CN107548360B - 可喷射材料喷发腔室的止回阀 - Google Patents

可喷射材料喷发腔室的止回阀 Download PDF

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Abstract

一种用于防止可喷射材料喷发腔室内的可喷射材料在喷发事件期间的反向流动的止回阀包括自由浮动的塞。所述止回阀还包括至少一个保持柱，其中，该自由浮动的塞被布置在喷发腔室的至少一个壁和保持柱之间，该至少一个壁和保持柱限制该自由浮动的塞在腔室内的移动。

Description

可喷射材料喷发腔室的止回阀
背景技术
打印机被用于通过来自打印头的墨的受控喷射而在介质上形成图像。打印头包括若干个喷发腔室(firing chamber)，该若干个喷发腔室具有在每个喷发腔室中限定的喷嘴。存在于打印头的喷发腔室内的墨可以通过该喷嘴来喷射，并且喷射到介质上以形成图像。通过喷发事件来促进墨的喷射，其中，位于喷发腔室内的若干个喷发装置的激发通过喷嘴来喷射可喷射材料(jettable material)。
附图说明
附图图示了本文所述的原理的各种示例，并且是本说明书的一部分。图示的示例仅为了说明而给出，并且不限制权利要求的范围。
图1是根据本文所述的原理的一个示例的可喷射材料喷发腔室的透视图。
图2A和图2B分别是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室在可喷射材料喷射事件之前或之间或者在致动器的空闲时间期间的透视图和顶视图。
图3A和图3B分别是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室在可喷射材料喷射事件期间的透视图和顶视图。
图4A和图4B分别是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室在可喷射材料喷射事件之后的透视图和顶视图。
图5A至图5F是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室在制造的各个阶段期间的剖视侧视图。
图5H和图5G分别是根据本文所述的原理的一个示例的设置在图1的可喷射材料喷发腔室内的塞的透视图和顶视图。
图6是根据本文所述的原理的一个示例的包括图1的可喷射材料喷发腔室的流体喷射装置的框图。
图7是根据本文所述的原理的一个示例的结合流体增压室(fluid plenum)的图6的流体喷射组件的框图。
图8是根据本文所述的原理的另一示例的可喷射材料喷发腔室的透视图。
图9是根据本文所述的原理的又一示例的可喷射材料喷发腔室的透视图。
图10是根据本文所述的原理的再一示例的可喷射材料喷发腔室的透视图。
贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
在一些打印头喷发腔室中，喷发事件可使大量的例如墨之类的可喷射材料通过可喷射材料进入喷发腔室所通过的入口向回逃逸。当在喷发事件期间墨通过入口向回逃逸时，这导致相对较少量的可喷射材料通过喷嘴喷射并且喷射到介质上，而不是在喷发事件之前不久和期间存在于喷发腔室中。可喷射材料的这种回流导致喷射的材料的体积较小，与反之在腔室中现存的全部可喷射材料都将被喷射的情况下可获得的打印介质相比，这又导致质量较差的打印介质。
此外，在一些打印头喷发腔室中，可喷射材料通过入口的回流可使打印头制造商制造相对较大的喷发腔室，以补偿由于回流而导致的失去的可喷射材料。然而，这使得打印装置内的打印头的占用空间更大，并且由于使用更多的材料而增加了制造成本。
更进一步地，在一些打印头喷发腔室中，可喷射材料通过入口的回流可使可喷射材料在喷发事件之后的再填充与在如下情况下可能的时间相比，花费更长的时间，即：在喷发腔室内的所有可喷射材料都将通过喷嘴来喷射，而不是被允许通过入口逃逸。这是因为在喷发事件之后可喷射材料进入到喷发腔室中的流动受到该可喷射材料通过入口的回流的阻碍，并且因为在喷发腔室内存在相对较小的吸力或负压。在一些情况下，可以通过使入口的孔口更小来增加入口流体阻力。然而，这降低了喷发事件之后的再填充过程的速度，并且继而降低了喷嘴的喷发速度和打印装置的打印速度。
更进一步地，在本文所述的示例中，包括在喷发腔室内的止回阀防止相邻的喷发腔室之间的串扰(cross-talk)。止回阀减少了从喷嘴和被引发的腔室非期望地转移到尚未被引发的相邻喷发腔室的能量的量，并且继而降低了来自相邻喷发腔室内的相邻喷嘴的意外流体喷射的可能性。
本文所述的示例提供了一种止回阀，其用于防止在喷发事件期间可喷射材料喷发腔室内的可喷射材料的反向流动。该止回阀包括自由浮动的塞和至少一个保持柱。该自由浮动的塞被布置在入口所在的喷发腔室的至少一个壁和保持柱之间。该至少一个壁和保持柱限制该自由浮动的塞在喷发腔室内的移动。
所述自由浮动的塞在喷发腔室内被设置于在喷发腔室内设置的若干个可喷射材料喷发装置的上游，以及可喷射材料进入喷发腔室所通过的入口的下游。与喷发事件之前腔室内的压力相比，在喷发事件期间，设置在腔室内的若干致动器在腔室内产生相对较高的压力，以迫使自由浮动的塞阻塞入口并从喷嘴孔喷射可喷射材料。
与喷发事件期间腔室内的压力相比，在可喷射材料喷发事件之后，喷发装置在腔室内产生较低的压力。该较低的负压迫使自由浮动的塞解除入口的阻塞，并经由入口用可喷射材料来再填充腔室。在可喷射材料喷发事件之前，自由浮动的塞在喷发腔室内的位置被毛细力克服，以允许可喷射流体进入腔室。
对于具有给定的腔室尺寸和热预算的喷发腔室，本文所述的示例提供了待从喷嘴中射出的更大体积的可喷射材料，而不会显著影响再填充速度和打印速度。通过在止回阀内使用自由浮动的塞，可以有效地减少回流量，而不影响喷嘴的喷发速度，不增加打印芯片占用空间的量，并且不增加制造复杂性。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“止回阀”意在被广泛地理解为构造成防止反向流体流动的阀。止回阀有时被称为单向阀(NRV)。本文所述的止回阀提供了切断可喷射材料经由入口从喷发腔室中向外的反向流动。
更进一步地，如本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“若干”或类似语言意在被广泛地理解为包括1到无穷大的任何正数；零不是数量，而是没有数量。
在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的系统和方法的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，本发明的设备、系统和方法可以在没有这些具体细节的情况下实施。在说明书中对“示例”的引用或类似语言意味着结合该示例描述的特定的特征、结构或特性如所描述的被包括，但是可不被包括在其他示例中。
现在转向附图，图1是根据本文所述的原理的一个示例的可喷射材料喷发腔室(100)的透视图。喷发腔室(100)可以在通过喷嘴来喷射可喷射材料的打印装置中实现。从喷发腔室(100)喷射的可喷射材料可以是可通过喷嘴喷射的任何材料，例如墨、药物、例如血液或尿液之类的生物医学流体、机械悬浮液、胶体悬浮液和气体以及能够从喷嘴中喷出的其他材料等。可以利用本文所述的示例的打印装置的示例包括热喷墨打印机、压电喷墨打印机、使用形状记忆合金的喷墨打印机以及使用超声电机的喷墨打印机等。
可喷射材料喷发腔室(100)包括第一层(102)和第二层(104)。在一个示例中，第二层(104)可以被称为顶帽层(104)。将结合图5A至图5G以及图1中所描绘的截面平面(120)来更详细地描述在第一层(102)和第二层(104)内使用的材料以及制造可喷射材料喷发腔室(100)的方式。贯穿图1至图4B，第二层(104)被描绘为透明的，使得可以描绘喷发腔室(100)内的细节。
腔室凹部(106)和入口(108)被限定在第一层(102)内。腔室凹部(106)形成喷发腔室(100)的墨或其他可喷射材料被引入到其中的部分，以便从喷发腔室(100)喷射可喷射材料。
喷嘴孔(118)被限定在第二层(104)内，以便允许可喷射材料在喷发事件期间从喷发腔室(100)中喷出。通过激发设置在喷发腔室(100)的腔室凹部(106)内的致动器(116)来产生喷发事件。致动器(116)可以是可经由喷嘴孔(118)从喷发腔室(100)喷射可喷射材料的任何类型的致动器。在一个示例中，致动器(116)可以包括例如在热喷墨打印头中使用的加热元件，其中，该加热元件通过利用气泡的膨胀来加热和喷射可喷射材料而在可喷射材料内产生气泡。在另一示例中，致动器(116)可以包括例如当施加电场时改变压电材料的形状的压电致动器。在再一示例中，致动器(116)可以包括例如电致动的形状记忆合金，其中，电流导致焦耳加热，并且通过向周围环境的对流热传递而发生失活(deactivation)。
可喷射材料喷发腔室(100)还包括止回阀，其包括元件110、112和114，这是因为它们与喷发腔室(100)内的元件相互作用。元件110是自由浮动的塞。元件112和114是保持柱，其将自由浮动的塞(110)的移动限于腔室凹部(106)的包含致动器(116)和喷嘴孔(118)的部分中。自由浮动的塞(110)被允许在腔室凹部(106)的在第一层(102)中限定入口(108)的部分与保持柱(112、114)之间自由移动。
塞(110)的自由浮动性质意味着塞(110)未被附接到使塞(110)沿特定方向移动或使塞(110)返回到特定位置的弹簧、锚固器或者其他装置。这提供了在打印头芯片(printhead die)上消耗较少的基板面(real-estate)的喷发腔室(100)，与在具有附接到塞(110)的附加元件的情况下可能需要的占用空间相比提供了较小的占用空间，并且降低了制造复杂性。保持相对较小的打印头芯片占用空间的能力也有助于增加或保持高密度的喷墨架构。此外，与包括本发明的止回阀系统的喷发腔室(100)的制造相关联的制造过程是简单的，并且与标准喷墨制造过程完全相容。这显著降低了制造中的成本，同时实现了如下附加的益处，即：喷墨液滴体积或液滴重量增加，而不牺牲打印速度或增加功率消耗或功率需求，以按照使致动器(116)补偿可喷射材料的回流的方式来激活致动器(116)。
贯穿图1至图5G，自由浮动的塞(110)被描绘为具有圆柱形的形状。然而，塞(110)可具有如下任何三维形状，即：该三维形状足以在入口(108)处产生相对较高的有效流体阻力，并且减少或消除可喷射材料通过入口(108)的回流。在一些示例中，塞(110)可具有任何二次形状(quadratic shape)，包括例如椭圆形形状、球形形状、锥形形状、圆柱形形状、圆环形状、其他封闭的三维形状或者它们的组合。
在一个示例中，塞(110)可具有直径，或者塞(110)的形状的最小宽度可以比喷发腔室(100)的内部高度要长。这种构造阻止塞打开喷发腔室(100)内的边缘。如果允许塞(110)打开边缘，则塞(110)可能不能有效地阻塞入口(108)。
在另一示例中，塞(110)的形状的最小宽度可以比通向喷发腔室(100)的腔室凹部(106)的任何通道要长，包括入口(108)以及处于保持柱(112、114)和喷发腔室(100)的其中限定了入口(108)的边缘之间的通道。这限制了塞(110)移动到除了由保持柱(112、114)和喷发腔室(100)的其中限定了入口(108)的边缘限定的那些区域之外的喷发腔室(100)的区域中。在一个示例中，保持柱(112、114)部分地在喷发腔室的底部(106)和第二层(104)之间延伸。在该示例中，保持柱(112、114)被耦接到喷发腔室的底部(106)和第二层(104)二者或者由喷发腔室的底部(106)和第二层(104)二者形成，或者在该示例中，保持柱(112、114)被附接到喷发腔室的底部(106)或第二层(104)或者由喷发腔室的底部(106)或第二层(104)形成。在保持柱(112、114)被附接到喷发腔室的底部(106)或第二层(104)或者由喷发腔室的底部(106)或第二层(104)形成的示例中，保持柱(112、114)充分延伸得足够远，以限制塞(110)移动到除了由保持柱(112、114)和喷发腔室(100)的其中限定了入口(108)的边缘限定的那些区域之外的喷发腔室(100)的区域中。
现在将结合图2A至图4B来描述喷发腔室(100)内的止回阀(110、112、114)的功能。图2A和图2B分别是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室(100)在可喷射材料喷射事件之前或之间或者在致动器(116)的空闲时间期间的透视图(200)和顶视图(250)。虚线箭头202、204和206指示例如墨之类的可喷射材料进入到喷发腔室(100)中的流动。可喷射材料经由入口(108)进入喷发腔室(100)，并且流过处于保持柱(112、114)之间的塞(110)，并流动到致动器(116)和喷嘴孔(118)所在的喷发腔室(100)的主要部分中。
在这种情况下，可喷射材料的流动通过毛细力来进行，该毛细力将墨吸入到喷发腔室(100)中。在一个示例中，喷发腔室(100)的这种毛细管填充可以在其中实施喷发腔室(100)的打印装置的启动之前发生。在图2A和图2B中所描绘的操作阶段中，入口(108)的开口的流体阻力并不重要，这是因为在用于可喷射材料的致动器(116)的停用期间提供了足够的时间量以填充喷发腔室(100)。可喷射材料从流体耦接的可喷射材料储存器(图6，606)流动到喷发腔室(100)，该可喷射材料储存器经由入口(108)将可喷射材料提供给喷发腔室(100)。在一个示例中，流体耦接的可喷射材料储存器(图6，606)可以包括流体增压室(图7，702)。在该示例中，在喷发腔室(100)和流体耦接的可喷射材料储存器(图6，606)之间流体耦接的流体增压室(702)内的压力在可喷射材料喷发事件期间抵抗变化，并且可被用于再填充流体喷射组件内的喷发腔室(100)。因此，在使用流体增压室(702)的情况下，喷发腔室(100)和流体增压室(702)之间的压差使塞(110)移动。
图3A和图3B分别是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室(100)在可喷射材料喷射事件期间的透视图(300)和顶视图(350)。如致动器(116)的阴影所示，喷发腔室(100)内的致动器(116)的激发在喷发腔室(100)内产生相对较高的压力。该相对较高的压力使一定量的可喷射材料从喷发腔室(100)通过喷嘴孔(118)喷射，如结合与喷嘴孔(118)相关联的虚线箭头302所描绘的。例如，在利用加热元件的热喷墨打印头中，可喷射材料被填充在喷发腔室(100)中。电流被施加于加热元件以加热可喷射材料，从而在可喷射材料中产生气泡，以便通过气泡的膨胀使可喷射材料通过喷嘴孔(118)从喷发腔室(100)中喷出。在利用压电致动器、形状记忆合金致动器和超声电机致动器等的打印装置中，发生类似的压力增加。
致动器(116)的激活以及相关的喷发腔室(100)内压力的增加促动可喷射材料远离致动器(116)。在这种状况下，并且在没有塞(110)的情况下，可喷射材料的一部分可以通过入口(108)从喷发腔室(100)中向外回流，并回流到流体耦接的可喷射材料储存器(图6，606)中。然而，本文所述的示例提供了止回阀的塞(110)。
因此，在本文所述的所有示例中，喷发腔室(100)内的压力的增加朝向入口(108)促动可喷射材料和塞(110)。塞(110)的移动通过箭头304来指示，而与塞(110)相关联的虚线箭头306指示喷发腔室(100)内压力的增加所提供的力，以及可喷射材料远离致动器(116)的大致流动。当塞(110)由于可喷射材料沿虚线箭头306所示的方向的流动而阻塞入口(108)时，它停止可喷射材料的回流。以这种方式，入口的有效流体阻力显著增加，这有效地将喷嘴孔(118)留下作为用于排出可喷射材料的唯一路径。这确保了从喷发腔室(100)喷射较大的可喷射材料液滴，这是因为在喷发腔室(100)内保留了更大量的可喷射材料。相对于利用不包括本发明的塞(110)的喷发腔室(100)，使用相同的腔室体积和热预算(thermalbudget)实现了该较大的可喷射材料液滴。
图4A和图4B分别是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室(100)在可喷射材料喷射事件之后的透视图(400)和顶视图(350)。在喷发事件之后，将在喷发腔室(100)内补充可喷射材料，以为后继的喷发事件作准备。因此，可喷射材料经由入口(108)被再次供应到喷发腔室(100)。
如图4A和图4B中所描绘的，在喷发事件期间可喷射材料的喷射后不久开始的喷发腔室(100)的再填充期间，在喷发腔室(100)内可存在负压，该负压是由于喷发腔室(100)内缺少可喷射材料或者其他流体或气体而造成。相对于如结合图3A和图3B所述的在喷发事件期间存在的增加的压力，该负压是较低的压力，并且相对于如上文结合图2A和图2B所述的可喷射材料喷射事件之前或之间或者致动器的空闲时间期间，该负压是较低的压力。该负压使可喷射材料从流体耦接的可喷射材料储存器(图6，606)被吸入到喷发腔室(100)的腔室凹部(106)中，如虚线箭头402所示。
使可喷射材料进入到喷发腔室(100)中的这种抽吸对塞(110)施加向内的力，并且使塞(110)相对于如图3A和图3B中所描绘的塞(110)的位置移动到如图4A和图4B中所描绘的位置。使用箭头408来描绘塞(110)的这种移动。由于再填充喷发腔室(100)的可喷射材料的对塞(110)的向内的力，塞(110)被强制与保持柱(112、114)接合，并且防止可喷射材料在保持柱(112、114)之间的流动。以这种方式，相对于入口(108)的流体阻力被减小到最小水平，并且可喷射材料足够快地流入到喷发腔室(100)的腔室凹部(106)中，以提供待在后继的喷发事件中从喷嘴孔(118)喷射的另一体积的可喷射材料。
在一个示例中，可喷射材料围绕塞(110)和保持柱(112、114)沿虚线箭头404和406的方向流动，并且流动到喷发腔室(100)的腔室凹部(106)中。然而，在另一示例中，由于若干个保持柱(112、114)的不同布置结构，可喷射材料进入到喷发腔室(100)中的流动可能不同。图1至图4B中的保持柱(112、114)的布置结构是这样的布置结构的一个示例，但是也可以使用其他布置结构，只要该布置结构将塞(110)限制在入口(110)周围的限定区域内。不管使用什么布置结构，这些布置结构提供了自由浮动的塞(110)，其在喷发事件期间密封或关闭入口(108)，并且在喷发腔室(100)的再填充期间自由地启封入口(108)或解除入口(108)的阻塞。
在一个示例中，入口(108)的尺寸可以被制造为大于或小于图1至图4B中所描绘的尺寸，以提供不同的再填充频率和再填充时间。然而，塞(110)的形状的最小宽度可以比入口(108)的开口的宽度要长，以便确保塞(110)不会通过入口(108)离开喷发腔室(100)。
喷发腔室(100)的再填充频率可以被定义为基于入口(108)的尺寸和止回阀(110、112、114)的功能在一定时间段内喷发腔室(100)能够被再填充的次数。因为塞(110)是在喷发腔室(100)内自由浮动的，因此止回阀(110、112、114)不会导致喷发腔室(100)的再填充频率的降低。
在另一示例中，当塞(110)远离入口(108)缩回时的喷发腔室(100)的再填充期间，塞(110)的厚度以及塞(110)和入口(108)之间的距离也影响再填充的频率和再填充时间。这些因素可使可喷射流体在它进入喷发腔室(100)时或多或少受到阻碍。因此，除了喷发腔室(100)的其他方面之外，入口(108)的尺寸、塞(110)的厚度以及塞(110)和入口(108)之间的距离可以被调整为实现期望的填充体积、再填充频率和再填充时间。
现在将结合图5A至图5G来描述喷发腔室(100)的建造或制造过程。图5A至图5F是根据本文所述的原理的一个示例的图1的可喷射材料喷发腔室(100)在制造的各个阶段期间的剖视侧视图。将结合图1中所描绘的截面平面(120)来给出图5A至图5G的描述。将图1中所描绘的截面平面(120)用作图5A至图5F的可喷射材料喷发腔室(100)的剖视侧视图的基础。
制造过程可以通过在衬底(502)上图案化第一层的牺牲材料(504)开始。在一个示例中，衬底(502)是硅晶片，例如在制造热喷墨喷嘴中使用的那些硅晶片等。可以使用例如液体分配或化学气相沉积(CVD)过程来将第一层的牺牲材料(504)沉积在衬底(502)上。尽管未描绘出，但是例如图1至图4B的致动器(116)、电阻器、互补金属氧化物半导体(CMOS)电路或其他电气元件之类的若干致动器可以被嵌入衬底(502)内，以提供如本文所述的喷发腔室(100)的功能。
在一个示例中，第一牺牲材料(504)可以是例如光致抗蚀剂、金属、非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)之类的聚合物，或者例如二氧化硅之类的介电层。可以使用例如化学气相沉积(CVD)过程将第一牺牲材料(504)沉积在衬底(502)上。
底物(primer)层(图5B，506)可以被沉积在衬底(502)上。底物层(506)形成喷发腔室(100)的一部分。因此，底物层(506)以形成喷发腔室(100)的方式在衬底(502)的表面上图案化。在另一示例中，可以在施加第一牺牲层(504)之前或近似同时地将底物层(506)施加于衬底(502)。喷发腔室(100)的壁的其他部分可以构建在底物层(506)之上。此外，由于下面更详细地描述的原因，底物层(506)的厚度可以大于第一牺牲层(504)。在一个示例中，底物层(506)可由通过暴露于紫外线(UV)辐射可交联的SU-8环氧基负性光致抗蚀剂制成。在该示例中，底物层(506)被暴露于UV光，以便与底物层(506)的SU-8材料交联，以形成图5B中所描绘的结构。
如图5C中所描绘的，形成喷发腔室(100)的壁的另一部分的侧壁层(508)被沉积在底物层(506)上。在一个示例中，侧壁层(508)可由SU-8材料制成。在该示例中，像底物层(506)一样，侧壁层(508)可以被暴露于UV光，以便交联侧壁层(508)的SU-8材料，以形成图5C中所描绘的结构。
塞层(508-1)可以在侧壁层(508)的沉积之前、期间或之后被沉积。塞层(508-1)形成自由浮动的塞(110)。在一个示例中，塞层(508-1)可由用于形成侧壁层(508)的SU-8材料制成，并且可以同时或分开地沉积。在该示例中，像侧壁层(508)和底物层(506)一样，塞层(508-1)可以被暴露于UV光，以便交联塞层(508-1)的SU-8材料，以形成图5C中所描绘的结构。
可以使用类似的层来形成保持柱(112、114)。保持柱(112、114)的制造未在图5A至图5F中描绘，这是因为保持柱(112、114)位于除了与自由浮动的塞(110)的中心相关的平面120之外的不同平面中。
第一牺牲层(504)的厚度小于底物层(506)，以便在喷发腔室(100)内形成塞(110)，使得它是自由浮动的。如将在下面更详细地描述的，当底物层(506)、侧壁层(508)、塞层(508-1)和衬底(502)之间的腔用沉积在塞层(508-1)之上的第二层的牺牲材料填充并整平时，移除第一和第二牺牲材料(504、510)将产生自由浮动的塞(110)。
转向图5D，第二层的牺牲材料(510)被沉积在由底物层(506)和侧壁层(508)在侧面、衬底(502)在底部上以及塞层(508-1)在中间形成的空隙中，如图5D中所描绘的。如图5E中所描绘的，顶帽膜层(512，图5E)被沉积在整个喷发腔室(100)上。塞层(508-1)和顶帽膜层(512)之间的空间允许产生塞(110)，并且防止塞(110)附接到顶帽膜层(512)或由顶帽膜层(512)形成，如下面将更详细地描述的。
转向图5F，第一牺牲材料(504)和第二牺牲材料(510)被移除。在一个示例中，牺牲层通过选择性蚀刻工艺来移除，该选择性蚀刻工艺将不会损坏结构层或元件，包括侧面的底物层(506)和侧壁层(508)、底部上的衬底(502)以及中间的塞层(508-1)。
第一牺牲材料(504)和第二牺牲材料(510)的移除将产生如图5F中所描绘的自由浮动的塞(508-1′)。以这种方式，塞(图1的110，图5F的508-1′)被形成为喷发腔室(100)内的自由浮动的分离元件。
图5H和图5G分别是根据本文所述的原理的一个示例的设置在图1的可喷射材料喷发腔室内的塞(508-1′)的透视图(图5H)和顶视图(图5G)。如上所述，塞(508-1′)可以形成为具有任何二次形状，包括例如椭圆形形状、球形形状、锥形形状、圆柱形形状、圆环形状、其他封闭的三维形状或者它们的组合。
图6是根据本文所述的原理的一个示例的包括图1的可喷射材料喷发腔室(100)的流体喷射装置(600)的框图。流体喷射装置(600)包括电子控制器(602)和流体喷射组件(604)。流体喷射组件(604)可以包括可喷射材料喷发腔室(100)。喷发腔室(100)可以是本公开描述、图示和/或预期的喷发腔室的任何示例。喷发腔室(100)可以包括本文所述的止回阀，其包括如图5F中所描绘的自由浮动的塞(508-1′)和保持柱(112、114)。
电子控制器(602)可以包括用于与流体喷射组件(604)通信和控制流体喷射组件(604)的处理器、固件以及其他电子装置，以便以精确的方式来喷射流体微滴。电子控制器602从例如计算机之类的主机系统接收数据。该数据表示例如要打印的文档和/或文件，并且形成打印作业，该打印作业包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。由数据，电子控制器(602)限定要喷射的液滴的图案，该图案形成字符、符号和/或其他图形或图像。
在一个示例中，流体喷射装置(600)可以是喷墨打印装置。在该示例中，流体喷射装置(600)还可以包括流体耦接到流体喷射组件(604)的可喷射材料喷发腔室(100)以向该可喷射材料喷发腔室(100)供应可喷射材料的流体耦接的可喷射材料储存器(606)。图7是根据本文所述的原理的一个示例的结合流体增压室的图6的流体喷射组件的框图。在该示例中，流体增压室(702)可以被耦接到可喷射材料储存器(606)，并且是用于墨的储存器，该墨将被供应到至少一组喷发腔室(100)，并且在一些示例中，被供应到流体喷射组件(604)的所有喷发腔室(100)。
介质输送组件(608)可以包括在流体喷射装置(600)中，以为流体喷射装置(600)提供介质，以便通过从喷发腔室(100)喷射可喷射材料在介质上产生图像。流体喷射装置(600)还可以包括为流体喷射装置(600)的各种电子元件供能的电源(610)。在该示例中，在喷发腔室(100)和流体耦接的可喷射材料储存器(图6，606)之间流体耦接的流体增压室(702)内的压力在可喷射材料喷发事件期间抵抗变化，并且可被用于再填充流体喷射组件(604)内的喷发腔室(100)。因此，在使用流体增压室(702)的情况下，喷发腔室(100)和流体增压室(702)之间的压差使塞(110)移动。
图8是根据本文所述的原理的另一示例的可喷射材料喷发腔室(800)的透视图。可喷射材料喷发腔室(800)与图1的实施例类似，并且在图8中使用的与图1共同的附图标记在本文中结合图1来描述。然而，图8包括单一的保持柱(812)和自由浮动的圆环形塞(810)。单一的保持柱(812)位于在圆环形塞(810)内限定的空隙内，并且仅允许圆环形塞(810)移动到圆环形塞(810)的内径允许的程度。在一个示例中，圆环形塞(810)包括方形截面。然而，圆环形塞(810)可具有任何截面，包括椭圆形、圆形、三角形或矩形以及其他截面形状。
图8的圆环形塞(810)以与上面结合图1至图3所述的类似的方式来移动。与喷发事件之前喷发腔室(800)内的压力相比，在喷发事件期间，设置在喷发腔室(800)内的致动器(116)在喷发腔室(800)内产生相对较高的压力，以迫使圆环形塞(810)阻塞入口(108)并从喷嘴孔(118)喷射可喷射材料。与喷发事件期间喷发腔室(800)内的压力相比，在可喷射材料喷发事件之后，致动器(116)在喷发腔室(800)内产生较低的压力。该较低的负压迫使圆环形塞(810)解除入口(108)的阻塞，并经由入口(108)用可喷射材料来再填充喷发腔室(800)。在可喷射材料喷发事件之前，圆环形塞(810)在喷发腔室(800)内的位置被毛细力克服，以允许可喷射流体进入喷发腔室(800)。
图9是根据本文所述的原理的又一示例的可喷射材料喷发腔室(900)的透视图。可喷射材料喷发腔室(900)与图1的实施例类似，并且在图9中使用的与图1共同的附图标记在本文中结合图1来描述。然而，图9包括单一的保持柱(912)和自由浮动的塞(110)。该单一的保持柱(912)允许自由浮动的塞(110)在腔室凹部(106)的在第一层(102)中限定入口(108)的部分与保持柱(912)之间自由移动。图9的示例的保持柱(912)类似于图1的示例的保持柱(112、114)，原因在于保持柱(912)以类似的方式起作用。然而，图9的单个保持柱(912)是图1的示例的保持柱(112、114)的单一形式组合(singular combination)。因此，可喷射流体以类似的方式在喷发腔室(900)内流动，除了关于在保持柱(112、114)之间流动的方面，其中，图9的示例不包括这种空隙。
因此，图9的塞(910)以与上面结合图1至图3所述的类似的方式来移动。与喷发事件之前喷发腔室(900)内的压力相比，在喷发事件期间，设置在喷发腔室(900)内的致动器(116)在喷发腔室(900)内产生相对较高的压力，以迫使塞(910)阻塞入口(108)并从喷嘴孔(118)喷射可喷射材料。与喷发事件期间喷发腔室(900)内的压力相比，在可喷射材料喷发事件之后，致动器(116)在喷发腔室(900)内产生较低的压力。该较低的负压迫使塞(910)解除入口(108)的阻塞，并经由入口(108)用可喷射材料来再填充喷发腔室(900)。在可喷射材料喷发事件之前，塞(910)在喷发腔室(900)内的位置被毛细力克服，以允许可喷射流体进入喷发腔室(900)。
在一个示例中，为了增加在喷发事件期间施加在塞(910)上的净力，保持柱(912)可具有比自由浮动的塞(110)要短的轮廓。在该示例中，图9的保持柱(912)可以包括较短的轮廓。这种较短的轮廓在制造喷发腔室(900)时使用较少的材料和时间。在该示例中，保持柱(912)的高度可以至少与自由浮动的塞(110)的高度和自由浮动的塞(110)的顶部与第一层(102)或第二层(104)之间的任何空间之间的差异一样高。保持柱(912)的这些尺寸使得自由浮动的塞(110)不可能在保持柱(912)之上移动并且移动到喷发腔室(900)的其他部分中。
图10是根据本文所述的原理的再一示例的可喷射材料喷发腔室(1000)的透视图。可喷射材料喷发腔室(1000)与图1的实施例类似，并且在图10中使用的与图1共同的附图标记在本文中结合图1来描述。然而，图10包括与上面结合图1所述的保持柱(112、114)类似的保持柱(1012、1014)。但是，图10的保持柱(1012、1014)包括较短的轮廓。这种较短的轮廓在制造喷发腔室(1000)时使用较少的材料和时间。在该示例中，保持柱(1012、1014)的高度可以至少与自由浮动的塞(110)的高度和自由浮动的塞(110)的顶部与第一层(102)或第二层(104)之间的任何空间之间的差异一样高。保持柱(1012、1014)的这些尺寸使得自由浮动的塞(110)不可能在保持柱(1012、1014)之上移动并且移动到喷发腔室(1000)的其他部分中。
图10的喷发腔室(1000)以与上面结合图1至图3所述的类似的方式来操作，除了与上面结合图1所述的保持柱(112、114)相比，喷发腔室(1000)内的流体能够更快地移动越过保持柱(1012、1014)的相对较低的轮廓。
本文中参照根据本文所述的原理的示例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的系统和方法的各方面。流程图和框图的每个框以及流程图和框图中的框的组合可以通过计算机可用程序代码来实现。计算机可用程序代码可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，使得计算机可用程序代码在通过例如流体喷射装置(600)的电子控制器(602)或其他可编程数据处理设备来执行时，实现流程图和/或框图的一个或多个框中规定的功能或动作。在一个示例中，计算机可用程序代码可以在计算机可读存储介质内实施；计算机可读存储介质是计算机程序产品的一部分。在一个示例中，计算机可读存储介质是非暂时性计算机可读介质。
本说明书和附图描述了一种止回阀，其用于防止在喷发事件期间可喷射材料喷发腔室内的可喷射材料的反向流动。该止回阀包括自由浮动的塞。所述止回阀还包括至少一个保持柱，其中，该自由浮动的塞被布置在喷发腔室的至少一个壁和保持柱之间，该至少一个壁和保持柱限制该自由浮动的塞在腔室内的移动。可以在包括一个或多个保持柱的喷发腔室内包括任何数量的保持柱。这种止回阀可具有若干优点，包括：(1)对于给定的腔室尺寸和热预算，提供待从喷嘴孔中射出的更大体积的可喷射材料，而不显著影响再填充速度；(2)通过使用自由浮动的塞，可以有效地减少喷发腔室中的回流量，而不影响打印喷发速度、芯片基板面或制造简单性；以及(3)减少或消除流体喷射组件内的相邻喷发腔室之间的串扰。
已经给出前面的描述来说明和描述所述原理的示例。这种描述不意在是穷尽式的或将这些原理限于所公开的任何精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变型是可能的。

Claims (14)

1.一种用于防止可喷射材料喷发腔室内的可喷射材料在喷发事件期间的反向流动的止回阀，包括：
自由浮动的塞；以及
至少一个保持柱，
其中，所述自由浮动的塞被布置在所述喷发腔室的至少一个壁和所述保持柱之间，所述至少一个壁和所述保持柱限制所述自由浮动的塞在所述腔室内的移动，入口(108)的尺寸、塞(110)的厚度以及塞(110)和入口(108)之间的距离能够被调整，以实现期望的填充体积、再填充频率和再填充时间。
2.如权利要求1所述的止回阀，其特征在于，所述自由浮动的塞在所述喷发腔室内被设置于在所述喷发腔室内设置的若干个可喷射材料喷发装置的上游，以及可喷射材料进入所述喷发腔室所通过的入口的下游。
3.如权利要求2所述的止回阀，其特征在于，与所述喷发事件之前所述腔室内的压力相比，在所述喷发事件期间，设置在所述腔室内的若干个喷发装置在所述腔室内产生相对较高的压力，以迫使所述自由浮动的塞阻塞所述入口，并从喷嘴孔喷射所述可喷射材料。
4.如权利要求3所述的止回阀，其特征在于，与所述喷发事件期间所述腔室内的压力相比，在所述可喷射材料的喷发事件之后，所述喷发装置在所述腔室内产生较低的压力，以迫使所述自由浮动的塞解除所述入口的阻塞，并经由所述入口用可喷射材料来再填充所述腔室。
5.如权利要求3所述的止回阀，其特征在于，在所述可喷射材料的喷发事件之前，所述自由浮动的塞在所述喷发腔室内的位置被毛细力克服，以允许可喷射流体进入所述腔室。
6.一种可喷射材料喷射喷嘴，包括：
限定在所述喷射喷嘴中的腔室；
设置在所述腔室内的若干个喷发装置；
限定在所述可喷射材料喷射喷嘴中的喷嘴孔，可喷射材料在所述喷发装置激发时被喷射通过所述喷嘴孔；
供所述可喷射材料进入到所述腔室中的限定在墨腔室中的入口；以及
设置在所述腔室内、所述入口和所述喷发装置之间的止回阀，其中，所述止回阀包括：
布置在所述腔室的至少一个壁和至少一个保持柱之间的自由浮动的塞，所述腔室的所述至少一个壁和至少一个保持柱限制所述自由浮动的塞在所述腔室内的移动，入口(108)的尺寸、塞(110)的厚度以及塞(110)和入口(108)之间的距离能够被调整，以实现期望的填充体积、再填充频率和再填充时间。
7.如权利要求6所述的可喷射材料喷射喷嘴，其特征在于，与喷发事件之前所述腔室内的压力相比，在可喷射材料的喷发事件期间，所述喷发装置在所述腔室内产生相对较高的压力，以迫使所述自由浮动的塞阻塞所述入口。
8.如权利要求6所述的可喷射材料喷射喷嘴，其特征在于，与所述喷发事件之前所述腔室内的压力相比，在可喷射材料的喷发事件期间，所述喷发装置在所述腔室内产生较高的压力，以迫使所述自由浮动的塞阻塞所述入口，并且近似同时地从所述喷嘴孔喷射所述可喷射材料。
9.如权利要求8所述的可喷射材料喷射喷嘴，其特征在于，与所述喷发事件期间所述腔室内的压力相比，在可喷射材料的喷发事件之后，所述喷发装置在所述腔室内产生较低的压力，以迫使所述自由浮动的塞解除所述入口的阻塞，并且近似同时地经由所述入口用可喷射材料来再填充所述腔室。
10.如权利要求6所述的可喷射材料喷射喷嘴，其特征在于，所述自由浮动的塞包括至少与所述腔室的高度一样大的宽度。
11.一种可喷射材料喷发腔室，包括：
自由浮动的塞；以及
至少一个保持柱，
其中，所述自由浮动的塞被布置在所述腔室的至少一个壁和所述至少一个保持柱之间，所述至少一个壁和所述至少一个保持柱限制所述自由浮动的塞在所述腔室内的移动，入口(108)的尺寸、塞(110)的厚度以及塞(110)和入口(108)之间的距离能够被调整，以实现期望的填充体积、再填充频率和再填充时间。
12.如权利要求11所述的可喷射材料喷发腔室，其特征在于，所述自由浮动的塞被设置于在所述喷发腔室内设置的若干个可喷射材料喷发装置的上游，以及可喷射材料进入所述喷发腔室所通过的入口的下游。
13.如权利要求11所述的可喷射材料喷发腔室，其特征在于，所述自由浮动的塞由用于形成所述喷发腔室的相同材料的至少一部分形成。
14.如权利要求11所述的可喷射材料喷发腔室，其特征在于，所述自由浮动的塞在所述腔室的所述至少一个壁与所述至少一个保持柱之间的位置取决于若干个可喷射材料喷发装置的喷发。
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