專(zhuān)利名稱(chēng)：具有聚合物層的流體分配組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容涉及流體分配組件。更具體地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及具有聚合物層的流體 分配組件。
背景技術(shù)：
一些流體分配組件使用傳感器或致動(dòng)器促使系統(tǒng)分配流體。致動(dòng)器可以為壓電致 動(dòng)器、微電機(jī)(MEMS)致動(dòng)器、熱機(jī)致動(dòng)器、熱相變致動(dòng)器等。致動(dòng)器通常促使與流體的某種 接觸界面移動(dòng)，在流體中產(chǎn)生壓力，進(jìn)而促使流體移動(dòng)通過(guò)孔口到達(dá)接收基材。電機(jī)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)流體的效率的改進(jìn)為流體分配組件提供設(shè)計(jì)靈活性。效率改進(jìn)允 許較小致動(dòng)器、較低工作電壓和較大液滴質(zhì)量之間的新平衡。這種流體分配系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例為噴墨打印機(jī)。通常，噴墨打印機(jī)包括某種傳感器 或致動(dòng)器，其促使油墨經(jīng)過(guò)噴口、噴嘴或其它孔口離開(kāi)打印頭，在打印表面上形成液滴。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開(kāi)以下實(shí)施方案。方案1.流體分配組件，包括設(shè)置為通過(guò)傳感器工作的隔膜(diaphragm)；設(shè)置為通過(guò)隔膜工作的主體壓力室；和設(shè)置在隔膜和主體壓力室之間的粘合劑附著層。方案2.方案1的流體分配組件，其中主體壓力室由單一板或一組粘合在一起的板 形成。方案3.方案1的流體分配組件，其中隔膜包括金屬或陶瓷片。方案4.方案3的流體分配組件，其中金屬選自鋼、鋁、鎳、黃銅、青銅、鈦和銅。方案5.方案3的流體分配組件，其中陶瓷為氧化鋁或硅石。方案6.方案1的流體分配組件，其中粘合劑層為選自環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酰亞 胺、丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚和硅氧烷的熱固性粘合劑。方案7.方案1的流體分配組件，其中粘合劑層為選自聚酰亞胺、聚酯、聚醚醚酮、 聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺的熱塑性粘合劑。方案8.方案1的流體分配組件，其中粘合劑層包括具有聚合物芯層和在該聚合物 芯層每一側(cè)上的薄粘合劑層的帶。方案9.方案8的流體分配組件，其中雙面帶的芯層選自聚酰亞胺、聚酯、聚醚醚 酮、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺。方案10.方案8的流體分配組件，其中粘合劑外層包括聚醚醚酮、環(huán)氧、雙馬來(lái)酰 亞胺、聚酰亞胺、丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚、硅氧烷、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚或聚醚酰亞 胺的一種或多種。方案11.流體分配組件，包括
由單一板或一組板形成的主體壓力室；設(shè)置為在主體壓力室上工作的隔膜；和設(shè)置在主體壓力室和隔膜之間的粘合劑層。方案12.方案11的流體分配組件，其中一組板包括一組銅焊在一起的金屬板。方案13.方案11的流體分配組件，其中流體分配組件為打印機(jī)的噴口組。方案14.方案11的流體分配組件，其中一組板包括具有通過(guò)其分配流體的孔口的 孔板。方案15.制造流體分配組件的方法，包括由主體板或包括主體板的一組板形成主體壓力室；和將隔膜板粘合劑粘合到至少流體分配組件的主體板。方案16.方案15的方法，其中形成主體壓力室包括將一組金屬板銅焊在一起。方案17.方案15的方法，其中形成主體壓力室包括將一組層粘合在一起，所述層 包括至少一個(gè)金屬板和至少一個(gè)聚合物層。方案18.方案15的方法，其中粘合劑粘合隔膜板包括使用粘合劑適應(yīng)層 (adhesive compliant layer)將主體室連接至隔膜板。方案19.方案15的方法，其中粘合劑粘合隔膜板包括使用粘合劑將聚合物適應(yīng)層 連接至主體壓力室。方案20.方案17的方法，其中粘合劑粘合隔膜板包括使用粘合劑連接隔膜板。


圖1顯示由完全銅焊的一組鋼板制造的流體分配組件的實(shí)例。圖2顯示流體分配組件的一部分的側(cè)視圖。圖3顯示具有粘合劑連接的隔膜的流體分配組件的一部分的側(cè)視圖。圖4顯示具有粘合劑連接的隔膜的流體分配組件的單個(gè)噴口的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式一些流體分配組件包括局部油墨供給源和流體分配組件。流體分配組件可以視為 具有若干元件。首先，驅(qū)動(dòng)元件可以由促使流體離開(kāi)組件的傳感器，例如壓電傳感器，傳感 器在其上工作的隔膜，和形成壓力室的一個(gè)或多個(gè)主體板組成。其次，進(jìn)口元件由引導(dǎo)流體 從歧管到壓力室的歧管主體組成。再次，出口元件引導(dǎo)流體從壓力室到孔口。最后，孔口自 身分配流體離開(kāi)流體分配組件。流體分配組件的一個(gè)實(shí)例為打印頭中的噴口組，該噴口組通常由粘合在一起的一 組板組成。該實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)器將工作以促使流體經(jīng)過(guò)孔板離開(kāi)噴口組。進(jìn)口將引導(dǎo)流體從 歧管到壓力室，和出口將引導(dǎo)油墨從壓力室到孔板。在噴口組的實(shí)例中，孔口將分配流體離 開(kāi)噴口組，并最終離開(kāi)打印頭。圖1顯示打印頭中的噴口組的實(shí)例。在該實(shí)例中，噴口組10由一組粘合在一起的 板組成，并將用于討論。應(yīng)注意這只是一個(gè)實(shí)例，并非對(duì)在此請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的應(yīng)用或?qū)嵤?的限制。如將進(jìn)一步討論的，術(shù)語(yǔ)‘打印機(jī)’和‘打印頭’可以由為任何目的分配流體的任 何系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)組成。類(lèi)似地，雖然在此為了幫助理解將要討論噴口組，但是任何流體分配組件可以是合適的。流體分配組件或流體分配主體可以由如在此討論的一組板，具 有適當(dāng)通道、傳感器和孔口的模塑主體，機(jī)加工主體等組成。根據(jù)在除板之外，噴口組內(nèi)包 括額外結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案，一組板可以被認(rèn)為是流體分配組件內(nèi)的流體分配主體。噴口組經(jīng)由端口 12接收來(lái)自?xún)?chǔ)液器(未示出)的油墨。油墨流過(guò)具有適應(yīng)壁44 和與歧管相對(duì)的氣隙46A的歧管14，流過(guò)顆粒過(guò)濾器15并流入進(jìn)口 16。進(jìn)口引導(dǎo)液體至 壓力室13。當(dāng)致動(dòng)器或傳感器17激活時(shí)，其促使隔膜板20偏轉(zhuǎn)，并促使油墨流過(guò)出口 19 和離開(kāi)孔板18上的孔口 21。脫離孔口的油墨液滴形成一部分打印圖像。包括進(jìn)口、壓力 室、致動(dòng)器、出口和孔口的部分油墨路徑稱(chēng)為“單噴口”。蝕刻、壓印或另外制造一系列或一組板，形成噴口組的各種通道、室和部件。在該 實(shí)例中，噴口組由隔膜板20 ；主體板22 ；分離板24 ；進(jìn)口板26 ；分離板28和30 ；顆粒濾板 32 ；和形成歧管50的歧管板34、36、38、40和42 ；適應(yīng)壁板44 ；提供靠近適應(yīng)壁的氣隙的板 46 ；孔口支柱48和孔板18組成。當(dāng)噴口組由一系列粘合的金屬板制成時(shí)，將薄不銹鋼隔膜板20銅焊至主體板22。 銅焊板之間的接合為剛性結(jié)合，使得驅(qū)動(dòng)過(guò)程中隔膜曲率完全集中在主體13的區(qū)域內(nèi)。一 些銅焊工藝包括在銅焊之前對(duì)噴口組的所有板鍍金，顯著增加了板的成本。打印頭和其它流體分配組件設(shè)計(jì)的目前趨勢(shì)要求增加每單位面積噴口或孔口的 數(shù)目。這種高組裝密度強(qiáng)制減小每個(gè)噴口的致動(dòng)器的尺寸。致動(dòng)器尺寸的減小使作為致動(dòng) 器效率量度的每一施加電壓下，致動(dòng)器的置換體積減少。這一點(diǎn)進(jìn)而使達(dá)到特殊液滴質(zhì)量 或液滴速度所需的驅(qū)動(dòng)電壓升高，因?yàn)楂@得所需致動(dòng)器置換需要更高的電壓。這種增加的 電壓可能具有負(fù)面影響。一些負(fù)面影響包括由于所需最大電壓/額定功率提高，增加了用于驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的 集成電路的成本；與施加到致動(dòng)器的場(chǎng)強(qiáng)升高關(guān)聯(lián)的可靠性風(fēng)險(xiǎn)；和隨著達(dá)到驅(qū)動(dòng)電子設(shè) 備的電壓上限和可接受的場(chǎng)強(qiáng)，最終限制噴口的潛在生產(chǎn)率。此外，新的噴口組設(shè)計(jì)引入粘合劑粘合的層，以連接銅焊的亞組。這一點(diǎn)使要鍍金 的板數(shù)目減少，因?yàn)閬喗M被銅焊，然后連接在一起，而不是同時(shí)銅焊所有亞組。使用粘合劑 層已經(jīng)消除了一些不得不鍍敷的表面，并在組中引入新的適應(yīng)元件。這些方法的實(shí)例在全 部于2008年8月19日提交的美國(guó)專(zhuān)利序列號(hào)12/194，456，“Fluid DispensingSubassembly with Compliant Aperture Plate，，;12/194，472,"External FluidManifold with External Compliant Wall”； 12/194，488，“Fluid Reservoirwith Compliant Wall，，;和 12/194，494， "Fluid Dispensing Subassemblywith Compliant Film，，中說(shuō)明。但是，以上引用的方法都沒(méi)有提出在隔膜和主體板之間使用粘合劑粘合層。這一 界面是致動(dòng)器的一個(gè)重要元件，并且直接影響致動(dòng)器的置換效率和工作頻率。通過(guò)使用適 當(dāng)選擇的粘合劑粘合層元件，驅(qū)動(dòng)器的置換效率可以得到提高。另外，在隔膜和主體板之間 使用粘合劑粘合層可以允許消除形成噴口組所需的任何銅焊工藝。這樣將降低成本并且可 能允許設(shè)計(jì)領(lǐng)域的更大自由度，以及可能允許工藝更加自動(dòng)化。圖2顯示例如圖1的10的噴口組部分60的側(cè)視圖。該部分包括主體壓力室13、 進(jìn)口 16、出口 19、致動(dòng)器17和隔膜20。在典型操作中，致動(dòng)器17在第一個(gè)方向工作，‘牽 拉’隔膜20，增加壓力室13的體積。這促使油墨從進(jìn)口 16進(jìn)入室。致動(dòng)器17然后以相對(duì) 方式工作，推動(dòng)室，促使油墨從出口 19流出，最終促使流體液滴從流體分配裝置的孔口噴出。如這里所示，隔膜直接放置在噴口組部分60的板上。在此顯示的流體分配組件為噴口組、隔膜和致動(dòng)器的一部分。對(duì)于每個(gè)孔口，也 稱(chēng)為噴嘴或噴口，該流體分配組件可以具有由一部分流體分配組件層形成的局部流體儲(chǔ)液 器。在此，術(shù)語(yǔ)層可以表示板，例如如上所述的要銅焊的那些板，或如上所述專(zhuān)利申請(qǐng)中闡 明的聚合物層。噴口組部分60可以由板、聚合物膜或兩者的混合物組成。因此，主體壓力 室/局部?jī)?chǔ)液器可以被認(rèn)為是由一部分流體分配組件的‘層’形成。圖3顯示在隔膜20和噴口組部分60之間具有聚合物層68的噴口組部分60 的側(cè)視圖。層68可以較薄，具有小于50微米的厚度。層68也可以較軟，具有小于 lOGPa(GigaPascals)的模量。聚合物層68也可以起粘合劑層的作用，功能上將隔膜粘合到 主體板或噴口組/流體分配組件的部分。聚合物層附著的噴口組部分的側(cè)面在此可以稱(chēng)為 主體室側(cè)面。 圖4顯示噴口組的另一個(gè)視圖，該視圖為單噴口的。單噴口具有主體壓力室13，將 油墨送入壓力室的進(jìn)口 16，和引導(dǎo)油墨至孔口 21的出口 19。隔膜20經(jīng)由作為粘合劑或使 用單獨(dú)的粘合劑的聚合物層68連接至主體室13。隔膜20至主體室13的連接是致動(dòng)器的重要接合點(diǎn)。聚合物層必須具有足夠的柔 性，以提供延伸超出主體壁的曲率，從而相比其中對(duì)主體板的連接是剛性的銅焊隔膜，增加 隔膜的容量置換。過(guò)度適應(yīng)性可能由聚合物層過(guò)厚或聚合物過(guò)軟引起，將導(dǎo)致效率降低，因 為柔性連接不能支持主體室的增壓。過(guò)度適應(yīng)性也可能導(dǎo)致液滴發(fā)生器工作頻率的不能接 受的降低，原因是驅(qū)動(dòng)器固有頻率降低?？捎玫牟牧习ǜ鞣N可能性，包括具有熱固性聚酰亞胺芯層和每個(gè)側(cè)面上的較薄 熱塑性層的帶。聚醚醚酮可以用作單個(gè)熱塑性粘合劑層。其它熱塑性塑料，例如聚砜、聚醚 砜、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚酯可以用作雙面帶的芯層或用作熱塑性粘合劑。熱固性粘合 劑，例如環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酰亞胺、丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚、硅氧烷等可以直接用 作隔膜和主體之間的單層粘合，或者可以用作具有熱固性或熱塑性芯層的多層帶中的粘合 劑。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，制造具有噴口組的對(duì)照打印頭，該噴口組包括粘合和銅焊在一起 形成整體噴口組結(jié)構(gòu)的不銹鋼噴口組板。制造具有噴口組的測(cè)試打印頭，除了隔膜之外，該 噴口組具有粘合和銅焊在一起的所有板。測(cè)試部分的隔膜然后使用聚合物粘合劑粘合劑連 接到噴口組的背側(cè)。打印頭的剩余部分按照其通常工藝組裝。一旦組裝，測(cè)試該打印頭以確定獲得所需液滴質(zhì)量和速度所需的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電 壓。結(jié)果顯示具有使用聚合物連接的隔膜的打印頭比對(duì)照打印頭使用平均少10%的電壓。流體分配組件部分60將由板或板的組合以及適應(yīng)膜制造。聚合物層68然后將使 用粘合劑連接到部分60，或?qū)⒈旧碜鳛檎澈蟿?。隔?0然后將連接到該粘合劑，然后將連 接致動(dòng)器陣列。
權(quán)利要求
流體分配組件，包括設(shè)置為通過(guò)傳感器工作的隔膜；設(shè)置為通過(guò)隔膜工作的主體壓力室；和設(shè)置在隔膜和主體壓力室之間的粘合劑附著層。
2.權(quán)利要求1的流體分配組件，其中主體壓力室由單一板或一組粘合在一起的板形成。
3.權(quán)利要求1的流體分配組件，其中粘合劑層為選自環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酰亞胺、 丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚和硅氧烷的熱固性粘合劑；或選自聚酰亞胺、聚酯、聚醚醚酮、 聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺的熱塑性粘合劑的一種。
4.權(quán)利要求1的流體分配組件，其中粘合劑層包括具有聚合物芯層和在該聚合物芯層 每一側(cè)上的薄粘合劑層的帶。
5.流體分配組件，包括由單一板或一組板形成的主體壓力室； 設(shè)置為在主體壓力室上工作的隔膜；和 設(shè)置在主體壓力室和隔膜之間的粘合劑層。
6.制造流體分配組件的方法，包括由主體板或包括主體板的一組板形成主體壓力室；和 將隔膜板粘合劑粘合到至少流體分配組件的主體板。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有聚合物層的流體分配組件。該流體分配組件具有設(shè)置為通過(guò)傳感器工作的隔膜，設(shè)置為通過(guò)隔膜工作的主體壓力室，和設(shè)置在隔膜和主體壓力室之間的粘合劑附著層。流體分配組件具有由單一板或一組板形成的主體壓力室，設(shè)置為在主體壓力室上工作的隔膜，和在主體壓力室和隔膜之間設(shè)置的粘合劑層。制造流體分配組件的方法包括由主體板或包括主體板的一組板形成主體壓力室，和將隔膜板粘合劑粘合到至少流體分配組件的主體板。
文檔編號(hào)B41J2/14GK101890401SQ201010185529
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者J·R·安德魯斯, T·L·斯蒂芬斯 申請(qǐng)人:施樂(lè)公司