[發明專利]液滴沉積裝置

無效

• 申請號: 200580023272.2
• 申請日: 2005-07-11
• 公開（公告）號: CN101107128A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·坦普爾;保羅·雷蒙德·特魯里
• 申請（專利權）人: XAAR科技有限公司
• 主分類號: B41J2/14
• 分類號: B41J2/14;B41J2/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黨曉林

技術領域

本發明涉及致動器，具體而言涉及用于液滴沉積裝置的致動器。

背景技術

液滴沉積裝置或噴墨打印頭能將小的流體液滴布置到基板上。該裝置(以下將稱為噴墨打印頭，盡管該裝置還能噴射除墨水之外的多種流體)從與噴射腔室連通的噴嘴將所述流體壓出。與噴射腔室對應的致動器施加噴射所述流體的力。這些致動器采取多種不同的形式，但往往屬于兩類中的一類。兩類中第一類是機械式的，其中電脈沖使致動器變形，第一類例如包括諸如靜電、熱彎曲或壓電的技術。第二類為熱致動器或氣泡致動器，其中施加熱以使流體達到其核化點。所產生的氣泡使腔室中的墨水加壓，從而通過噴嘴壓出一些墨水。

壓電性是某些類型的晶體材料(包括天然石英晶體、羅謝爾鹽和電氣石，以及諸如鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛(PZT)的人造陶瓷)的性質。諸如PVDF的某些塑料也可表現出壓電特性。

當向這些材料中的一種材料施加機械壓力時，晶體結構產生與所述壓力成比例的電壓。相反地，當施加電場時，結構使形狀發生改變，從而產生材料尺寸上的變化。

給定物體的壓電效應取決于壓電材料的種類以及操作的機械軸和電軸。對某些種類的壓電材料而言(特別是對PZT而言)，這些軸在“極化”(在陶瓷中引發壓電性質的過程)期間設定，且極化場的取向決定了這些軸的取向。

在極化過程結束后，只要施加比極化電壓低的電壓，該電壓就會改變陶瓷的尺寸。

與極化電壓的極性相同的電壓使沿著極化軸產生額外膨脹而垂直于極化軸產生收縮。極性相反的電壓具有相反的效應：沿著極化軸收縮，而垂直于極化軸膨脹。在這兩種情況下，當從電極移除電壓時，壓電元件恢復到其極化(poled)尺寸。當沿著垂直于極化方向的方向施加電壓時，壓電元件以厚度剪切或表面剪切的方式運動。

通常同時出現兩種或更多種這樣的作用。在一些情況下，一種類型的膨脹伴隨著另一種類型的收縮，擴展和收縮彼此補償從而使容積不變。例如，板的長度膨脹可能由相等的寬度或厚度的收縮來補償。然而，在一些材料中，補償效應的大小并不相等，因此還是會發生凈容積變化。在所有情況下，如果不涉及機械共振所造成的放大，則變形非常小。

圖1描繪了壓電材料的標準方向。所述三個垂直軸稱為1、2和3。極(或3)軸總是取為平行于陶瓷內的極化方向。標號4、5和6分別表示繞1、2和3軸的剪切運動。極化方向是在極化過程中通過施加在兩個電極之間的較強電場而建立的。為了聯系電量和力學量，引入雙下標(例如，dij)。第一下標給出激勵的方向，第二下標表示系統響應的方向。例如，當電場沿極化軸(方向3)且應變(偏移(deflect))沿相同軸時，記為d33。如果電場沿上述相同方向但應變沿1軸(垂直于極化軸)，則記為d31。

在現有技術已經提出用壓電材料制造液滴沉積裝置或流體泵。例如在US4,842,493中描述的一種結構設置有由彼此平行布置的第一和第二壓電部分形成的泵通道。所述部分被極化，從而使得極化方向平行于由電極產生的場。在施加場時，壓電部分以d₃₁和d₃₃兩種模式膨脹，從而影響噴射腔室的壓力。例如，在電場沿極化軸(方向3)且應變(偏移)沿相同軸時，記為d₃₃。如果電場沿與上述相同的方向但應變沿1軸(垂直于極化軸)，則記為d₃₁。

在US4,887,100中描述了以剪切或d₁₅模式操作的共用壁裝置。兩個相鄰壓力腔室由單個可移位壁分開，該可移位壁可向著或背離各個腔室偏移。當所述壁向著相鄰腔室中的第一個腔室偏移時，該腔室中的壓力增加，而另一腔室中的壓力降低。同樣地，當所述壁向著第二腔室偏移時，該腔室中的壓力增加，而所述第一腔室內的壓力相應降低。壓力的變化主要是由于該運動壁引起的容積變化。

設置共用壁使得可增加腔室密度，從而減小用于給定數量的噴射腔室的打印頭的尺寸。然而，因為每個壁都同時作用在兩個腔室上，從而不可能同時從每個噴射腔室噴出液滴，因此降低了噴射液滴的速度。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種改進的裝置，并解決這些和其它問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于液滴沉積的流體泵，該流體泵包括：壓力腔室的陣列，所述壓力腔室沿陣列方向并排布置；

可移位(displaceable)壁，該可移位壁將相鄰壓力腔室分開，并包括沿與所述陣列方向平行的方向被極化的壓電材料以及用于向所述可移位壁施加電場的電極裝置；