面聲波傳感器的示意圖；圖2為圖1中由接收器所接收頻率與表面聲波能量損失關系圖；圖3為另一具有表面殘留物染物的表面聲波傳感器的示意圖，其與圖1表面污染物位置不同；圖4為本發(fā)明第一實施例的斜交指叉式表面聲波(surface acoustic wave)元件的示意圖；圖5為圖1的斜交指叉式表面聲波接收器所接收表面聲波轉換成電子信號的頻譜圖；圖6為本發(fā)明第一實施例的斜交指叉式表面聲波(surface acoustic wave)元件的示意圖；圖7A、圖8A、圖9A及圖10A為各顯示不同表面殘留物染物與斜交指叉式表面聲波傳感器的相對位置示意圖；
圖7B、圖8B、圖9B及圖10B為各顯示相對圖7A、圖8A、圖9A及圖10A斜交指叉式表面聲波接收器所接收表面聲波轉換成電子信號的頻率響應信號頻譜圖；圖11A為不同表面污染物對表面聲波的吸收程度不同與斜交指叉式表面聲波傳感器的相對位置示意圖；圖11B為各顯示相對圖11A的斜交指叉式表面聲波接收器所接收表面聲波轉換成電子信號的頻率響應信號頻譜圖；圖12為本發(fā)明第一實施例的具有表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖；圖13為圖12沿AA切割線的剖面示意圖；圖14為本發(fā)明第一實施例的流體噴墨裝置表面上，包括不同污染物的示意圖；圖15為本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖；圖16為圖15沿BB切割線的剖面示意圖；圖17為本發(fā)明另一實施例狀樣的具有表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖；圖18為圖17沿CC切割線的剖面示意圖；圖19為本發(fā)明又一實施狀態(tài)的具有檢測噴孔表面狀態(tài)功能的流體噴射裝置的示意圖；圖20為本發(fā)明實施例的檢測噴孔表面狀態(tài)的方法的流程圖；圖21為本發(fā)明第二實施例利用表面聲波元件清潔流體噴射裝置表面的示意圖；圖22為本發(fā)明實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置的示意圖；圖23為圖22沿DD切割線的剖面示意圖；圖24為以表面聲波清潔芯片表面積墨的示意圖；圖25為本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置的剖面示意圖；圖26為本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置的剖面示意圖；
圖27為本發(fā)明又一實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置的示意圖；圖28為圖27沿EE切割線的剖面示意圖；圖29為具有清潔局部芯片表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖；圖30為本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔局部芯片表面功能的流體噴射裝置的剖面示意圖。
具體實施例方式
第一實施例本發(fā)明第一實施例提供一種具有表面聲波元件的流體噴射裝置，包括一流體噴射元件及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于流體噴射元件上。上述流體噴射元件包括一流體腔于一基底中，用以容納流體其上有一結構層；至少一流體致動元件，設置于該結構層上且于該流體腔的相對側；及一噴孔，鄰近該流體致動元件且穿透該與該結構層，且與該流體腔連通。下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明本實施例的具有表面聲波元件的流體噴射裝置。
圖4顯示根據本發(fā)明第一實施例的斜交指叉式表面聲波(surfaceacoustic wave)元件的示意圖。請參閱圖4，斜交指叉式換能器(slanted fingerinter-digital transducers，簡稱SFIT)10，包括一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器(transmitter)21與一斜交指叉式表面聲波接收器(receiver)22，設置于一壓電材料24上。表面聲波發(fā)射器21可發(fā)出一表面聲波信號23經壓電材料24傳遞至表面聲波接收器22。
斜交指叉式表面聲波發(fā)射器21包括多條具有寬度變化的電極條213與213’。電極條213與電極條213’之間以交錯間隔方式排列，其中各電極條213的一端連接至匯流條212，以及各電極條213’的一端連接至另一匯流條212’。各電極條213、213’的電極縱軸延伸方向與匯流條212、212’的橫軸方向呈一非直角關系。匯流條212可電連接至一信號源(未圖標)，以及匯流條212’可選擇接地。信號源(未圖標)包括一交流電源，使總線212、212’之間具有電位差，亦即，在斜交指叉式電極條213與213’之間產生電位差。當信號源啟動時，壓電材料24表面則產生某一特定寬頻的表面聲波23，在被斜交指叉式表面聲波接收器22接收后，經由外部電路轉變?yōu)殡娮有盘枴?br> 根據本發(fā)明的較佳實施例，斜交指叉式表面聲波發(fā)射器21所產生表面聲波于中心頻率約為60MHz，其表面聲波波速約為3488m/s。斜交指叉電極條213由最小線寬(或間距)為12.4μm逐漸延伸成最大線寬(或間距)為16.6μm。斜交指叉式表面聲波(SAW)元件10兩邊的電極對數分別為，表面聲波發(fā)射器(transmitter)21約為30對，而表面聲波接受器22約為20對。由于流體噴射裝置芯片的噴孔距離約為5000μm，所以斜交指叉式表面聲波元件10的交叉長度(Aperture)則為2000μm。
應注意的是，表面聲波23的波傳路徑46可選擇通過待檢測區(qū)域，例如噴墨裝置的噴孔周邊區(qū)域。當表面聲波通過待測區(qū)域時，其表面聲波能量會受到通過區(qū)域表面之狀態(tài)影響。因此，可判別通過區(qū)域表面的狀態(tài)，例如，可判別噴孔周邊區(qū)域有無積墨附著、結晶產生、或污染物沾染...等現象。
圖5顯示根據本發(fā)明第一實施例的斜交指叉式表面聲波接收器所接收該表面聲波的頻譜圖。請參閱圖5，斜交指叉式表面聲波接收器所接收頻譜31的中心頻率約為60MHz，其頻寬范圍約為51～69MHz。表面聲波能量變化現象可通過測量頻率響應頻率(frequency)相對應插入損失(insertion loss)的變化關系而得。由此可推估表面沾污的位置與大小。更明確地說，根據表面聲波傳感器的測量結果，可對噴孔表面的狀態(tài)作出實時判斷。若表面狀態(tài)正常，則繼續(xù)進行打印工作。反之，若表面狀態(tài)已污染嚴重，則暫停打印工作，并提供實時清潔維護動作，以避免不良打印產生。
圖6顯示根據本發(fā)明第一實施例的斜交指叉式表面聲波(SAW)元件10的示意圖。斜交指叉式表面聲波發(fā)射器(transmitter)21與斜交指叉式表面聲波接收器(receiver)22之間的表面有一污染物45。污染物45位于表面聲波23傳布的必經路徑46上。
圖7A、圖8A、圖9A、圖10A為各顯示于圖6中污染物45所在位置不同或者分布面積不同。圖7B、圖8B、圖9B、圖10B為各顯示相對于圖7A、圖8A、圖9A、圖10A中斜交指叉式表面聲波接收器22所測得的頻率響應信號頻譜圖。信號曲線81、91、101、111各顯示積墨或污染物位于不同位置或大小，所反應出來的頻率響應信號。經過與頻率響應信號31對比之后，可判別出污染物45的的大小及實際分布狀況。
鑒于表面污染物對表面聲波的吸收程度不同，在圖11A中，若污染物125吸收表面聲波能量的能力比圖9A中的污染物45強時，即使污染物125與污染物45所處位置接近，在同一頻率的表面聲波所造成的衰減量仍會有所不同。例如，請參閱圖11B，雜質125在頻率60Hz時所造成的衰減量121確實比雜質45在頻率60MHz所造成的衰減量101來的大，因此由污染物對表面聲波吸收程度的不同，仍可明確解析出位置接近的污染物125與污染物45。
根據本發(fā)明實施例的一狀態(tài)，斜指叉式表面聲波元件包括一組斜交指叉式電極于該結構層上以及一壓電材料層于該斜交指叉式電極上。
圖12顯示本發(fā)明第一實施例的具有表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖。圖13顯示圖12沿AA切割線的剖面示意圖。請參閱圖12，具有表面聲波元件的流體噴射裝置50包括一基底110。一結構層135形成在基底110上。一壓電薄膜層136形成在該結構層135上。一斜交指叉式傳感器10形成在壓電薄膜層136上，斜交指叉式傳感器10包括表面聲波發(fā)射器21與表面聲波接收器22，各由斜交指叉式電極條137所構成。一電極保護層138形成于斜交指叉式電極條137上。以及一結構加強層139形成于結構層135上。
具有表面聲波元件的流體噴射裝置50更包括多個流體噴射元件13連接至一歧管(manifold)134。各流體噴射元件13包括流體腔(chamber)133與對應的噴墨孔(nozzle)131及加熱器(heater)132。
在本發(fā)明實施例中，基底110的材質包括單晶硅晶圓。結構層135的材質較佳者為低應力氮化硅(low stress Si3N4)。壓電薄膜層136的材質較佳者為氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)，以及鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電薄膜材料。
斜交指叉式電極條137的電極材料包括金屬鋁(Al)，形成于該壓電薄膜層136上。電極保護層138包括氮化硅(Si3N4)或二氧化硅(SiO2)。結構加強層139包括金、鎳、銅等金屬材料，或者是由干膜(dry film)材料所構成。
圖14顯示本發(fā)明第一實施例的流體噴墨裝置表面上，包括不同污染物的示意圖。請參閱第15圖，當墨水161殘留在流體噴射裝置50的表面上，也就是流體噴射裝置50的表面發(fā)生積墨或污染。此時，斜交指叉式表面聲波產生器21發(fā)出表面聲波，在經過墨水殘留處而被表面聲波接收器22所接收。若表面聲波接收器22所接收的信號衰減模式如圖10B中的信號111，即可判別出芯片有積墨現象產生，并進行清潔噴墨裝置表面的動作。另一方面，若表面聲波接收器22所接收的信號衰減模式如第7B圖中的信號81，則可辦別出是上排流體腔133的噴墨孔位置發(fā)生積墨161’。或者，接收到的信號衰減模式如圖8B中的信號91，則可辨別出是下排流體腔133的噴墨孔發(fā)生積墨161”?；蛘撸邮盏降男盘査p模式如圖10B中的信號111，則可辨別出是整個流體腔發(fā)生積墨161，此時可針對特定的區(qū)域進行局部芯片清潔的動作。又或者，當表面聲波接收器22所接收的信號衰減模式如圖11B中的信號101或121，則通過此兩種信號的差異，可以判別出流體噴射裝置的積墨現象為液體狀態(tài)或結晶狀態(tài)。例如，若判定出芯片積墨現象為液體狀態(tài)，則進行一般清潔芯片的動作。另一方面，若判定出芯片積墨現象為固態(tài)或結晶狀態(tài)，則可選擇進行不同強度或者重復清潔芯片動作。
或者，指叉式表面聲波元件可包括一組斜交指叉式電極于該結構層上、一壓電材料層于該斜交指叉式電極上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
圖15顯示本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖。圖16顯示圖15沿BB切割線的剖面示意圖。請參閱圖15，相比較于流體噴射裝置50，流體噴射裝置70的斜交指叉狀電極條137形成于結構層135上。壓電薄膜層136形成于該斜交指叉狀電極條137上。電極保護層138形成于壓電薄膜層139上，也可達相同檢測噴孔表面狀態(tài)的功效。
又或者，交指叉式表面聲波元件包括一壓電材料層于該結構層上、一組斜交指叉式電極于該壓電材料層上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
圖17顯示本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有表面聲波元件的流體噴射裝置的示意圖。圖18顯示圖17沿CC切割線的剖面示意圖。請參閱圖17，流體噴射裝置90包括一基底110以及一結構層135形成于基底139上。斜交指叉狀電極條137設置于該結構層135上，其包括表面聲波發(fā)射器21與表面聲波接收器22。一壓電材料層136形成于斜交指叉狀電極條137上。一結構加強層139形成于結構層135上。
流體噴射裝置90更包括多個流體噴射元件13連接一歧管(manifold)134。各個流體噴射元件13包括上排流體腔(chamber)133以及與流體腔相對應的噴墨孔(nozzle)131及加熱器(heater)132。
根據本發(fā)明實施例，具有表面聲波元件的流體噴射裝置90提供檢測噴孔表面狀態(tài)功能。相比較于流體噴射裝置50或70，流體噴射裝置90也具備檢測噴孔表面狀態(tài)的功能。不同之處在于，流體噴射裝置90是將壓電材料層136覆蓋在斜交指叉狀電極條137，除了提供壓電材料的特性外，也可保護電極，達到電極保護層的效果，可節(jié)省其流體噴射裝置的制作工藝復雜性。
圖19顯示本發(fā)明又一實施狀態(tài)的具有檢測噴孔表面狀態(tài)功能的流體噴射裝置100的示意圖。流體噴射裝置100包括一基底110以及一結構層135形成于基底層110上。一壓電薄膜層136形成于結構層135上。三組斜交指叉式表面聲波元件20a、20b、20c形成于結構層135上。一電極保護層138形成于斜交指叉式表面聲波元件20a、20b、20c上。以及一結構加強層139形成于結構層135上。
流體噴射裝置100更包括多個流體噴射單元13連接至一歧管134。各個流體噴射單元13包括排流體腔133以及與流體腔133相對應的噴墨孔131和加熱器132。其中，第一對斜交指叉式傳感器20a排列在上排流體腔之上，第二對斜交指叉式傳感器20b則排列于上排流體腔與下排流體腔之間，第三對斜交指叉式傳感器20c則排列于下排流體腔之下。
在圖19中，此具有檢測噴孔表面狀態(tài)功能的流體噴射裝置20，由于具備三對斜交指叉式表面聲波傳感器20a、20b、20c，因此可將噴孔表面狀態(tài)的檢測范圍由原本上排流體腔與下排流體腔之間，擴大為涵蓋上排流體腔與下排流體腔的兩側，使得流體噴射裝置檢測表面狀態(tài)的范圍大為增加。
圖20顯示本發(fā)明實施例的檢測噴孔表面狀態(tài)的方法的流程圖。一流體噴射裝置以及一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，設置于該流體噴射元件上，其中該流體噴射元件的一噴孔位于鄰近該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與該斜交指叉式表面聲波接收器。由斜交指叉式表面聲波發(fā)射器發(fā)射一表面聲波頻譜信號201，在經過噴孔表面檢測202后，抵達斜交指叉式表面聲波接收器。接著，對比該表面聲波頻譜信號與該流體噴射裝置的表面無污染的一表面聲波頻譜信號203。其中，當該表面聲波頻譜信號等于該流體噴射裝置的表面無污染的表面聲波頻譜信號時，繼續(xù)進行驅動該流體噴射裝置204?；蛘撸斣摫砻媛暡l譜信號受一表面臟污影響衰減而小于該流體噴射裝置的表面無污染的表面聲波頻譜信號時，則進行不同程度的清潔該流體噴射裝置205。
第二實施例本發(fā)明第二實施例提供一種流體噴射裝置與清潔流體噴射裝置的裝置方法。圖21顯示本發(fā)明第二實施例利用表面聲波元件清潔流體噴射裝置表面的示意圖。清潔流體噴射裝置120是在一壓電材料125的表面上形成指叉式換能器121，指叉式換能器121具有多條指叉式電極條1213與1213’。各指叉式電極條1213與1213’彼此間是以電極交錯間隔排列，其中各指叉式電極條1213連接至匯流條1212相連接，而對應的電極條1213’連接至另一匯流條1212’。各指叉式電極條1213、1213’沿電極縱軸的延伸方向，分別與匯流條1212、1212’的長軸的延伸方向呈一直角，且指叉式電極條的長度為W。匯流條1212與一信號源(圖未示)連接，而另一匯流條1212’則接地，并通過交流信號源(AC voltage)讓總線具有電位差，使得交指叉式電極條1213與1213’間交互產生電位差，即使得交指叉式換能器121在壓電材料表面128產生表面聲波122。
再請參閱圖21，當交流信號源啟動時，交指叉式換能器121在壓電材料表面128開始產生表面聲波122。若交流信號源之驅動電壓夠大時，也就是表面聲波122的振幅夠大時，便可驅使積墨123在壓電材料表面128沿著表面聲波波傳方向126移動，并同時使得積墨123分解成向上噴射的小墨滴123’。當電源關閉時，該交指叉式換能器121停止產生表面聲波122，使得積墨123不僅僅改變其停留位置，并且由原本積墨123變成容積較小的墨滴124。若積墨為較大的積墨127時，則當電源啟動時，該表面聲波122將會驅使積墨127壓電材料表面128開始不停地振動，并使得積墨127開始產生向上噴射的小墨滴127’，若不將交流信號源關閉，墨滴127會一直產生向上噴射的小墨滴127’直到積墨127消失為止。
由于表面聲波122可使得積墨123沿著波傳路徑126移動，并使得積墨123因不停地振動而產生向上噴射的小墨滴123’，通過此種現象清潔噴墨晶面表面上的殘墨。
圖22顯示本發(fā)明實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置140的示意圖。圖23顯示圖22沿DD切割線的剖面示意圖。該具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置140包括一基底110，一結構層145形成在該基底149上，一壓電薄膜層146形成在結構層145上，一交指叉式換能器121包括交指叉式電極條147，形成在壓電薄膜層146上。交指叉式換能器121的長度為W4，且此交叉長度W4約等于流體噴射裝置兩端噴孔的距離長度L，如此可避免激發(fā)的表面聲波受到噴孔干擾。一電極保護層148形成于交指叉式電極條147上。一結構加強層149形成于結構層145上。
流體噴射裝置140更包括多個流體噴設單元連接至一歧管(manifold)144。各流體噴設單元包括流體腔(chamber)143以及與流體腔相對應的噴墨孔(nozzle)141及加熱器(heater)142。
在本發(fā)明實施例中，基底110包括單晶硅晶圓(Silicon)。結構層145的材質包括低應力氮化硅(low stress Si3N4)。該壓電薄膜層146的材質氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)，以及鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電薄膜，或兩種以上壓電薄膜材質復合形成；該交指叉式換能器121的交指叉式電極條147包括金屬鋁(Al)，形成于該壓電薄膜層146上。電極保護層148的材質包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)等其中之一材質形成。結構加強層149的材質包括金、鎳、銅等金屬，或干膜(dry film)。
請參閱圖24，在流體噴射裝置140的表面上殘留積墨161，打印系統(tǒng)則以交流信號源驅動交指叉式換能器121，使得芯片表面上產生表面聲波122。由于表面聲波122對于積墨161產生流動力(streaming force)，于是積墨161則開始往外噴射小墨滴161’。當積墨161的變成小體積的積墨162后，便開始沿著表面聲波波傳方向前進，最后，表面聲波122將小體積的積墨162帶至遠離噴孔處。故可利用此種表面聲波有效地達到清潔流體噴射裝置表面的效果。
圖25顯示本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置170的剖面示意圖。相比較于流體噴射裝置140，流體噴射裝置170的交指叉式換能器121的交指叉狀電極147形成于結構層145上，該壓電薄膜層146形成于交指叉狀電極147上，該電極保護層148形成于壓電薄膜層146上，也可達以表面聲波清潔芯片表面功能。
圖26顯示本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置180的剖面示意圖。與流體噴射裝置140及170雷同，該流體噴射裝置180的交指叉式換能器121的交指叉狀電極147形成于結構層145上，該壓電薄膜層146形成于交指叉狀電極147上，壓電薄膜層146除了提供壓電材料的特性外，也可提供電極保護層的效果，可節(jié)省其流體噴射裝置的制作工藝復雜性。
第三實施例圖27顯示本發(fā)明又一實施例狀態(tài)的同時具有以表面聲波偵測表面臟污以及清潔該臟污功能之流體噴射裝置190的示意圖。圖28顯示圖27沿EE切割線的剖面示意圖。該具有以表面聲波清潔芯片表面功能的流體噴射裝置190包括一基底110，一結構層145形成在基底110上，一壓電薄膜層146形成在結構層145上，一斜交指叉式換能器191包括斜交指叉狀電極147，形成于該壓電薄膜層146上，此斜交指叉式換能器191的交叉長度為W9，且此交叉長度W9與兩端噴孔的邊緣相距的長度L相等，如此可避免激發(fā)的表面聲波受到噴孔干擾。一電極保護層148形成于該斜交指叉式換能器191上。以及一結構加強層149形成在結構層145上。
流體噴射裝置190包括包括多個流體噴射單元連接至一歧管(manifold)144。各個流體噴射單元包括流體腔(chamber)143與流體腔相對應的噴墨孔(nozzle)141及加熱器(heater)142。
相比較于圖22的流體噴射裝置140，流體噴射裝置190具有偵測臟污以及清潔局部芯片表面的效果，如圖29所示。當積墨1111、1112、1113分別殘留在流體噴射裝置190表面的不同位置時，系統(tǒng)可先以寬頻表面聲波信號偵測臟污所在之處，再利用不同頻率加以驅動斜交指叉式換能器191，使得芯片表面上局部產生表面聲波，由于斜交指叉式換能器191可視為一寬頻表面聲波產生器，故必須視系統(tǒng)提供的AC信號源頻率，以決定該斜交指叉式換能器191所激發(fā)的表面聲波頻率。
例如，請參閱圖29，假設斜交指叉式換能器191為一中心頻率60MHz、頻寬為51～69MHz的表面聲波產生器，且該斜交指叉式換能器的電極寬度較細端可激發(fā)出較高頻(69MHz)的表面聲波，而該斜交指叉式換能器的電極寬度較粗端則激發(fā)出較低頻(51MHz)的表面聲波。故若系統(tǒng)若要清除積墨1111時，則系統(tǒng)必須以頻率69MHz的AC信號源驅動斜交指叉式換能器191，便可驅動69MHz的表面聲波來清潔積墨1111。因此，若系統(tǒng)欲清除積墨1112時，系統(tǒng)則必須以頻率60MHz的AC信號源驅動斜交指叉式換能器191，便可清除積墨1112；同理，若系統(tǒng)欲清除積墨1113時，系統(tǒng)便以頻率51MHz之AC信號源驅動斜交指叉式換能器191，便可清除積墨1113。故本實施例的流體噴射裝置190可達到以不同頻率的表面聲波來清潔局部芯片表面的效果。
圖30顯示本發(fā)明另一實施例狀態(tài)的同時具有以表面聲波偵測表面臟污以及清潔該臟污功能的流體噴射裝置1120的剖面示意圖。相比較于流體噴射裝置190，流體噴射裝置1120以類斜交指叉式換能器1121(quasi-slantedinterdigital transducers)取代流體噴射裝置190的斜交指叉式換能器191，利用此種類斜交指叉式換能器1121同樣可達先以寬頻表面聲波信號偵測臟污所在之處后，再利用不同頻率的表面聲波清潔局部芯片表面功能，由于該類斜交指叉式換能器1121的各種頻率IDT的交叉長度，都較斜交指叉式換能器1191來得長，因此該類斜交指叉式換能器1121所激發(fā)的各種頻率的表面聲波能量較大，能更有效地局部清潔流體噴射裝置112的積墨。
本發(fā)明除了應用此現象在清潔流體噴射裝置的殘墨外，并改變其交指叉式換能器的設計，使其清潔機制可達清潔局部的流體噴射裝置的功能。
本發(fā)明的特點與效果在于，利用通過一表面聲波元件內建于流體噴射裝置中，以檢測或清潔流體噴射裝置噴孔表層。例如，進行積墨或類似污染物堆積的檢測，作為實時進行清潔維護機制啟動的依據，以保持良好的打印品質。
本發(fā)明提供一種噴墨裝置，內建一斜交指叉式表面聲波傳感器，通過感測頻率響應信號的改變，可用以檢測噴墨裝置的噴孔層表面的清潔狀態(tài)，甚至可以分辨出積墨(ink puddle)、結晶(crystallization)、灰塵囤積以及污染面積大小...等不同的污染現象，以便提供系統(tǒng)實時進行清潔維護的判斷依據，并依據噴孔層表面各種污染的現象，以便系統(tǒng)給予噴孔層表面不同程度的清潔動作。
或者，通過該斜交指叉式換能器激發(fā)能量較高的表面聲波，便可用以清除流體噴射裝置表面的殘墨，甚至可以利用改變AC信號源的頻率，以進行局部清潔噴墨裝置的噴孔層表面，讓系統(tǒng)給予噴孔層表面進行實時的清潔動作，可同時達到檢測與清潔的目的。
雖然結合以上較佳實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種流體噴射裝置，包括一流體噴射元件，包括一流體腔，在一基底中，用以容納流體，且其上有一結構層；至少一流體致動元件，設置在該結構層上，且于該流體腔的相對側；及一噴孔，鄰近該流體致動元件且穿透該結構層，且與該流體腔連通；以及一斜交指叉式表面聲波元件，設置在該結構層上。
2.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該流體噴射元件包括一單石化流體噴射元件。
3.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該流體噴射元件包括一熱氣泡驅動式流體噴射元件或一壓電式流體噴射元件。
4.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該結構層是低應力氮化硅。
5.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件至少包括一斜交指叉式表面聲波元件。
6.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，以及其中該噴孔位于鄰近該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與該斜交指叉式表面聲波接收器。
7.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一壓電材料層在該結構層上、一斜交指叉式電極在該壓電材料層上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
8.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一斜交指叉式電極在該結構層上、一壓電材料層在該斜交指叉式電極上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
9.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一斜交指叉式電極于該結構層上以及一壓電材料層在該斜交指叉式電極上。
10.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件至少包括一交指叉式換能器。
11.一種流體噴射裝置，包括一流體噴射元件；以及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于該流體噴射元件的一結構層上。
12.如權利要求11所述的流體噴射裝置，其中該流體噴射元件包括一單石化流體噴射元件。
13.如權利要求11所述的流體噴射裝置，其中該流體噴射元件包括一熱氣泡驅動式流體噴射元件或一壓電式流體噴射元件。
14.如權利要求11所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件至少包括一斜交指叉式換能器。
15.如權利要求11所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一壓電材料層在該結構層上、一斜交指叉式電極在該壓電材料層上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
16.如權利要求11所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一斜交指叉式電極在該結構層上、一壓電材料層在該斜交指叉式電極上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
17.如權利要求11所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件包括一斜交指叉式電極在該結構層上以及一壓電材料層于該斜交指叉式電極上。
18.一種流體噴射裝置，包括一流體噴射元件；以及一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，設置在該流體噴射元件的一結構層上；其中該流體噴射元件的一噴孔位于該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與該斜交指叉式表面聲波接收器之間。
19.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其中該流體噴射元件包括一單石化流體噴射元件。
20.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其中該流體噴射元件包括一熱氣泡驅動式流體噴射元件或一壓電式流體噴射元件。
21.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波元件至少包括一斜交指叉式換能器。
22.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器包括一壓電材料層于該結構層上、一斜交指叉式電極于該壓電材料層上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
23.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器包括一斜交指叉式電極于該結構層上、一壓電材料層在該斜交指叉式電極上以及一保護層覆蓋該壓電材料層與該斜交指叉式電極。
24.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其中該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器包括一斜交指叉式電極于該結構層上以及一壓電材料層在該斜交指叉式電極上。
25.一種檢測流體噴射裝置的方法，包括提供一流體噴射裝置以及一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，設置在該流體噴射元件上，其中該流體噴射元件的一噴孔位于該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與該斜交指叉式表面聲波接收器之間；由該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器發(fā)射一表面聲波頻譜信號經過該噴孔后，抵達該斜交指叉式表面聲波接收器；以及對比該表面聲波頻譜信號與該流體噴射裝置的表面無污染的一表面聲波頻譜信號；其中，當該表面聲波頻譜信號等于該流體噴射裝置的表面無污染的表面聲波頻譜信號時，繼續(xù)進行驅動該流體噴射裝置；或當該表面聲波頻譜信號受一表面臟污影響衰減而小于該流體噴射裝置的表面無污染的表面聲波頻譜信號時，則進行清潔該流體噴射裝置。
26.如權利要求25所述的檢測流體噴射裝置的方法，其中該臟污包括該流體噴射裝置表面所殘留的一積墨。
27.如權利要求25所述的檢測流體噴射裝置的方法，其中該流體噴射裝置包括一流體腔在一基底中，用以容納流體其上有一結構層；至少一流體致動元件，設置于該結構層上且于該流體腔的相對側；及該噴孔，鄰近該流體致動元件且穿透該結構層，且與該流體腔連通。
28.如權利要求25所述的檢測流體噴射裝置的方法，其中該流體噴射元件包括一熱氣泡驅動式流體噴射元件或一壓電式流體噴射元件。
29.如權利要求25所述的檢測流體噴射裝置的方法，其中該斜交指叉式表面聲波元件至少包括一斜交指叉式換能器。
30.一種清潔流體噴射裝置的方法，包括提供一流體噴射裝置以及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于該流體噴射元件上，其中該流體噴射裝置上至少有一臟污；以及由該斜交指叉式表面聲波發(fā)射器發(fā)射一表面聲波頻譜信號經過該至少有一臟污處使該臟污分解剝離，以清潔該流體噴射裝置。
31.如權利要求30所述的清潔流體噴射裝置的方法，其中該臟污包括該流體噴射裝置表面所殘留的一積墨。
32.如權利要求31所述的清潔流體噴射裝置的方法，其中該斜交指叉式表面聲波元件可包括一斜交指叉式表面聲波發(fā)射器與一斜交指叉式表面聲波接收器，使得該斜交指叉式表面聲波元件可偵測該至少有一臟污處的存在，并可驅動一表面聲波使該臟污分解剝離，以清潔該流體噴射裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流體噴射裝置及檢測與清潔流體噴射裝置的方法。上述流體噴射裝置包括一流體噴射元件以及一斜交指叉式表面聲波元件，設置于流體噴射元件上。流體噴射元件具有一流體腔在基底中，用以容納流體，且其上有一結構層。至少一流體致動元件，設置在結構層上且于流體腔的相對側。一噴孔，鄰近流體致動元件且穿透該結構層，且與流體腔連通。
文檔編號B05C11/02GK1962080SQ20051012036
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權日2005年11月11日
發(fā)明者林志明, 周忠誠 申請人:明基電通股份有限公司