CN100391742C - 带流体密封的喷墨打印头 - Google Patents

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Abstract

喷墨打印头，包括：多个喷嘴，每个喷嘴都向待打印的表面喷射墨滴；其中每个喷嘴都带有至少部分地通过开孔顶部所确定的喷嘴腔，顶部被连接到执行机构上以便执行机构将顶部从待打印的表面移开喷射墨水；其中，顶部四周带有的悬垂侧壁与从相对的底部伸出的周围侧壁套筒式接合而确定所述喷嘴腔，利用墨水所具有的表面张力在打印头正常工作时在所述两个侧壁之间对墨水形成有效的流体密封。

Description

带流体密封的喷墨打印头
技术领域
本发明涉及一种喷墨打印头。尤其涉及用于移动喷嘴喷墨的流体密封。
背景技术
大多数采用微型机电系统(MEMS)技术制造的喷墨打印头已经在带有喷嘴腔层内基板顶部的微型机电系统层的喷嘴腔结构内被采用。每个喷嘴腔都带有由执行机构驱动的可移动搅料桨以便在接收到对执行机构的电信号时，通过与喷嘴腔配套的喷嘴使墨水成为墨滴。这种结构设计在于2000年4月27日以WO 00/23279为国际公开号公开的国际专利申请PCT/AU99/00894中公开了。
本发明是在取消搅料桨而通过减小喷嘴腔的大小在喷嘴处强制形成墨滴是有利的这一认识的基础上而形成的。通过执行机构在喷嘴腔内向下移动喷嘴自身，从而实现了取消搅料桨、简化了结构并且提供一种墨水不容易从喷嘴腔漏出的环境。
发明内容
本范例提供的喷墨打印头包括：
多个喷嘴，每个喷嘴都向待打印的表面喷射墨滴。
每个喷嘴都带有至少部分通过开孔顶部所确定的喷嘴腔，顶部被连接到执行机构上以便执行机构将顶部从待打印的表面移开以便喷射墨水；其中
顶部四周带有的悬垂侧壁与从对面底部伸出的周围侧壁伸缩接合以确定所述喷嘴腔，利用墨水所具有的表面张力在打印头正常工作时在所述两个侧壁之间对墨水形成有效的流体密封。
优选地，所采用的喷嘴腔能够通过底板上的至少一个导墨管供应墨水。
优选地，套筒式相互接合的侧壁中的一个带有U形横截面配置结构，包括与另一侧壁靠近的近端壁、以及实质上与近端壁并行并保持固定的间隔的远端壁，在近端和远端壁之间形成一个凹槽。
优选地，从顶部四周悬垂的侧壁位于从底部延伸侧壁内，从底部延伸侧壁带有所述U形结构，形成一开放的凹槽用来接收和盛装墨水。
附图说明
虽然还存在一些其它形式，但是现在对照图纸进行范例说明是课题发明的首选形式，在本发明的附图中：
图1是移动喷嘴喷墨组件的部分剖面透视图，
图2类似图1，显示的是为了使墨滴从喷嘴挤出而移动喷嘴使喷嘴弯曲的执行机构。
图3类似图1，显示的是已经返回原来位置的喷嘴以及墨滴从喷嘴喷射。
图4显示的是图2所显示仪器的中线横截面图。
图5类似图1，显示的是备选喷嘴搅拌杆的使用。
图6类似图5，显示的是弯曲执行机构的弯曲以及墨滴从喷嘴挤出。
图7类似图5，显示的是弯曲执行机构伸直以及墨滴从喷嘴的喷射。
图8类似图1，没有进行部分剖面。
图9类似图8，去除了喷嘴和弯曲执行机构，并且显示了喷嘴腔内的任意收缩。
图10类似图9，去除了上层结构，并且
图11类似图1，显示了弯曲执行机构剖面图，并且拆除了执行机构固定装置供更详细的观察。
具体实施方式
参照本文开始部分我们的待审批专利申请所说明，最值得一提的是利用微型机电系统和CMOS技术能够同时生产大量类似的喷嘴。
为了便于详细的说明，下面对单个喷墨喷嘴的构造进行单独的说明。
在前面所提到的普通型号的喷墨结构当中，墨水是通过搅料桨在喷嘴腔内的移动而从喷嘴腔喷射出来的，根据本发明，取消搅料桨，并且墨水是通过喷嘴腔上表面的开口(喷嘴)喷射出来的，喷嘴腔上表面在弯曲执行机构的作用下向下移动，减小了喷嘴腔的容积同时使墨水从喷嘴喷出。
贯穿本说明书的术语“喷嘴”可以理解为确定开口的元件而非开口本身。另外，相对术语“上面”和“下面”以及类似术语应当在使用时与所附图纸相对照并且在理解时不应当局限于使用时喷墨喷嘴的方向。
现在参照所附图1到图3，喷嘴是通过微型机电系统系数配置在基板1上，该技术确定了墨水从供墨孔2开口通过六边形开口3(该处可以采取任何其它适当的配置)进入喷嘴腔4，喷嘴腔4是由喷嘴腔底部5，顶部6和四周侧壁7以及8确定的，这些构成喷嘴腔的部件采取可伸缩套管的方式配置。侧壁7垂直向下悬挂在顶部6上，其大小规格应当能够在垂直向上悬挂在底部5上的侧壁8内上下移动。喷射喷嘴是利用位于顶部6上的边缘9成形的以确定用于从喷嘴腔喷射墨水的开口，具体参照下面的具体说明。
顶部6和垂直向下悬挂的侧壁7利用弯曲执行机构10进行支撑，通常情况下弯曲执行机构10是由受到非加热悬臂所限制的焦尔加热悬臂形成层构成的，目的是在加热焦尔加热悬臂时由于在焦尔加热悬臂和非加热悬臂之间不同的热膨胀而使弯曲执行机构10进行弯曲。弯曲执行机构的近侧端11固定在基板1上，并且通过固定部件12防止弯曲执行机构向后移动，在下面将对固定部件12进行具体的说明，同时将远侧端13固定并支撑在喷墨喷嘴的顶部6和侧壁7上。
在使用当中墨水是通过通道2和开口3提供进入喷嘴腔的，但是在通常情况下如同前面我们的待审批专利申请当中所说明的那样。当准备从喷嘴腔喷射出墨滴时，将向弯曲执行机构10提供电流使执行机构向图2所指示的位置进行弯曲同时使顶部6向下移向底部5。这种相对移动减小了喷嘴腔的体积，使墨水按照图2当中14所显示向上涌出通过喷嘴边缘9，在图2当中14所指示的位置处墨水在表面张力的作用下形成墨滴。
当断开弯曲执行机构10的电流时，执行机构能够按照图3所示恢复到伸直状态，向上移动喷嘴腔顶部6到原来的位置。形成墨滴14的部分动量使墨滴继续向上移动形成图3所示的墨滴15，该墨滴被喷射到相邻的纸张表面或者其它带打印的物体上。
发明的范例之一是底部5上的开口3相对喷嘴腔的横截面积较大，被喷出喷嘴边缘9的墨滴由于开口2侧壁的粘性阻力而从顶部向下移动，在供墨管当中墨水从墨槽(未显示)向开口2移动.这是与以前的喷墨喷嘴不同的地方，在喷嘴腔内的背压使喷嘴腔受到激励时使墨水从喷嘴边缘喷出，这是由于在喷嘴腔的最接近位置存在一个或者多个挡板所造成的。这种结构类型能够用于以上说明的移动喷嘴喷墨，并且将参照图9和图10做进一步的说明，但是在图1到图3所显示的发明范例当中，背压主要是由于粘性阻力和供墨管内墨水的惯性所造成的。
为了防止墨水在激励时从喷嘴腔泄露。在弯曲执行机构10弯曲的过程当中，在侧壁7和8之间将形成射流密封，有关于此将参照图3和图4进行进一步的讨论。
侧壁7和8的几何特点可以保证墨水通过表面张力保持在喷嘴腔内，因此在顶部6和底部5做相对移动的过程当中墨水被保持在喷嘴腔内。在相对移动结束时，在向下悬挂的侧壁7和向上悬挂的侧壁8互相面对的表面16之间具有非常微小的间隙。在图4能能够清晰的看到墨水(显示为阴影区域)保持在向下悬挂侧壁7和最靠近两个侧壁的向上伸出侧壁的内表面16之间的小孔，由于非常靠近侧壁，所以可以通过表面张力保证通过自由开口17的墨水“自身密封”。
为了使由于杂质或其它因素破坏表面张力能够使墨水逃脱表面张力束缚，向上悬挂的侧壁8在制作时使面向上的凹槽不仅仅具备内表面16，而且在并行的外表面18上形成了U形的凹槽19。任何在表面7和16之间逃脱的墨滴，溢出进入U形凹槽，在此墨滴被限制而非通过“毛细作用”渗透通过喷嘴层表面。为此，制作了双壁射流密封装置以便有效的在喷嘴移动机构内保持墨水。
正如我们在以前所讨论的，在某些情况下可以根据具体要求提供“喷嘴搅拌杆”以清除任何可能堵塞喷嘴开口的杂质并且保证从喷嘴所喷射的墨滴的清洁和清晰。当前范例当中为移动喷嘴喷墨配置搅拌杆的结构显示在附图5，6和7当中。
图5类似于图1，在喷嘴腔底部开口3上跨接连接梁20，在该连接梁上安装向上伸出的搅拌杆21，其尺寸在激励时能够保证搅拌杆伸入和/或通过喷嘴面。
如图6所示，当顶部6在弯曲执行机构10的弯曲作用下向下移动时，搅拌杆21将向上伸入喷嘴室9的开口并且分离突出的墨滴14。
当顶部6返回到原来的位置而弯曲执行机构10如图7所示伸直时，将如同前面所叙述的形成墨滴并喷射，同时搅拌杆21将有效的推动或破坏任何可能在喷嘴边缘形成的并且可能堵塞喷嘴的干燥墨水。
设计期望弯曲执行机构10弯曲时能够使顶部向下移动到图2所示的位置，顶部相对于底部5倾斜导致喷嘴不沿着与被打印表面形成墨滴点平行的方向移动。该方向如果不校正将导致墨滴15从喷嘴沿着不与喷嘴底部5平面特别垂直的方向喷出。这会导致打印的不精确，尤其是当某些喷嘴处于某一方向而其它喷嘴处于不同方向，通常为相反方向时。
非垂直移动的校正能够按照图8所示提供非对称形状的喷嘴边缘9来达到。通常情况下，通过更靠近弯曲执行机构10的末端22的喷嘴更宽并且更平坦，而远离弯曲执行机构的末端23的喷嘴更窄并且更尖锐。在末端23喷嘴边缘的变窄增加了喷嘴狭窄部分的表面张力，当墨滴从喷嘴喷出时导致箭头24A所指示的指向弯曲执行机构的净滴落向量力。这种力沿着与顶部6不垂直的方向推动墨滴并且用来补偿在墨滴喷射顶部倾斜方向所产生的影响。
一定要注意喷嘴边缘9加工的形状和特点，因为良好的加工可能完全补偿激励过程当中顶部6倾斜所造成的影响并沿着垂直于底部5的方向从喷嘴推动墨滴。
如上所述，尽管喷嘴腔内保持对墨水的背压可以通过供墨管的粘性阻力来提供，但是也可以通过靠近喷嘴时的显著压缩而对移动喷嘴喷墨提供背压。通常情况下，如图9和图10所示，该结构在基板层被提供。图9显示了向内部悬挂一个或者多个挡板部件24的侧壁，这些挡板部件导致紧靠喷嘴腔下面的开口25的横截面被限制。该开口结构可以在图10当中看到，在该图当中上部已经拆除以便于清晰观察(图9所示)。本发明范例可以在开口附近的相邻位置允许布置移动喷嘴喷墨所需要的辅助部件例如电源线和信号线。尽管使用有限的挡板具备这些优点，但是也造成喷嘴腔添注的时间过长并在某些使用场合不适当的限制了打印机操作的速度。
通过位于与远侧端13连接的非加热悬臂29之上的焦尔加热悬臂28所形成的弯曲执行机构需要安全的固定以防止在近侧端11位置焦尔加热悬臂28和非加热悬臂29之间出现相对移动，同时向焦尔加热悬臂28供电。图11显示了带有底部30和侧部31的U形固定装置12，每个固定装置都带有更低的端部，或者嵌入在基板26内。U形弯曲执行机构使端壁30具有更大的刚度以防止当弯曲执行机构移动时端壁30相对于基板26出现任何弯曲或者变形。
非加热悬臂29带有向外伸出的前端部件32，该部件位于侧壁31的凹槽33内，可以进一步的增强刚度，并且防止固定装置27附近的非加热悬臂29和焦尔加热悬臂28之间的相对移动。
由此，弯曲执行机构的近侧端必须安全而牢固的固定并且在固定装置附近防止焦尔加热悬臂和非加热悬臂出现任何相对移动。这样有效增强了移动喷嘴喷墨顶部移动的效率。

Claims (4)

1.喷墨打印头，包括：
多个喷嘴，每个喷嘴都向待打印的表面喷射墨滴；其中
每个喷嘴都带有至少部分地通过开孔顶部所确定的喷嘴腔，顶部被连接到执行机构上以便执行机构将顶部从待打印的表面移开喷射墨水；其中，
顶部四周带有的悬垂侧壁与从相对的底部伸出的周围侧壁套筒式接合而确定所述喷嘴腔，利用墨水所具有的表面张力在打印头正常工作时在所述两个侧壁之间对墨水形成有效的流体密封。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所采用的喷嘴腔能够通过底层基板上的至少一个导墨管供应墨水。
3.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，套筒式相互接合的侧壁中的一个带有U形横截面配置结构，包括与另一侧壁靠近的近端壁、以及实质上与近端壁平行并保持固定的间隔的远端壁，在近端和远端壁之间形成一凹槽。
4.如权利要求3所述的喷墨打印头，其中，从顶部四周悬垂的侧壁位于从底部延伸的侧壁内，从底部延伸的侧壁带有所述的U形结构配置，形成一开放的凹槽用来接收和盛装墨水。
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