专利名称：流体喷射装置及其制作和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种流体喷射装置，尤其涉及一种可调控喷射流量 及喷射方向的流体喷射装置及其制作和控制方法。
背景技术：
由于喷墨打印机的打印技术不断的突破创新，对于打印质量和 分辨率等方面的要求也不断提高。 一般而言，喷墨打印机的打印质 量和分辨率由喷射墨量和喷射墨滴的落点决定。图1示出已知的流体喷射装置1。在图l中，第一基材2上方 形成有加热器4，且于第一基材2上方"i殳置第二基材6。所述第一 基材2及第二基材6之间夹置例如墨水的流体10。通过加热器4加 热流体，产生气泡8，以便喷射墨滴12。由于无法精确控制墨滴的 喷射量，使得已知的流体喷射装置的打印质量较差。而且，已知的 流体喷射装置无法控制墨滴的喷射方向，因此，如果要提高打印质 量，必须增加不同尺寸的喷孔或特^^驱动方法，4旦是会导致制作成 本的提高。因此，亟需一种可控制喷射流量及射喷方向的流体喷射装置及 其制作和控制方法，以，提高打印质量及分辨率。发明内容鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种流体喷射装置。所述流体喷射装置包括第一基材，其上方形成有气泡产生装置； 第二基材，对应设置于该第一基材上方，以形成喷孔；第一变形单 元，介于该第一基材与该第二基材之间；以及济u体，夹置于该第一 基材与该第二基材之间，且围绕该第 一变形单元及该气泡产生装置。根据本发明所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形单元包 括第一电极，设置于所述第二基材上；第一变形层，形成于所述 第二基材上，且覆盖部分所述第一电极；以及第二电极，设置于所 述第二基材上，且通过所述流体电连接所述第一变形层。根据本发明所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形单元包 括第一电极，设置于所述第一基材上；第一变形层，形成于所述 第一基材上，且覆盖部分所述第一电极；以及第二电极，设置于所 述第一基材上，且通过所述流体电连4妻所述第一变形层。才艮据本发明所述的流体喷射装置，还包括第二变形单元，对应 于所述第一变形单元，i殳置于邻近所述喷孔的区域。才艮据本发明所述的流体喷射装置，其中，所述第二变形单元包 括第三电极，设置于所述第一基材上；第二变形层，形成于所述 第一基材上，且覆盖部分所述第三电极；以及第四电极，设置于所 述第一基材上，且通过所述流体电连接所述第一变形层。根据本发明所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形层及第 二变形层包含导电高分子。根据本发明所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形层及第二变形层包含聚吡p各(polypyrrole )、聚苯胺(polyaniline )、聚石风 (polysulfone )、聚石危盼(polythiophenes )或聚乙炔(polyacetylene )。本发明的另一目的是提供一种流体喷射装置的制作方法。所述 流体喷射装置的制作方法，包括提供第一基材；将气泡产生装置 形成于该第一基材上方；将第二基材设置于该第一基材上方，以便 形成流体通道及喷孔；将第一变形单元形成于该流体信道之中；以 及将流体才是供于该流体通道之中，且该流体围绕该第一变形单元及该气泡产生装置。根据本发明所述的流体喷射装置的制作方法，其中形成所述第 一变形单元，包括将第一电极形成于所述第二基材上；将第一变 形层形成于所述第二基材上，且覆盖部分所述第一电才及；以及将第 二电极形成于所述第二基材上，且电连接至所述第一变形层。根据本发明所述的流体喷射装置的制作方法，其中形成所述第 一变形层是由浸泡涂布、旋转涂布或电化学沉积完成。冲艮据本发明所述的流体喷射装置的制作方法，其中形成所述第 一变形层是由电化学聚合或喷墨的方式完成。根据本发明所述的流体喷射装置的制作方法，还包括将对应所 述第一变形单元的第二变形单元形成于邻近所述喷孔的区域。根据本发明所述的流体喷射装置的制作方法，其中形成所述第 二变形单元，包括将第三电极形成于所述第一基材上；将第二变 形层形成于所述第一基材上，且覆盖部分所述第三电极；以及将第 四电一及形成于所述第一基材上，且电连4妄至所述第二变形层。本发明的又一目的是提供一种流体喷射装置的控制方法。所述 流体喷射装置包括流体，该流体围绕第 一 变形单元及气泡产生装置，且该控制方法包括通过该气泡产生装置将压力4是供至该流体， 以<更喷射出墨滴；以及将该第 一变形单元的第 一体积改变为第二体 积，以l更控制该墨滴的喷射方向或喷射流量。根据本发明所述的流体喷射装置的控制方法，其中所述第一变 形单元包括第一电极、具有第一体积的第一变形层以及第二电极， 且改变所述第一变形单元的方式包括通过所述第一电才及将具有第 一电荷的第一离子提供至所述第一变形层；通过所述第二电极将具 有第二电荷的第二离子提供至围绕所述第 一变形单元的所述流体 之中；氧化或还原所述第一变形层，以便将所述第一变形层的所述 第 一体积转变成为第二体积。根据本发明所述的流体喷射装置的控制方法，还包括对应于所 述第一变形单元地i殳置第二变形单元。根据本发明所述的流体喷射装置的控制方法，其中，调控所述 墨滴的方式包括通过控制所述第 一变形单元的所述第二体积的平 坦顶部表面与所述第二变形单元的所述第二体积的平坦顶部表面 之间形成的等距通道，调控所述墨滴的喷射方向或喷射流量。根据本发明所述的流体喷射装置的控制方法，其中，调控所述 墨滴的方法包括控制所述第一变形单元，以便将其所述第一体积 转变成为具有不平坦顶部表面的第二体积；控制所述第二变形单 元，以1"更将其所述第 一体积转变成为具有不平坦顶部表面的第二体 积；以及通过所述第 一变形单元的所述第二体积的所述不平坦顶部 表面与所述第二变形单元的所述第二体积的所述不平坦顶部表面 之间形成的等距通道，调控所述墨滴的喷射方向或喷射流量。才艮据本发明所述的喷射流体装置的控制方法，其中，调控所述墨滴的方式包括控制所述第一变形单元，以便将其所述第一体积 转变成为具有不平坦顶部表面的第二体积；控制所述第二变形单元，以便将其所述第一体积转变成为具有不平坦顶部表面的第二体积；以及通过所述第一变形单元的所述第二体积的所述不平坦顶部 表面与所述第二变形单元的所述第二体积的所述不平坦顶部表面 之间形成的非等距通道，调控所述墨滴的喷射速度或喷射流量。根据本发明所述的喷射流体装置的控制方法，其中，通过所述 第一变形单元的所述第二体积改变所述气泡产生装置所产生的气 泡的体积，以调控所述墨滴的喷射方向或喷射流量。
图1示出一种已知的流体喷射装置；图2A-图2F示出才艮据本发明的第一实施例的制作流体喷射装 置的剖浮见图；图3A-图3D示出根据本发明的第二实施例的流体喷射装置的 剖碎见图。具体实施方式
才妻下来结合附图详细说明，以〗更更加了解本发明优选实施例的 流体喷射装置及其制造和控制方法。然而，可以理解的是，本发明 提供许多可实施于广泛多样的应用领域的发明概念。用来说明的具 实施例仅是利用本发明概念的具体实施方式
的说明，并不限制本发 明的范围。图2A至图2F是示出本发明的第 一 实施例的制作流体喷射装置 的剖一见图。在图2A中，^是供第一基材102,且将通道壁104形成 于第一基材102上，以便将流体信道106形成于所述信道壁104之 间。所述第一基材102优选可以是例如硅基材，而通道壁104优选 可以是例如丙烯S吏酯(acrylic acid ester )或其它合适的高分子的干 膜光阻(dry film photoresist)材泮牛。在一个优选实施例中，通过例 如涂布的方式，将干膜光阻层形成于所述第一基材102的表面上， -接着以光刻及蚀刻工序将干力莫光阻层图案化，以形成所述通道壁 104及流体通道106。如图2B所示，将气泡产生装置(actuator) 108形成于所述流 体通道106之中。所述气泡产生装置优选可以是例如二硼化铪(Hffl2)、铝钽合金(TaAl)或氮化钛(TiN)的电阻层所构成的加 热器。在 一个4尤选实施例中，通过例如賊镀(sputtering )或蒸镀(evaporation)的方式，将所述电阻层相应地形成于第一基材102 及通道墙104的上方。接着，使用光刻及蚀刻工序，移除部分电阻 层，以便将所述气泡产生装置108形成于流体信道106中的第一基 材102上。在图2C中，爿夸变形层(deformable layer ) 112形成于第二基才才 110上。所述变形层112优选可以是聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺 (polyaniline )、聚石风(polysulfone )、聚石危酚(polythiophenes )或聚 乙丈夬(polyacetylene )的共辄导电高分子才才泮牛(conjugated conducting polymer )。所述第二基材110优选可以是硅基材或其它合适的材料。在一个优选实施例中，在形成所述变形单元112之前，也可以 将导电层(图未示出)形成于第二基材110的上方。接着，通过浸 泡》余布(dip coating )、"走專争〉余布(spin coating)或电4匕学;兄积法 (electrochemical deposition)的方式， 一夸导电高分子层形成于第二 基材110的上方，且覆盖于所述导电层的上方。之后，通过光刻及蚀刻的方式，将所述导电高分子层图案化，以便形成变形层112。 在另一实施例中，所述变形层112也可以是使用电化学聚合 (electropolymerization )或喷墨、(inkjet printing)的方式S寻导电高 分子的单体直接形成于欲形成的位置。所述导电层可作为变形层112的电4及，以^使构成变形单元，且 优选可以是金(Au)或其它合适的导电材料。在一个实施例中，通 过所述电极将离子提供至变形层112,变形层112会转变为氧化或 还原状态，使得变形层112的原本体积会产生变化，例如体积膨胀 或缩小。如图2D所示，组合所述第一基材102及第二基材110，以便 形成流体喷射装置。在一个优选实施例中，可以通过照射紫外光固 化所述信道墙104的方式来组合第一基材102及第二基材110，以 《更将变形层112形成于第一基材102及第二基材110之间的流体通 道106内，且对应于所述气泡产生装置108的上方。图2E是示出所述^4t本发明实施例的流体喷射装置的示意 图。在第一基材102上方形成有通道墙104，且在所述通道墙104 之间形成有气泡产生装置108。又如图2E所示，第二基材110i殳置 于所述第一基材102上方，以1"更将流体通道106及喷孔114形成于 第二基材110及第 一基材102之间。图2F示出的是图2E的流体喷射装置沿A至A，的剖一见图。在 图2F中，第一基材102的表面上方形成有气泡产生装置108。第二 基材110设置于所述第一基材102的上方，以便形成喷孔114。又 如图2F所示，第二基材110的表面上方形成有第一电极116、第二 电才及118及变形层112，以^更构成变形单元(deformable unit) 119， 且变形单元119对应于气泡产生装置108的上方。所述变形层112 形成于第二基材110的表面上，且覆盖第一电才及116。又如图2F所示，将流体126提供于第一基材102及第二基材IIO之间，且所述 流体126会围绕气泡产生装置108及所述变形单元119。值得注意的是，第一电极116与变形层112直接接触，而第二 电极118暴露于流体126之中。由于所述流体126可以是例如墨水 的电解质液(electrolyte),第二电才及118可通过流体126电连4妄变 形层112,且与第一电极116构成通^各，以侵_控制变形层112的体 积变化。在图2F中， 一个优选实施例中，当操作流体喷射装置130时， 第一电极116及第二电极118可将离子分别提供至变形层112和例 如墨水的流体126之中，以便氧化或还原变形层112，使得变形层 112的体积会由原本的第一体积120膨胀而转变成为第二体积122。 接着，当气泡产生装置108产生气泡124时，变形层112的第二体 积122会压缩气泡124的大小，进而，控制流体喷射装置130经由 喷孔114所喷射出的墨滴128的大小、尺寸及流量。值得注意的是，在本实施例中，变形单元设置于第二基材的表 面上。可以理解的是，变形单元也可以:没置于气泡产生装置与喷孔 之间的第一基材或第二基材上，通过改变流体通道的内壁分布，以 控制墨滴的大小、尺寸及流量。在图3A至图3D中，示出根据本发明的第二实施例的制作及 控制流体喷射装置的剖视图。在这些附图中，虽然并未绘出电极， 可以理解的是，每个变形单元可以是由至少一个电才及及变形层所构 成，且形成方式可以是与所述实施例相同，在此并不再详述。在图3A中，示出根据本发明的第二实施例的流体喷射装置 320。提供上方形成有气泡产生装置304及第一变形单元306的第 一基材302。接着，将上方形成有第二变形单元310的第二基材308i殳置于第一基材302上方，且所述第二变形单元310对应于第一变 形单元306。之后，将流体316提供于第 一基材302及第二基材308 之中，以^更形成流体喷射装置320，如图3A所示。在一个优选实施例中，通过氧化或还原第一变形单元306及第 二变形单元310的方式， <吏得第一变形单元306的体积(变形后) 由喷孔318往气泡产生装置304的方向递减，而第二变形单元310 的体积由喷孔318往气泡产生装置304的方向递增，以改变流体316 的流动方向。也就是说，第一变形单元306的顶部表面高度可以是 由喷孔318往气泡产生装置304的方向递减，而第二变形单元310 的顶部表面高度可以是由喷孔318往气泡产生装置304的方向递 增，以改变气泡312在流体通道315内的4亍进方向，进而改变喷射 墨滴314的方向。当操作流体喷射装置320时，气泡产生装置304会产生气泡 312，且由于第一变形单元306及第二变形单元310改变了气泡312 的行进方向，使得流体喷射装置320以某一角度a从喷孔318喷射 出具有方向的墨滴314,如图3A所示。在图3B中，也可以通过氧化或还原第一变形单元306及第二 变形单元310的方式，^吏得第一变形单元306的体积由喷孔318往 气泡产生装置304的方向递增，而第二变形单元310的体积由喷孔 318 4主气泡产生装置304的方向递减，以改变气泡312在流体通道 315中的4亍进方向。当操作流体喷射装置320时，气泡产生装置304会产生气泡 312,且由于第一变形单元306及第二变形单元310改变了气泡312 的行进方向，4吏得流体喷射装置320以某一角度a 乂人喷孔318喷射 出具有方向的墨滴314，如图3B所示。也就是说，在图3B中，第一变形单元306的顶部表面高度可 以是由喷孔318往气泡产生装置304的方向递增，而第二变形单元 310的顶部表面高度可以是由喷孔318往气泡产生装置304的方向 递减，以改变气泡312在流体通道315内行进的方向，进而喷射出 具有方向性的墨滴314。值得注意的是，所述实施例中，控制第一变形单元306,使其 转变为具有不平坦顶部表面的第二体积，且控制第二变形单元310, 使其转变为具有不平坦顶部表面的第二体积。通过第一变形单元 306的第二体积的不平坦顶部表面与第二变形单元306的第二体积 的不平坦顶部表面之间形成的等距通道，调控墨滴314的喷射方向。如图3C所示，在一个实施例中，也可以通过氧化或还原来控 制第一变形单元306及第二变形单元310的第二体积(变形后)大 致上相同，也就是说，第一变形单元306的顶部表面及第二变形单 元310的顶部表面大致上呈平面，以〗更改变在流体通道315内的由 气泡产生装置304所产生的气泡312的大小、尺寸，进而控制喷孔 318喷射出的墨滴314的大小及流量。^直得注意的是，在所述实施例中，也可以是通过氧化或还原来 控制第一变形单元306的顶部表面与第二变形单元310的顶部表面 之间形成适当的距离，以i"更改变靠近喷孔318的流体通道315的几 何尺寸，进而达到控制流体喷射装置302的喷射流量。如图3D所示，控制第一变形单元306及第二变形单元310, 以^更形成第一变形单元306的第二体积(变形后)由喷孔318往气 泡产生装置304的方向递减，而第二变形单元310的第二体积由喷 孔318往气泡产生装置304的方向递减，以改变流体通道315的直 径分布。也就是说，第一变形单元306的顶部表面高度可以是由喷 孔318往气泡产生装置304的方向递减，而第二变形单元310的顶部表面高度可以是由喷孔318往气泡产生装置304的方向递减，使 得流体通道315内壁形成内缩的分布，以便加速流体喷射装置320 的墨滴314的喷射速度。可以了解的是，在本实施例中，控制第一变形单元306,使其 转变为具有不平坦顶部表面的第二体积，而控制第二变形单元310， 使其转变为具有不平坦顶部表面的第二体积。且通过第一变形单元 306的第二体积的不平坦顶部表面与第二变形单元310的第二体积 的不平坦顶部表面之间形成的非等距通道，调控墨滴314的喷射速 度或喷射流量。由于所述实施例可加速墨滴的喷射速度，且靠近喷 孔附近的具有较高顶部高度的变形单元也可减少墨滴的残尾，以改 善喷墨的质量。虽然本发明已以优选实施例披露如上，然而其并非用于限定本 发明，任何本领域普通技术人员，在不背离本发明的精神和范围内， 应当可作部分变化和修改，因此本发明的保护范围应当以后附的权 利要求书所界定的范围为准。符号说明102第一基材 110第二基材 114喷孔 118第二电^f及 120第一体积 124气泡108气泡产生装置 112变形层； 116第一电^f及 119变形单元 122第二体积 126流体128墨滴 130喷射装置
权利要求
1.一种流体喷射装置，包括第一基材，其上方形成有气泡产生装置；第二基材，对应设置于所述第一基材上方，以形成喷孔；第一变形单元，介于所述第一基材与所述第二基材之间；以及流体，夹置于所述第一基材与所述第二基材之间，且围绕所述第一变形单元及所述气泡产生装置。
2. 根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形单 元包括第一电极，设置于所述第二基材上；第一变形层，形成于所述第二基材上，且覆盖部分所述 第一电才及；以及第二电极，设置于所述第二基材上，且通过所述流体电 连接所述第一变形层。
3. 根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形单 元包括第一电极，设置于所述第一基材上；第一变形层，形成于所述第一基材上，且覆盖部分所述 第一电一及；以及第二电极，设置于所述第一基材上，且通过所述流体电 连接所述第一变形层。
4. 根据权利要求2所述的流体喷射装置，还包括第二变形单元， 对应于所述第一变形单元，i殳置于邻近所述喷孔的区域。
5. 根据权利要求4所述的流体喷射装置，其中，所述第二变形单 元包括第三电极，设置于所述第一基材上；第二变形层，形成于所述第一基材上，且覆盖部分所述 第三电一及；以及第四电极，i殳置于所述第一基材上，且通过所述流体电 连接所述第一变形层。
6. 根据权利要求5所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形层 及第二变形层包含导电高分子。
7. 根据权利要求5所述的流体喷射装置，其中，所述第一变形层 及第二变形层包含聚吡咯(polypyrrole )、聚苯胺(polyaniline )、 聚砜(polysulfone )、 聚硫酚(polythiophenes )或聚乙炔(poly acetylene )。
8. —种流体喷射装置的制作方法，包括提供第一基材；将气泡产生装置形成于该第一基材上方；将第二基材设置于所述第一基材上方，以便形成流体通 道及喷孔；将第一变形单元形成于所述流体信道之中；以及将流体4是供于所述流体通道之中，且所述流体围绕所述 第一变形单元及所述气泡产生装置。
9. 根据权利要求8所述的流体喷射装置的制作方法，其中形成所 述第一变形单元，包括将第 一 电极形成于所述第二基材上；将第一变形层形成于所述第二基材上，且覆盖部分所述 第一电纟及；以及将第二电极形成于所述第二基材上，且电连接至所述第 一变形层。
10. —种流体喷射装置的控制方法，所述流体喷射装置包括围绕第 一变形单元和气泡产生装置的流体，所述控制方法包括通过所述气泡产生装置，将压力提供至所述流体，以喷 射出墨滴；以及将所述第 一变形单元的第 一体积改变为第二体积，以调 控所述墨滴。
全文摘要
本发明提供一种流体喷射装置及其制作和控制方法。所述喷射装置包括第一基材，其上方形成有气泡产生装置；第二基材，对应设置于该第一基材上方，以形成喷孔；第一变形单元，介于该第一基材与该第二基材之间，且该第一变形单元具有第一体积；以及流体，夹置于该第一基材与该第二基材之间，且围绕该第一变形单元及该气泡产生装置。所述流体喷射装置通过氧化或还原该第一变形单元，将该第一变形单元的该第一体积改变为第二体积，以调控该流体喷出该喷孔的方向及喷射流量。
文档编号B41J2/04GK101332709SQ200710126020
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者周忠诚, 威 王 申请人:明基电通股份有限公司