CN102985261B - 具有循环泵的流体喷射设备 - Google Patents

Abstract

一种流体喷射设备包括流体再循环通道和设置在所述通道内的液滴发生器。流体槽与所述通道的每一端流体连通，并且压电流体致动器不对称地位于所述再循环通道内，以促使流体从流体槽流动通过所述再循环通道和液滴发生器并且流回到流体槽。

Description

具有循环泵的流体喷射设备

背景技术

喷墨打印机中的流体喷射设备提供流体滴的按需滴墨喷射。喷墨打印机通过多个喷嘴向诸如纸张的打印介质上喷射墨滴产生图像。所述喷嘴通常按照一个或多个阵列布置，从而随着打印头和打印介质相对于彼此的移动，来自喷嘴的具有正确顺序的墨滴喷射能够促使字符或其他图像被打印到打印介质上。在一个具体的示例中，热喷墨打印头通过使电流通过加热元件以生成热量并使燃烧室内的流体的一小部分蒸发，由此使液滴从喷嘴喷射出来。在另一个示例中，压电喷墨打印头使用压电材料致动器来生成压力脉冲，其迫使墨滴从喷嘴中喷出。

尽管喷墨打印机以合理的成本提供了高打印质量，但是继续改进还有赖于克服它们的发展过程中仍然存在的各种挑战。例如，在打印期间从墨释放的气泡能够引起诸如墨流堵塞、打印质量劣化、部分充满的打印盒看起来已经空了以及墨泄漏的问题。颜料墨载色剂（vehicle）分离（PIVS）是使用基于颜料的墨时遇到的另一个问题。PIVS的原因通常在于，水分从喷嘴区域内的墨中蒸发了出去，而由于颜料与水具有较高的亲和性，因而消耗了喷嘴区域附近的墨中的颜料浓度。在存放或非使用周期期间，颜料颗粒也可能发生沉淀或者从墨载色剂析出（crashoutof），其可能阻碍或者完全阻挡墨流向打印头中的燃烧室和喷嘴。其他与“开盖（decap）”有关的因素，诸如，水分或溶剂的蒸发也可能对局部墨特性造成影响，诸如，PIVS和粘滞墨塞的形成。去盖是在不引起所喷射的墨滴的劣化的情况下喷墨喷嘴能够保持开盖并且暴露于周围环境下的时间量。去盖的影响能够改变液滴轨迹、速度、形状和颜色，所有这些都可能对喷墨式打印机的打印质量造成不利影响。

附图说明

现在将参考附图以举例的方式描述所提出的实施例，其中：

图1图示出了根据实施例的被体现为喷墨打印系统的流体喷射设备；

图2示出了根据实施例的流体喷射组件的截面图；

图3示出了根据实施例的流体喷射组件的截面图；

图4a和4b示出了根据实施例的流体喷射组件内的再循环通道的从上向下看的局部视图；

图5示出了根据实施例的操作的不同阶段内具有集成流体致动器的再循环通道的侧视图；

图6示出了根据实施例处于不同的操作阶段的具有时间标记的活动流体致动器；

图7、8和9示出了根据实施例的处于不同操作阶段的活动流体致动器，其指示了通过再循环通道和液滴发生器的流体流动的方向；

图10、11和12示出了根据实施例的示例位移脉冲波形，其持续时间与流体致动器位移持续时间对应；

图13示出了根据实施例的操作的不同阶段内具有集成流体致动器的再循环通道的侧视图；

图14示出了根据实施例的示例移位脉冲波形，其持续时间与流体致动器的位移持续时间对应；以及

图15示出了根据实施例的既向通道内偏转又向通道外偏转的流体致动器的示例表示连同具有代表性的位移脉冲波形。

具体实施方式

问题和解决方案的概述

如上所述，在喷墨打印系统的发展当中还有各种挑战有待克服。例如，在这样的系统当中使用的喷墨打印头仍然具有墨堵塞和/或阻塞方面的问题。墨堵塞的一个原因是在打印头中积累了太多的作为气泡的空气。在使墨暴露到空气当中时，诸如，在将墨存储到墨储存器（inkreservoir）内时，额外的空气会溶解到墨当中。接下来从打印头的燃烧室喷射墨滴的动作将从墨中释放过多的空气，而所述空气会作为气泡累积下来。这些气泡从燃烧室移动到打印头的其他区域，在这些区域内它们可能阻塞墨向打印头的流动，以及将墨堵塞到打印头内。

基于颜料的墨也可能使墨在打印头内堵塞或者阻塞。喷墨打印系统使用基于颜料的墨和基于染料的墨，并且尽管这两种类型的墨都有利有弊，但是一般还是优选基于颜料的墨。在基于染料的墨当中，染料颗粒溶解于液体当中，因为这种墨倾向于向纸张内浸透得更深。这降低了基于染料的墨的效率，而且可能由于墨在图像的边缘渗出而降低图像质量。相比之下，基于颜料的墨包括墨载色剂和高浓度的不溶性颜料颗粒，所述颜料颗粒涂覆有分散剂，其使得所述颗粒能够在墨载色剂内保持悬浮。这有助于颜料墨更多地停留在纸的表面上而不是渗透到纸内。因此，颜料墨比染料墨更有效率，因为在打印图像中建立相同的颜色强度所需的墨更少。颜料墨还倾向于比染料墨更加耐用和持久，因为其在遇水时比染料墨产生的染污要少。

然而，基于颜料的墨的一个缺点在于，由于诸如长期储存以及其他环境极端条件等因素可能在喷墨打印头内发生墨堵塞，其可能导致喷墨笔的即开即用性能变差。喷墨笔具有固定于一端的打印头，其内部耦合至墨供应器（inksupply）。墨供应器可以是笔体内自包含的，或者其可以属于笔外的打印机上，并通过笔体耦合至打印头。经过长时期的存储，大的颜料颗粒受到的重力作用和/或分散剂的劣化都可能导致颜料沉淀或损毁（crashing）。颜料颗粒的沉淀或损毁可能阻碍或者完全堵塞墨向打印头中的燃烧室和喷嘴的流动，从而导致打印头的即开即用性能变差，以及打印机的图像质量降低。诸如来自墨中的水分和溶剂的蒸发的其他因素也可能促使产生PIVS和/或墨黏性的提高以及粘塞的形成，其可能降低去盖性能，而且妨碍在非使用时期之后立即进行打印。

先前对这样的问题的解决方案主要涉及在它们的使用前后对打印头进行保养，以及使用各种类型的外部泵用于对墨进行混合。例如，在非使用期间中通常用盖将打印头盖住，从而避免喷嘴被干墨堵塞。在它们的使用之前，还可以通过使墨从喷嘴喷出而使喷嘴准备好。这些解决方案的缺点包括，由于预检时间（servicingtime）的关系不能马上打印，而且由于在保养期间要消耗大量的墨，这提高了所有者的总成本。使用外部泵用于混合墨通常很繁琐，而且昂贵，其往往只能部分地解决喷墨问题。因此，去盖性能、PIVS、空气和微粒的积聚以及其他引起喷墨打印系统中的堵塞和/或阻塞的原因仍然是可能降低总体打印质量以及提高拥有成本或制造成本或两者的根本问题。

本公开的实施例通过使用压电型以及其他类型的可机械控制的流体致动器普遍地减少了喷墨打印系统中的墨堵塞和/或阻塞，所述致动器提供了到流体再循环通道内的液滴发生器的流体再循环。不对称地定位于再循环通道内的流体致动器和控制器通过控制生成压缩流体位移（即，在正向泵冲程上）和拉伸流体位移（即，在反向泵冲程上）的正向和反向致动冲程（即，泵冲程）的持续时间而使得定向流体流动通过所述通道到液滴发生器。

在一个示例实施例中，流体喷射设备包括流体再循环通道。将液滴发生器设置到再循环通道内。流体槽与所述再循环通道的每一端流体连通，并且压电流体致动器不对称地定位于所述通道内，从而使流体从流体槽通过所述通道和液滴发生器流回到流体槽。在一个实施方式中，所述设备包括控制器，所述控制器用于通过使压电流体致动器生成具有受控持续时间的压缩和拉伸流体位移来控制流体流动的方向。

在另一个示例实施例中，从流体喷射设备喷射流体的方法包括在具有液滴发生器的流体再循环通道内，控制压缩和拉伸流体位移的持续时间，从而使流体从流体槽通过液滴发生器流回到流体槽。所述方法包括在流体流动通过液滴发生器时通过喷嘴喷射流体。压缩和拉伸流体位移的持续时间的控制包括生成第一持续时间的压缩流体位移，以及生成与所述第一持续时间不同的第二持续时间的拉伸流体位移。

在另一个示例实施例中，流体喷射设备包括流体再循环通道中的液滴喷射器，和用以控制通过所述再循环通道和液滴喷射器的流体流动的方向、速率和定时的流体控制系统。所述流体控制系统包括集成到所述再循环通道内的流体致动器以及具有可执行指令的控制器，所述指令用于使所述流体致动器在所述再循环通道内生成驱动流体流动的时间不对称压缩和拉伸流体位移。

说明性实施例

图1图示出了根据本公开的实施例的被体现为喷墨打印系统100的流体喷射设备。在这个实施例中，流体喷射组件被公开为流体液滴喷射打印头114。喷墨打印系统100包括喷墨打印头组件102、墨供应器组件104、安装组件106、媒体传输组件108、电子打印机控制器110以及为喷墨打印系统100的各种电部件提供功率的至少一个电源112。喷墨打印头组件102包括至少一个流体喷射组件114（打印头114），其通过多个孔口或喷嘴116向打印介质118喷射墨滴，从而打印到打印媒体118上。打印媒体118可以是任何类型的适当材料片或卷，诸如，纸、卡片材料、透明片、聚酯薄膜等。喷嘴116通常按照一列或多列布置或者按照阵列布置，从而使得在喷墨打印头组件102和打印媒体118相对于彼此移动时，通过从喷嘴116按照正确的顺序喷射墨而将字符、符号和/或其他图形或图像打印到打印媒体118上。

墨供应器组件104向打印头组件102供应流体墨，并且其包括用于存储墨的储存器120。墨从储存器120流到喷墨打印头组件102。墨供应器组件104和喷墨打印头组件102可以形成单向墨输送系统，也可以形成宏观再循环墨输送系统。在单向墨输送系统中，在打印期间基本上消耗供应给喷墨打印头组件102的所有墨。然而在宏观再循环墨输送系统中，在打印期间只消耗供应给打印头组件102的墨的一部分。在打印期间没有被消耗的墨返回至墨供应器组件104。

在一个实施例中，喷墨打印头组件102和墨供应器组件104共同容纳于喷墨盒或喷墨笔内。在另一实施例中，墨供应器组件104与喷墨打印头组件102分离，并且其通过诸如供应管的接口连接向喷墨打印头组件102供墨。在任一种实施例中，可以拆卸、更换和/或重新填充墨供应器组件104的储存器120。在喷墨打印头组件102和墨供应器组件104共同容纳于喷墨盒内时，储存器120包括位于所述盒内的本地储存器以及所处位置与所述盒分离的更大的储存器。所述分离的、更大的储存器用于对所述本地储存器进行重新填充。因此，所述分离的、更大的储存器和/或本地储存器均可拆卸、更换和/或重新充填。

安装组件106相对于媒体传输组件108设置喷墨打印头组件102的位置，并且媒体传输组件108相对于喷墨打印头组件102设置打印媒体118的位置。因此，在喷墨打印头组件102和打印媒体118之间的区域中邻近喷嘴116定义了打印区域122。在一个实施例中，喷墨打印头组件102是扫描型打印头组件。照此，安装组件106包括用于使喷墨打印头组件102相对于媒体传输组件108移动，从而对打印媒体118进行扫描的托架（carriage）。在另一实施例中，喷墨打印头组件102是非扫描型打印头组件。照此，安装组件106将喷墨打印头组件102固定到相对于媒体传输组件108的规定位置上。因此，媒体传输组件108相对于喷墨打印头组件102设置打印媒体118的位置。

电子打印机控制器110通常包括处理器、固件、软件、包括易失性和非易失性存储器部件的一个或多个存储器部件以及用于与喷墨打印头组件102、安装组件106和媒体传输组件108进行通信以及对其进行控制的其他打印机电子设备。电子控制器110接收来自诸如计算机的主机系统的数据124，并将数据124临时存储到存储器中。通常将数据124沿电子、红外、光或其他信息传输路径发送至喷墨打印系统100。例如，数据124表示所要打印的文档和/或文件。照此，数据124形成了用于喷墨打印系统100的打印作业，并且其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，电子打印机控制器110控制喷墨打印头组件102，以便使墨滴从喷嘴116喷出。因此，电子控制器110定义了所喷出的墨滴的图案，其在打印媒体118上形成了字符、符号和/或其他图形或图像。所喷出的墨滴的图案由打印作业命令和/或命令参数所确定。在一个实施例中，电子控制器110包括存储在控制器110的存储器中的流动控制模块126。流动控制模块126在电子控制器110（即控制器110的处理器）上执行，以控制被集成为流体喷射组件114内的泵元件的一个或多个流体致动器的操作。更具体而言，控制器110执行来自模块126的指令，以控制所述流体致动器的定时以及正向和反向泵冲程（分别为压缩和拉伸流体位移）的持续时间，以便控制流体喷射组件114内的流体流动的方向、速率和定时。

在一个实施例中，喷墨打印头组件102包括一个流体喷射组件（打印头）114。在另一实施例中，喷墨打印头组件102是宽阵列或者多头打印头组件。在宽阵列组件的一个实施方式中，喷墨打印头组件102包括支承（carrry）流体喷射组件114的支架，并且在所述流体喷射组件114和电子控制器110之间提供电通信，并且还在流体喷射组件114和墨供应器组件104之间提供流体连通。

在一个实施例中，喷墨打印系统100是按需滴墨热气泡喷墨打印系统，其中，流体喷射组件114是热喷墨（TIJ）打印头。所述热喷墨打印头在墨腔中实现热敏电阻器喷射元件，从而使墨蒸发，并产生迫使墨或其他流体液滴从喷嘴116出来的气泡。在另一实施例中，喷墨打印系统100是按需滴墨压电喷墨打印系统，其中，所述流体喷射组件114是压电喷墨（PIJ）打印头，其实施压电材料致动器作为喷射元件，以生成迫使墨滴从喷嘴出来的压力脉冲。

图2和图3示出了根据本公开的实施例的流体喷射组件114的截面图。图2示出了通过液滴发生器204截取的流体喷射组件114的截面图，而图3示出了通过流体致动器206（流体泵元件206）截取的流体喷射组件114的截面图。图4a和4b示出了根据本公开的实施例的流体喷射组件114内的再循环通道的从上向下的局部视图。

一般地参照图2、3和4，流体喷射组件114包括其内形成具有流体槽202的基板200。腔层具有壁218，其限定了流体腔214，并且使基板200与具有喷嘴116的喷嘴层220分离。流体槽202是延伸到图2和图3的平面内的与诸如流体储存器120（图1）的流体供应（未示出）流体连通的长槽。一般而言，来自流体槽202的流体基于由流体致动器206或流体泵元件206诱发的流动通过再循环通道203和液滴发生器204循环。再循环通道203从流体槽202的一端（例如，点“A”）开始延伸，并且返回到流体槽202的另一端（例如，点“B”），并且其通常包括三个部分，本文中将其称为入口通道208、连接通道210和出口通道212。然而，取决于通过再循环通道203的流体流动的方向，入口通道208未必是流体从流体槽202流入到再循环通道203内的地方，并且出口通道212也未必是流体从再循环通道203流出回到流体槽202的地方。因此，来自流体槽202的流体能够沿任一方向流动通过再循环通道203，即，在入口通道208（点“A”）进入，并且在出口通道212（点“B”）离开，或者在出口通道212（点“B”）进入，并且在口通道208（点“A”）离开。下文讨论的流向取决于流体致动器206生成的流体位移。

再循环通道203包括液滴发生器204和流体致动器206。将每个具有液滴发生器204的再循环通道203布置到流体槽202的任一侧上，并且沿槽202的长度使其延伸到图2和图3的平面内。液滴发生器204包括喷嘴116、流体腔214和设置在腔214内的喷射元件216。可以将液滴发生器204（即，喷嘴116、腔214和喷射元件216）组织成被称为基元的组，其中，每个基元包括由相邻喷射元件216构成的组。基元通常包括由十二个液滴发生器204构成的组，但是其包括的数量也可以与此不同，诸如，六个、八个、十个、十四个、十六个等。

在图2-4中一般地图示出了喷射元件216，并且其例如可以是任何能够通过对应的喷嘴116喷射流体液滴的设备，诸如，热敏电阻器或压电致动器。热敏电阻器喷射元件通常由基板200表面上的氧化物层以及包括氧化物层、金属层和钝化层的薄膜叠层（没有具体示出各个层）形成。在受到激活时，来自热喷射元件的热量使腔214内的流体蒸发，从而导致气泡，该气泡使流体液滴通过喷嘴116喷出。压电致动器喷射元件一般地包括附着到形成于腔214的底部的可移动膜上的压电材料。在受到激活时，压电材料使得所述膜偏转到腔214内，从而生成通过喷嘴116喷射流体液滴的压力脉冲。

在文中一般地将流体致动器206描述为压电膜，其在再循环通道203内的正向和反向偏转（或者上下偏转，有时将其称为活塞冲程）生成能够在时间上加以控制的流体位移。然而，也可以使用各种其他设备实现流体致动器206，其包括例如静电（MEMS）膜、机械/冲击驱动膜、音圈、磁致伸缩驱动器等。

再循环通道203内的液滴发生器204和流体致动器206的相应位置通常但未必一定朝向通道203的相反两侧。因此，液滴发生器204可以位于出口通道212中，而流体致动器206则位于入口通道208中，如图4所示，或者它们的相应位置可以相反，其中液滴发射器204位于入口通道208中，并且流体致动器206位于出口通道212中。流体致动器206朝向再循环通道203的任一端的确切位置可能稍微发生改变，但是无论如何其所处位置相对于再循环通道203的长度的中心点都是不对称的。例如，再循环通道203的大致中心点位于点“A”和点“B”之间的连接通道210（图4）内的某处。再循环通道203从点“A”处的与流体槽202相邻的一端延伸至点“B”处的与流体槽202相邻的相对端。

流体致动器206在再循环通道203内的不对称位置是惯性泵机构的一个组成部分，需要满足该条件以便实现泵送效果，由该效果能够生成通过通道203的净流体流动。流体致动器206在再循环通道203内的不对称位置创建了再循环通道203的短侧，其从流体致动器206延伸一段短距离到点“A”处的流体槽202，并且还创建了再循环通道203的长侧，其从流体致动器206延伸大约通道203的剩余长度回到点“B”处的流体槽202。流体致动器206的泵送效果取决于其在流体通道（例如，再循环通道203）内的不对称位置，所述流体通道的宽度窄于受到泵送的流体所来自的流体槽202（或者流体储存器）的宽度。流体致动器206在再循环通道203内的不对称位置创建了驱动通道203内的流体双极性（diodicity）（净流体流动）的惯性机构。流体致动器206生成在再循环通道203内传播的波，其沿通道203向两个相反的方向推动流体。在流体致动器206不对称地位于再循环通道203内时，能够存在通过通道203的净流体流动。流体的更大的部分（通常是再循环通道203的较长侧内含有的）在正向流体致动器泵冲程结束时具有较大的机械惯性。因此，这一较大的由流体的主体比通道203内的较短侧内的流体更慢地逆转方向。在反向流体致动器泵冲程期间，通道203的较短侧中的流体具有更多的时间获得机械动量。因而，在反向冲程结束时，通道203的较短侧中的流体比通道203的较长侧中的流体具有更大的机械动量。结果，净流动通常具有从通道203的较短侧到较长侧的方向，如图2-4中的黑色方向箭头所指示的。净流体流动是两个流体元件（即，通道的短侧和长侧）的不等惯性特性的结果。

如图4b所示，在一些流体喷射设备的示例中，再循环通道203包括位于入口通道208、出口通道212和连接通道210中的各种形状和结构，其旨在促进流体沿特定的方向流动，避免各种微粒中断流体流动，以及控制液滴喷射期间打印流体的逆吹（blowback）。例如，图4b所示的再循环通道203包括颗粒耐受结构400。本文中所使用的颗粒耐受结构（PTA）指的是被放置到打印流体路径中，用于避免颗粒中断墨流动或打印流体流动的屏障物体。在一些示例中，颗粒耐受结构400避免灰尘和颗粒堵塞流体腔214和/或喷嘴116。再循环通道203还可以包括用于控制打印流体在液滴喷射期间的逆吹的窄点402。再循环通道203还可以包括非活动部件阀门404。本文中所使用的非活动部件阀门（NMPV）指的是被定位和/或设计成调节流体的流动的非活动物体。非活动部件阀门404的存在能够提高再循环效率，使喷嘴串扰降至最低，喷嘴串扰指的是相邻液滴发生器204和/或泵206之间非预期的流体的流动。

除了流体致动器206在再循环通道203内的不对称放置之外，惯性泵机构的另一个组成部分需要被满足以便实现能够生成通过再循环通道203的净流体流动的泵送效果，其是由流体致动器206生成的流体位移的时间不对称性。也就是说，为了实现泵送效果以及通过通道203和液滴发生器204的净流体流动，流体致动器206还应当相对于其在通道203内的流体位移不对称地操作。在操作期间，流体致动器206首先以正向冲程向上偏转到通道203内（即，柔性膜向上弯曲，从而起到正向活塞冲程的作用），并且之后以反向冲程向下从通道203中偏转出来（即，柔性膜重回向下弯曲，从而起到反向活塞冲程的作用）。如上所述，流体致动器206生成在通道203中传播的波，从而沿通道203向两个相反的方向推动流体。如果流体致动器206的操作使得其偏转沿两个方向以相同的速度使流体发生位移，那么流体致动器206将几乎不会在通道203中生成净流体流动。为了生成净流体流动，应当控制流体致动器206的操作，从而使其偏转或流体位移不对称。因此，流体致动器206的相对于其偏转冲程的定时或者流体位移的不对称操作是为了实现能够通过再循环通道203生成净流体流动的泵送效果而必须满足的第二个条件。

图5示出了根据本公开的实施例的操作的不同阶段中具有集成流体致动器206的再循环通道203的侧视图。图5的再循环通道203与图4所示的相同，但是为了有助于描述将其图示成了线性形式。因此，再循环通道203的每一端都与流体槽202流体连通。流体致动器206被不对称地放置在通道203的短侧处，从而满足了创建能够通过通道203生成净流体流动的泵送效果所需的第一条件。液滴发生器204位于再循环通道203中与流体致动器206相对的朝向通道203的另一端。如上所述，要想创建泵送效果所需满足的第二个条件是流体致动器206的不对称操作。

在图5所示的操作阶段，流体致动器206处于静止位置并且是不活动的，因而没有通过通道203的净流体流动。在操作阶段B，流体致动器206是活动的，并且膜向上偏转到了通道203内。随着膜向外推动所述流体，这一向上偏转或者正向冲程引起了通道203内的流体的压缩（正）位移。在操作阶段C，流体致动器206是活动的，并且所述膜正在开始向下偏转，从而返回到其初始静止位置。随着膜向下牵拉流体，所述膜的这一向下偏转或反向冲程引起了通道203内的流体的拉伸（负）位移。向上和向下的偏转是一个偏转周期。如果在重复偏转周期中所述向上偏转（即，压缩位移）和向下偏转（即，拉伸位移）之间存在时间不对称性，那么将通过通道203生成净流体流动。下文将参考图6-13讨论时间不对称性和净流体流动方向。因此，图5包括用于操作阶段B和C的相反的净流动方向箭头之间的问号，以指示尚未确定压缩和拉伸位移之间的时间不对称性，并且因此，流动的方向（如果存在的话）尚不可知。

图6示出了根据本公开的实施例的处于图5的操作阶段B和C的活动流体致动器206连同时间标记“t1”和“t2”，其有助于图示出由流体致动器206生成的压缩和拉伸位移之间的时间不对称性。时间t1是流体致动器膜向上偏转，从而生成了压缩流体位移所用的时间。时间t2是流体致动器膜向下偏转或者返回至其初始位置，从而生成了拉伸流体位移所用的时间。如果压缩位移（向上的膜偏转）的持续时间t1比拉伸位移（向下的膜偏转）的持续时间t2长或短（即不同），那么将产生流体致动器206的不对称操作。在偏转周期的重复当中，这样的不对称的流体致动器206的操作将在再循环通道203内生成并且通过液滴发生器204的净流体流动。然而，如果t1和t2压缩和拉伸位移是相等的，或者是对称的，那么不管流体致动器206在通道203内是不是不对称放置都将几乎不存在通过通道203的净流体流动。

图7、8和9示出了根据本公开的实施例的处于图5的操作阶段B和C的活动流体致动器206，其包括净流体流动方向箭头，所述箭头指示其中流体通过再循环通道203和液滴发生器204流动（如果会出现的话）的方向。净流体流动的方向取决于来自致动器的压缩（正）和拉伸（负）位移持续时间（t1和t2）。图10、11和12示出了其持续时间分别与图7、8和9的位移持续时间t1和t2相对于的示例位移脉冲波形。对于压电流体致动器203而言，能够通过电子控制器110精确地控制压缩位移和拉伸位移时间，t1和t2，例如，电子控制器110执行来自（例如）诸如图1中的流体喷射设备100内的流动控制模块112的指令。

参考图7，压缩位移持续时间t1比拉伸位移持续时间t2短，因而存在处于从再循环通道203的短侧（即，致动器所处的一侧）到所述通道的长侧的方向内的通过液滴发生器204的净流体流动。随着流体通过液滴发生器204的腔214流动，能够通过激活喷射元件216而喷射一些流体。在图10中可以看到压缩和拉伸位移持续时间t1和t2之间的差异，其示出了由流体致动器206可能生成的与压缩位移持续时间t1和拉伸位移持续时间t2对应的示例位移脉冲波形。图10的波形指示了具有大约0.5微秒（ms）的压缩位移持续时间t1和大约9.5ms的拉伸位移持续时间t2的大约1皮升（pl）的位移脉冲/周期。为所述流体位移量和位移持续时间提供的值只是示例，并且其无论如何都并非旨在构成限制。

在图8中，压缩位移持续时间t1比拉伸位移持续时间t2长，因而存在处于从再循环通道203的长侧通过液滴发生器204到所述通道的短侧的方向内的净流体流动。此外，随着流体通过液滴发生器204的腔214流动，能够通过激活喷射元件216而喷射一些流体。在图11中可以看到压缩和拉伸位移持续时间t1和t2之间的差异，其示出了由流体致动器206可能生成的与压缩位移持续时间t1和拉伸位移持续时间t2对应的示例位移脉冲波形。图11的波形指示了具有大约9.5微秒（ms）的压缩位移持续时间t1和大约0.5ms的拉伸位移持续时间t2的大约1皮升（pl）的位移脉冲/周期。

在图9中，压缩位移持续时间t1等于拉伸位移持续时间t2，因而几乎不存在由流体致动器206生成通过再循环通道203或液滴发生器204的净流体流动。在图12中可以看到相等的压缩和拉伸位移持续时间t1和t2，其示出了由流体致动器206可能生成的与压缩位移持续时间t1和拉伸位移持续时间t2对应的示例位移脉冲波形。图12的波形指示了具有大约5.0微秒（ms）的压缩位移持续时间t1和大约5.0ms的拉伸位移持续时间t2的大约1皮升（pl）的位移脉冲/周期。

注意的是，在图9中，尽管存在流体致动器206在再循环通道203内的不对称定位（满足用于实现惯性泵送效果的一个条件），但是仍然几乎不存在通过通道203或液滴发生器204的净流体流动，因为流体致动器206的操作不是不对称的（不满足用于实现泵送效果的第二个条件）。类似地，如果流体致动器206的定位是对称的（即，位于通道203的中心处），并且致动器206的操作是不对称的，那么仍然将几乎不存在通过通道203的净流体流动，因为并没有满足两个泵送效果条件。

根据上文的示例和对图5-12的讨论，重要的是要注意流体致动器206的不对称定位的泵送效果条件和流体致动器206的不对称操作的泵送效果条件之间的相互作用。也就是说，如果流体致动器206的不对称定位和不对称操作沿同一方向起作用，那么流体致动器206将表现出高效率的泵送效果。然而，如果流体致动器206的不对称定位和不对称操作的作用彼此相逆，那么流体致动器206的不对称操作将逆转由流体致动器的不对称定位带来的净流动矢量，并且净流动从通道的长侧到通道203的短侧。

此外，根据上面的示例以及对图5-12的讨论，现在可以更清楚地认识到，上文相对于图2-4的再循环通道203讨论的流体致动器206被假定为是其压缩位移持续时间短于其拉伸位移持续时间的致动器设备，因为净流体流动是从通道203的短侧到所述通道的长侧前进的。这样的致动器的示例是电阻加热元件，其对流体加热，从而通过超临界蒸汽的爆炸而引起位移。这样的事件具有爆炸不对称性，其扩张阶段（即，压缩位移）比其塌陷阶段（即，拉伸压缩）更快。不能按照与（例如）由压电膜致动器引起的偏转不对称性相同的方式控制这一事件的不对称性。

图13示出了根据本公开的实施例的处于操作的不同阶段中的具有集成流体致动器206的再循环通道203的侧视图。图13的再循环通道203与图4所示的相同，但是为了有助于描述将其图示成线性形式。这个实施例与上文对于图5示出和讨论的类似，只是所示的流体致动器膜的偏转在通道203内创建压缩和拉伸位移的工作方式不同。更具体而言，在图13的示例中，拉伸（负）位移发生在压缩（正）位移之前。在先前的参考图5-12的示例中，压缩（正）位移发生在拉伸（负）位移之前。在图13所示的操作阶段A，流体致动器206处于静止位置并且是不活动的，因而不存在通过通道203的净流体流动。在操作阶段B，流体致动器206是活动的，并且膜向下偏转并且到流体通道203之外。随着膜向下牵拉流体，所述膜的这个向下的偏转引起了通道203内的流体的拉伸位移。在操作阶段C，流体致动器206是活动的，并且所述膜正在开始向上偏转，从而返回到其初始静止位置。随着膜将流体向上推到通道内，这个向上偏转引起了通道203内的流体的压缩位移。如果所述压缩位移和拉伸位移之间存在时间不对称性，那么将通过通道203生成净流体流动。净流体流动的方向取决于压缩和拉伸位移的持续时间，其方式与上文讨论相同。

图14示出了根据本公开的实施例的示例移位脉冲波形，其持续时间可以分别与图13的位移持续时间t1和t2对应。图14的波形示出了发生在压缩（正）位移之前的拉伸（负）位移。在先前的两个示例当中，流体致动器206均开始于静止位置，并且之后要么先产生压缩（正）位移，随后产生拉伸（负）位移，要么其先产生拉伸位移，随后产生压缩位移。值得指出的是，各种其他位移的示例和对应的波形都是可能的。例如，可以沿特定的方向对流体致动器206预加载，和/或使流体致动器206能够横越（traverse）其静止位置，从而使得在其产生压缩和拉伸位移时既偏转到通道203内，又从通道203中偏转出来。

图15示出了既偏转到通道203内又从该通道中偏转出来的流体致动器206的示例表示，连同代表性的位移脉冲波形，其用于举例说明，在致动器206产生压缩和拉伸位移时怎样能够偏转到通道203内，以及从通道203内偏转出来，并且说明了致动器206的可能的沿正或负偏转的预加载。例如，通过在电子控制器110上执行的流动控制模块126控制致动器206的这样的进出通道203的偏转以及致动器206的预加载。

Claims (15)

1.一种流体喷射设备，其包括：

流体再循环通道，包括入口通道、出口通道以及入口通道与出口通道之间的连接通道；

设置在所述再循环通道的入口通道和出口通道之一内的液滴发生器；

与所述再循环通道的入口通道和出口通道的每一端流体连通的流体槽；以及

压电流体致动器，其设置在所述再循环通道的入口通道和出口通道的另一个之内并且不对称地位于所述再循环通道内以促使流体从流体槽流动通过再循环通道和液滴发生器并且流回到流体槽。

2.根据权利要求1所述的流体喷射设备，还包括控制器，其用于通过使所述压电流体致动器生成具有受控的持续时间的压缩和拉伸流体位移而控制流体流动的方向。

3.根据权利要求2所述的流体喷射设备，其中，所述压缩和拉伸流体位移的持续时间不等。

4.根据权利要求2所述的流体喷射设备，还包括可在控制器上执行的流动控制模块，其用于控制所述压缩和拉伸流体位移的持续时间。

5.根据权利要求1所述的流体喷射设备，还包括处于所述再循环通道内的非活动部件阀门，其用于促进沿一个方向的流体流动。

6.根据权利要求1所述的流体喷射设备，其中，所述液滴发生器位于所述出口通道中，并且所述致动器位于所述入口通道中。

7.根据权利要求1所述的流体喷射设备，其中，所述液滴发生器位于所述入口通道中，并且所述致动器位于所述出口通道中。

8.一种从流体喷射设备喷射流体的方法，包括：

在具有液滴发生器的流体再循环通道内，控制流体致动器的压缩和拉伸流体位移的持续时间，从而使流体从流体槽流动通过液滴发生器并且流回到流体槽；以及

在流体流动通过液滴发生器时通过喷嘴喷射流体；

其中流体再循环通道包括入口通道、出口通道以及入口通道与出口通道之间的连接通道；

其中液滴发生器设置在所述再循环通道的入口通道和出口通道之一内；

其中所述流体致动器，其设置在所述再循环通道的入口通道和出口通道的另一个之内。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述压缩和拉伸流体位移的持续时间的控制包括：

生成第一持续时间的压缩流体位移；以及

生成与所述第一持续时间不同的第二持续时间的拉伸流体位移。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，生成压缩流体位移包括使机械膜弯曲到所述流体再循环通道内，从而使得减小所述通道内的区域。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，生成拉伸流体位移包括使机械膜向流体再循环通道外弯曲，从而使得增大通道内的区域。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一持续时间比所述第二持续时间短，并且所述流体位移促使流体沿第一方向流动通过液滴发生器。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一持续时间比所述第二持续时间长，并且所述流体位移促使流体沿第二方向流动通过液滴发生器。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，对流体致动器的压缩和拉伸流体位移的持续时间的控制包括利用执行机器可读指令的控制器激活流体致动器。

15.一种流体喷射设备，其包括：

流体再循环通道的入口通道和出口通道之一内的液滴喷射器；

用以控制通过所述再循环通道和液滴喷射器的流体流动的方向、速率和定时的流体控制系统；

其中，所述流体控制系统包括所述再循环通道的入口通道和出口通道中的另一个内的流体致动器以及具有可执行指令的控制器，所述指令用于促使所述流体致动器在所述再循环通道内生成驱动流体流动的时间不对称压缩和拉伸流体位移。