CN101090828B - 流体喷射装置喷嘴阵列配置 - Google Patents

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Abstract

一种流体喷射装置包括基材，所述基材具有第一喷嘴阵列和第二喷嘴阵列，每个喷嘴阵列都有多个喷嘴，并沿着第一方向排列，第一喷嘴阵列在第二方向上与第二喷嘴阵列间隔开排列。第一流体输送通路与第一喷嘴阵列成流体连通，而第二流体输送通路与第二喷嘴阵列成流体连通。第一喷嘴阵列的各喷嘴具有第一开口面积并沿着第一喷嘴阵列排列。第二喷嘴阵列的各喷嘴具有第二开口面积，第二开口面积小于第一开口面积。第二喷嘴阵列的至少一个喷嘴安排在第一方向上偏离第一喷嘴阵列的至少一个喷嘴。

Description

流体喷射装置喷嘴阵列配置
                  发明领域
本发明一般涉及流体喷射系统，更具体地说，涉及与这些系统有关的流体喷射装置。
                  发明背景
喷墨打印系统是数字式控制流体喷射系统的一个例子。喷墨打印系统通常是归类为墨滴按需要(drop-on-demand)的打印系统或连续打印系统。
已知墨滴按需要的打印系统在墨滴形成机构的某个方面包括加热器。经常称之为“喷泡墨滴喷射器”或者“热致喷墨墨滴喷射器”的这些机构包括一个或多个电阻加热元件，所述电阻加热元件当工作时(例如，加电流到电阻加热元件上)，使一部装在流体室中的流体蒸发，同时产生蒸汽气泡。随着蒸汽气泡膨胀，液体室中的液体通过喷嘴孔排出。当机构未工作时(例如，使电流离开电阻加热器)，蒸汽气泡破裂，同时让液体室再灌装液体。
在热致喷墨打印装置中，通常有数百个热致喷墨墨滴喷射器，这些墨滴喷射器分组成一个或多个阵列。对于高分辨率打印及对高产打印来说，大量墨滴喷射器用于高度寻址能力是有用的。在彩色打印系统中，通常用不同的墨滴喷射器阵列来打印至少青色、品红色和黄色油墨。
热致喷墨打印头可分类成表面喷出(face shooting)装置或者边缘喷出装置。在两种类型配置中，电阻加热元件通常是在一基材如硅片(silicon die)的平表面处或附近与驱动和寻址电子元件一起形成。在表面喷出装置中，液滴垂直于基材的平面喷射。表面喷出装置包括根部喷出器和背部喷出器二者。在根部喷出装置中，油墨喷射的方向与气泡生长的方向相同。在背部喷出器中，油墨喷射的方向与气泡生长的方向相反。在边缘喷出装置中，墨滴朝一基本上平行于基材平面的方向喷射。在表面喷出装置中，喷嘴孔可以很容易以两维配置形成。在边缘喷射装置中，喷嘴孔通常是沿着装置的边缘排列在一行内。
在高分辨率范围内，高产打印机可以有多个打印头或硅基材，以便提供多个所需的喷嘴阵列。例如，在彩色打印机中，可以有四个分开的打印头用于打印青色、品红色、黄色和黑色油墨。为了得到极好的图像质量，必须使不同阵列中的对应斑点对准。对于分开的打印头的情况，为得到合适的图像质量，一般必须对打印头实施后续的对准。某种对准通常是用机构方法，例如通过使打印头与设置在打印机内的基准面物理接触进行。在打印机中还可以进行对打印头未对准的电子补偿。例如，为了选择不同阵列中哪些喷嘴彼此对应用于最佳对准，及为了设定打印头启动的相对定时，可以采用印刷测试图案。
用于不同喷嘴阵列对准的一个解决方案是在同一硅片上制造所有的阵列。美国专利5030971描述了一种具有加热元件基材的打印头，所述加热元件基材带有至少两个油墨入口和相应的喷嘴阵列及它们相关的加热元件。在这种配置中，可以这样使用油墨入口，以便每个入口都进给不同颜色的油墨。在不同的应用中，它们全都可以进给单色油墨。此外，在油墨入口的两侧上的喷嘴可以彼此相对交错，以便提供双重可寻址的打印分辨率。美国专利5030971还揭示，如果多个油墨入口进给相同类型的油墨，及如果各喷嘴阵列还彼此相对偏移一部分喷嘴间隙，则甚至更高可寻址的打印分辨率也是可行的。
在美国专利6543879中还描述了类似于美国专利5030971提供多个交错的线性喷嘴阵列用于高单道次打印分辨率的方法。
在同一硅片上形成的阵列制成具有在照相平版印刷法和微电子工艺流程中所固有的高精度，所述高精度提供足够的对准。然而，在某些应用中，在一个硅片上形成所有所要求的阵列可能造成硅片尺寸增加过大，以致成本太高。
一种可供选择的方案是将多个硅片结合到共用的支承件上。结合到同一基材上的不同硅片上的阵列之间的相对对准不象在单一硅片内那样精密(比如在1微米范围内)，但用这种方法仍然可以把颇高的对准精度(比如在10微米范围内)加到打印头中。
将多个热致喷墨片结合到共用支承件上的例子是页宽阵列。目前大多数热致喷墨产品都是盒式打印机，并包括打印阵列长度为约1-3cm的片。这些阵列通常是横跨纸张(基本上垂直于阵列长度方向)扫描，以便打印一行。然后使纸朝平行于阵列长度的方向前进，以便打印头可以打印下一行。在页宽阵列打印机中，横跨纸张的整个长度设置墨滴喷射喷嘴，以便不必有在打印头和纸张之间沿着阵列宽度的方向相对运动。由于制造产率，可能制造高质量打印阵列价格过高，上述打印阵列包括一单片，需要至少是20cm长。作为替代，而页宽打印头是通过将多个片结合到共用支承件上装配。对于页宽打印头来说，将N个片这样设置，以使组合的阵列长度近似地是规定片上阵列长度的N倍。片可以首尾相连或者成交错方式设置。对于交错式配置，相邻片的打印区有某种重叠是可能的，因此总的阵列长度比单个阵列长度的N倍小一点儿。
对于某些盒式打印机应用，将多个片结合到同一支承件上也是有利的。美国专利6659591描述了一种打印头的构造，所述打印头具有第一顶部喷出(roof shooting)片和第二顶部喷出片，上述第一顶部喷出片带有油墨入口和用于青色、品红色和黄色油墨的喷射器，而上述第二顶部喷出片带有油墨入口和用于黑色油墨的喷射器。两个片都结合到同一支承件上。在这种打印头中，片通常与喷嘴阵列结合，上述喷嘴阵列基本上是相互平行而不是首尾相连的方式。在这种应用中设计用于基材上多个片的目的是打印单元的紧凑性及某种程度的内装式精密对准。
在某些打印应用中，有不同墨滴发生元件组是有用的，因此把每组都设计成喷射特定墨滴尺寸的微滴。用于规定的热致喷墨墨滴喷射器的名义液滴体积，主要是取决于一些设计参数，如加热器面积、喷嘴孔面积和室几何形状，并且还在一定程度上取决于流体喷射的性能。热致喷墨墨滴发生器只能通过一些方法如修改加到电阻加热元件上的电流脉冲链来提供稍微有限的墨滴尺寸的变动范围。因此在希望通过将不同体积的油墨沉积在每个像素位置上进行灰度打印的一些应用中，提供多个喷嘴阵列以使墨滴发生器在每个阵列中打印规定的墨滴体积是有用的，上述规定的墨滴体积与不同阵列中由墨滴发生器所喷射的墨滴体积不同。美国专利4746935公开了一种打印头，此处将成一排的三个墨滴发生器加权，以便按1∶2∶4的比例提供墨滴体积。这排不同大小的墨滴发生器在打印期间平行于打印头的扫描方向，因此，通过合适的启动定时，可以使来自三个不同大小的墨滴发生器中的每一个的墨滴都落在纸上的同一位置。打印在同一像素位置上的墨滴大小的不同组合可以提供高达8个不同的油墨覆盖水平。
美国专利5412410公开了一种边缘喷出器式热致喷墨打印头，其中两组喷嘴共线式排列，此处第一组喷嘴以交替方式与第二组喷嘴等间距地间隔开。两组喷嘴产生不同的墨滴尺寸。通过第二组喷嘴相对于第一组喷嘴合适的启动定时，可以用这种配置将小墨滴定位在大墨滴之间的间隙处。在所公开的配置中，小墨滴是与大墨滴相同的油墨类型。多组喷嘴排列在边缘喷出器上的缺点是由于要求所有喷嘴排成一行，而限制了喷嘴分辨率。
美国专利6592203公开了一种打印头，所述打印头有一行一个尺寸的喷嘴，所述一行喷嘴与第二行喷嘴以交替方式设置，第二行喷嘴平行于第一行喷嘴，并有不同的喷嘴尺寸。在该专利所公开的打印方法中，把若干列像素位置排列在打印介质上。在第一组像素位置列中，可以将规定油墨类型的大点打印在第一像素位置中。在与第一组像素列交错的第二像素位置列中，同一类型油墨的小点可用来打印。这样能使纸张前进与一使喷嘴分辨率加倍的分辨率相适应。
如上所述，在打印系统中，提供不同尺寸的墨滴喷射器，以便用不同的墨滴体积可以选择性地喷射至少一种油墨有时是有利的。此外，提供与喷射的不同的液体相对应的不同尺寸的墨滴喷射器有时是有用的。某些油墨类型在打印介质上具有与其它油墨类型不同的散布性能。例如，有时把彩色油墨设计成迅速渗入无涂层的纸(因此相邻的打印色彩不相混合)，而可以把黑色油墨设计成缓慢地渗入这些纸。这使黑色油墨能更可控制地散布，同时没有不希望有的沿着纸纤维的芯吸，因此黑色文本可以是清晰而鲜明。在这种打印系统中，对黑色墨滴喷射器来说，理想的情况是喷射比彩色墨滴喷射器大的墨滴体积，以便能完全覆盖纸。
美国专利5570118公开了一种彩色打印系统，其中用两个不同的打印头打印两种不同的黑色油墨。第一黑色打印头喷射具有高表面张力(大于40达因/cm)的油墨，以使它不快速散布，并适合于各行上的锐边和文本。该第一黑色打印头与一组用于喷射青色、品红色、黄色和第二种类型黑色油墨的一组辅助打印头分开一个间隙。各辅助打印头中的每种油墨都有一小于40达因/cm的表面张力。表面张力低的油墨往往会更迅速地渗入纸张，且不太可能渗漏到相邻的不同色彩的打印油墨的区域中。意图是利用辅助打印头来打印图像的彩色部分，及用第一黑色打印头来打印仅含黑色的图像部分。两个不同的墨色墨滴喷射器阵列在分开的打印头上的这种配置的一个缺点是，将分开的打印头对准以使不同黑色阵列的斑点在对准误差小于一个像素间距情况下彼此相对精确定位很困难。
                   发明概述
按照本发明的一个方面，流体喷射装置包括基材，所述基材具有第一喷嘴阵列和第二喷嘴阵列，每个喷嘴阵列都有多个喷嘴，并沿着第一方向排列，第一喷嘴阵列在第二方向上排列成与第二喷嘴阵列间隔开。第一流体输送通路与第一喷嘴阵列成流体连通，而第二流体输送通路与第二喷嘴阵列成流体连通。第一喷嘴阵列的各喷嘴具有第一开口面积，并沿着第一喷嘴阵列以间距P排列。第二喷嘴阵列的各喷嘴具有第二开口面积，第二开口面积小于第一开口面积。第二喷嘴阵列的至少一个喷嘴安排成在第一方向上偏离第一喷嘴阵列的至少一个喷嘴一个小于间距P的距离。
按照本发明的另一方面，打印头包括一个或多个这种安排在支承件上的流体喷射装置。流体源与每个流体喷射装置的第一和第二流体输送通路中每一个成流体连通。墨滴形成机构与第一喷嘴阵列的多个喷嘴中的每个喷嘴及第二喷嘴阵列的多个喷嘴中的每个喷嘴可操作地相联。
                   附图简介
图1是包括按照本发明所述的包含流体喷射装置的流体喷射系统的示意图。
图2A是带两个偏移的喷嘴阵列的流体喷射装置的顶视图，所述两个喷嘴阵列具有不同的开口面积和相应的缝隙进给式流体输送通路。
图2B是当沿着虚线2B-2B看时的剖视图。
图3是带两个偏移的喷嘴阵列的流体喷射装置的顶视图，所述两个喷嘴阵列具有不同的开口面积和相应的边缘进给式流体输送通路。
图4是带两个偏移的喷嘴阵列的流体喷射装置的顶视图，所述两个喷嘴阵列具有不同的开口面积，一个喷嘴阵列是缝隙进给式，而另一个喷嘴阵列是边缘进给式。
图5是带三个喷嘴阵列的流体喷射装置的顶视图，两个喷嘴阵列偏移，且具有不同的开口面积，及相应的缝隙进给式流体输送通路。
图6是带三个流体喷射装置的流体发射器或打印头的顶视图，每个都带偏移的具有不同开口面积的喷嘴阵列。
图7是喷墨打印头的剖视图，所述喷墨打印头具有三个安装在支承件上的流体喷射装置，及各自独立的流体输送源。
图8是喷墨打印头的剖视图，所述喷墨打印头具有四个安装在支承件上的流体喷射装置，及各自的组合式流体输送源。
图9是带三个流体喷射装置的流体发射器或打印头的顶视图，每个流体喷射装置都带具有不同开口面积的偏移的喷嘴阵列，一个流体喷射装置旋转。
图10是带两个流体喷射装置的流体发射器或打印头的顶视图，每个流体喷射装置都带三个喷嘴阵列，其中两个喷嘴阵列有不同的开口面积。
图11是带一个流体喷射装置的流体发射器或打印头的顶视图，所述流体喷射装置有六个喷嘴阵列，其中某些喷嘴阵列偏移并具有不同的开口面积。
图12是两个偏移的喷嘴对列对应的喷嘴之间有某种重叠的流体喷射装置的顶视图。
图13是具有两维流体喷射装置排列的打印头的顶视图，每个流体喷射装置都有两个具不同开口面积的偏移的喷嘴阵列。
                 发明详细说明
下面按照打印应用说明本发明。然而，一般说来，本发明的流体喷射装置在下述应用中通常是有用的：希望从具有两种不同开口面积的喷嘴阵列中喷射流体微滴，这样把喷射的微滴设计成相互精确重合送到，但两个不同喷嘴尺寸中的微滴之间稍有偏移；和另外，与较小喷嘴所喷射的流体相比，无论是相同还是不同的流体都可以从较大的喷嘴喷射。照这样，除了打印之外，本发明在涉及生物医学应用、化学分析，或通过逐次沉积材料微滴的微型制造的领域中也许是有用的。许多利用类似于喷墨打印头装置的其它应用随之出现，但它排出必须精细计量并用高空间精度沉积的流体(与油墨不同)。即使在打印应用的范围内，也可能希望喷射不是用来记录信息的油墨的流体。照这样，如本文所述，术语流体涉及任何可通过下述流体喷射装置喷射的材料。
参见图1，图1示出流体喷射系统10如喷墨打印机的示意图。系统包括数据(比如说图像数据)源12，所述数据源12提供信号，该信号由控制器14译释为命令喷射墨滴。控制器14将信号输出到电能脉冲源16，上述电能脉冲输入到流体喷射分系统100，例如喷墨打印头，所述流体喷射分系统100包括至少一个流体喷射装置110。本发明的各种不同实施例属于下述类型，即流体喷射装置具有多个喷嘴阵列和多个相应的流体输送通路。在图1所示的实施例中，有两个喷嘴阵列。第一喷嘴阵列120中的喷嘴121具有比第二喷嘴阵列130中的喷嘴131大的开口面积。各喷嘴阵列在基材111上形成。与每个喷嘴阵列流体连通的是相应的流体输送通路。流体输送通路122是与喷嘴阵列120流体连通，而流体输送通路132是与喷嘴阵列130流体连通。流体输送通路122和132的一部分在图1中示出为穿过基材111的开口。在流体喷射分系统100中包括一个或多个流体喷射装置，但只示出流体喷射装置110。把一个或多个装置安排在支承件上，所述支承件也未示出。将流体供应到流体输送通路。在图1中，第一流体源18通过流体输送通路122将流体供应到第一喷嘴阵列120，而第二流体源19通过流体输送通路132将流体供应到第二喷嘴阵列130。尽管示出了不同的流体源18和19，但在某些应用中，有一个单独的流体源分别通过流体输送通路122和132把流体供应到喷嘴阵列120和130也许是有利的。在图1中未示出的是与喷嘴相联的墨滴形成机构。墨滴形成机构可以是各种不同类型，其中一些类型包括加热元件，或者压电传感器，或者执行机构，上述加热元件使一部分流体蒸发，并由此引起喷射微滴，上述压电传感器限制流体室的体积，并由此引起喷射，上述执行机构制成(例如通过加热双层元件)移动，并因此引起喷射。在任何情况下，都把来自脉冲源16的电脉冲按照所希望的沉积图案传送到不同的墨滴喷射器。由于有较大的喷嘴开口面积，所以从喷嘴阵列120喷射的微滴181大于从喷嘴阵列130喷射的微滴182。通常分别与喷嘴阵列120和130相联的墨滴形成机构(未示出)的其它方面也是尺寸不同，以便优化墨滴喷射过程用于不同尺寸的墨滴。在工作期间，流体例如油墨的微滴沉积在记录介质20上。
图2示出本发明的流体喷射装置110的第一实施例。流体输送缝隙128和138穿过基材111形成。各流体输送缝隙在x方向上沿着基材的长度延伸，因而每个缝隙都形成一个通道，以便把流体供应到沿着其相应长度安排的喷嘴中。喷嘴阵列120包括两组喷嘴。喷嘴组120a沿着流体输送缝隙128的一侧排列，而喷嘴组120b沿着缝隙128的另一侧排列。喷嘴组130a和130b类似的是相对于流体输送缝隙138排列。喷嘴阵列120在y方向上与喷嘴阵列130间隔开。每个分组中的喷嘴都示出为在x方向上成直线排列。在某些应用中，每个分组内相邻的喷嘴都可以设计成在y方向上具有轻微的偏移，例如排列成锯齿图案。一般说来，各喷嘴是沿着流体输送缝隙基本上在x方向上成直线排列。喷嘴组120a中的各喷嘴以间距P排列。换句话说，喷嘴组120a中的相邻喷嘴如喷嘴123和125在x方向上间隔距离为P。在图2a所示的配置中，喷嘴组120b中的各喷嘴也以间距P间隔开，而喷嘴组130a和130b中的喷嘴也如此。喷嘴组120b中的喷嘴在x方向上相对于喷嘴组120a中的相应喷嘴偏移量为P/2。如在喷嘴阵列120中从左到右所看到的，第一喷嘴是喷嘴组120a中的喷嘴123，第二喷嘴是喷嘴组120b中的喷嘴124(并且在x方向上远离喷嘴123的距离为P/2)，而第三喷嘴是喷嘴组120a中的喷嘴125(并且在x方向上远离喷嘴124的距离为P/2)。通过使喷嘴组120a和120b交错(各具有间距为P)，流体喷射装置具有第一喷嘴阵列，所述第一喷嘴阵列能在x方向上以间隔距离为P/2为中心喷射微滴。喷嘴组130中的各喷嘴有同样间距。此外，在图2A的配置中，喷嘴组130的各喷嘴在x方向上偏移一距离为距喷嘴组120的喷嘴P/4。在流体喷射装置110中从左向右，第一喷嘴是喷嘴123，第二喷嘴是喷嘴133，第三喷嘴是喷嘴124，第四喷嘴是喷嘴134，及第五喷嘴是喷嘴125。因此，从左向右，在流体喷射装置中的喷嘴是在喷嘴阵列120中较大开口面积的喷嘴和喷嘴阵列130中较小开口面积的喷嘴之间交替。在流体喷射装置110上两个相邻的喷嘴之间在x方向上的距离为P/4。
在许多应用中，理想情况是喷嘴组120a中喷嘴的开口面积与喷嘴组120b中喷嘴的开口面积相同，但在某些应用中，喷嘴组120a中的喷嘴与喷嘴组120b中的那些喷嘴具有不同的开口面积也许是理想的。这对喷嘴组130a和130b中各喷嘴同样适用。
图2B示出流体喷射装置110的剖视图。在基材111上形成多层。对不同类型的流体喷射器来说，层数和每层的功能都不同。直接在基材111上方可以有一隔离层112。有一层或多层113形成墨滴发生器(也就是说，墨滴形成机构)及相关的保护材料。在图2B中，墨滴发生器示出为电阻加热器，如对应于喷嘴阵列130中喷嘴的加热器115，及对于于喷嘴阵列120中喷嘴的加热器114。将一个或多个室形成层构成图案，以便提供装墨滴发生器附近流体的室(如室152)。在一个或多个室形成层上方的是喷嘴板层150，在所述喷嘴板层150中使喷嘴阵列形成图案。通常是每个室有一喷嘴。将流体供应到喷嘴阵列120的流体输送通路122包括基材111中的缝隙128，加上基材上各层中通向喷嘴阵列120的流体室的任何通道。
图2示出在阵列内以均匀间距排列的喷嘴。在某些应用中，在实施主要功能(如打印)的阵列中可以有一主要喷嘴组，和在实施不同功能的阵列中有一辅助喷嘴组。这些辅助喷嘴可以设置，以便实施不同的维护功能，如排除装置中的空气。辅助喷嘴可以形成，以便在制造或墨滴喷射时减少末端作用。辅助喷嘴可以有与主喷嘴阵列中那些喷嘴不同的开口面积，并且它们也可以按不同的间距排列。在某些应用中，可以把各辅助喷嘴连接到流体输送通路上，而在另一些应用中，它们可以不连接。各辅助喷嘴可以有或者可以没有与它们相联的墨滴形成机构。对没有辅助喷嘴的一些应用来说，可以把所有喷嘴看成是主喷嘴。
在许多打印应用中，对于与特定打印流体相对应的主喷嘴来说，理想的情况是它们以均匀的间距排列。在另一些应用中，于沿着喷嘴阵列的喷嘴间距中引入某种不均匀性也许是理想的情况。在这种情况下，喷嘴间距被定义为沿喷嘴阵列的平均喷嘴间距。
图3示出本发明的流体喷射装置116的第二实施例。在该实施例中，喷嘴阵列120用的流体通路绕基材的长边前进，同时通向沟道129，所述沟道129沿着x方向延伸，并把流体供应到喷嘴阵列。喷嘴阵列120中的各喷嘴沿着沟道129的一侧以间距P间隔开。喷嘴阵列130中的各喷嘴同样相对于流体沟道139排列，所述流体沟道139是在基材的对面长边上。喷嘴阵列130中各喷嘴以间距P间隔开，并且在x方向上也偏移距喷嘴阵列120中的相应喷嘴的距离为P/2。因此，从左到右，流体喷射装置中的喷嘴在喷嘴阵列120中较大开口面积的喷嘴和喷嘴阵列130中较小开口面积的喷嘴之间交替。流体喷射装置110上两个相邻的喷嘴之间沿着x方向的距离为P/2。
图4示出本发明的流体喷射装置117的第三实施例。在该实施例中，第一喷嘴阵列120中的各喷嘴如在图3中那样用围绕基材的边缘的流体供应，而第二喷嘴阵列130中的各喷嘴如在图2中那样用基材中从缝隙流出的流体供应。喷嘴阵列120中的各喷嘴沿着沟道129的一侧以间距P间隔开。喷嘴阵列130包括两组喷嘴。喷嘴组130a沿着流体输送缝隙138的一侧排列，而喷嘴组130b沿着缝隙138的另一侧排列。两个喷嘴组130a和130b以间距P排列，同时喷嘴组130a中的喷嘴沿着x方向偏移距喷嘴组130b中的喷嘴距离为P/2。在图4所示的配置中，喷嘴阵列120中的喷嘴与喷嘴组130a中的喷嘴之间在x方向上有零偏移，而在喷嘴阵列120中喷嘴与喷嘴组130b的喷嘴之间有一偏移为P/2。可供选择地(未示出)，在喷嘴阵列120中的喷嘴与喷嘴组130a中的喷嘴和喷嘴组130b中的喷嘴之间可以有一非零偏移。例如，在喷嘴阵列120中的喷嘴与喷嘴阵列130a中的喷嘴之间可以有一正P/4的偏移，而在喷嘴阵列120中的喷嘴和喷嘴阵列130b中的喷嘴之间可以有一负P/4的偏移。在许多应用中，理想的情况是喷嘴组130a中喷嘴的开口面积与喷嘴组130b中的喷嘴的开口面积相同，但在某些应用中，喷嘴组130a中的喷嘴具有与喷嘴组130b中那些喷嘴不同的开口面积也许是理想的。
图5示出本发明的流体喷射装置118的第四实施例。在该实施例中，有三个喷嘴阵列120，130，和140，每个喷嘴阵列都包括两组喷嘴，所述两组喷嘴分别在流体输送缝隙128，138和148的相对侧上。对于图5中所示的配置，每一喷嘴组中的喷嘴都沿着它们各自流体输送缝隙以间距P排列。喷嘴阵列130和140中的喷嘴有相同的开口面积，并在x方向上彼此相对有一零偏移。喷嘴阵列120中的喷嘴有较大的开口面积，并在x方向上从喷嘴阵列130和140偏移P/4。在一些可供选择的实施例(未示出)中，喷嘴阵列130中的喷嘴可以有与喷嘴阵列140中的喷嘴不同的开口面积，并且任选地可以在x方向上偏离喷嘴阵列140中的喷嘴。
若把一个或多个流体喷射装置与其它部件如支承件、电气互连的装置、及流体连接的装置组合在一起，则可以形成流体发射器。特殊类型的流体发射器将在下面详细讨论，该流体发射器是打印头。然而，更一般地说，流体发射器可能在打印领域之外有一些应用，其中包括生物医学应用，化学分析，和利用沉积连续的微滴层的微型制造。
图6示出一种流体发射器如打印头101的顶视图，上述流体发射器包括三个图2所示及上述的类型流体喷射装置110的流体喷射装置(211，212和213)，每个流体喷射装置都有两个喷嘴阵列，此处一个喷嘴阵列中的喷嘴具有比另一个喷嘴阵列中的喷嘴大的开口面积，并且两个喷嘴阵列在x方向上相互偏移。图7示出打印头101的剖视图。装置211包含分别沿着流体输送缝隙261和271排列的喷嘴阵列221和231。装置212包含分别沿着流体输送缝隙262和272排列的喷嘴阵列222和232。装置213包含分别沿着流体输送缝隙263和273排列的喷嘴阵列223和233。流体喷射装置211，212和213全都焊接到同一支承件205上，朝y方向(亦就是朝垂直于阵列方向的方向)上相互偏移，并在相邻的装置之间有一小间隙。在某些应用中，理想的情况是在x方向上不同的流体喷射装置上相对应的喷嘴之间有零偏移，如图6所示。在另一些应用中，在x方向上各流体喷射装置之间有某种偏移也许是理想的。各流体喷射装置在支承件205上固定式保持在合适位置，以便保持它们的相对对准。支承件205还有与其有关的流体输送通路，所述流体通路使流体直接从流体源流到流体喷射装置中的流体输送缝隙。在图7所示的打印头101配置中，支承件205有6个流体输送孔280。通过流体输送孔280，流体源281与装置211的流体输送缝隙261成流体连通，而同样，流体源291，282，292，283和293分别与流体输送缝隙271，262，272，263和273成流体连通。在支承件205中的各个孔与流体输送装置中的对应的流体输送缝隙之间设置不漏液的密封件(未示出)。图6主要是打算示出喷嘴配置，而未示出其它的打印头部件如墨滴形成机构或者电气互连装置。
供应打印头如打印头101的流体源如281，282，283，291，292和293可以整体而永久地附接到打印头上。在这种情况下，当流体耗尽时，各流体源可以随意地再灌装。可供选择地，流体源可从打印头中取出。在这种情况下，当流体源中的流体耗尽时，可以移走耗尽的流体源或罐，并用装满流体的流体源和罐替换。
在许多应用中，制造具有多个通常等同的流体喷射装置如图6所示的打印头在经济上是有利的。通过设计利用这种组合块法(bulding-block approach)的打印头。可以将流体喷射装置制成与低成本制造相一致的高生产率和大批量。此外，可以用相同的流体喷射装置如组件块制造不同的产品。例如，一种类型的打印头可以是如图7的打印头101所举例说明的具有三个图2所示类型的流体喷射装置，每个流体喷射装置都有独立的连接到每个流体输送通路上的流体源。第二种类型打印头可以是如图8的打印头102所举例说明的，具有四个图2所示类型的流体喷射装置，此处一个流体源351供应装置311上的两个流体输送缝隙361和371；而同样，流体源352供应装置312上的两个缝隙，流体源353供应装置313上的两个缝隙，及流体源354供应装置314上的两个缝隙。各种不同的其它配置也是可行的，其中包括具有四个图2所示类型流体喷射装置的打印头(未示出)，每个流体喷射装置都具有独立的通向每个流体输送通路的流体源。尽管图6示出所有三个名义上是等同的装置具有等效的取向，同时每个流体喷射装置上的较大的喷嘴靠近图的上部，但将其中一个装置旋转180°，以使较大的喷嘴朝向那个装置的图的底部也是可行的，如图9中所示的打印头103中那样。不是使阵列大喷嘴和小喷嘴交替横跨打印头，而是分别将流体喷射装置212和213中两个小喷嘴阵列232和233彼此相邻设置。
尽管在许多应用中，优选的是利用多个同一类型的流体喷射装置来制成打印头，但利用不同的装置也是可行的。例如，在希望有两个大喷嘴阵列和三个较小喷嘴阵列的打印头中，另外的打印头配置(未示出)利用一个图2所示的类型的流体喷射装置110和一个图5所示类型的流体喷射装置118。
在如图7所示的那种类型打印头中，此处为每个流体喷射装置的每个流体输送通路提供不同的流体源，可以将一种流体供应到具有较大喷嘴的阵列，所述流体与供应到具有较小喷嘴的阵列的流体明显不同。明显不同的流体可以有不同的着色剂。明显不同的流体可供选择地可以具有同一标准色，但具有不同的流体组成，以便具有不同的物理性能如表面张力或粘度。
作为例子，考虑图6和7所示类型的打印头101，此处供应无色流体到缝隙261，将品红色油墨供应到缝隙271，将黄色油墨供应到缝隙262，将青色油墨供应到缝隙272，将优选用于文本打印的黑色油墨(例如，通过具有较高的表面张力)供应到缝隙263，将优选用于彩色图像的黑色油墨(例如，通过具有较低的表面张力)供应到缝隙273。这种印刷头可以在希望打印高质量黑色文本及高质量照相图像的打印制品中使用。黑色文本一般是用高表面张力的油墨通过缝隙263供应到喷嘴阵列223中较大喷嘴上进行打印。彩色图像，其中包括照片是分别用品红色油墨、青色油墨和低表面张力的黑色油墨供应到喷嘴阵列231，232和233上，加上将黄色油墨供应到喷嘴阵列222中较大的喷嘴上进行打印。在某些打印应用中，利用喷嘴阵列223的较大喷嘴加上喷嘴阵列233的较小喷嘴二者，以便充填由喷嘴阵列223所打印的墨滴之间的空隙，印刷实体黑心区也许是理想的。由于两种黑油墨用的喷嘴阵列是在同一流体喷射装置上形成，所以使喷嘴阵列彼此相对很准确地对准。不同颜色之间的对准不是关键，且所需的对准可以很容易通过将三个流体喷射装置附接到同一支承件上实现。
供应到缝隙261的无色流体可以是各种不同类型的其中之一。无色流体可以是稀的流体，以便着色剂在表面处的强度可以通过将无色流体的微滴加到具有一种或多种彩色墨滴的像素位置来进行修饰。无色流体可以是渗透性流体，所述渗透性流体可以帮助油墨更快地芯吸到纸中。无色流体可以是与一种或多种其它流体起反应的流体，例如促进通过流体发射器或打印头喷射的其它流体的其中之一固化或固定或沉淀。无色流体可以是保护性流体，所述保护性流体可以帮助提供更耐久的图像。共同待批的专利申请“利用喷墨打印机来涂布保护性油墨”(文档号87531)和“利用保护性油墨喷墨打印”(文档号87493)提供有关用保护性油墨打印的附加背景信息。
图6所示类型打印头101通常没有足够宽的打印区来在单道次中覆盖记录介质20上的整个图像区域。当在盒式打印机中使用时，这种打印头在一个打印道次期间是在y方向上相对于记录介质扫描。然后记录介质在x方向上相对于打印头前进，并朝相反方向下转第二道次打印。在某些打印方式中，记录介质前进的量基本上等于喷嘴阵列的长度。在另一些打印方式中，记录介质只前进一部分喷嘴阵列的长度，例如，喷嘴阵列长度的大约一半。这样，通过利用打印头不同部分的喷嘴打印相邻的像素区域可以掩藏打印缺陷。对于这些印刷方式，对于较大喷嘴阵列221，222，和223来说，能在单道次中打印所需的全部流体的量也许是有利的，而为了全部覆盖较小的喷嘴阵列231，232和233，或许需要两个道次。例如，对于其是保护性流体的无色流体来说，持续在一个单向道次中沉积保护性流体也许是有利的。将喷嘴保护性流体的大喷嘴阵列是位在打印头的末端处也可能是有益的，对于是图6的打印头101最上面阵列的阵列221来说，通常就是这样。从较大喷嘴阵列和较小喷嘴阵列车所喷射的微滴的最佳相对大小取决于喷射流体的详细情况，但在许多应用中，优选的是大喷嘴和小喷嘴之间的墨滴体积之比值是在1.3和5.0之间。
在上述例子中，利用一较大喷嘴的阵列打印彩色打印中所用的其中一种油墨，而用较小的喷嘴打印另一些油墨。这种待用较大喷嘴打印的油墨优选的是黄色油墨。在纸上的黄色斑点与青色斑点、品红色斑点或黑色斑点相比，在视觉上很少感觉到。即使在黄色斑点和其它彩色斑点之间在大小上失配的情况下，也可以获得优质图像。
尽管某些应用要求在相同的流体喷射装置上从喷嘴阵列喷射明显不同的流体，但其它应用可以在至少一个流体喷射装置上对不同的喷嘴阵列使用同样的流体源。例如，考虑图8所示类型的打印头102，此处黑色油墨从流体源351供应，青色油墨从流体源352供应，品红色油墨从流体源353供应，及黄色油墨从流体源354供应。然后可以用大斑点的矩阵，上述大斑点的矩阵在空隙处有小斑点，提供更平稳的色调层次的能力，及更好的控制打印的边缘，来打印四种颜色中的每种颜色。
对于还有另一些应用，理想的情况是在同一流体喷射装置上从大的和小的喷嘴阵列打印类似的流体。例如，可能理想的情况是，用较大的喷嘴打印具有较高着色剂密度的油墨，而用较小的喷嘴打印具有同样油墨成分但着色剂密度较低的油墨。这提供用于甚至更平稳的色调层次的能力。在这种情况下，每个阵列都需要单独的流体源，正如图7的配置中那样。当使用单独的流体源时，供应到流体喷射装置上较大喷嘴和较小喷嘴上的类似流体实际上通常可以相同。
当青色、品红色、黄色和黑色着色剂不足以提供在许多打印应用中所要求的图像质量时，在某些应用中其它着色剂是有用的，例如扩大颜色范围。在这些应用中，可以通过附加的流体喷射装置(未示出)将附加的喷嘴阵列设置到图6所示类型的打印头上，并用油墨源如绿色或橙色或蓝色供应流体喷射装置。具有可以使用的不同类型着色剂的其它流体源包括荧光油墨类，所述荧光油墨除非在特殊的条件或者可见光范围之外的波长下照明，否则不易见到。
用于流体源的着色剂可以是染料型或颜料型。这两种类型着色剂可与本发明相容。对颜料油墨类来说，颜料的粒径可能影响喷嘴可靠性。对较小的喷嘴开口面积来说，有较小的颜料粒径可能是有利的。
图6-9中所示的打印头配置属于包括多个流体喷射装置的那种类型，每个流体喷射装置都具有两个带相应流体输送通路的喷嘴阵列，第一喷嘴阵列有若干较大的喷嘴，且这些喷嘴在x方向上偏离第二喷嘴阵列中的那些喷嘴。打印头也可以制成包括多个流体喷嘴装置，有附加的喷嘴阵列及相应的流体输送通路。图10示出打印头104包括两个流体喷射装置214和215，每个流体喷射装置都有三个喷嘴阵列，并结合到支承件205上。在图10所示的配置中，流体喷射装置214和215属于图5所示的类型。流体喷射装置214包括具有较大喷嘴的喷嘴阵列224及具有较小喷嘴的喷嘴阵列234和244。喷嘴阵列233和234中的喷嘴具有同样大小，且在x方向上不相互偏移，但它们二者在x方向上偏离喷嘴阵列224。每个喷嘴阵列中的喷嘴都沿着它们相应的流体输送通路以同样的间距排列。图10所示的流体喷射装置215与214相同，但旋转180°。图10的打印头104类似于图9的打印头103，其中每个打印头都有六个喷嘴阵列和相应的流体源。然而，当打印头104有四个小喷嘴的阵列时，打印头103有三个小喷嘴的阵列。
有许多另外的打印头104的变动，这些变动设想到但未示出。这许多变动中的一部分包括下列变动。喷嘴阵列244可以任意地具有与喷嘴阵列234中那些喷嘴大小不同的喷嘴，并且在x方向上可以随意地偏离它们。不是所有的喷嘴阵列都必须按同样的间距排列。一个或多个喷嘴阵列可以是边缘进给(edge-fed)流体而不是缝隙进给流体。流体喷射装置215不必旋转180°。在支承件205上除了流体喷射装置214和215之外，还可以有附加的流体喷射装置。
图11示出本发明所设想的打印头105的另一实施例。打印头105包括安装在支承件205上的单一流体喷射装置216。流体喷射装置216包括至少一个具有较大喷嘴尺寸的第一喷嘴阵列如226，和至少一个具有较小喷嘴尺寸的第二喷嘴阵列如236，此处每个喷嘴阵列都有相应的流体通路，及一个带有较小喷嘴的喷嘴阵列如236在x方向上偏离第一喷嘴阵列一个距离，所述距离小于第一阵列的间距。在图11中，示出两个较大喷嘴的阵列(226和227)及四个较小喷嘴的阵列(236，237，237和239)。这些喷嘴阵列中的每个喷嘴阵列都沿着其相应的流体输送通路以相同的间距排列。
图12示出流体喷射装置119，其中在x方向上喷嘴阵列120和130的喷嘴之间有某种重叠。在图12中，测量从穿过喷嘴125中心的虚线基准线到穿过喷嘴134中心的虚线基准线之间的距离，得到喷嘴阵列120和喷嘴阵列130之间在x方向上偏移P/4。基准线301是在y方向上穿过喷嘴123的中心绘出，而基准线302是在y方向上穿过喷嘴123的外边缘绘出。应该注意，喷嘴133一部分位于基准线301和302之间。换句话说，在x方向上，喷嘴123和喷嘴133之间有重叠。对于圆形喷嘴123有直径为D和圆形喷嘴133有直径为d的情况，在它们之间偏移P/4的情况下，如果P/4＜(D+d)/2，则将发生重叠。对于非圆形喷嘴的情况，在x方向上阵列偏移和喷嘴大小之间有类似的关系，所述关系确定两个喷嘴阵列中喷嘴之间是否有重叠。喷嘴重叠在流体喷射装置和打印头的某些应用中可能是有用的，以保证由两个不同的阵列喷射的墨滴之间有重叠(当记录介质20相对于打印头移动时，且在两个喷嘴阵列之间有合适的启动延迟)。然而，部分地根据喷射的流体的散布特点，在另一些应用中，可能不希望在两个喷嘴阵列之间有喷嘴重叠。
迄今为止所描述的打印头配置都是基本上与流体喷射装置并排排列，在y方向上相互偏移(也就是说，在垂直于阵列方向的方向上偏移)。图13示出另一种打印头配置401，此处各流体喷射装置411，412，413和414都固定式附接到支承件405上并相互间隔开，以便提供比用单一流体喷射装置可能更大打印区的打印头。流体喷射装置411有一较大喷嘴的阵列421和较小喷嘴的阵列431，所述较小喷嘴的阵列431在x方向上偏离喷嘴阵列421一个距离，所述距离小于喷嘴阵列421的喷嘴间距。各喷嘴阵列都沿着相应的流体输送通路排列。流体喷射装置412，413和414同样配置。各流体喷射装置成交错方式排列，同时流体喷射装置411和413排成一排(在x方向上偏移，但在y方向上不偏移)，而流体喷射装置412和414排成第二排。相邻的流体喷射装置如411和412具有某个喷嘴阵列的重叠量。喷嘴阵列示出为具有长度L。流体喷射装置411上的喷嘴阵列421与流体喷射装置412上的喷嘴阵列422之间的重叠量为S。通常由几个喷嘴重叠是有利的，但S优选的是小于L/4。这样用相邻流体喷射装置之间的重叠提供扩大的打印区。在许多这种扩大的打印区的应用中，有相同类型流体输送到每个流体喷射装置上的相应喷嘴阵列是有利的。例如，黑色文本油墨可以输送到喷嘴阵列421，422，423和424上，而照相(photo)黑色油墨可以输送到喷嘴阵列431，432，433和434上。
设想了打印头401的另一些变动，但未示出。尽管在图13中只示出四个流体喷射装置(每排两个)，但通过在每排中有更多的流体喷射装置，可以提供更长的打印区。另外，通过提供附加的流体喷射装置排，可以使打印头能沿着整个打印区打印更大量的流体。可供选择地，可以为打印相同的流体提供更大的多余度。尽管图13中的流体喷射装置示出各有两个喷嘴阵列，但另外可供选择的是使用有若干附加喷嘴阵列的流体喷射装置。
本发明已经特别参照某些优选实施例详细作了说明，但应该理解，在本发明的范围内，可以实施变动和修改。
             部件明细表
在下面明细表中，不同附图中具有类似功能的部件用同样标号表示。
10        流体喷射系统
12        图像数据源
14        控制器
16        电脉冲源
18        第一流体源
19        第二流体源
20        记录介质
100       喷墨打印头
101       具有三个流体喷射装置的喷墨打印头
102       具有四个流体喷射装置的喷墨打印头
103       具有三个流体喷射装置的喷墨打印头，其中一个流体
          喷射装置旋转
104       具有两个流体喷射装置的喷墨打印头
105       具有一个流体喷射装置的喷墨打印头
110       具有两个缝隙进给偏移的喷嘴阵列的流体喷射装置
111       基材
112       隔离层
113       形成层的墨滴发生器
114       对应于第一喷嘴阵列中喷嘴的加热器
115       对应于第二喷嘴阵列中喷嘴的加热器
116       具有两个边缘进给偏移式喷嘴阵列的流体喷射装置
117       具有一个缝隙进给和一个边缘进给偏移式喷嘴阵列
          的流体喷射装置
118       具有三个喷嘴阵列的流体喷射装置
119       在对应的喷嘴之间有重叠的流体喷射装置
120       第一喷嘴阵列
120a      第一喷嘴阵列中的第一喷嘴组
120b      第一喷嘴阵列中的第二喷嘴组
121       第一喷嘴阵列中的喷嘴
122        用于第一喷嘴阵列的第一输送通路
123        第一喷嘴阵列内第一喷嘴组中的第一喷嘴
124        第一喷嘴阵列内第二喷嘴组中的第一喷嘴
125        第一喷嘴阵列内第一喷嘴组中的第二喷嘴
128        用于第一喷嘴阵列的第一输送缝隙
129        用于第一喷嘴阵列的流体沟道
130        第二喷嘴阵列
130a       第二喷嘴阵列中的第一喷嘴组
130b       第二喷嘴阵列中的第二喷嘴组
131        第二喷嘴阵列中的喷嘴
132        用于第二喷嘴阵列的流体输送通路
133        第二喷嘴阵列内第一喷嘴组中的第一喷嘴
134        第二喷嘴阵列内第二喷嘴组中的第一喷嘴
138        用于第二喷嘴阵列的第一输送缝隙
139        用于第二喷嘴阵列的流体沟道
140        第三喷嘴阵列
148        用于第三喷嘴阵列的流体输送缝隙
150        喷嘴板层
151        形成室层
152        室
181        从第一喷嘴阵列喷射的微滴
182        从第二喷嘴阵列喷射的微滴
205        用于打印头中流体喷射装置的支承件
211        打印头中有两个喷嘴阵列的第一流体喷射装置
212        打印头中有两个喷嘴阵列的第二流体喷射装置
213        打印头中有两个喷嘴阵列的第三流体喷射装置
214        打印头中有三个喷嘴阵列的第一流体喷射装置
215        打印头中有三个喷嘴阵列的第二流体喷射装置
216        打印头中单一流体喷射装置
221        打印头中第一两阵列流体喷射装置上的第一喷嘴阵
           列
222        打印头中第二两阵列流体喷射装置上的第一喷嘴阵
           列
223        打印头中第三两阵列流体喷射装置上的第一喷嘴阵
           列
224        打印头中第一三阵列流体喷射装置上的第一喷嘴阵
           列
225        打印头中第二三阵列流体喷射装置上的第一喷嘴阵
           列
226        打印头中六阵列流体喷射装置上的第一喷嘴阵列
227        打印头中六阵列流体喷射装置上的喷嘴阵列
231        打印头中第一两阵列流体喷射装置上的第二喷嘴阵
           列
232        打印头中第二两阵列流体喷射装置上的第二喷嘴阵
           列
233        打印头中第三两阵列流体喷射装置上的第二喷嘴阵
           列
234        打印头中第一三阵列流体喷射装置上的第二喷嘴阵
           列
235        打印头中第二三阵列流体喷射装置上的第二喷嘴阵
           列
236        打印头中六阵列流体喷射装置上的第二喷嘴阵列
237-239    打印头中六阵列流体喷射装置上的喷嘴阵列
244        打印头中第一三阵列流体喷射装置上的第三喷嘴阵
           列
245        打印头中第二三阵列流体喷射装置上的第三喷嘴阵
           列
261-263    用于第一流体喷射装置上第一喷嘴阵列的流体输送
           缝隙
271-273    用于流体喷射装置上第二喷嘴阵列的流体输送缝隙
280        支承件中的流体输送孔
281-283    流体源
291-293    流体源
301        穿过喷嘴中心的基准线
302        穿过喷嘴外边缘的基准线
305        用于打印头中流体喷射装置的支承件
311-314    打印头中的流体喷射装置
351-354    各供应流体喷射装置上两个缝隙的流体源
361-364    用于第一喷嘴阵列的流体输送缝隙
371-374    用于第二喷嘴阵列的流体输送缝隙
401        具有流体喷射装置两维配置的打印头
405        用于流体喷射装置两维配置的支承件
411-414    两维配置中的流体喷射装置
421-424    流体喷射装置上的第一喷嘴阵列
431-434    流体喷射装置上的第二喷嘴阵列

Claims (2)

1.一种流体喷射装置，包括：
基材，所述基材包括：
第一流体输送通路；
第二流体输送通路；
与所述第一流体输送通路成流体连通的第一喷嘴阵列，所述第一喷嘴阵列包括以间距P排列成第一喷嘴组和第二喷嘴组的多个喷嘴，所述第一喷嘴阵列的第一喷嘴组和所述第一喷嘴阵列的第二喷嘴组沿着所述第一喷嘴阵列在第一方向上延伸，所述第一喷嘴阵列的第一喷嘴组在第二方向上与所述第一喷嘴阵列的第二喷嘴组间隔开，所述第一喷嘴阵列的所述多个喷嘴中的各个喷嘴均具有第一开口面积；
与所述第二流体输送通路成流体连通的第二喷嘴阵列，所述第二喷嘴阵列包括以间距P排列成第一喷嘴组和第二喷嘴组的多个喷嘴，所述第二喷嘴阵列的第一喷嘴组和所述第二喷嘴阵列的第二喷嘴组在所述第一方向上延伸，所述第二喷嘴阵列的第一喷嘴组在所述第二方向上与所述第二喷嘴阵列的第二喷嘴阵列间隔开，所述第二喷嘴阵列的所述多个喷嘴中的各个喷嘴均具有第二开口面积，所述第二开口面积小于所述第一开口面积；以及
其中，当与所述第一喷嘴阵列的第一喷嘴组和第二喷嘴组相比较时，所述第二喷嘴阵列的第一喷嘴组和第二喷嘴组的喷嘴在所述第一方向上偏移P/4的距离。
2.一种打印头，包括：
安装在支承件上的多个根据权利要求1所述的流体喷射装置；
流体源，所述流体源与所述流体喷射装置的第一输送通路和第二输送通路的每一个都成流体连通；及
液滴形成机构，所述液滴形成机构与所述第一喷嘴阵列的多个喷嘴的每一个和所述第二喷嘴阵列的多个喷嘴的每一个可操作地相联。
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