CN101821105B - 流体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

一种流体喷射装置包括：流体腔(110)；在所述流体腔内形成的电阻器(140)；以及与所述流体腔连通的孔口(162)，其中，所述流体喷射装置适于喷射不合水流体的液滴，并且其中，所述电阻器的面积的平方根与所述孔口的直径的比值在大约1.75到大约2.25的范围中。

Description

流体喷射装置
背景技术
作为流体喷射系统的一个实施例的喷墨打印系统可以包括打印头、向打印头供应液体墨水的墨水供应器(supply)和控制打印头的电子控制器。作为流体喷射装置的一个实施例的打印头通过多个喷嘴或者孔口向诸如纸张的打印介质喷射墨滴，以便打印到所述打印介质上。通常，所述孔口被布置成一个或多个列或者阵列，以便当打印头与打印介质彼此相对移动时，墨水从所述孔口的适当有序喷射使得在打印介质上打印字符或者其他图像。
通常，操作打印头来喷射水性墨水(water-based ink)。在努力扩展可以由打印头喷射的流体的过程中，正在考虑不含水(non-aqueous)流体。但是，与水性墨水相比较，不含水流体具有不同的流体属性，并且因此具有不同的性能特性和操作限制。因此，为了优化打印头的性能，期望选择或者调整打印头的参数以适应不含水流体。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种流体喷射装置。所述流体喷射装置包括流体腔、在流体腔内形成的电阻器和与流体腔连通的孔口，其中，所述流体喷射装置适于喷射不含水流体的液滴(drop)，并且其中，所述电阻器的面积的平方根与所述孔口的直径的比值在大约1.75到大约2.25的范围中。
附图说明
图1是图解根据本发明的喷墨打印系统的一个实施例的方框图。
图2是图解根据本发明的流体喷射装置的一部分的一个实施例的示意横截面图。
图3是图解根据本发明的流体喷射装置的一部分的一个实施例的平面图。
图4是图解包括孔口层与图3的流体喷射装置的一个实施例的平面图。
图5是概述根据本发明的流体喷射装置的示例性参数和示例性参数范围的一个实施例的表格。
具体实施方式
在下面的详细说明中，参考附图，所述附图形成说明的一部分并且在附图中通过例证示出了其中可以实施本发明的具体实施例。就这一点而言，参考正在说明的(一个或多个)附图的方位使用诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“首部”、“尾部”等的方向术语。因为本发明的实施例的部件可以被定位在多个不同的方位上，因此所述方向术语被用于例证的目的而不以任何方式进行限制。要理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以利用其他实施例，并且可以进行结构或者逻辑上的改变。因此，不要以限制的意义看待下面的详细说明，并且本发明的范围由所附的权利要求书来限定。
图1图解了根据本发明的喷墨打印系统10的一个实施例。喷墨打印系统10构成流体喷射系统的一个实施例，所述流体喷射系统包括诸如打印头组件12的流体喷射装置和诸如墨水供应器组件14的流体供应器。在所图解的实施例中，喷墨打印系统10也包括安装组件16、介质传输组件18和电子控制器20。
作为流体喷射装置的一个实施例的打印头组件12根据本发明的实施例形成，并且通过多个孔口或者喷嘴13来喷射包括一种或多种有色墨水的墨滴。虽然下面的说明指的是从打印头组件12喷射墨水，但是要理解可以从打印头组件12喷射其他液体、流体或者可流动的材料。
在一个实施例中，所述液滴被引导向诸如打印介质19的介质以便打印在打印介质19上。通常，喷嘴13被布置成一个或多个列或者阵列，以便在一个实施例中当打印头组件12和打印介质19彼此相对移动时墨水从喷嘴13的适当有序喷射使得在打印介质19上打印包括例如日期码、一维条形码和二维条形码的字符、符号和/或其他图形或者图像。
打印介质19包括例如纸、卡片纸料、信封、标签、透明膜、纸板、硬板等。在一个实施例中，打印介质19是连续形式或者连续网状打印介质19。照此，打印介质19可以包括连续的未打印纸卷。
作为流体供应器的一个实施例的墨水供应器组件14向打印头组件12供应墨水并且包括用于存储墨水的储存器15。照此，墨水从储存器15流到打印头组件12。在一个实施例中，墨水供应器组件14和打印头组件12形成再循环墨水传送系统。照此，墨水从打印头组件12流回储存器15。在一个实施例中，打印头组件12和墨水供应器组件14一起被容纳在喷墨或者流体喷射盒或笔中。在另一个实施例中，墨水供应器组件14与打印头组件12分离，并且通过诸如供应管(未示出)的接口连接向打印头组件12供应墨水。
安装组件16将打印头组件12相对于介质传输组件18定位，并且介质传输组件18将打印介质19相对于打印头组件12定位。照此，在打印头组件12和打印介质19之间的区域中邻近喷嘴13限定其中打印头组件12沉积墨滴的打印区17。在打印期间介质传输组件18使打印介质19前进通过打印区17。
在一个实施例中，打印头组件12是扫描型打印头组件，并且安装组件16在打印介质19上打印条带(swath)期间将打印头组件12相对于介质传输组件18和打印介质19移动。在另一个实施例中，打印头组件12是非扫描型打印头组件，并且在打印介质19上打印条带期间安装组件16将打印头组件12相对于介质传输组件18固定在规定位置，同时介质传输组件18使打印介质19前进通过所述规定位置。
电子控制器20与打印头组件12、安装组件16和介质传输组件18通信。电子控制器20从诸如计算机的主机系统接收数据21，并且包括用于暂时存储数据21的存储器。通常，数据21沿电子、红外、光学或者其他信息传递路径被发送到喷墨打印系统10。数据21表示例如要打印的文档和/或文件。照此，数据21形成喷墨打印系统10的打印作业，并且包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。
在一个实施例中，电子控制器20提供对打印头组件12的控制，该控制包括从喷嘴13喷射墨滴的定时控制。照此，电子控制器20限定在打印介质19上形成字符、符号和/或其他图形或者图像的所喷射墨滴的图案。通过打印作业命令和/或命令参数来确定定时控制并因此确定所喷射墨滴的图案。在一个实施例中，形成电子控制器20的一部分的逻辑驱动电路位于打印头组件12上。在另一个实施例中，形成电子控制器20的一部分的逻辑驱动电路离开打印头组件12定位(locate off)。
图2图解了打印头组件12的一部分的一个实施例。作为流体喷射装置的一个实施例的打印头组件12包括液滴喷射元件30的阵列。液滴喷射元件30形成在基底40上，所述基底40中形成有流体(或者墨水)馈送槽42。照此，流体馈送槽42向液滴喷射元件30提供流体(或者墨水)的供应。
在一个实施例中，每个液滴喷射元件30包括薄膜结构50、阻挡层60、孔口层70和液滴产生器80。薄膜结构50中形成有与基底40的流体馈送槽42连通的流体(或者墨水)馈送开口52，并且阻挡层60中形成有流体喷射腔62和一个或多个流体通道64以使得流体喷射腔62经由流体通道64与流体馈送开口52连通。
孔口层70具有前面(front face)72和在前面72中形成的孔口或者喷嘴开口74。孔口层70在阻挡层60上延伸以使得喷嘴开口74与流体喷射腔62连通。在一个实施例中，液滴产生器80包括电阻器82。电阻器82定位于流体喷射腔62内并且通过引线84电耦合到(一个或多个)驱动信号和地。
虽然将阻挡层60和孔口层70图解为分离的层，但是在其他实施例中可以将阻挡层60和孔口层70形成为材料的单一层，且在所述单一层中形成流体喷射腔62、流体通道64和/或喷嘴开口74。另外，在一个实施例中，可以在阻挡层60和孔口层70之间共享或者在阻挡层60和孔口层70两者中形成流体喷射腔62、流体通道64和/或喷嘴开口74的部分。
在一个实施例中，在工作期间，流体从流体馈送槽42经由流体馈送开口52和一个或多个流体通道64流到流体喷射腔62。喷嘴开口74可操作地与电阻器82相关联以使得在激励电阻器82后通过喷嘴开口74(例如基本与电阻器82的平面正交)从流体喷射腔62向打印介质喷射流体的微滴。
在一个实施例中，打印头组件12是全集成的热喷墨打印头。照此，基底40例如由硅、玻璃或者稳定的聚合物形成，并且薄膜结构50包括一个或多个例如由二氧化硅、碳化硅、氮化硅、钽、多晶硅玻璃或者其他材料形成的钝化或者绝缘层。薄膜结构50也包括限定了电阻器82和引线84的传导层。所述传导层例如由铝、金、钽、钽铝或者其他金属或金属合金形成。另外，阻挡层60例如由诸如SU8的感光(photoimageable)环氧树脂形成，并且孔口层70由一层或多层材料形成，所述材料包括例如金属材料，诸如镍、铜、铁/镍合金、钯、金或者铑。但是，其他材料可以用于阻挡层60和/或孔口层70。
图3图解了去除了孔口层的流体喷射装置(诸如打印头12)的一部分的一个实施例。流体喷射装置100包括流体喷射腔110、流体限制器(restriction)120和流体通道130。在一个实施例中，流体喷射腔110包括端壁112、相对的侧壁114和116、以及端壁118。照此，大体上由端壁112、相对的侧壁114和116以及端壁118限定流体喷射腔110的边界。在一个实施例中，端壁112和118基本上彼此平行地定向，并且侧壁114和116基本上彼此平行地定向。
在一个实施例中，流体限制器120与流体通道130和流体喷射腔110连通并且被提供在流体通道130和流体喷射腔110之间的流体流动路径中。如下所述地限定流体限制器120与流体通道130的参数以优化流体喷射装置100的操作或者性能。
在一个实施例中，流体限制器120包括侧壁122和124，并且流体通道130包括侧壁132和134以及侧壁136和138。在一个实施例中，流体限制器120的侧壁122和124基本上彼此平行地定向。另外，侧壁122和124每个与流体喷射腔110基本上垂直地定向，且更具体地是与流体喷射腔110的端壁118基本上垂直地定向。另外，在一个实施例中，流体通道130的侧壁132和134基本上是线性的并且每个与流体限制器120成一角度定向，且更具体地是与流体限制器120的侧壁122和124成一角度定向。而且，流体通道130的侧壁136和138基本上是线性的并且每个与流体限制器120基本上平行地定向，且更具体地是与流体限制器120的侧壁122和124基本上平行地定向。
在一个实施例中，流体通道130经由流体喷射装置100的基底102中形成的流体馈送槽104(在图中仅仅示出了其一个边缘)与流体供应器连通。如上所述，流体通道130与流体限制器120连通，并且照此，从流体馈送槽104经由流体限制器120向流体喷射腔110供应流体。在一个实施例中，在流体通道130内在流体喷射装置100的基底102上形成一个或多个岛106。照此，岛106在流体通道130内形成颗粒过滤特征。
在一个实施例中，作为液滴产生器的一个实施例的电阻器140定位于流体喷射腔110内以便通过激活电阻器140从流体喷射腔110喷射流体的微滴，如上所述。照此，流体喷射腔110的边界被限定为包围或者围绕电阻器140。虽然被图解为单个电阻器，但是电阻器140包括单个电阻器、分开的(split)电阻器或者多个电阻器是在本发明的范围内。
在一个实施例中，如图3中所示，在基底102上形成的阻挡层150中限定流体喷射装置100的流体喷射腔110、流体限制器120和流体通道130。另外，在一个实施例中，如图4中所示，其中形成有孔口162的孔口层160在流体喷射装置100的阻挡层150上延伸。因而，孔口162与流体喷射腔110连通，以便从流体喷射腔110喷射的流体通过孔口162排出。
在一个实施例中，多个流体喷射装置100形成在公共基底上并且被布置为基本上形成一列或多列液滴喷射元件。照此，相应的流体喷射装置100的液滴喷射元件可以用于喷射来自打印头12的流体。在一个示例性实施例中，流体喷射装置100被优化以用于不含水流体，如下所述。
在一个实施例中，如图3和4中所示且如图5的表格中所概述的，选择流体喷射装置100的各个参数来优化或者改善流体喷射装置100的性能。在一个实施例中，例如，优化流体限制器120的收缩部(pinch)宽度W和收缩部长度L。另外，优化从流体馈送槽104的边缘到流体腔110的中心的支架长度或者距离D。而且，在一个实施例中，也优化电阻器140的面积和孔口162的直径。
在一个示例性实施例中，如图5的表格中所示，阻挡层150的厚度T以及孔口层160的厚度t通常是固定的。在一个实施例中，阻挡层150的厚度T确立流体喷射腔110、流体限制器120和流体通道130的高度或者深度。因此，通过优化流体喷射装置100的选择参数，如上所述，可以优化向流体腔110供应的流体的体积和/或流量(rate)。
在一个实施例中，流体限制器120的收缩部宽度W是在相应的侧壁122和124之间测量的并且基本上是恒定的。另外，沿在流体通道130的侧壁132和134与流体喷射腔110的端壁118之间的相应侧壁122和124来测量流体限制器120的收缩部长度L。
在一个实施例中，流体喷射腔110的馈送量(feed rate)与流体限制器120的横截面面积(cross sectional area)成正比。相应地，流体限制器120的横截面面积由流体限制器120的高度或者深度和流体限制器120的宽度限定。在一个实施例中，流体限制器120的横截面的形状基本上是矩形的。但是，流体限制器120的横截面(cross sectional area)可以是其他形状。
在一个实施例中，流体喷射装置100被优化用于不含水流体。这样的流体的示例包括乙醇、甲醇和异丙醇。因而，这样的流体构成要从流体喷射装置100喷射的溶剂。在一个示例性实施例中，从流体喷射装置100喷射的不含水流体的表面张力在大约19达因/厘米到大约27达因/厘米的范围中，并且从流体喷射装置100喷射的不含水流体的粘度在大约0.4厘泊到大约2.5厘泊的范围中。
在一个实施例中，流体喷射装置100被优化以产生不含水流体的微滴，它们具有基本上均匀或者恒定的液滴重量。在一个示例性实施例中，从流体喷射装置100喷射的不含水流体的微滴的液滴重量在大约1.5纳克到大约4.0纳克的范围中。另外，在一个示例性实施例中，从流体喷射装置100喷射的不含水流体的微滴的液滴速度在大约10米/秒到大约15米/秒的范围中。而且，在一个示例性实施例中，流体喷射装置100被优化以用于在高达至少大约36千赫兹的工作范围中工作。
在一个实施例中，流体喷射装置100的电阻器和孔口尺寸被优化以优化用于不含水流体的流体喷射装置100的性能。在一个实施例中，电阻器大小被定义为电阻器面积的平方根，并且孔口大小被定义为孔口开口的直径。照此，根据电阻器面积的平方根和孔口开口的直径来建立电阻器与孔口的比值(R/O)。在一个示例性实施例中，流体喷射装置100的电阻器与孔口的比值在大约1.75到大约2.25的范围中。因而，电阻器与孔口的比值被优化以优化用于不含水流体的流体喷射装置100的性能。
在一个实施例中，如上所述，流体喷射装置100被调整以优化对于不含水流体的性能。在一个示例性实施例中，如图5的表格中所示，因此选择流体喷射装置100的参数——诸如电阻器面积和孔口直径(其建立电阻器与孔口的比值(R/O))、流体限制器120的收缩部宽度W和收缩部长度L、以及支架长度D——来优化流体喷射装置100的性能。因此，可以操作流体喷射装置100来喷射不含水流体。
作为比较，图5的表格也包括被优化用于诸如水性墨水的含水流体(aqueous fluid)的流体喷射装置的对应设计参数。另外，图5的表格也包括被优化用于诸如水性墨水的含水流体的流体喷射装置的对应流体属性和系统性能。
除了如上所述的用于在纸型介质上打印之外，流体喷射装置100也可以用于其他‘非介质(non-media)’应用，诸如产品标记。例如，当用于不含水流体时，流体喷射装置100可以用于在其他无孔基底(例如苏打水罐的底部)上进行标记。而且，除了创建图像之外，流体喷射装置100也可以用于材料沉积应用。这样的材料的示例包含聚合物、活性药物、化学前驱物或者在其中一旦蒸发了溶剂就留下少量溶质的溶液中溶解的其他材料。
虽然已经在此图解和说明了特定实施例，但是本领域内的普通技术人员会明白，在不偏离本发明的范围的情况下可以将多种替换的和/或等同的实施方式替代所示和所述的特定实施例。本申请旨在覆盖在此讨论的特定实施例的任何变型或者变化。因此，本发明旨在仅仅由权利要求书及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种流体喷射装置，包括：
流体腔(110)；
在所述流体腔内形成的电阻器(140)；以及
与所述流体腔连通的孔口(162)，
其中，所述流体喷射装置适于喷射不含水流体的液滴，并且
其中，所述电阻器的面积的平方根与所述孔口的直径的比值在1.75到2.25的范围中。
2.根据权利要求1的流体喷射装置，其中，所述电阻器的面积在450平方微米到675平方微米的范围中。
3.根据权利要求1的流体喷射装置，其中，所述孔口的直径在10微米到15微米的范围中。
4.根据权利要求1的流体喷射装置，其中，所述电阻器的面积在450平方微米到675平方微米的范围中，并且其中，所述孔口的直径在10微米到15微米的范围中。
5.根据权利要求1的流体喷射装置，其中，所述孔口被形成在具有9微米厚度的孔口层(160)中。
6.根据权利要求5的流体喷射装置，其中，用具有14微米厚度的阻挡层(150)来限定所述流体腔。
7.根据权利要求1的流体喷射装置，还包括：
与所述流体腔连通的流体限制器(120)，
其中，所述流体限制器具有在10微米到16微米的范围中的宽度以及具有在5微米到10微米的范围中的长度。
8.根据权利要求1的流体喷射装置，还包括：
与所述流体腔连通的不含水流体的供应器，
其中，所述不含水流体具有在19达因/厘米到27达因/厘米的范围中的表面张力和在0.4厘泊到2.5厘泊的范围中的粘度。
9.一种流体喷射装置，包括：
基底(102)；
阻挡层(150)，其形成在所述基底上并且限定流体腔(110)；
孔口层(160)，其在所述阻挡层上延伸并且具有与所述流体腔连通的孔口(162)；以及
电阻器(140)，其形成在所述基底上并且与所述流体腔连通，
其中，所述流体喷射装置适于喷射不含水流体的液滴，
其中，所述阻挡层的厚度是14微米，并且所述孔口层的厚度是9微米，并且
其中，所述电阻器的面积的平方根与所述孔口的直径的比值在1.75到2.25的范围中。
10.根据权利要求9的流体喷射装置，其中，所述电阻器的面积在450平方微米到675平方微米的范围中。
11.根据权利要求9的流体喷射装置，其中，所述孔口的直径在10微米到15微米的范围中。
12.根据权利要求9的流体喷射装置，其中，所述阻挡层还限定了与所述流体腔连通的流体限制器(120)和与所述流体限制器连通的流体通道(130)，
其中，所述流体限制器具有在10微米到16微米的范围中的宽度和在5微米到10微米的范围中的长度。
13.根据权利要求12的流体喷射装置，其中，所述基底具有在其中形成的流体馈送槽(104)，其中，所述流体通道与所述流体馈送槽连通，并且其中，从所述流体馈送槽的边缘到所述流体腔的中心的距离在51微米到61微米的范围中。
14.根据权利要求9的流体喷射装置，还包括：
与所述流体腔连通的不含水流体的供应器，
其中，所述不含水流体具有在19达因/厘米到27达因/厘米的范围中的表面张力和在0.4厘泊到2.5厘泊的范围中的粘度。
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