CN101765510B - 流体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了流体喷射装置(12)的实施例。

Description

流体喷射装置
背景技术
喷墨打印技术通常使用一般被称为打印头的流体喷射装置，该流体喷射装置具有多个开口或喷口，通过这些开口或喷口来喷射打印流体的液滴。各种因素限制了打印头的喷发频率(firingfrequency)。附图说明
图1是喷墨笔(inkjet pen)的一个实施例的透视图。
图2是流体喷射装置例如打印头的一个实施例的侧面剖视图。
图3是打印头的一个实施例的局部剖切等轴测视图。
图4是打印头一个实施例的沿图2线4-4的局部剖视图。具体实施方式
参见附图，其中在全部各个视图中，相同的附图标记表示相同的元件，图1示出了喷墨笔10的示例性实施例，该喷墨笔10具有打印头12形式的流体喷射装置。喷墨笔10包括通常包含有打印流体供应体的主体14。如本文所使用的，“打印流体”指打印过程中使用的任意流体，包括但不限于墨水、预处理打印液(preconditioners)、定影剂等。其他可能的实施例包括流体喷射装置，该流体喷射装置喷射出不同于打印流体的流体。
打印流体供应体可包括完全包含在笔主体14内的流体贮池，或者可选地，包括笔主体14内的与一个或多个离轴(off-axis)流体贮池流体连接的室。打印头12安装在笔主体14的外表面上并与打印流体供应体流体连通。打印头12通过形成于其内的多个喷口16喷射出打印流体的液滴。尽管图1中只示出了较小数量的喷口16，打印头12可具有两个或更多个列，每列具有超过一百个喷口，如同在打印头技术领域所常见的那样。提供适当的电连接器18(例如卷带自动结合“柔性带”，tape automated bonding“flex tape”)以便将信号传输至打印头或者从打印头接收信号。
参见图2-4，打印头12包括衬底20，该衬底20具有形成于其内的至少一个流体供给孔22以及布置在流体供给孔22周围的多个液滴生成器24。流体供给孔22是与打印流体供应体流体连通的伸长缝槽。每个液滴生成器24包括喷口16中的一个、喷发室26、供给通道28和流体喷射器30，该供给通道28建立了流体供给孔22和喷发室26之间的流体连通，该流体喷射器30布置在喷发室26内。流体喷射器30可以是能够被操作来导致流体的液滴通过相应喷口16喷射的任意装置，例如电阻或压电致动器。
在所示实施例中，氧化物层32形成在衬底20的前表面之上，薄膜叠层34放置在氧化物层32上。薄膜叠层34通常包括氧化物层、限定了流体喷射器30和导电迹线(conductive traces)的金属层以及钝化层。限定了喷发室26和供给通道28的阻挡层36形成在薄膜叠层34之上。限定了喷口16的开口层38形成在阻挡层36之上。尽管图2-4示出了一个可能的打印头构造，即两行液滴生成器围绕一个共用的供给孔，应当指出的是在本公开的实际应用中也可使用其他构造。例如，另一个可能的打印头构造，称为边缘供给结构(edge-feedarchitecture)，具有沿衬底侧边缘布置的液滴生成器。在这种情况下，打印流体流过侧边缘并进入供给通道。
正如在图3和图4中所最佳地看出的，每个供给通道28具有两个短且窄的通路40，该通路40从供给通道28的主要部分延伸到相应的喷发室26。通路40限定了分离、独特的通向喷发室26的入口，该入口被布置成分离地传送流体。如本文所使用的，“被布置成分离地传送流体”指每一个通路40均具有与供给通道28的主要部分流体连接的独特的进口以及与喷发室26流体连接的独特的出口。打印流体独立地流动通过两个通路40，在流体进入喷发室26之前，流动通过各自通路的打印流体之间没有相互作用。两个通路40向喷发室26提供两个分离的、衰减的打印流体流。通路40的各自的轴线可能并不互相平行，尽管图3和图4中将其表示成互相平行的。尽管在所示实施例中示出了两个通路40，应当指出的是也可以采用每个液滴生成器对应多于两个的这种通路。
在所示实施例中，喷发室26具有矩形构造，该矩形构造具有后壁、两个侧壁和定位在最接近流体供给孔22处的前壁。前壁和流体供给孔22之间(即邻近于前壁)的衬底20区域称为搁板区42，对于给定的液滴生成器24，搁板长度S就是流体喷射器30的前面与流体供给孔22边缘之间的距离。通路40均形成在喷发室26的前壁内并且被岛状部44分隔开。两个通路40和岛状部44的总宽度小于喷发室26的宽度W。也就是说，通路40并排定位且间隔开以限定小于喷发室26的宽度W的侧向距离。为了利用这个狭窄的间距，喷发室26可设置有最小宽度W，该最小宽度W显著地小于喷发室长度L。如果流体喷射器30在喷口16下面居中定位，这样一种狭窄的喷发室将会在靠近后壁处留下停滞的打印流体区域。因此，每个喷口16(图4中以虚线表示)均从相应流体喷射器30的中心偏移开。每个液滴生成器24也均设置有短的搁板长度S。在所示实施例中，搁板长度S小于喷发室长度L。
在另一个可能的实施例中，通路40不是并排定位而是竖直地布置，一个在另一个之上。在这种情况下，通路40将仍然限定或占据小于喷发室26宽度W的侧向距离。通路40也可对角线布置，即不是竖向地或侧向地排列。
在操作中，启动相应的流体喷射器30而将一小滴打印流体从选定的喷口16喷出。喷发室26然后重充填打印流体，该打印流体从流体供给孔22流过搁板区42(或者在边缘供给结构的情况下流过衬底的侧边缘)并进而通过供给通道28和通路40。例如，在流体喷射器30是电阻的情况下，则对该电阻给与电流脉冲。从电阻30产生的热量在相应的喷发室26中形成气泡，该气泡迅速扩大并推动一小滴打印流体通过相应的喷口16。扩大的气泡还在供给通道28中朝向打印流体供应体向后推动打印流体。破裂的气泡拉动打印流体通过供给通道28，部分地重充填喷发室26。喷发室的重充填经由毛细作用而完成。当喷发室26充填了打印流体，该流体在喷口16中形成了弯月面。流体的动能推挤该弯月面使其向外鼓胀，并且弯月面中的表面张力推动该向外鼓胀的流体回到喷发室26内。弯月面的行为因此类似于经过简谐振动来寻求平衡的天然阻尼隔膜。振动一直持续直到粘滞损失耗费了动能，从而系统达到静止。在平衡时，打印流体的体积是恒定的。
在弯月面依然振动时喷射液滴能够导致被称为弯月面超射的情形。特别地，如果液滴是在弯月面正向外鼓胀时喷射出的(即弯月面超射)，所得到的液滴将具有较高的液滴重量和较低的液滴速度。弯月面超射在打印头表面上留下了额外的流体，该额外的流体会干涉正常的液滴喷射，甚至在极端情况下会完全终断液滴的喷射。
由于其小的截面积的本质，两个通路40起到收缩或者箍缩点的作用，提供了粘滞阻尼，而粘滞阻尼减少了弯月面振动和超射。通过使用两个或更多个箍缩点通路40而不是单个箍缩点，流动通过供给通道28的打印流体速度相对更低而不会损失粘滞曳力。更低的流体速度意味着运动打印流体的动能(由1/2mV2决定，其中m是质量，V是速度)更低。另外，短的搁板长度意味着运动打印流体的质量更小，进一步降低了动能。对于给定的粘滞曳力，降低动能则减少了弯月面振动和超射。换句话说，这个更低的动能使得在重充填期间，相比具有类似粘滞曳力的单个箍缩点的情形，振动的弯月面能够更快的达到静止。
通过保持低的流体速度并提供短的搁板长度来降低动能从而减少了弯月面超射。具有较少的弯月面超射意味着使用较小的粘滞曳力，因此箍缩点通路40的长度能被减小，而这将增快重充填速度。
总之，使用布置成分离地传送流体的多个箍缩点通路减少了弯月面超射而不牺牲重充填速度，而且提供短的搁板长度增快了重充填速度而不增加弯月面超射。因此，这两个特征的同时利用加快了喷发室的重充填并减少了弯月面超射。本公开因此能够优化打印头性能而无需在重充填速度和弯月面超射之间寻求折衷。
尽管已经描述了本公开的特定实施例，应当指出的是能够对其作出各种修改而不偏离所附权利要求记载的主要内容的精神和范围。

Claims (14)

1.一种流体喷射装置(12)，包括：
限定了搁板区(42)的衬底(20)；和
形成在所述衬底(20)上的多个液滴生成器(24)，每个液滴生成器(24)包括喷发室(26)以及在所述搁板区(42)和所述喷发室(26)之间建立流体连通的通道(28)，所述通道(28)具有进入所述喷发室(26)的至少两个分离的入口(40)，所述至少两个分离的入口(40)布置成分离地传送流体；
其中每个液滴生成器包括有矩形岛状部，所述岛状部分隔和限定了进入所述喷发室的所述至少两个分离的入口。
2.如权利要求1所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个喷发室(26)具有宽度，所述至少两个分离的入口(40)限定了小于所述喷发室宽度的侧向距离。
3.如权利要求1所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个喷发室(26)由多个壁限定，所述壁中的第一个定位在邻近所述搁板区(42)处，其中，所述至少两个分离的入口(40)皆形成在所述第一壁内。
4.如权利要求1所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个喷发室(26)具有长度，所述搁板区(42)限定了搁板长度，其中，所述搁板长度小于所述喷发室的长度。
5.如权利要求1所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，所述衬底(20)包括形成在其内的供给孔(22)，所述液滴生成器(24)布置在所述供给孔(22)周围。
6.如权利要求1所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个液滴生成器(24)包括流体喷射器(30)，所述流体喷射器(30)布置在所述液滴生成器(24)的喷发室(26)内。
7.如权利要求6所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个流体喷射器(30)是电阻(30)。
8.如权利要求1所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个液滴生成器(24)包括喷口(16)。
9.如权利要求8所述的流体喷射装置(12)，其特征在于，每个喷口(16)相对于其相应的流体喷射器(30)偏移开。
10.一种打印头(12)，包括：
具有宽度和长度的喷发室(26)；
用于传送打印流体的通道(28)；
从所述通道(28)延伸到所述喷发室(26)的第一通路(40)；和
从所述通道(28)延伸到所述喷发室(26)的第二通路(40)，所述第二通路(40)与所述第一通路(40)分隔开，所述第一和第二通路(40)限定了侧向距离，所述侧向距离小于所述喷发室(26)的所述宽度。
11.如权利要求10所述的打印头(12)，其特征在于，所述喷发室(26)具有后壁，两个侧壁和前壁，所述第一和第二通路(40)均形成在所述前壁内。
12.如权利要求11所述的打印头(12)，其特征在于，进一步包括定位成邻近所述前壁的搁板区(42)，所述搁板区(42)限定了搁板长度。
13.如权利要求12所述的打印头(12)，其特征在于，所述搁板长度小于所述喷发室(26)的所述长度。
14.如权利要求10所述的打印头(12)，其特征在于，所述喷发室(26)的所述长度大于所述喷发室(26)的所述宽度。
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