BR112013000372B1

BR112013000372B1 - conjuntos de ejeção de fluido

Info

Publication number: BR112013000372B1
Application number: BR112013000372-3A
Authority: BR
Inventors: Alexander Govyadinov; Erik D. Torniainen; Robert Messenger
Original assignee: Hewlett-Packard Development Company, L. P
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2020-11-03
Also published as: KR101694577B1; BR112013000372A2; KR20130050344A; TW201210846A; CN103025530A; US20130083136A1; US8757783B2; TWI458645B; JP5746342B2; CN103025530B; WO2012015397A1; JP2013532594A

Abstract

CONJUNTO DE EJEÇÃO DE FLUÍDO E MÉTODO PARA CIRCULAR FLUÍDO. Um conjunto de ejeção de fluído inclui uma ranhura de fluído, formada em primeiro substrato, e um canal formado em uma camada de câmara disposta no topo de um segundo substrato. A superfície de base do segundo substrato é colada à superfície de base do primeiro substrato, e furos de alimentação de fluído são formados entre a ranhura de fluído e o canal. Um elemento de ejeção de fluído e o canal. Um elemento de ejeção de fluído se encontra em uma primeira extremidade do canal, e um elemento de bomba se encontra em uma segunda extremidade de canal, para fazer o fluído circular horizontalmente através do canal, e verticalmente através dos furos de alimentação de fluído.

Description

Histórico da Invenção

Dispositivos de ejeção de tinta em impressoras de jato de tinta provêm ejeção de gotas por demanda, "Drop-On-Demand" (DOD) . Em geral, impressoras de jato de tinta imprimem imagens ejetando gotas de tinta através de uma pluralidade de bocais em uma midia de impressão, i.e. uma folha de papel. Os bocais são tipicamente dispostos segundo um ou mais arranjos, de modo que uma ejeção apropriadamente sequenciada de gotas de tinta de bocais produza caracteres ou imagens em um arranjo de impressão, à medida que a cabeça de impressão e mídia de impressão se movem uma em relação à outra. Em um exemplo específico, uma cabeça de impressão de jato de tinta térmica ejeta gotas de tinta de um bocal quando se faz passar uma corrente elétrica por um elemento aquecedor, para gerar calor e vaporizar uma pequena porção de fluido em uma câmara de disparo. Em outro exemplo, uma cabeça de impressão piezo-elétrica de jato de tinta usa um atuador de material piezo-elétrico para gerar pulsos de pressão, expelindo gotas de fluido a partir de um bocal.

Embora impressoras de jato de tinta propiciem uma alta qualidade de impressão a custos razoáveis, melhoramentos vêm sendo continuamente implementados para superar vários desafios, que persistem em seu desenvolvimento. Por exemplo, bolhas de ar vêm se constituindo um problema persistente em cabeças de impressão de jato de tinta. Durante impressão, o ar contido na própria tinta é liberado, formando bolhas, que podem migrar da câmara de disparo para outras localizações na cabeça de impressão, e ocasionando problemas, tais como bloquear o fluxo de tinta, degradar a qualidade da impressão, e fazer que cartuchos cheios pareçam vazios, e, ademais, fazendo surgir vazamentos de tinta. Em adição, um veículo de separação de pigmento-tinta (PIVS de Pigment-Ink Vehicle Separation) permanece sendo um problema, quando são utilizadas tintas de pigmento. Tintas baseadas em pigmento são preferidas na impressão de jato de tinta, porque tendem a ser mais duráveis e permanentes que tintas baseadas em corantes. No entanto, em periodos de armazenamento ou não-uso mais prolongados, partículas de pigmentos podem se depositar ou se separar do veiculo de tinta (PIVS), impedindo ou bloqueando completamente o fluxo de tinta para as câmaras de disparo e bocal na cabeça de impressão. Outros fatores, tais como evaporação da água (em tintas aquosas), e solventes (para tintas não-aquosas), também contribuem para PIVS e/ou viscosidade aumentada de tinta, e formação de um plugue viscoso, que impede a impressão, após um periodo mais prolongado de não-uso.

Descrição Resumida dos Desenhos

As presentes configurações serão descritas, por exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 mostra um exemplo de caneta de jato de tinta, adequada para incorporar um conjunto de ejeção de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 2A é mostra uma vista em seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 2B mostra uma vista de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido durante um evento de ejeção de gota, de acordo com uma configuração; A Figura 3 mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo dois furos de alimentação de fluido adjacentes a qualquer lado de um elemento de ejeção, e um furo de alimentação de fluido adjacente ao lado distante de um elemento de bombeamento, de acordo com uma configuração; A Figura 4 mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido tendo dois furos de alimentação de fluido adjacentes a qualquer lado de um elemento de ejeção, e um furo de alimentação de fluido adjacente ao lado próximo de um elemento de bombeamento, de acordo com uma configuração; A Figura 5 mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido tendo dois furos de alimentação de fluido, um furo adjacente a um elemento de bomba e um furo adjacente a um elemento de ejeção, e ambos os furos em extremidades opostas de um canal de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 6 mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido tendo dois furos de alimentação de fluido, um furo adjacente a um elemento de bomba e um furo adjacente a um elemento de ejeção, e ambos em direção ao centro de um canal de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 7 mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido tendo três furos de alimentação de fluido, dois furos adjacentes a um elemento de bomba, e um furo adjacente a um elemento de ejeção no lado distante de um canal de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 8 mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo três furos de alimentação de fluido, dois furos adjacentes a um elemento de bomba, e um furo adjacente a um elemento de ejeção, em direção ao centro de um canal de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 9 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido tendo elementos de bombeamento pareados com elementos de ejeção, e canais de fluido orientados ortogonalmente com respeito ao comprimento do conjunto, de acordo com uma configuração; A Figura 10 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo elementos de bombeamento pareados com elementos de ejeção e canais de fluido orientados ao longo do comprimento com respeito ao comprimento do conjunto, de acordo com uma configuração; A Figura 11 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo elementos de bombeamento pareados com elementos de ejeção, e canais de fluido em forma de U, de acordo com uma configuração; A Figura 12 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo elementos de bombeamento pareados com elementos de ejeção, e canais de fluido orientados diagonalmente com respeito ao comprimento do conjunto de ejeção de fluido, de acordo com uma configuração; A Figura 13 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo geradores de gotas pareados, com canais de circulação desbalanceados, de acordo com uma configuração; A Figura 14 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido, tendo um elemento de bombeamento compartilhado entre um número de geradores de gotas circundantes via canais de circulação, de acordo com uma configuração; e A Figura 15 mostra um diagrama de blocos de um dispositivo de ejeção de tinta básico, de acordo com uma configuração.

Descrição detalhada Visão Global do Problema e Solução

Como notado acima, vários desafios ainda devem ser superados no desenvolvimento de sistemas de impressão de jato de tinta. Por exemplo, cabeças de impressão de jato de tinta, usadas em tais sistemas, continuam sofrendo problemas com bloqueio/ obstrução de tinta. Soluções anteriores para este problema primariamente envolviam realizar manutenção na cabeça de impressão antes e depois de uso. Por exemplo, cabeças de impressão são tipicamente protegidas com uma capa durante o não-uso, para evitar que os bocais obstruam, quando a tinta seca. Antes de usá-los, os bocais devem ser escorvados, ejetando tinta através deles. Inconvenientes a estas soluções incluem incapacidade de impressão imediata devido à necessidade de manutenção, que demanda um certo tempo, e aumento do custo total de propriedade, devido a significativa quantidade de tinta consumida por manutenção. Portanto, o bloqueio/ obstrução da tinta nos sistemas de impressão permanece um problema fundamental, que degrada a qualidade global de impressão, e aumenta os custos.

Há um número de causas para o bloqueio/ obstrução de tinta em uma cabeça de impressão. Quando a tinta é exposta ao ar, tal como quando a tinta é armazenada em um reservatório de tinta, uma quantidade adicional de ar se dissolve na tinta. A ação subsequente de ejetar gotas de tinta da câmara de disparo da cabeça de impressão libera o excesso de ar de tinta, que então se acumula em forma de bolhas de ar. As bolhas passam da câmara de disparo para outras áreas da cabeça de impressão, onde podem bloquear o fluxo de tinta para a cabeça de impressão dentro da cabeça de impressão.

Tintas baseadas em pigmentos também podem causar bloqueio/ obstrução de tinta em cabeças de impressão. Sistemas de impressão de jato de tinta usam tintas baseadas quer em pigmento ou corantes, e ainda que haja vantagens e desvantagens no uso de ambos os tipos de tinta, as tintas baseadas em pigmentos são geralmente preferidas. Nas tintas baseadas em corantes, as partículas de corante são dissolvidas em um liquido, de modo que a tinta tende a penetrar mais profundamente no papel, que as torna menos eficientes, e reduz a qualidade da imagem, à medida que a tinta borra nas bordas da imagem. Tintas baseadas em pigmentos, ao contrário, consistem de um veiculo de tinta com uma alta concentração de partículas de pigmento insolúveis revestidas com um dispersante, que faz que as partículas permaneçam suspensas no veiculo de tinta, que ajuda as tintas de pigmento a se manterem mais na superficie, ao invés de penetrar no papel. A tinta de pigmento, portanto, é mais eficiente que uma tinta baseada em corante, porque requer uma quantidade menor de tinta para criar a mesma intensidade de cor em uma imagem impressa. Tintas de pigmento tendem a ser mais duráveis e permanentes que tintas baseadas em corante, porque borra menos que tintas baseadas em corante na presença de água. Um inconveniente com tintas baseadas em pigmento, no entanto, se refere ao fato de poder ocorrer um bloqueio/ obstrução de tinta na cabeça de impressão, depois de embalada, após um prolongado periodo de tempo, que provê um desempenho fora da caixa precário das canetas de jato de tinta. Canetas de tinta têm uma cabeça de impressão afixada em uma extremidade, que é internamente acoplada a um reservatório de tinta. A fonte de tinta pode ser contida no corpo da caneta ou instalada em um lugar na impressora fora da caneta, e ser acoplada à cabeça de impressão pelo corpo da caneta. Em periodos mais prolongados de armazenamento, o efeito da gravidade sobre grandes particulas de pigmento e/ou a degradação do dispersante pode fazer pigmento se depositar ou separar, conhecido por PIVS ("Pigment Ink-Vehicle Separation"). O depósito ou separação das particulas do pigmento podem impedir ou bloquear completamente o fluxo de tinta para as câmaras de disparo e bocais na cabeça de impressão, que resulta um desempenho precário da cabeça de impressão fora da caixa e má qualidade da imagem impressa.

Outros fatores, tal como evaporação da água e solvente da tinta, pode contribuir para PIVS e/ou aumentar viscosidade da tinta e formar um plugue viscoso, que impede a impressão imediata depois de um periodo mais prolongado de não-uso.

Configurações da presente invenção ajudam a superar o problema de bloqueio/ obstrução de cabeças de impressão de jato de tinta geralmente usando um conjunto de ejeção de fluido com uma bomba de circulação de fluido. A bomba é formada em uma membrana sobre uma ranhura de fluido em um substrato subjacente, e assimetricamente localizada ao longo do comprimento de um canal de fluido (i.e. em direção a uma extremidade do canal) para criar um fluxo de fluido (i.e. diodicidade fluidica). Durante o tempo ocioso, quando o conjunto de ejeção de fluido não estiver operando, a bomba circula o fluido horizontalmente através de canal de fluido e câmara de disparo (no plano da bomba e câmara de disparo). A bomba também simultaneamente circula o fluido verticalmente, através de furos de alimentação de fluido formados entre o canal e a ranhura de fluido. Durante operação normal do conjunto de ejeção de fluido, um elemento de ejeção de fluido também cria uma ação de bombeamento, que faz o fluido circular horizontalmente através do canal e verticalmente entre o canal e a ranhura de fluido. A circulação do fluido durante o tempo ocioso e operação ativa do conjunto de ejeção de fluido, ajuda a impedir bloqueio/ obstrução da tinta nas cabeças de impressão.

Em uma configuração exemplar, o conjunto de ejeção de fluido inclui uma ranhura de fluido formada em um primeiro substrato. A superfície de topo do primeiro substrato é colada à superfície de base de uma membrana ou segundo substrato. Um canal é formado em uma camada de câmara disposta no topo do segundo substrato, e furos de alimentação de fluido são formados através do segundo substrato, entre a ranhura de fluido e o canal. Um elemento de ejeção de fluido é localizado próximo à primeira extremidade do canal, e um elemento de bomba é localizado próximo da segunda extremidade do canal para circular fluido horizontalmente através do canal, e verticalmente através dos furos de alimentação de fluido. Em outra configuração exemplar, um conjunto de ejeção de fluido inclui um primeiro e segundo substrato com uma superfície de topo do primeiro substrato colada a uma superfície de base do segundo substrato. Uma ranhura de fluido é formada no primeiro substrato, e uma camada de câmara incluindo um canal é disposta na superfície de topo do segundo substrato. Furos de alimentação de fluido formados através do segundo substrato proveem comunicação fluida entre a ranhura de fluido e o canal. Um elemento de ejeção e um elemento de bombeamento são dispostos no canal para prover uma circulação de fluido horizontal, através do canal, entre o elemento de bombeamento e o elemento de ejeção, e uma circulação de fluido vertical através dos furos de alimentação de fluido entre o canal e a ranhura de fluido.

Em outra configuração exemplar, um método para circular um fluido em um conjunto de ejeção de fluido inclui bombear fluido horizontalmente através de um canal de fluido entre um elemento de bomba e um elemento de ejeção, e bombear um fluido verticalmente entre o canal de fluido e ranhura de fluido através de furos de alimentação de fluido, que se estendem entre o canal de fluido e a ranhura de fluido.

Configurações Ilustradas

A Figura 1 mostra um exemplo de uma caneta de jato de tinta 100 adequada para incorporar um conjunto de ejeção de fluido 102, descrito nesta, de acordo com uma configuração. Nesta configuração, o conjunto de ejeção de fluido 102 é descrito como uma cabeça de impressão de ejeção de gota de fluido 102. A caneta de jato de tinta 100 inclui um corpo de cartucho de caneta 104, cabeça de impressão (conjunto de ejeção de fluido) 102, e contatos elétricos 106. Geradores de gotas individuais 222 (ver Figura 2) no conjunto de ejeção de fluido 102 são energizados por sinais elétricos providos nos contatos 106, para ejetar gotas de fluido de bocais selecionados 106, e fazer o fluido circular dentro do conjunto 102. Elementos de bombeamento individuais 224 (ver Figura 2) no conjunto de ejeção de fluido 102 são também energizados por sinais elétricos providos nos contatos 106, para fazer o fluido circular dentro do conjunto 102. O fluido pode ser qualquer fluido adequado, usado em processos de impressão, tal como vários fluidos, tintas, composições de pré-tratamento, fixadores imprimiveis. Em alguns exemplos, o fluido pode ser um fluido diferente de fluido imprimivel. A caneta 100 pode incluir sua própria fonte de fluido no corpo de cartucho 104, ou receber o fluido de uma fonte externa (não mostrada), tal como um reservatório de fluido, conectado à caneta 100, através de um tubo, por exemplo. As canetas 100, que incluem sua própria fonte de fluido, são geralmente descartados, quando o fluido se esgota.

A Figura 2A mostra uma vista de seção transversal e uma vista de cima abaixo do conjunto de ejeção de fluido 102 (cabeça de impressão 102), de acordo com uma configuração da presente invenção. O conjunto de ejeção de fluido 102 inclui um primeiro substrato 200, incluindo uma ranhura de fluido 202. A ranhura de fluido alongada 202 se estende em direção ao plano da Figura 2, em comunicação fluida com uma fonte (não mostrada) , tal como um reservatório de fluido. A ranhura de fluido 202 é uma canaleta formada no primeiro substrato 200, de modo que as paredes laterais 206 da ranhura 202 sejam formadas no substrato 200. A parede de topo 208 da ranhura de fluido 202 é formada por uma porção da superficie de base de um segundo substrato ou membrana sobreposta 210. O segundo substrato 210 é colado, pelo resto de sua superficie de base 208, à superficie de topo 212 do primeiro substrato 200. Os primeiro e segundo substratos 200, 210 são formados a partir de Wafers de Silicio em Isolante SOI ("Silicon On Insulator") em processos de microfabricação, bem conhecidos por aqueles habilitados na técnica (eletroformação, ablação laser, erosão anisotrópica, pulverização, erosão úmida, fotolitografia, fundição, moldagem, estampagem, e usinagem). Camadas de dióxido de silicio (SÍO2) 214 nos substratos SOI provêem um mecanismo para obter profundidades precisas na erosão durante, fabricação, enquanto formando aspectos e componentes, tais como a ranhura de fluido 202.

Uma camada de câmara 216 disposta no segundo substrato 210 inclui um canal de fluido 218 dentro da camada 216. Furos de alimentação de fluido 220 (220A, 220B) se estendem através do segundo substrato 210 (que forma a parte de topo 208 da ranhura de fluido 202), e provê uma comunicação fluida entre a ranhura de fluido 202 e o canal de fluído 218. 0 canal de fluido 218 inclui um gerador de gotas 222 disposto em direção a uma extremidade do canal 218, e um elemento de bombeamento de fluído 224 disposto em direção à outra extremidade do canal 218. 0 gerador de gotas 210 inclui um bocal 226 formado em uma placa de bocal 228 (camada de topo (top-hat) ) , câmara de disparo 230, e elemento de ejeção 232 disposto na câmara de disparo 230. A câmara de disparo é uma extensão ou parte do canal de fluído 218. As larguras da câmara de disparo 230 e canal de fluído 218 são especificadas independentemente para otimizar a ejeção e bombeamento de fluído. O elemento de ejeção 232 pode ser um dispositivo capaz de operar para ejetar gotas de tinta pelo bocal 226 correspondente, tal como resistor térmico ou atuador piezo-elétrico. Na configuração ilustrada, o elemento de ejeção 232 é um resistor térmico formado a partir de uma pilha de filme aplicada ao segundo substrato 210. A pilha de filme fino geralmente inclui uma camada de óxido, camada metálica, definindo o elemento de ejeção 232, trilhas condutivas, e camada de passivação (não mostrada individualmente).

O elemento de bombeamento 224 também é disposto na superfície de topo do segundo substrato 210. 0 elemento de fluído 224 pode ser qualquer dispositivo capaz de operar para gerar um movimento do fluído, e criar uma circulação de fluído, como discutido nesta, tal como um resistor térmico. Embora o elemento de bombeamento 224 tenha sido discutido na forma de um elemento resistor térmico em outras configurações, o elemento de bombeamento 224 pode ser qualquer dentre vários tipos de elementos de bombeamento, que podem ser adequadamente aplicados em um canal 218 de um conjunto de ejeção de fluído 102. Por exemplo, em configurações diferentes, o elemento de bombeamento de fluído poderia ser implementado como bomba de atuador piezo-elétrico, bomba eletrostática, bomba eletro-hidrodinâmica ou bomba peristáltica. Na configuração ilustrada, similar ao elemento de ejeção 232, o elemento de bomba 224 é um resistor térmico formado de uma pilha de filme fino, aplicada ao topo do segundo substrato 210. Em configurações onde a bomba de fluido 224 é um resistor térmico, a ação de bombeamento de fluido é conseguida energizando o elemento de bomba 224 (i.e. resistor térmico) com uma corrente elétrica. A corrente faz o elemento resistivo de bomba 224 aquecer rapidamente, que, por sua vez, superaquece e vaporiza uma camada fina de fluido em contato com o elemento de bomba 224. A bolha de vapor em expansão força o fluido da bomba 224 em ambas as direções no canal 218. Como discutido acima, no entanto, a colocação assimétrica da bomba 224, com respeito ao comprimento ou centro do canal 218, produz um fluxo liquido de fluido para o lado do comprimento do canal 218.

A colocação exata do elemento de bombeamento de fluido 224 no canal de fluido 218 pode variar em uma certa extensão, mas, em qualquer caso, pode ser assimetricamente localizado com respeito ao ponto central do comprimento do canal de fluido 218. Por exemplo, assumindo que o comprimento do canal de fluido 218 na Figura 2A se estenda do furo de alimentação de fluido 220B, mostrado no lado mais a esquerda da Figura 2A, para o furo de alimentação de fluido 220A no lado mais a direita da Figura 2A, então, o centro aproximado do canal 218 se localiza a meia distância entre os furos de alimentação de fluido de lado direito e lado esquerdo. Assim, o elemento de bombeamento de fluido 224 é localizado assimetricamente com respeito ao centro do canal 218, em direção ao furo de alimentação de fluido 220A no lado mais a direita do canal 218. A localização assimétrica do elemento de bombeamento de fluido 224 cria um lado curto do canal 218, entre a bomba 224 e a ranhura de fluido 202, e um lado longo do canal 218, que se estende em direção ao centro do canal 218 e gerador de gotas 222.

A localização assimétrica do elemento de bombeamento de fluido 224 dentro do canal de fluido 218 é a base para o fluxo unidirecional do fluxo de fluido (diodicidade fluidica). As setas cinzas 234 na Figura 2A ilustram a direção geral do fluxo de fluido e a circulação de fluido, criada pela ação de bombeamento do elemento de bombeamento 224- A colocação assimétrica da bomba 224 em direção ao lado curto do canal 218 produz um fluxo de fluido em direção ao centro ou lado longo do canal 218 (i.e. em direção ao gerador de gotas 222) . Como geralmente indicado, pelas setas direcionais cinzas 234, o elemento de bombeamento 224 circula fluido verticalmente em sentido ascendente da ranhura de fluido 202 para o canal 218 através de furos de alimentação de fluido 220A. O fluido então é bombeado horizontalmente através do canal 1218 em direção ao gerador de gotas 222 (i.e. no plano da bomba 224 e elemento de ejeção 232/ câmara de disparo 230), e, então, de volta para a ranhura de fluido 202, na direção vertical através dos furos de alimentação de fluido 220B. A Figura 2B ilustra uma vista de seção transversal de um conjunto de ejeção de fluido 102 durante um evento de ejeção de gota, de acordo com uma configuração da presente invenção. Durante operação normal do conjunto de ejeção de fluido, uma gota de fluido 236 é ejetada de uma câmara 230 pelo correspondente bocal 226, ativando o correspondente elemento de ejeção 232. A câmara 230, então, é recarregada com um fluido que circula verticalmente para cima a partir da ranhura de fluido 202 via furos de alimentação de fluido 220B, na preparação para ejetar a gota de fluido subsequente. Mais especificamente, a corrente elétrica que passa através de elemento de ejeção de resistor térmico 232 produz um aquecimento rápido do elemento 232, e uma camada fina de fluido adjacente ao elemento 232 é superaquecida. O fluido superaquecido vaporiza e cria uma bolha de vapor. Na correspondente câmara de disparo 230, a bolha de vapor, em rápida expansão, força a gota de fluido 236 pelo correspondente bocal 226. Quando o elemento de ejeção 232 resfria, a bolha de vapor rapidamente colapsa, sugando mais fluido verticalmente para cima através dos furos de alimentação de fluido 220B, da ranhura de fluido 202 para a câmara de disparo 230, em preparação para ejetar uma gota de fluido subsequente a partir do bocal 226.

Assim, em eventos normais de ejeção de gota, deve ser aparente que o elemento de ejeção 232 atua com capacidade dual para ejetar gotas de fluido através de bocal 226, e faz o fluido circular no conjunto de ejeção de fluido 102. As setas cinzas 234 na Figura 2B ilustram a direção geral do fluxo de fluido e circulação de fluido criada pela ação de bombeamento do elemento de ejeção 232, durante um evento de ejeção de gota. Primeiro, à medida que as bolhas se expandem rapidamente, a gota de fluido 236 é expelida pelo bocal 226, e o fluido no canal 218 circula horizontalmente do gerador 222 para o centro ou lado longo do canal 218, de maneira similar, mas em direção oposta àquela descrita, com respeito ao elemento de bombeamento 224. Quando a bolha de vapor colapsa, o fluido circula verticalmente para cima através dos furos de alimentação de fluido 220B para a câmara 230 e canal 218, para preencher o vazio deixado pela gota de fluido ejetada 236. Assim, durante a ejeção da gota de fluido, o elemento de ejeção 232 também atua como elemento de bombeamento, para fazer o fluido circular em ambas direções - horizontal e vertical - dentro do conjunto de ejeção de fluido 102, muito similarmente ao elemento de bombeamento 224. Como notado acima, as dimensões de câmara de disparo 230 e do canal de fluido 218 são independentemente especificadas, para otimizar ambas - ejeção e bombeamento de fluido.

As Figuras 3 a 14 mostram diversas vistas de conjunto de ejeção de fluido 102 com variações na estrutura e/ou leiaute dos canais de fluido 218, furos de alimentação de fluido 220, que se estendem entre as ranhuras de fluido 202 e canais 218, e elementos de bombeamento 224 e elementos de ejeção 232, de acordo com configurações da presente invenção. A Figura 3 mostra, por exemplo, uma vista de seção transversal e vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluído 102, tendo dois furos alimentação de fluido 220B, que são adjacentes a qualquer dos lados do elemento de fluído 232, como na configuração da Figura 2, mas apenas um furo de alimentação de fluído 220A sendo adjacente ao lado distante do elemento de bombeamento 224, de acordo com uma configuração da presente invenção. Como mostrado pela seta direcional 234, a ação de bombeamento do elemento de bomba 224 na configuração da Figura 3 faz circular fluído verticalmente para cima da ranhura de fluído 202 para o canal 218, através de único furo de alimentação de fluído 220A e horizontalmente através do canal 218 em direção ao centro ou lado longo do canal 218 (i.e. em direção ao gerador de gotas 222) . Embora não ilustrado, em um evento normal de ejeção de gota de fluído, o elemento de ejeção 232 atua com capacidade dual, para ejetar gotas de fluído através do bocal 226, e fazer o fluído circular no conjunto de ejeção de fluído 102. Como na configuração da Figura 2, o elemento de ejeção 232 faz o fluído circular no canal 218 horizontalmente, do gerador de gotas 222 para o centro ou lado longo do canal 218, e, então, verticalmente para cima, através dos furos de alimentação de fluído 220B, para a câmara 230 e canal 232, para preencher o vazio deixado pela gota de fluído ejetada 236, quando o elemento de ejeção 232 resfria, e as bolhas encolhem.

A Figura 4 mostra uma vista de seção transversal e vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluído 102 tendo dois furos de alimentação de fluído 20B, que são adjacentes a qualquer dos lados, o elemento de ejeção 232, como na configuração da Figura 2, mas apenas um furo de alimentação de fluído 220A sendo adjacente ao lado próximo do elemento de bombeamento 224, de acordo com configuração da presente invenção. Como mostrado na seta direcional cinza 234, a ação de bombeamento do elemento de bomba 224 na configuração da Figura 4 faz o fluído circular verticalmente para cima, da ranhura de fluído 202 para o canal 218, através do único furo de alimentação de fluido 220A, e horizontalmente através do canal 218 em direção ao centro do lado longo do canal 218 (i.e. em direção ao gerador de gotas 222), de novo 5 durante eventos normais de ejeção de gota, o elemento de ejeção 232 ejeta gotas de fluido através do bocal 226, e faz o fluido circular no canal 218 horizontalmente do gerador de gotas 222 para o centro ou lado longo do canal 218, e, então, verticalmente para cima, através 10 dos furos de alimentação de fluido 220B, para a câmara 230 e canal 218, para preencher o vazio deixado pela gota de fluido ejetada 236.

As Figuras 5 a 8 mostram configurações exemplares adicionais de canais de fluido 218, furos de alimentação 15 de fluido, elementos de bombeamento 224, e elementos de ejeção 232 em um conjunto de ejeção de fluido 102, e a direção geral da circulação de fluido gerada pelos respectivos elementos de bombeamento 224, de acordo com configurações da invenção. Na configuração da Figura 5, 20 um conjunto de ejeção de fluido 102 tem dois furos de alimentação de fluido 220A, 220B, um furo de alimentação de fluido adjacente ao elemento de bombeamento no lado mais a direita do canal 218 e outro furo de alimentação de fluido adjacente ao elemento de ejeção 232 no lado 25 mais a esquerda do canal 218. Na configuração da Figura 6, um conjunto de ejeção de fluido 102 também tem dois furos de alimentação de fluido 220A, 220B. Um furo de alimentação de fluido 220A é adjacente ao elemento de bombeamento 224 e o outro furo de alimentação de fluido 30 220B é adjacente ao elemento de ejeção 232, e ambos os furos de alimentação de fluido são dispostos entre o elemento de bombeamento 224 e o elemento de ejeção 232, em direção ao centro do canal 218. Na configuração das Figuras 7 e 8, os conjuntos de ejeção de fluido 102 têm 35 três furos de alimentação de fluido 220, sendo que, dois furos de alimentação de fluido 220A são adjacentes a qualquer lado do elemento de bombeamento 224. Na Figura 7, o terceiro furo de alimentação de fluido 220B é adjacente ao elemento de ejeção 232 no lado mais a esquerda do canal 218, e na Figura 8, o terceiro furo de alimentação de fluido 220B é adjacente ao elemento de ejeção 232, em direção ao centro do canal 218.

As Figuras 9 e 10 mostram vistas de cima abaixo de conjuntos de ejeção de fluido 102, onde os elementos alimentação de fluido 234 são pareados com elementos de ejeção 232 em um canal de fluido 218, de acordo com configurações da invenção. Na configuração da Figura 9, os comprimentos dos canais de fluido 218 são orientados ortogonalmente ao comprimento do conjunto de ejeção de fluido 102 e da ranhura de fluido subjacente 202 (não mostrada). Na configuração da Figura 10, os comprimentos dos canais de fluido 218 são orientados de modo a corresponder ao comprimento do conjunto de ejeção de fluido 102 e ranhura de fluido subjacente 202 (não mostrada). Em ambos os casos, a localização assimétrica do elemento de bombeamento 224 e elemento de ejeção 232 em cada canal de fluido 218 faz o fluido circular para trás e para frente entre o elemento de bombeamento 224 e o elemento de ejeção 232, de/para a ranhura de fluido subjacente 202 pelos furos de alimentação 220. Por exemplo, na configuração da Figura 9, o elemento de bombeamento 224 faz o fluido circular verticalmente para cima (i.e. para fora do plano) a partir da ranhura de fluido subjacente 202 através de furos de alimentação de fluido 220A, e, então, horizontalmente pelo canal de fluido 218 do elemento de bombeamento 224, para o elemento de ejeção 232 (i.e. dentro do plano do elemento de bomba 224, elemento de ejeção 232, etc.) e verticalmente para baixo (i.e. para o plano) de volta para a ranhura de fluido 202, através dos furos de alimentação 220B. Quando o elemento de ejeção 232 é ativado para ejetar gotas de fluido, o efeito de bombeamento do elemento de ejeção 232 faz o fluido circular principalmente na direção inversa. O fluido circula de maneira similar na configuração da Figura 10.

As Figuras 11 e 12 mostram vistas de cima abaixo de conjuntos de ejeção de fluido 102, onde elementos de bombeamento 224 são pareados com elementos de ejeção 232 nos canais de fluido 218, tendo diferentes formatos, de acordo com configurações da invenção. Na configuração da Figura 11, os canais de fluido 218 têm forma de U, onde o elemento de bomba 22 4, onde os furos de alimentação de fluido 220A ficam em um lado do U, e o elemento de ejeção 232 e furos de alimentação 220B ficam no outro lado do U. O elemento de bombeamento 224 faz o fluido circular verticalmente para cima (i.e. para fora do plano), a partir da ranhura de fluido subjacente 202, através de furos de alimentação de fluido 220A, e, então, horizontalmente através do canal de fluido U 218 do elemento de bombeamento para o elemento de ejeção 232 (i.e. dentro do plano do elemento de bombeamento 224, elemento de ejeção 232, etc.), e verticalmente para cima (i.e. para o plano) de volta para a ranhura de fluido 202 através de furos de alimentação 220B. Quando o elemento de ejeção 232 é ativado para ejetar as gotas de fluido, o efeito de bombeamento do elemento de ejeção 232 faz o fluido circular principalmente na direção inversa. A configuração da Figura 12 inclui canais de fluido 218, orientados diagonalmente com respeito ao comprimento do conjunto de ejeção de fluido 102 e da ranhura de ejeção de fluido subjacente 202. A circulação de fluido na configuração da Figura 12 é similar à configuração da Figura 11.

A Figura 13 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido 102 com geradores de gotas pareados 222 com canais de circulação 218 desbalanceados, de acordo com uma configuração da invenção. Como nas configurações anteriores, a localização assimétrica do elemento de bombeamento de fluido 224 no canal de fluido 218 é a base para um fluxo unidirecional (i.e. diocidade fluidica). A colocação assimétrica do elemento de bomba 224 em direção a uma extremidade do canal 218 produz urn fluxo de fluido liquido para o lado longo do canal 218. Assim, na configuração da Figura 13, o elemento de bomba 224 opera para fazer o fluido circular horizontalmente da direita para a esquerda no canal 218 (i.e. dentro do piano da bomba 224) elemento de ejeção 232 etc., e verticalmente para cima (i.e. para fora do plano) através dos furos de alimentação 220 no lado direito do canal 218 e verticalmente para baixo (i.e. para o plano) pelos furos de alimentação 220 no lado esquerdo do canal 218.

A Figura 14 mostra uma vista de cima abaixo de um conjunto de ejeção de fluido 102 incluindo um elemento de bombeamento compartilhado entre um número de geradores de gotas 322 circundantes, via canais de circulação 218, de acordo com uma configuração da presente invenção. A localização central do elemento de bombeamento 224 entre os quatro geradores de gotas 222 faz o fluido circular verticalmente para cima (para fora do plano) através de furos de alimentação de fluido 220 adjacentes à bomba 224, horizontalmente através dos canais 218 para cada um dos geradores de gotas 222 (i.e. dentro do plano da bomba 224, e elementos de ejeção 232, etc.), e verticalmente para baixo (para o plano) através de furos de alimentação de fluido 220, em qualquer lado dos elementos de ejeção 232.

A Figura 15 mostra um diagrama de blocos de um conjunto de ejeção de fluido básico, de acordo com uma configuração da presente invenção. O dispositivo de ejeção de tinta 1500 inclui controlador eletrônico 1502, e conjunto de ejeção de fluido 102. O conjunto de ejeção de fluido 102 pode ter qualquer configuração de um conjunto de ejeção de fluido 102, como descrito, ilustrado, e/ou contemplado pela presente invenção. O controlador eletrônico 1502 inclui um processador, firmware, e outros componentes eletrônicos para comunicar com o conjunto de ejeção de fluido 102, e controlá-lo para ejetar gotas de fluido de maneira precisa. Em uma configuração, o dispositivo de ejeção de tinta 1500 é um dispositivo de impressão de jato de tinta. Assim, o dispositivo de ejeção de tinta 1500 também pode 5 incluir uma fonte de fluido/ tinta, e conjunto 1504 para suprir fluido ao conjunto de ejeção de fluido 102, um conjunto de transporte de midia 1506 para prover uma midia para receber arranjos de gotas de fluido ejetadas, e uma fonte de alimentação de energia 1508. Em geral, 10 um controlador eletrônico 1502 recebe dados 1510 de um sistema hospedeiro (host), tal como um controlador. Os dados 1510 representam, por exemplo, um documento e/ou arquivo a ser impresso, e formar uma tarefa de impressão, incluindo um ou mais comandos de tarefa de 15 impressão e/ou parâmetros de comando. A partir dos dados 1510, o controlador eletrônico 1002 define um arranjo de gotas, para ejetar tinta para formar caracteres, simbolos, e outras imagens.

Claims

1. Conjunto de ejeção de fluido (102) caracterizado pelo fato de compreender: - uma ranhura de fluido (202), formada em um primeiro substrato (200); - uma camada de câmara (216) disposta no topo de um segundo substrato (210), em que uma superfície de base do segundo substrato (210) é colada a uma superfície de topo do primeiro substrato (200); - uma placa de bocal (228) formada sobre a camada de câmara (216); - um canal (218) formado na camada de câmara (216) entre a placa de bocal (228) e o segundo substrato (210); - furos de alimentação de fluido (220A, 220B) formados entre a ranhura de fluido (202) e o canal (218); - elemento de ejeção de fluido (232), em uma primeira extremidade do canal (218); e - um elemento de bomba (224) formado no segundo substrato (210) dentro do canal (218) em uma segunda extremidade do canal, para fazer o fluido circular horizontalmente através do canal (218), e verticalmente através dos furos de alimentação de fluido (220A).

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os furos de alimentação de fluido (220A, 220B) compreenderem: um primeiro furo de alimentação de fluido (220B), adjacente ao elemento de ejeção de fluido (232); um segundo furo de alimentação de fluido (220A), adjacente ao elemento de bomba (224) .

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o primeiro furo de alimentação de fluido (220B) se encontrar entre o elemento de ejeção de fluido (232) e a primeira extremidade do canal (218).

4. Conjunto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o segundo furo de alimentação de fluido (220A) se encontrar entre o elemento de bomba (224) e a segunda extremidade do canal (218) .

5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os furos de alimentação de fluido (220A, 220B) compreenderem: - primeiro e segundo furos de alimentação de fluido (220B), adjacentes a, e em qualquer dos lados do elemento de ejeção de fluido (232); e um terceiro furo de alimentação de fluido (220A), adjacente ao elemento de bomba (224) .

6. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os furos de alimentação de fluido (220A, 220B) compreenderem: - primeiro e segundo furos de alimentação de fluido (220A), adjacentes a, e em qualquer dos lados do elemento de bomba (224); e um terceiro furo de alimentação de fluido (220B) adjacente ao elemento de ejeção de fluido (232).

7. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os furos de alimentação de fluido compreenderem: - primeiro e segundo furos de alimentação de fluido (220B), adjacentes a, e em qualquer lado do elemento de ejeção de fluido (232); e - terceiro e quarto furos de alimentação de fluido (220A), adjacentes a, e em qualquer lado do elemento de bomba (224) .

8. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o canal (218) ter a forma de U.

9. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o canal (218) ser diagonalmente orientado em relação à dimensão do comprimento da ranhura de fluido (202) .

10. Conjunto de ejeção de fluido (102) caracterizado pelo fato de compreender: - primeiro e segundo substratos (200, 210), uma superfície de topo do primeiro substrato (200) colada a uma superfície de base do segundo substrato (210); - uma ranhura de fluido (202) formada no primeiro substrato (200) ; - uma camada de câmara (216), formada em uma superfície de topo do segundo substrato (210) e tendo um canal (218) definido ali; - uma placa de bocal (228) formada sobre a camada de câmara (216); - furos de alimentação de fluido (220A, 220B) formados através do segundo substrato (210), para prover uma comunicação fluida entre a ranhura de fluido (202) e o canal (218) ; - um elemento de ejeção (232) disposto no canal (218) ; e - um elemento de bomba (224) formado no segundo substrato (210) dentro do canal (218), para prover uma circulação fluida horizontal através do canal (218), entre o elemento de bomba (224) e o elemento de ejeção (232), e circulação fluida vertical através dos furos de alimentação de fluido (220A, 220B) entre o canal (218) e a ranhura de fluido (202) .

11. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o canal (218) compreender múltiplos canais, que se intersectam em uma primeira extremidade, em que o elemento de bomba (224) é disposto na intersecção dos canais, e um elemento de ejeção (232) é disposto em uma segunda extremidade de cada canal, o elemento de bomba (224) provendo uma circulação de fluido horizontal através dos canais entre o elemento de bomba (224) e cada elemento de ejeção (232), e uma circulação de fluido vertical através dos furos de alimentação de fluido (220A, 220B) entre os canais e a ranhura de fluido (202) .

12. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o elemento de bomba (224) ser localizado assimetricamente em relação a um ponto central ao longo do canal (218).