CN110461612A - 流体喷射片流体再循环 - Google Patents

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Abstract

流体喷射装置包括用于喷射流体液滴的流体喷射片和用于支撑流体喷射片的主体，其中流体喷射片包括流体喷射室、流体喷射室内的液滴喷射元件和与流体喷射室连通的流体供给孔，并且主体包括与流体喷射片的流体供给孔连通的流体供给槽。流体喷射装置包括：小型再循环系统，用于在流体喷射片内使流体通过流体喷射室再循环；以及大型再循环系统，用于在主体内使流体跨过流体喷射片的流体供给孔、通过流体供给槽再循环。

Description

流体喷射片流体再循环
背景技术
例如喷墨打印系统中的打印头片的流体喷射片(die)可以使用热电阻器或压电材料膜作为流体室内的致动器，用以从喷嘴喷射流体液滴(例如，油墨)，使得当打印头片和打印介质相对于彼此移动时，从喷嘴按适当顺序喷射墨滴，从而在打印介质上打印出文字或其他图像。
附图说明
图1是示出流体喷射装置的一部分的示例的示意性截面图。
图2是示出包括流体喷射装置的示例的喷墨打印系统的示例的框图。
图3是示出流体喷射装置的一部分的示例的示意性截面图。
图4是示出流体喷射片的一部分的示例的示意性平面图。
图5是示出流体喷射装置中的流体再循环的示例的示意性截面图。
图6是示出操作流体喷射装置的方法的示例的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考了形成详细描述的部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了其中可以实施本公开的具体示例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他示例并且可以进行结构或逻辑上的改变。
如图1示例中所示，本公开提供了一种流体喷射装置10。在一个实施方式中，流体喷射装置包括用于喷射流体液滴的流体喷射片11和用于支撑所述流体喷射片的主体15，其中所述流体喷射片包括：流体喷射室12、流体喷射室内的液滴喷射元件13以及与流体喷射室连通的流体供给孔14，并且其中所述主体包括与所述流体喷射片的流体供给孔连通的流体供给槽16。在示例中，所述流体喷射装置包括：小型再循环系统(micro-recirculationsystem)，用于在流体喷射片内使流体通过流体喷射室再循环，如箭头17所表示；以及大型再循环系统(macro-recirculation system)，用于在主体内使流体跨过流体喷射片的流体供给孔、通过流体供给槽再循环，如箭头18所表示。
图2示出了喷墨打印系统的示例，其包括流体喷射装置和流体喷射片的示例，如本文所公开。喷墨打印系统100包括打印头组件102(作为流体喷射装置的示例)、流体(油墨)供应组件104、安装组件106、介质传送组件108、电子控制器110和至少一个电源112，所述至少一个电源112向喷墨打印系统100的各个电气部件供电。打印头组件102包括至少一个打印头片114(作为流体喷射片的示例)，所述至少一个打印头片114通过多个孔口或喷嘴116朝向打印介质118喷射流体(油墨)液滴，以便在打印介质118上进行打印。
打印介质118可以是任何类型的合适的片材或卷材，例如纸、卡片纸料、透明片(transparency)、聚酯薄膜等，并且可以包括刚性或半刚性材料，例如卡纸板或其他板。喷嘴116通常布置成一个或多个列或阵列，使得当打印头组件102和打印介质118相对于彼此移动时，从喷嘴116按照适当顺序喷射流体(油墨)，从而在打印介质118上打印出文字、符号和/或其他图形或图像。
流体(油墨)供应组件104将流体(油墨)供应到打印头组件102，并且在一个示例中，流体(油墨)供应组件104包括用于储存流体的储存器120，使得流体从储存器120流动到打印头组件102。流体(油墨)供应组件104和打印头组件102可以形成单向流体输送系统或再循环流体输送系统。在单向流体输送系统中，在打印期间消耗了基本上所有供应给打印头组件102的流体。在再循环流体输送系统中，在打印期间仅消耗供应给打印头组件102的一部分流体。在打印期间未消耗的流体返回到流体(油墨)供应组件104。
在一个示例中，打印头组件102和流体(油墨)供应组件104一起容纳在喷墨盒或笔中。在另一个示例中，流体(油墨)供应组件104与打印头组件102分离，并通过接口连接(例如供应管)将流体(油墨)供应到打印头组件102。在任一示例中，流体(油墨)供应组件104的储存器120可被移除、更换和/或重新填充。在打印头组件102和流体(油墨)供应组件104一起容纳在喷墨盒中的情况下，储存器120包括位于盒内的局部储存器以及与所述盒分开放置的较大储存器。分开的较大储存器用于重新填充局部储存器。因此，可以移除、更换和/或重新填充分开的较大储存器和/或局部储存器。
安装组件106相对于介质传送组件108来定位打印头组件102，并且介质传送组件108相对于打印头组件102来定位打印介质118。因此，在打印头组件102和打印介质118之间的区域中，打印区域122被限定为邻近于喷嘴116。在一个示例中，打印头组件102是扫描型打印头组件。这样，安装组件106包括托架(carriage)，用于使打印头组件102相对于介质传送组件108移动以扫描打印介质118。在另一个示例中，打印头组件102是非扫描型打印头组件。这样，安装组件106相对于介质传送组件108将打印头组件102固定在预定位置处。因此，介质传送组件108相对于打印头组件102来定位打印介质118。
电子控制器110通常包括处理器、固件、软件、一个或多个存储器部件(其包括易失性和非易失性存储器部件)，以及用于与打印头组件102、安装组件106和介质传送组件108通信并对它们进行控制的其他打印机电子器件。电子控制器110从诸如计算机的主机系统接收数据124，并将数据124临时存储在存储器中。通常，数据124沿电子、红外、光学或其他信息传输路径被发送到喷墨打印系统100。数据124表示例如要打印的文档和/或文件。这样，数据124形成了用于喷墨打印系统100的打印作业，并包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。
在一个示例中，电子控制器110控制打印头组件102，用以从喷嘴116喷射流体(油墨)液滴。因此，电子控制器110限定喷射的流体(油墨)液滴的样式，液滴在打印介质118上形成文字、符号和/或其他图形或图像。喷射的流体(油墨)液滴的样式由打印作业命令和/或命令参数来确定。
打印头组件102包括一个(即，单个)打印头片114或多于一个(即，多个)打印头片114。在一个示例中，打印头组件102是宽阵列或多头打印头组件。在宽阵列组件的一个实施方式中，打印头组件102包括承载多个打印头片114的载体，提供打印头片114和电子控制器110之间的电通信，并提供打印头片114和流体(油墨)供应组件104之间的流体连通。
在一个示例中，喷墨打印系统100是按需滴落式(drop-on-demand)热喷墨打印系统，其中打印头组件102包括热喷墨(TIJ)打印头，该热喷墨(TIJ)打印头使热电阻器作为液滴喷射元件实施，以蒸发流体室中的流体(油墨)并产生迫使流体(油墨)从喷嘴116中滴出的气泡。在另一个示例中，喷墨打印系统100是按需滴落式压电喷墨打印系统，其中打印头组件102包括压电喷墨(PIJ)打印头，该压电喷墨(PIJ)打印头使压电致动器作为液滴喷射元件实施，以生成迫使流体(油墨)从喷嘴116滴出的压力脉冲。
在一个示例中，电子控制器110包括存储在控制器110的存储器中的流体再循环模块126。流体再循环模块126在电子控制器110(即，控制器110的处理器)上执行，以控制集成为泵元件的流体致动器的操作，从而控制流体在打印头组件102(作为流体喷射装置的示例)以及打印头片114(作为流体喷射片的示例)内的再循环，如下所描述。
图3是示出流体喷射装置200的一部分的示例的示意性截面图。在一个实施方式中，流体喷射装置200包括流体喷射片202、支撑流体喷射片202的主体260以及支撑所述主体260的片载体270。
流体喷射片202包括基底210和由基底210支撑的流体结构220。在所示的示例中，基底210具有形成在其中的两个流体(或油墨)供给孔212。流体供给孔212向流体结构220提供流体(例如油墨)供应，使得流体结构220有利于从流体喷射片202喷射流体(或油墨)液滴。虽然示出了两个流体供给孔212，但是流体供给孔的数量可以变化。
在一个示例中，基底210由硅形成，并且在一些实施方式中，基底210可以包括晶体基底，诸如掺杂或非掺杂的单晶硅或者掺杂或非掺杂的多晶硅。合适的基底的其他示例包括砷化镓、磷化镓、磷化铟、玻璃、二氧化硅、陶瓷或半导体材料。
在一个示例中，液滴喷射元件232形成在基底210上，作为薄膜结构(未示出)的一部分。所述薄膜结构包括由例如二氧化硅、碳化硅、氮化硅、钽、多晶硅玻璃或其他材料形成的一个或多个钝化层或绝缘层，以及限定液滴喷射元件232的导电层和对应的导电路径和引线。导电层例如由铝、金、钽、钽铝或者其他金属或金属合金形成。液滴喷射元件232的示例包括热电阻器或压电致动器，如上所述。然而，各种其他装置也可用于实施液滴喷射元件232，包括例如机械/冲击驱动(impact driven)膜、静电(MEMS)膜、音圈、磁致伸缩驱动器等。
如图3示例中所示，流体结构220形成在基底210上或设置在基底210上，并且包括阻挡层240和孔口层250，使得孔口层250(其中有孔口252)提供流体喷射片202的第一侧或前侧204，并且基底210(其中有流体供给孔212)提供流体喷射片202的第二侧或后侧206。
在一个示例中，阻挡层240限定多个流体喷射室242，每个流体喷射室242包含相应的液滴喷射元件232。在一个实施方式中，流体喷射室242通过流体供给孔212连通并接收流体。阻挡层240包括一层或多层材料，并且可以例如由可感光的环氧树脂(例如SU8)形成。
在一个示例中，孔口层250在阻挡层240之上形成或延伸，并且具有在其中形成的喷嘴开口或孔口252。孔口252与相应的流体喷射室242连通，使得流体液滴经由相应的液滴喷射元件232通过相应的孔口252喷射。喷嘴开口或孔口252可以是圆形、非圆形或其他形状。
孔口层250包括一层或多层材料，并且可以由例如可感光的环氧树脂(例如SU8)或镍基底形成。在一些实施方式中，孔口层250和阻挡层240是相同材料，且在一些实施方式中，孔口层250和阻挡层240可为一体。
在一个示例中，主体260具有在其中形成的流体供给槽262。流体供给槽262向流体喷射片202提供流体(例如油墨)供应，使得流体喷射片202从其中喷射流体液滴。在一个示例中，主体260是模制主体，并且流体喷射片202通过主体260的模制(即，形成)而被模制到主体260中。因此，在一个示例中，主体260包括环氧模制化合物、塑料或其他合适的可模制材料。
在一个示例中，片载体270具有表面272，其中主体260安装在表面272上或由表面272支撑。另外，片载体270包括突出或延伸超过表面272的特征或结构274，使得特征或结构274突出或延伸到主体260的流体供给槽262中。在一个示例中，特征或结构274朝向流体喷射片202突出或延伸，更具体地，包括朝向流体喷射片202的流体供给孔212突出或延伸。因此，特征或结构274在主体260内产生流体再循环路径的部分，更具体地，包括在主体260的流体供给槽262内产生流体再循环路径的部分，如下所描述。在一个实施方式中，特征或结构274与片载体270一体形成(即，特征或结构274和片载体270是单件式或整体式构造)。在另一个实施方式中，特征或结构274形成为与片载体270分离并添加到片载体270。
图4是示出流体喷射片202的一部分的示例的示意性平面图。如上所描述，流体喷射片202包括流体喷射室242和形成或设置在流体喷射室242内的对应的液滴喷射元件232。流体喷射室242和液滴喷射元件232形成在基底210上，基底210具有形成在其中的流体(或油墨)供给孔212，使得一个或多个流体供给孔212向流体喷射室242和液滴喷射元件232提供流体(或油墨)供应。
在一个示例中，如上所描述，流体喷射室242形成在设置在基底210上的阻挡层240中或由该阻挡层240限定。因此，流体喷射室242在阻挡层240中提供“井(well)”。此外，喷嘴或孔口层(图4中未示出)在阻挡层240之上形成或延伸，使得形成在孔口层中的喷嘴开口或孔口252与相应的流体喷射室242连通。
在一个示例中，流体喷射装置200包括流体再循环。更具体地，如下所描述，流体喷射装置200包括流体喷射片202内的流体再循环(作为流体喷射装置200中的流体的小型再循环的示例)，并且包括支撑流体喷射片202的主体260内的流体再循环(作为流体喷射装置200中的流体的大型再循环的示例)。
如图4示例中所示，流体喷射片202包括流体再循环路径或通道280和形成在流体再循环通道280中、设置在流体再循环通道280内或与流体再循环通道280连通的流体再循环元件282。在一个示例中，流体再循环通道280在一个端部284处向流体供给孔212打开并与流体供给孔212连通，并且在另一端部286处与流体喷射室242连通，使得来自流体供给孔212的流体基于由流体再循环元件282引起的流动而通过流体再循环通道280并通过流体喷射室242再循环(或循环)。在一个示例中，流体再循环通道280包括U形通道环部分288，其中流体再循环通道280的端部286与流体喷射室242的端壁连通。
如图4的示例中所示，流体再循环通道280与一个(即，单个)流体喷射室242连通。这样，流体喷射片202具有1：1的喷嘴-泵比例，其中流体再循环元件282被称为“泵”，其通过流体再循环通道280和流体喷射室242引导流体流动。以1：1的比例，为每个流体喷射室242单独提供再循环。在其他示例中，流体再循环通道280与多个流体喷射室242连通，使得流体再循环元件282引导流体流过多个流体喷射室242。这样，其他喷嘴-泵比例(例如，2：1、3：1、4：1等)也是可行的。
在图4中所示的示例中，液滴喷射元件232和流体再循环元件282都是热电阻器。每个热电阻器可以包括例如单个电阻器、分离电阻器(split resistor)、梳状电阻器(combresistor)或多个电阻器。然而，各种其他装置也可用于实现液滴喷射元件232和流体再循环元件282，包括例如压电致动器、静电(MEMS)膜，机械/冲击驱动膜、音圈、磁致伸缩驱动器等。
在一个示例中，如图4示例中所示，流体再循环通道280和流体再循环元件282形成小型再循环系统的一部分，以在流体喷射装置200的流体喷射片202内使流体再循环。更具体地，来自一个或多个流体供给孔212的流体在流体喷射片202内通过流体再循环通道280并且通过流体喷射室242再循环，如通过箭头289示意地表示。因此，作为小型再循环系统的一部分，流体再循环通道280和流体再循环元件282在流体喷射片202的内部，并且当流体通过流体供给孔212供应到流体喷射片202时使流体再循环。
如图5示例中所示，流体喷射装置200包括流体再循环路径或通道290和流体再循环元件292(其示意性地示出为流体泵)。在一个示例中，流体再循环通道290形成在主体260内，更具体地，包括形成在主体260的流体供给槽262内，使得在流体供给槽262内流体基于由流体再循环元件292引起的流动、通过流体再循环通道290而再循环(或循环)。在一个示例中，流体再循环通道290包括围绕结构274的端表面或端部276的通道环部分298。因此，流体再循环通道290使流体围绕结构274的端表面或端部276并通过在结构274的端表面或端部276与基底210之间提供的空间(其中有流体供给孔212)再循环。由于结构274突出到流体供给槽262中并朝向流体供给孔212，流体再循环通道290靠近(或更靠近)流体供给孔212。
在一个示例中，如图5示例中所示，流体再循环通道290和流体再循环元件292形成大型再循环系统的部分，以使流体在流体喷射装置200的主体260内再循环。更具体地，流体供给槽262内的流体在主体260内通过流体供给槽262并跨过流体喷射片202的流体供给孔212再循环，如通过箭头299示意地表示。因此，作为大型再循环系统的部分，流体再循环通道290和流体再循环元件292位于流体喷射片202的外部，并使流体再循环到流体供给孔212和从流体供给孔212再循环。
图5示意性地示出了流体喷射装置200中的流体再循环的示例。如上所描述，流体喷射装置200包括流体的小型再循环和流体的大型再循环。更具体地，流体在流体喷射片202内通过流体喷射室(或多个流体喷射室)242再循环，如通过箭头289示意性地表示(并且在图4中进一步示出)。另外，流体在主体260内通过流体供给槽262并跨过流体喷射片202的流体供给孔(或多个流体供给孔)212再循环，如通过箭头299示意性地表示。因此，在一个示例中，流体喷射片202内的流体再循环和主体260内的流体再循环通过流体供给孔(或多个流体供给孔)212协作或相互作用以使流体再循环(或循环)，如通过箭头219示意性地表示。虽然流体再循环在图5的示例中示出为沿顺时针方向，但流体再循环可以沿不同的方向或多种方向的组合。
图6是示出操作流体喷射装置(例如，如图3、图4和图5的示例中所示的流体喷射装置200)的方法300的示例的流程图。
在302处，方法300包括通过流体供给孔将流体供应到流体喷射片，其中流体喷射片用于喷射流体的液滴，例如通过流体供给孔(或多个流体供给孔)212将流体供应到流体喷射片202。
在304处，方法300包括在流体喷射片内使流体再循环，包括使通过流体供给孔供应到流体喷射片的流体再循环，例如当流体通过流体供给孔(或多个流体供给孔)212供应到流体喷射片202时，在流体喷射片202内使流体再循环。
并且，在306处，方法300包括在支撑流体喷射片的主体内使流体再循环，包括使流体再循环到所述流体供给孔和从所述流体供给孔再循环，例如在支撑流体喷射片202的主体260内将流体再循环到流体供给孔(或多个流体供给孔)212和从流体供给孔(或多个流体供给孔)212再循环。
如本文中所描述，流体喷射装置200包括流体喷射片202内的流体再循环(作为流体喷射装置200中的流体的小型再循环的示例)，并且包括支撑流体喷射片202的主体260内的流体再循环(作为流体喷射装置200中的流体的大型再循环的示例)。更具体地，流体喷射装置200中的流体的小型再循环当流体通过流体供给孔(或多个流体供给孔)212供应到流体喷射片202时使流体再循环，并且流体喷射装置200中的流体的大型再循环使流体在支撑流体喷射片202的主体260内再循环到流体供给孔(或多个流体供给孔)212和从流体供给孔(或多个流体供给孔)212再循环。
由于片载体270的结构274突出到流体供给槽262中并朝向流体供给孔212，主体260内的流体再循环靠近(或更靠近)流体供给孔212。因此，在一个示例中，流体喷射片202内的流体再循环和主体260内的流体再循环一起使流体通过流体供给孔(或多个流体供给孔)212再循环。因此，如本文中所描述，由于流体喷射片202内的流体再循环，油墨堵塞和/或阻塞减少，从而改善了开盖时间并且因此改善了喷嘴的卫生状况。此外，减少或消除了颜料-油墨媒介分离和粘性油墨堵塞的形成。此外，如本文中所描述，由于主体260内的流体再循环，改善了流体喷射片202的基底210中积聚的废热的传递。
如本文中所描述，示例性流体喷射装置可以在诸如二维打印机和/或三维(3D)打印机的打印装置中实施。应当理解，一些示例性流体喷射装置可以是打印头。在一些示例中，流体喷射装置可以被实施到打印装置中并且可以用于将内容打印到介质上，例如纸、一层基于粉末的构建材料、反应装置(例如芯片实验室装置)等。示例性流体喷射装置包括基于油墨的喷射装置、数字滴定装置、3D打印装置、药物分配装置、芯片实验室装置、流体诊断电路和/或其中可以分配/喷射大量流体的其它此类装置。
尽管这里已经说明和描述了具体示例，但是本领域普通技术人员将理解，在没有脱离本公开范围的情况下，可以用各种替换和/或等效实施方式来代替所示出和描述的具体示例。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体示例的任何调整或变化。

Claims (15)

1.一种流体喷射装置，所述流体喷射装置包括：
流体喷射片，用于喷射流体的液滴，所述流体喷射片包括流体喷射室、在所述流体喷射室内的液滴喷射元件以及与所述流体喷射室连通的流体供给孔；
主体，用于支撑所述流体喷射片，所述主体包括与所述流体喷射片的流体供给孔连通的流体供给槽；
小型再循环系统，用于在所述流体喷射片内使流体通过所述流体喷射室再循环；以及
大型再循环系统，用于在所述主体内使流体跨过所述流体喷射片的所述流体供给孔、通过所述流体供给槽再循环。
2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，所述流体供给孔用于将流体供应到所述流体喷射片，
所述小型再循环系统用于当流体通过所述流体供给孔供应到所述流体喷射片时使流体再循环，并且
所述大型再循环系统用于使流体再循环到所述流体供给孔和从所述流体供给孔再循环。
3.根据权利要求1所述的流体喷射装置，还包括：
片载体，用于支撑所述主体，所述片载体包括朝向所述流体喷射片的流体供给孔突出到所述主体的所述流体供给槽中的结构，
所述大型再循环系统用于使流体围绕朝向所述流体供给孔突出的结构的端部通过所述流体供给槽再循环。
4.根据权利要求1所述的流体喷射装置，所述小型再循环系统和所述大型再循环系统一起使流体通过所述流体供给孔再循环。
5.一种流体喷射装置，所述流体喷射装置包括：
片载体；
主体，由所述片载体支撑；
流体喷射片，由所述主体支撑；
所述主体具有形成在其中的流体供给槽；
所述流体喷射片包括流体喷射室、在所述流体喷射室内的液滴喷射元件以及与所述流体喷射室和所述流体供给槽连通的流体供给孔；
所述片载体包括朝向所述流体供给孔突出到所述流体供给槽中的结构；
第一流体再循环路径，所述第一流体再循环路径通过所述流体喷射片的所述流体喷射室；
第二流体再循环路径，所述第二流体再循环路径围绕所述片载体的突出的结构。
6.根据权利要求5所述的流体喷射装置，还包括：
第一流体再循环元件，所述第一流体再循环元件与所述第一流体再循环路径连通。
7.根据权利要求5所述的流体喷射装置，还包括：
第二流体再循环元件，所述第二流体再循环元件与所述第二流体再循环路径连通。
8.根据权利要求5所述的流体喷射装置，其中，所述主体包括模制主体，其中，所述流体喷射片被模制到所述模制主体中。
9.根据权利要求5所述的流体喷射装置，其中，所述突出的结构与所述片载体一体形成。
10.根据权利要求5所述的流体喷射装置，其中，所述突出的结构被添加到所述片载体。
11.一种操作流体喷射装置的方法，所述方法包括：
通过流体供给孔将流体供应到流体喷射片，所述流体喷射片用于喷射所述流体的液滴；
在所述流体喷射片内使流体再循环，包括使通过所述流体供给孔供应到所述流体喷射片的流体再循环；以及
在支撑所述流体喷射片的主体内使流体再循环，包括使流体再循环到所述流体供给孔和从所述流体供给孔再循环。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述流体喷射片内使流体再循环包括使流体通过所述流体喷射片的流体喷射室再循环。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述主体内使流体再循环包括使流体通过形成在所述主体中的流体供给槽再循环。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述主体内使流体再循环包括使流体围绕朝向所述流体供给孔突出到所述流体供给槽中的结构的端部再循环。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述流体喷射片内使流体再循环以及在所述主体内使流体再循环一起提供使流体通过所述流体供给孔再循环。
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