CN111993791A - 带有封闭式双道进墨液滴喷射器的喷墨器件及系统 - Google Patents

Abstract

一种喷墨器件包括一个基底，一个喷孔板，一个腔室层置于喷孔板和基底之间，和一个液滴喷射器阵列。每个液滴喷射器包括一个喷孔，一个第一进墨道和一个第二进墨道延伸穿过基底，一个墨水室与喷孔和第一和第二进墨道流体沟通，和一个加热元件设置于墨水室内，配置为选择性地蒸发部分墨水以喷射液滴。所述墨水室包括一个顶部由喷孔板界定，一个底部与基底的第一表面相近，和多个室壁界定于腔室层内，以致所述室壁在喷孔板和基底的第一表面之间围封喷孔、第一进墨道的口、和第二进墨道的口。

Description

带有封闭式双道进墨液滴喷射器的喷墨器件及系统

技术领域

本发明属于喷墨打印领域,更具体地涉及喷墨器件中的液滴喷射器的结构设置。

背景技术

喷墨打印通常通过按需喷墨或连续喷墨打印来完成。在按需喷墨打印中,液滴是使用带增压(例如热或压电)驱动器的液滴喷射器喷射到记录介质上。选择性地启动驱动器致使液滴的形成和喷射，该液滴穿过打印头和记录介质之间的空间并撞击记录介质。打印图像的形成是按照打印所需图像的需要,通过控制每个液滴的形成来实现的。

在液滴喷射期间，记录介质相对于打印头的运动可以是保持打印头静止并在喷射液滴时推动记录介质前进通过打印头，或者是保持记录介质静止并移动打印头。如果打印头上的液滴喷射器阵列在记录介质的宽度上可以覆盖整个打印兴趣区域，则前一种打印结构是合适的。这种打印头有时称为页宽打印头。第二种类型的打印机结构是滑架式打印机,其中打印头的液滴喷射器阵列小于在记录介质宽度上的打印兴趣区域,并且打印头安装在滑架上。在滑架式打印机中,记录介质沿介质前进方向推进给定的距离,然后停止。在记录介质停止的同时，滑架载着喷孔正在喷射液滴的打印头在滑架扫描方向上移动，该滑架扫描方向基本上垂直于介质前进方向。滑架在横穿打印介质的同时打印头打印一条带图像，之后记录介质被推进；然后滑架运动方向颠倒；图像由此一条带一条带地打印形成。

按需喷墨打印头中的液滴喷射器包括压力室(在此也称为墨水室)和喷孔,所述压力室有进墨道为压力室提供墨水,所述喷孔用于将墨滴喷射出压力室。作为传统按需热喷墨的液滴喷射器结构的示例，图1(改编自美国专利7,163,278号)显示了现有技术中的两个并排的液滴喷射器。分隔壁20在底座板10上面形成并限定压力室22。喷孔板形成在30在分隔壁20上方并包括喷孔32(在此也称为口),每个喷孔32位于相应的压力室22上方。如图1中的箭头所示，墨水首先流过底座板10中的开口或围绕底座板10边缘的开口,然后流过在分隔壁20中的进墨道24,而进入压力室22。作为驱动器的阻抗加热元件35形成在每个压力室22内的底座板10的表面上。当提供有适当幅度和持续时间的启动脉冲时,加热元件35设置成可选择性地通过快速沸腾一部分墨水来增加压力室22中的压力,以此通过喷孔32喷射墨滴。在启动脉冲过后，蒸气气泡破裂，并且通过隔墙20中的进墨道24向压力室补充墨水。

喷墨打印头的理想功能包括：高频率的液滴喷射以实现高速打印、高能源利用效率、对喷射液滴的精确定向性和液滴体积的均匀性以保证优异的打印质量、以及打印操作的可靠性。

美国专利7,857,422号公开了一种双道进墨的液滴喷射器，该液滴喷射器包括液滴喷射机制(例如，阻抗加热元件)和喷孔，其液滴喷射机制设置在基底的上表面上；其喷孔设置在与阻抗加热元件相对的喷孔板中。从基底的上表面延伸到喷孔板的墙壁将相邻的液滴喷射器彼此隔开。分段的进墨道通过第一和第二供墨渠道向每个压力室提供墨水。在图1中所示的液滴喷射器，每个液滴喷射器压力室22只有单个进墨道24，与其不同的在'422中公开的液滴喷射器中，补墨是从压力室相对的两端进行的，从而致使补墨速度加快到大约是传统的液滴喷射器的两倍，由此进一步提高液滴喷射的频率。在专利‘422中，墙壁将相邻的液滴喷射器分隔开，但并未完全包围压力室。为在气泡膨胀以喷射液滴期间减小墨水向压力室进墨道的回流，在每个压力室的喷孔的相对俩侧设置有柱子以提供流体阻抗。在气泡膨胀期间，墨水绕着柱子从压力室向外流，而在补墨过程中，墨水绕着柱子向压力室内流。

在美国专利8,449,086号中公开了另一种双道进墨的液滴喷射器设置。与‘422的压力室中液滴喷射器之间的墙壁是直的结构不同，‘086的压力室中有会聚的弧形墙壁，为正常的喷射和补墨提供了流体阻抗源，并且在墙壁上的进墨道有相互位移，由此产生在补墨过程中墨水围绕压力室的循环流。压力室中的循环流可用于清除无用的气泡和微粒，以便将它们从压力室中喷出。

美国专利申请2013/0050342号中公开了又一种双道进墨的液滴喷射器结构。在‘342中压力室墙壁以一定的方式交集并弯曲，能提供足够的毛细管压力，从而当压力室中的墨水耗尽而且墨水没有辅助补墨动量的情况下使压力室重新充墨。与‘086不同的是，‘342在两端墙壁上的进墨道相互对齐。

在以上引用的现有技术专利(‘422，‘086和‘342)中，液滴喷射器是“屋顶喷射式”(有时被称为“顶部喷射式”)，其中阻抗加热元件设置在与喷孔相对的基底上表面上。美国专利申请2004/0263578号公开了一种“后喷射式”的液滴喷射器设置，其中从歧管通过基底再通过第一墨水渠道和第二墨水渠道向每个压力室提供墨水。(在顶部喷射式中，气泡以与液滴喷射相同的方向生长，而在后喷射式中，气泡以与液滴喷射相反的方向生长。)在‘578公开的设置中，第一墨水渠道和第二墨水渠道与喷孔板平行，並与压力室在同一的平面上，使得两个墨水渠道分别穿过压力室的两个侧壁以形成压力室进墨道。

在以上引用的现有技术专利(‘422，‘086，‘342和‘578)中公开的液滴喷射器每个都有两个沿喷孔板平行延伸的压力室进墨道。两个压力室进墨道分布在喷孔的相对的两侧，这不仅有利于压力室更快地补墨，而且对于更精确的液滴喷射方向性也有利。但是，由于压力室进墨道延伸穿过压力室的侧壁，在气泡膨胀时由于背离喷孔的回流墨水导致的压力波能通过进墨道传到公共墨水池，该墨水池也为其它液滴喷射器供墨，从而引起流体串扰。如果相邻的液滴喷射器在足够短的时间后点火喷射，该流体串扰会影响其喷射(包括液滴体积的均匀性和液滴喷射方向的精度)。另外，通过压力室进墨道的墨水回流浪费了一些原本可以用于从压力室中喷射墨水滴的能量。这降低了能源利用效率，即喷射给定大小的液滴需要较高的能量。较低的能源利用效率要求打印设备配备更大的电源，并且产生更高的运营成本。此外，对于热喷墨打印头，浪费的能量会导致打印头自发热，从而降低墨滴体积的均匀性、图像的质量、和打印头的可靠性。

尽管已有以上所述的改进，但是新双道进墨的液滴喷射器结构设置仍然需要，其新结构设置对相邻液滴喷射器之间的流体串扰有较小敏感性，并且使液滴喷射有更高的能源利用效率，以及提高压力室补墨速度以实现高速打印产量。

发明内容

根据本发明的一方面，一种喷墨器件包括一个基底、一个喷孔板、一个腔室层置于喷孔板和基底之间、一个液滴喷射器阵列置于基底的第一表面上。每个液滴喷射器包括一个喷孔置于喷孔板中；一个第一进墨道和一个第二进墨道延伸穿过基底通到在基底第一表面中的相应的口，此第一进墨道和第二进墨道在相反的方向上与喷孔间隔开；一个墨水室置于腔室层中，此墨水室与喷孔、第一进墨道、和第二进墨道流体沟通；和一个加热元件设置于墨水室内。所述墨水室包括一个顶部由喷孔板界定；一个底部与基底的第一表面相近；和多个室壁界定于腔室层内，使所述室壁在喷孔板和基底的第一表面之间围封喷孔、第一进墨道的口、和第二进墨道的口。所述加热元件配置为选择性地蒸发部分墨水，以对墨水室加压致使液滴喷射。

根据本发明的另一方面，一种喷墨器件包括一个基底、一个喷孔板、一个腔室层置于喷孔板和基底之间、一个液滴喷射器阵列置于基底的第一表面上。每个液滴喷射器包括一个喷孔置于喷孔板中；一个第一进墨道和一个第二进墨道延伸穿过基底，使此第一进墨道和第二进墨道与喷孔在相反的方向上间隔开；一个墨水室置于腔室层中；和一个驱动器配置为可选择性地对墨水室加压，致使通过喷孔喷射墨水。此墨水室与喷孔、第一进墨道、和第二进墨道流体沟通，使墨水室没有与喷孔板平面平行的进墨道或出墨道。

根据本发明的又一方面，一种喷墨打印系统包括一个墨水源、一个喷墨器件、一套传送机制提供喷墨器件和记录介质之间的相对运动、一个图像数据源用于提供图像数据、和一个控制器向喷墨器件提供电信号以相应的图像数据喷射液滴。所述喷墨器件包括一个基底、一个喷孔板、一个腔室层、和一个液滴喷射器阵列置于基底上。每个液滴喷射器包括一个喷孔，此喷孔设置于喷孔板中；一个第一进墨道和一个第二进墨道流体连接到所述的墨水源，使其第一进墨道和第二进墨道与喷孔在相反的方向上间隔开；一个墨水室置于腔室层中；和一个驱动器配置为可选择性地对墨水室加压，致使通过喷孔喷射墨水。所述墨水室与喷孔、第一进墨道、和第二进墨道流体沟通，使其墨水室没有与喷孔板平面平行的进墨道或出墨道。

本发明的优点包括对相邻的液滴喷射器之间的流体串扰的敏感性更小，以及液滴喷射能源利用效率更高，并且对墨水室补墨速度更快以实现高速打印产量。一些实施例具有进一步的优点，能减少在墨水室补墨期泛滥到喷孔表面的墨水量。另一些实施例有进一步减少电干扰的优势。

附图说明

图1显示现有技术的液滴喷射器的结构透视图；

图2是根据一个实施例的一种喷墨打印系统一部分的示意图；

图3根据一个实施例，显示了喷墨器件的封闭式双道进墨液滴喷射器的横截面；

图4示意性地显示了从图3的液滴喷射器喷射的墨滴；

图5A显示了墨水室补墨的早期；

图5B显示了墨水室补墨的后期；

图6至图14显示了一系列带有各种限流器实施例的不同的封闭式双道进墨液滴喷射器构造配置的俯视图；

图15显示了封闭式双道进墨液滴喷射器阵列的俯视图，其中第一进墨道被连在一起并且第二进墨道被连在一起；

图16根据一个实施例，显示了一种驱动电路的配置；

图17根据另一个实施例，显示了另一种驱动电路的配置；和

图18显示了彼此偏移的两组封闭式双道进墨液滴喷射器的俯视图。

不言而喻，附图的目的是说明本发明的概念，可能未按比例绘制。在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同特征。

具体实施方式

本发明包括本文所述实施方案的各种组合。对“特定实施例”和类似的引用指的是特征至少存在于本发明的一个实施例中。对“一个实施例”或“特定实施例”和类似的分别引用不一定指相同的单个实施例或多个实施例；然而,除非特意指出或者对于本领域技术人员而言是显而易见的,这些实施例不是相互排斥的。在提及“一种方法”或“多种方法”及类似用词时，单数或复数的使用是非限制性的。特意注明，除非另外明确指出或上下文需要，“或”的使用在本文中无排他性的意义。定向参考，诸如向上或向下，是非限制性的。诸如"顶部"和"底部"等词旨在描述相反的边界，而不是指定取向。另外，当一层被称在另一层或基底"上"时，应理解为它可以直接位于另一层或基底之上，或者也可能有中间层存在。进一步地，当一层被称为在另一层"下"时，应理解为它可以直接位于另一层下方，或者可能有一个或多个中间层存在。此外，当一层称为在"两层之间"时，应理解为它可以是两层之间唯一的一层，或者可能有一个或多个中间层。

根据本发明的一实施例，图2显示了喷墨打印系统100的一部分的示意图，以及喷墨器件110的透视图。喷墨器件110也可以称为打印头芯片。图像数据源12提供图像数据信号,此图像数据信号由控制器14翻译为用于喷射墨滴的命令。控制器14包括一个图像处理单元13,用于为打印准备图像。术语“图像”在本文中的意思是包括由图像数据指定的任何点图案。它可以包括图形或文本图像。它还可以包括适用于打印功能器件或三维结构的各种点图案,这类打印要用适当的墨水。控制器14还包括一个传送控制单元17和一个喷射控制单元18,其中传送控制单元17用来控制传送机制16,喷射控制单元18用来喷射墨滴以便在记录介质60上打印与图像数据对应的点图案。控制器14将输出信号发送到电脉冲源15,电脉冲源15将电脉冲波形发送到喷墨打印头50,其中喷墨打印头50包括至少一个喷墨器件110。打印头输出线52将打印头50发出的电信号传送到控制器14，或者传送到控制器14中的某个部分,例如喷射控制单元18。例如,打印头输出线52可以将温度测量信号从打印头50传送到控制器14。传送机制16提供喷墨打印头50和记录介质之间沿扫描方向56的相对运动。在一些实施例中,传送机制16被设置成沿扫描方向56移动记录介质60，而打印头50静止。或者,传送机制16可以移动打印头50经过静止的记录介质60,例如将打印头50装在滑架上移动。用于喷墨打印的各种类型的记录介质包括纸,塑料和纺织品。在3D喷墨打印机中,记录介质包括平坦的建筑平台和一层薄薄的粉末材料。另外,在各种实施例中,记录介质60可以从卷筒纸以卷筒形式输入或则从输入盘以单张纸形式输入。

喷墨器件110包括至少一个液滴喷射器阵列120,其液滴喷射器阵列带有形成在基底111的第一表面112上的多个液滴喷射器130,其基底111可由硅或其他适当的材料制成。如图2所示的示例中,液滴喷射器阵列120包括一行液滴喷射器130,它们沿阵列方向54延伸。墨水从墨水源190通过第一进墨道115和第二进墨道116提供给液滴喷射器130,第一进墨道115和第二进墨道116从基底111的第二表面113分别延伸到在第一表面112中的口126和127(图3)。墨水源190在本文中通常理解为包括喷墨打印头可以喷射的任何物质。墨水源190可以包括彩色墨水,例如青色、品红色、黄色、或黑色。或者,墨水源190可以包括用于功能打印的导电材料、介电材料、磁性材料、或半导体材料。墨水源190也可以包括生物材料或其他材料。为简单起见,液滴喷射器130的位置由圆形喷孔32表示(图1)。腔室层150位于基底111的第一表面112之上。喷孔板30位于腔室层150之上。在一些实施例中，喷孔板30可以是独立的部件，建合到腔室层150上。在其他实施例中，喷孔板30可以是沉积在腔室层150上的一层。喷孔板30的外表面在此称为喷孔表面114。压力室或驱动器没有在图2中显示。压力室与喷孔和所述进墨道115和116流体沟通，详述如下。驱动器(例如可以是阻抗加热元件或压电元件)配置为在液滴喷射器点火时选择性地对压力室加压，使墨水从喷孔中喷出。

维护站70保持打印头50上的喷墨器件110中的液滴喷射器130处于正常工作状态，确保打印的可靠性。维护功能可以包括以下操作，如擦拭喷孔表面114以清除多余的墨水，或给液滴喷器阵列120加吸力，以给喷孔充墨或清洁喷孔。维护操作也可以包括清洁喷射，即喷射非打印墨滴入储液罐中，以便向压力室和喷孔提供新鲜墨水，并且清除喷孔弯月面区域及其周围的粘稠或干掉的墨水和杂质，尤其适用于液滴喷射器久未点火启用的情况。墨水中的挥发性成分可以在一段时间内通过喷孔蒸发，由此产生的黏度增加会使喷射不可靠。

喷墨器件110包括一组输入/输出盘142，用于向喷墨器件110提供电源和接地，并且分别向喷墨器件110送入信号和从喷墨器件110送出信号。喷墨器件110还带有逻辑电路140和驱动电路145，它们位于基底111的第一表面112之上并且在喷孔板30之下。逻辑电路140处理来自控制器14和电脉冲源15的信号,并在适当的时间向驱动电路145输送适当的脉冲波形,用于驱动液滴喷射器阵列120中的液滴喷射器130,以便打印与图像处理单元13的数据相对应的图像。逻辑电路140依顺序地选择驱动液滴喷射器阵列中的一个或多个液滴喷射器。液滴喷射器阵列120中的液滴喷射器130组被依顺序地点火,因而不会超过电脉冲源15和相关电源线的供电量。在一个打印周期,一组液滴喷射器130被点火。一个冲程被定义为多个连续的打印周期,使得在一个冲程期间,液滴喷射器阵列120的所有液滴喷射器130被选址一遍,使它们有机会根据图像数据被点火一次。逻辑电路140可以包括电路元件，诸如移位寄存器,电子门和锁存器,这些电路元件与提供数据、定时、和复位等功能的输入相关。在一些如图2所示的实施例中，驱动电路145(以及逻辑电路140和输入/输出盘142)都放在液滴喷射器阵列125的单侧。在下面参照图16和17所述的其他实施例中，驱动电路145对称地设置在液滴喷射器阵列120的相对的两边。

图3显示了通过墨水室160的长轴165(图6)，喷墨器件110的液滴喷射器130的截面图。参照图2和图3，一个腔室层150置于喷孔板30和基底111之间。一个液滴喷射器130的阵列120(例如图6所示的液滴喷射器131、132和133)设置于基底111的第一表面112之上。每个液滴喷射器包括一个位于喷孔板30中的喷孔32；一个第一进墨道115和一个第二进墨道116，它们穿过基底111分别延伸到在基底111第一表面112中的口126和127；一个墨水室160置于腔室层150中；和一个加热元件35放置于墨水室160内。第一进墨道115和第二进墨道116沿相反的方向与喷孔32的分隔开。在俯视图6中显示的示例里，当从垂直于喷孔板30的方向看，第一进墨道115和第二进墨道116相对于喷孔32对称设置。墨水室160与喷孔32、第一进墨道115、和第二进墨道116流体沟通。墨水室160包括一个顶部、一个底部、以及多个室壁，其顶部由喷孔板30界定，其底部与基底111的第一表面112相近，其室壁界定于腔室层150(图3)内。在图6所示的示例中，液滴喷射器阵列120中的每个液滴喷射器131、132、和133有四个室壁，其中包括第一室壁161、第二室壁162(与第一室壁161相对)、第三室壁163，和第四室壁164(与第三室壁163相对)。第一室壁161和第二室壁162将相邻的液滴喷射器分隔开，第三室壁163和第四室壁164沿阵列方向54延伸。第一室壁161和第二室壁162在本文中也被称为室分隔壁。第三室壁163和第四室壁164在本文中也被称为室端壁。在喷孔板30和基底111的第一表面112之间，四个室壁161-164围封了喷孔32、第一进墨道115的口126、和第二进墨道116的口127。在图6所示的示例中，四个室壁161-164为墨水室160提供了一个长方形围墙。墨水从第一进墨道115通过口126和从第二进墨道116通过口127向墨水室160充墨。如下文参照图4所述，加热元件35起驱动器的作用，设置为选择性地蒸发与加热元件35接触的部分墨水来选择性地对墨水室160加压，以此通过喷孔32喷射墨水。

液滴喷射器中的室壁在喷孔板和基底第一表面之间围封喷孔、第一进墨道的口和第二进墨道的口(其中第一进墨道和第二进墨道配置为与相同的墨水连接)，这种结构配置在这里被称为封闭式双道进墨液滴喷射器。

在图3所示的示例中，基底111第一表面112上有多个薄膜层的薄膜叠层40，加热元件35至少置于薄膜叠层40的一层中。例如，介电隔热层34，如氧化硅层，形成在基底111的第一表面112上。加热元件35形成在一层阻抗层(如钛硅氮化物层)中，其阻抗层是沉积在介电隔热层34上面。一层导电层，如铝层(图3中未显示)，沉积在阻抗层上，并图案化而形成导电引线，按如下参照图16-17所述，此导电引线将加热元件35连接到驱动电路145。一层电绝缘层36(比如，可包括氧化硅或氮化硅层)沉积在加热元件35上，通常也沉积在导电引线上。保护层37(如钛层)沉积在加热元件35上的电绝缘层36上，以保护加热元件35免受蒸汽气泡塌陷造成的损坏。

薄膜叠层40的各层沉积在基底的第一表面112上，并可进行图案化和蚀刻，从而形成喷墨器件110的其他组件的部分。例如，在许多实施例中，介电隔热层34被图案化为逻辑电路140和驱动电路145的一部分(图2)。薄膜叠层40的多个层中至少有一层也可以进行图案化，形成第一墨水过滤器117和第二墨水过滤器118，第一墨水过滤器117与第一进墨道115的流体沟通，第二墨水过滤器118与第二进墨道116流体沟通(图3和6)。过滤孔119是在分别跨越第一和第二进墨道115和116的口126和口127的薄膜层上蚀刻而成的。在图6所示的示例中，从垂直于喷孔板30的方向看，第一墨水过滤器117和第二墨水过滤器118位置相对于喷孔32对称。

图4示意显示了墨滴195从图3中的液滴喷射器130中喷出。电脉冲被选择性地发送到加热元件35，使加热元件35附近的墨水温度升高到一定程度致使蒸汽气泡35核心的产生并生长，以提供通过喷孔32喷射墨水所需的动力。喷射的墨水离开喷孔32后，会分解为至少一滴墨水195，该墨水滴被推向记录介质60(图2)。本发明实施例中液滴喷射器配置为多个室壁161-164围封喷孔、第一进墨道115的口126、和第二进墨道116的口127(与引用的现有技术专利‘422、‘086、‘342、和‘578中公开的配置不同)，其优点在于减少生长的蒸汽气泡135在将墨水沿回流方向136推向第一进墨道115和第二进墨道116上的能量损耗。这是因为，如图4所示，在回流时离开墨水室160的墨水必须转个拐角通向第一和第二进墨道115和116，而不是继续沿着与喷孔板30平行的路径。转拐角增加了回流路径的流体阻抗。因此生长的蒸汽气泡135的能量更多地用于喷射墨水，使液滴喷射器130有更高的能源利用效率。

当电脉冲停止后，加热元件35开始冷却，蒸汽气泡135开始凝结和塌陷。这会导致墨水室160内瞬间的压力骤降。其结果如图5A所示，墨水与空气界面138退回到墨水室160中，墨水从第一和第二进墨道115和116沿补墨方向137向墨水室160补墨。随着补墨的继续，墨水室160会充满墨水。如图5B所示，在补墨后期，墨水的动量能导致墨水凸起139，使一些墨水溢出到喷孔表面114上。墨水的溢出(也称为喷孔表面泛滥)会在相继的点火过程中累积，并且在喷孔表面114上留下不良的残留墨水，从而干扰正常的液滴喷射。残留墨水可随后去除，例如用擦拭的方式。一旦墨水室160补墨满并且墨水流的振荡充分减少，液滴喷射器130即可再次点火。

墨室160的主要进墨道是第一和第二进墨道115和116。喷孔32是墨水室160的主要出墨道，也是蒸汽气泡135塌陷期间的次要进墨道。同样地，在由于蒸汽气泡生长而产生的回流过程中，第一和第二进墨道115和116是次要出墨道。由于喷孔32和第一和第二进墨道115和116都垂直于喷孔板30的平面，并且由于在腔室层150中的室壁在喷孔板30和基底111的第一表面112之间围封喷孔32、第一进墨道115的口126和第二进墨道116的口127，墨水室160没有与喷孔板30的平面平行的进墨道或出墨道。

除了回流方向136的转拐角以外，液滴喷射器130还有其它对回流的流体阻抗源。第一和第二墨水过滤器117和118分别在喷孔32和第一和第二进墨道115和116之间提供额外流体阻抗。另外，参照图3-13的许多实施例中，有第一限流器171位于喷孔32和第一进墨道115之间的腔室层150内，另外有第二限流器172位于喷孔32和第二进墨道116之间的腔室层150内。这些限流器能为回流提供额外的流体阻抗。第一限流器171和第二限流器172通常相对于喷孔对称地设置。在图6-14所示实施例中，第一限流器171和第二限流器172围绕喷孔32的中心33以180°旋转对称设置。对于喷孔32位于墨水室160中心的配置，喷孔中心33位于墨水室160的长轴165和阵列方向轴55的交点(图6)。此外，对于图6、7、9、13和14所示的实施例，第一和第二限流器171和172也设置为以墨室160的阵列方向轴55镜像对称。在图3的横截面中，从基板111的第一表面112到喷孔板3，第一限流器171和第二限流器172以基本恒定的横截面延伸。在其它实施例中，第一限流器171和第二限流器172从第一表面112到喷孔板30可以有变化的横截面，或者部分地从第一表面112延伸到喷孔板30。

在图6、7、8、9、11、12和13所示的实施例中，每个限流器171和172包括第一凸起181和第二凸起182。对图6所示的液滴喷射器132，第一凸起181从第一室壁161延伸出来，其第一室壁161位于液滴喷射器132的墨水室160和第一相邻的液滴喷射器131的墨水室160之间。第二凸起182从第二室壁162延伸出来，其第二室壁162位于液滴喷射器132的墨水室160和第二相邻的液滴喷射器133的墨水室160之间，其中第二室壁162与第一室壁161相对。在图6所示的实施例中，第一和第二凸起181和182各为长方形形状。在图7、8、9、11和12所示的实施例中，第一和第二凸起181和182各为梯形形状。在图7和8所示的实施例中，梯形形状以凸出轴185对称。在图9、11和12所示的实施例中，梯形形状以凸出轴185不对称。在图13所示的实施例中，第一和第二凸起181和182各为弯曲的形状。

在图6、7、9和13所示的实施例中，每个限流器171和172的第一凸起181和第二凸起182以墨水室160的长轴165(图6)对称地设置。限流器171和172的对称设置相关到墨水室160内的对称的墨水室充墨方向173和174(平行于喷孔板30)。在图6、7、9和13中，对称的墨水室充墨方向173和174在一条线上，沿墨水室长轴165(图6)指向相反方向。

如图8、10、11和12所示，不对称的限流器171和172的设置导致墨水室160内的涡流175。涡流175减小墨水流向喷孔32的动量，并减少在补墨过程后期与墨水凸起139(图5B)相关的溢出。溢出少(即喷孔表面114的泛滥少)减少喷孔表面114上不良的残留墨水。通过不同类型的限流器171和172的非对称设置，可以在墨水室160中建立起涡流175。

在图8所示的实施例中，第一限流器171的第一凸起181沿与长轴165平行的第一方向相对于第一限流器171的第二凸起182偏移，而第二限流器172的第二凸起182沿与第一方向相反的第二方向相对于第二限流器172第一凸起181偏移。因此，墨水室充墨方向176和墨水室充墨方向177相对于墨水室160的长轴165倾斜，从而建立起涡流175。

在图10所示的实施例中，每个限流器171和172分别只包括一个凸起183和184。凸起183从墨水室160的一个室分隔壁(例如第一室壁161)延伸出来，凸起184从墨水室160的对面室分隔壁(例如第二室壁162)延伸出来。结果是墨水室充墨方向176和墨水室充墨方向177沿阵列方向54相互偏移，从而建立起涡流175。凸起183和184的倾斜侧面也对涡流175有贡献。

在图11所示的实施例中，第一限流器171的第一凸起181大于第一限流器171的第二凸起182，并且第二限流器172的第二凸起182大于第二限流器172的第一凸起181。其结果(类似于图10实施例)，墨水室充墨方向176和墨水室充墨方向177沿阵列方向54相互偏移，从而建立起涡流175。凸起181和182的倾斜侧面也对涡流175有贡献。

在图12所示的实施例中(如同图11中的实施例)，第一限流器171的第一凸起181大于第一限流器171的第二凸起182，并且第二限流器172的第二凸起182大于第二限流器172的第一凸起181。另外加上(如同图8所示的实施例)，第一限流器171的第一个凸起181沿与长轴165平行的第一方向相对于第一限流器171的第二凸起182偏移，而第二限流器172的第二凸起182沿与第一方向相反的第二方向相对于第二限流器172第一凸起181偏移。其结果是墨水室充墨方向176和墨水室充墨方向177沿阵列方向54彼此偏移，并且相对于墨水室160的长轴165向相反的方向倾斜，从而建立起涡流175。凸起181和182的倾斜侧面也对涡流175有贡献。

在上述参照图6-13描述的实施例中，第一限流器171和第二限流器172包括了从室分隔壁延伸出来的第一和第二凸起181和182。在图14所示的实施例中，第一和第二限流器171和172分别包括至少一根柱子170，设置在喷孔32和各自进墨道115和116之间。与凸起181和182一样，柱子170设置在腔室层150中。与凸起181和182不同的是，柱子170与室分隔壁是分离开的。柱子170可以与第一和第二限流器181和182合用或替代第一和第二限流器181和182，用来在液滴喷射期间为回流提供一个流体阻抗源。

每个液滴喷射器130的第一和第二进墨道115和116可单独地从基底111的第一表面112延伸到第二表面113(图3)。在图15所示的实施例中，第一沟槽191位于第二表面113之上，用于在基底111中连接所有液滴喷射器131-134的第一进墨道115，第二沟槽192位于第二表面113之上，用于在基底111中连接所有液滴喷射器131-134的第二进墨道116。墨水源190(图2)流体连接到第一沟槽191和第二沟槽192，以便通过第一和第二进墨道115和116为所有液滴喷射器130的墨水室160提供单种墨水。

以上所述的本发明实施例中的液滴喷射器结构提高了能源利用效率，除此之外，当一个液滴喷射器在其一个或多个相邻或附近的液滴喷射器喷射后的足够短的时间内喷射，所述液滴喷射器结构还减小了由于流体串扰对喷射造成的不良影响。来自于墨水回流被迫使从与喷孔板30平行的流向转拐角到第一和第二进墨道115和116(沿图4的回流方向136)、第一和第二限流器171和172、以及滤波器117和118，这种液滴喷射器结构对墨水回流也有较高流体阻抗，从而减小了点火后的液滴喷射器的墨水室的压力降底，并且也减小了对相邻墨水室160中诱发的压力变化。另外，本发明的实施例在一个墨水室160和一个公共墨水渠道之间提供了更长的流体路径，其公共墨水渠道为相邻的墨水室160供墨。这是因为到公共墨水渠道的路径还包括第一和第二进墨道115和116穿过基底111到第二表面112或者第一和第二沟渠191和192的路径。相对于引用的现有技术‘422、‘086、‘342和‘578中公开的配置，这可以在相邻墨水室之间的回流路径中添加几百微米。

美国专利10,155,384号公开了一种液滴喷射器配置，其中包括一个喷孔；一个进墨道连接到一个墨水源；一个工作液进墨道连接到一个工作液源；一个压力室与喷孔、进墨道、和工作液进墨道流体沟通；和一个加热元件配置为选择性蒸发部分工作液体以给压力室加压，致使通过喷孔喷射墨滴。本发明的一些墨水室结构与它有一些结构相似性。然而在‘384中，压力室只有一个进墨道，所以它在高速打印产量所需要的快速压力室补墨上缺乏优势。此外，为了从喷孔喷射墨滴，‘384的加热元件配置为选择性地蒸发部分工作液而不是墨水。

根据本发明的实施例，图16和17显示了封闭式双道进墨液滴喷射器阵列的驱动电路配置。如图15所示，液滴喷射器阵列120包括一组奇数号的液滴喷射器(例如液滴喷射器131和133)与一组偶数号的液滴喷射器(例如液滴喷射器132和134)相互交错。换句话说，奇数号组的液滴喷射器和偶数号组的液滴喷射器以交替的方式沿阵列方向排位。在图16和图17中所示的示例中，驱动电路145包括第一切换电路146、第二切换电路147、第一返地总线148与第一切换电路146相近、和第二返地总线149与第二个切换电路147相近。第一切换电路146和第二切换电路147对称地设置在液滴喷射器阵列120相对的两边，并且置于墨水室160之外。此外，第一返地总线148和第二返地总线149对称地设置在液滴喷射器阵列120相对的两边，并且置于墨水室160之外。在图16和17所示的例子中，第一返地总线148位于第一切换电路146和墨水室160之间，并与第一进墨道115相近，第二返地总线149位于第二切换电路147和墨水室160之间，并与第二进墨道116相近。在其他实施例(未显示)中，第一切换电路146位于第一返地总线148和墨水室160之间，并与第一进墨道115相近，第二切换电147位于第二返地总线149和墨水室160之间，并与第二进墨道116相近。但是，图16和17所示的配置具有减少电干扰的优点，如下所述。

第一和第二切换电路146和147包括切换元件，例如功率三极管(未显示)等，这些元件能够提供足够幅度的电流和电压的脉冲来喷射墨滴195(图4)。对于实施例中驱动器35是加热元件，逻辑电压幅度和相关电流如果用到加热元件上，不足以快速蒸发部分墨水(如图4所示)。一个加热电压通常施加到一个或多个输入/输出盘142(图2)上，并连接到第一和第二切换电路146和147。对于如图2所示有板载逻辑电路140的实施例，第一切换电路146通常包括多个功率三极管，每个功率三极管连接到一套液滴喷射器中相应的一个驱动器35上，第二切换电路147通常包括多个功率三极管连，每个功率三极管接到另一套液滴喷射器的一个相应的驱动器35。当通过逻辑电路140向特定功率三极管发送信号时，功率三极管在加热脉冲期间快速地打开和关闭，以允许电流从加热电压线(未显示)流过相应的驱动器35和相应的返地总线148或149。对于没有板载逻辑电路140的实施例，第一切换电路146和第二切换电路147可包括寻址三极管矩阵配置，用于选择性地将液滴喷射器点火，使输入/输出盘142的数量可以减少到小于液滴喷射器的总数。

当本文所说的第一切换电路146和第二切换电路147对称地位于液滴喷射器阵列120相对立的两边时，并不意味着第一切换电路146的每个元件都与相应的第二切换电路147元件对称地排列。它只意味着第一切换电路146的板块与第二切换电路147的板块是对称的。

如图16和17所示的示例中，奇数号组(131、133、...)中的液滴喷射器的加热元件35由电源引线143电连接到第二切换电路147，偶数号组(132、...)中的液滴喷射器的加热元件35由电源引线143电连接到第一切换电路146。如图16所示的示例中，奇数号组(131、133、...)中的液滴喷射器的加热元件35通过地引线144与第二返地总线149电连接，偶数号组(132、...)中的液滴喷射器的加热元件35通过地引线144与第一返地总线148电连接。换句话说，对于图16所示的示例，每个液滴喷射器的返地总线与切换电路设置在液滴喷射器阵列120的同一边。相比之下，对于图17所示的示例，奇数号组(131、133、...)中的液滴喷射器的加热元件35通过地引线144与第一返地总线148电连接，偶数号组(132、...)中的液滴喷射器的加热元件35通过地引线144与第二返地总线149电连接。换句话说，对于图17所示的示例，每个液滴喷射器的返地总线与切换电路分别设置在液滴喷射器阵列120相对的两边。

通过将第一切换电路146设置在液滴喷射器阵列120的第一侧，用于第一组液滴喷射器(例如偶数号组)，并且第二切换电路147设置在液滴喷射器阵列120的相对的另一侧，用于第二组液滴喷射器(例如奇数号组)，第二组液滴喷射器穿插在第一组喷射器之间，这种切换电路排列减小由于加热脉冲期间加热电压和电流快速地变化而可能产生的破坏性电干扰。通过将第一返地总线148和第二返地总线149都定位在第一切换电路146和第二切换电路147之间，进一步减少了电干扰。

在图2所示的示例中，液滴喷射器阵列120包括沿阵列方向54延伸的单行液滴喷射器130。其它实施例采用其它的液滴喷射器阵列配置，比如沿阵列方向54延伸的多个交错行的封闭式双道进墨液滴喷射器130，让多个交错行使用相同的墨水，因而提高打印分辨率。其他实施例有多行的封闭式双道进墨液滴喷射器沿阵列方向54延伸，其中不同行中的液滴喷射器连接到不同的墨源(比如用于彩色打印)或者配置为不同的液滴大小(比如用于灰度打印)。在另一类实施例中(类似于美国专利10,166,769号中公开的阵列配置)，一个液滴喷射器的二维阵列由多个纵列排列而成,每纵列包括多个排,每个排包括多个组,每个组包括多个液滴喷射器,其中每组中的液滴喷射器基本上沿第一方向对齐,其中每排中的组沿第一方向彼此间隔排开并且沿第二方向彼此偏移。

图18显示了将封闭式双道进墨液滴喷射器130用于这种二维阵列的一部分。排125包括第一组121和第二组122封闭式双道进墨液滴喷射器130。每个组121和122中的液滴喷射器130沿阵列方向54对齐。第一组121沿阵列方向54与第二组122间隔排开，并且第一组121沿与墨水室160的长轴165平行的第二方向57与第二组122偏移。室壁与图6所示的室壁相似，并且包括沿阵列方向54延伸的室端壁和沿第二个方向57延伸的室分隔壁。一个组分隔室壁123设置于第一组121和第二组122之间，其长度L1大于第一组和第二组121和122内部的室分隔壁124的长度L。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (25)

1.一种喷墨器件，其包括：

一个基底；

一个喷孔板；

一个腔室层置于喷孔板和基底之间；

一个液滴喷射器阵列置于基底的第一表面上，每个液滴喷射器包括：

一个喷孔置于喷孔板中；

一个第一进墨道和一个第二进墨道延伸穿过基底通到在基底第一表面中的相应的口，此第一进墨道和第二进墨道在相反的方向上与喷孔间隔开；

一个墨水室置于腔室层中，此墨水室与喷孔、第一进墨道、和第二进墨道流体沟通，此墨水室包括：

一个顶部由喷孔板界定；

一个底部与基底的第一表面相近；和

多个室壁界定于腔室层内，其中所述室壁在喷孔板和基底的第一表面之间围封喷孔、第一进墨道的口、和第二进墨道的口；和

一个加热元件设置于墨水室内，配置为选择性地蒸发部分墨水，以对墨水室加压致使液滴喷射。

2.权利要求1中的喷墨器件，从垂直于喷孔板的方向看，其中第一进墨道和第二进墨道相对于喷孔对称地设置。

3.权利要求1中的喷墨器件，其中墨水室的室壁提供一个长方形的围墙。

4.权利要求1中的喷墨器件，进一步包括在基底上的多个薄膜层，加热元件设置于所述多个薄膜层中的至少一个薄膜层中。

5.权利要求4中的喷墨器件，其中每个液滴喷射器进一步包括：

一个与第一进墨道和墨水室流体沟通的第一墨水过滤器，置于所述多个薄膜层中的至少一个薄膜层中；和

一个与第二进墨道和墨水室流体沟通的第二墨水过滤器，置于所述多个薄膜层中的至少一个薄膜层中，其中，从垂直于喷孔板的方向看，第一墨水过滤器和第二墨水过滤器相对于喷孔对称地设置。

6.权利要求1中的喷墨器件，其中每个液滴喷射器进一步包括：

一个第一限流器置于喷孔与第一进墨道之间的腔室层中；和

一个第二限流器置于喷孔与第二进墨道之间的腔室层中。

7.权利要求6中的喷墨器件，其中第一限流器和第二限流器相对于喷孔对称地设置。

8.权利要求6中的喷墨器件，其中每个限流器包括：

一个第一凸起在所在墨水室和第一相邻墨水室之间的第一室壁延伸出来；和

一个第二凸在所在墨水室和第二相邻墨水室之间的第二室壁延伸出来，第二室壁与第一室壁相对。

9.权利要求8中的喷墨器件，其中每个限流器的第一凸起和每个限流器的第二凸起设置为以墨水室的长轴对称。

10.权利要求8中的喷墨器件，其中第一限流器的第一凸起大于第一限流器第二凸起，并且第二限流器的第二凸起大于第二限流器的第一凸起。

11.权利要求8中的喷墨器件，其中第一限流器的第一凸起与第一限流器的第二凸起沿在平行于墨水室长轴的第一方向上偏移；并且，其中第二限流器的第二凸起与第二限流器的第一凸起在与第一方向相反的第二方向上偏移。

12.权利要求11中的喷墨器件，其中第一限流器的第一凸起大于第一限流器的第二凸起，并且第二限流器的第二个凸起大于第二限流器的第一凸起。

13.权利要求8中的喷墨器件，其中第一和第二凸起各为长方形形状。

14.权利要求8中的喷墨器件，其中第一和第二凸起各为梯形形状。

15.权利要求14中的喷墨器件，其中梯形形状不对称。

16.权利要求8中的喷墨器件，其中第一和第二凸起为有弯曲的形状。

17.权利要求6中的喷墨器件，其中每个限流器包括至少一个柱子，其柱子设置在喷孔和各自的进墨道之间。

18.权利要求1中的喷墨器件，其中所有液滴喷射器的第一进墨道在基底中相互连接，并且其中所有液滴喷射器的第二进墨道在基底中相互连接。

19.权利要求1中的喷墨器件，进一步包括驱动电路，其包括：

一个第一切换电路；

一条第一返地总线与第一切换电路相近；

一个第二切换电路；和

一条第二返地总线与第二切换电路相近，其中第一切换电路和第二切换电路对称地置于液滴喷射器阵列的相对的两边并且在墨水室以外，其中第一返地总线和第二返地总线对称地置于液滴喷射器阵列的相对的两边并且在墨水室以外。

20.权利要求19中的喷墨器件，其中液滴喷射器阵列包括一组奇数的液滴喷射器与一组偶数的液滴喷射器相互交错，其中偶数组中液滴喷射器的加热元件电连接到第一切换电路上，其中奇数组中液滴喷射器的加热元件电连接到第二切换电路上。

21.权利要求20中的喷墨器件，其中奇数组中液滴喷射器的加热元件与第一返地总线电连接，其中偶数组中液滴喷射器的加热元件与第二返地总线电连接。

22.权利要求20中的喷墨器件，其中奇数组中液滴喷射器的加热元件与第二返地总线电连接，其中偶数组中液滴喷射器的加热元件与第一返地总线电连接。

23.权利要求1中的喷墨器件，其中液滴喷射器阵列包括液滴喷射器组在与墨水室长轴平行的方向相互偏移。

24.一种喷墨器件，其包括：

一个基底；

一个喷孔板；

一个腔室层置于喷孔板和基底之间；

一个液滴喷射器阵列置于基底的第一表面上，每个液滴喷射器包括：

一个喷孔置于喷孔板中；

一个第一进墨道和一个第二进墨道延伸穿过基底，此第一进墨道和第二进墨道与喷孔在相反的方向上间隔开；

一个墨水室置于腔室层中，此墨水室与喷孔、第一进墨道、和第二进墨道流体沟通，其中墨水室没有与喷孔板平面平行的进墨道或出墨道；和

一个驱动器配置为可选择性地对墨水室加压，致使通过喷孔喷射墨水。

25.一种喷墨打印系统，其包括：

一个墨水源；

一种喷墨设件包括：

一个基底；

一个喷孔板；

一个腔室层；和

一个液滴喷射器阵列置于基底上，每个液滴喷射器包括：

一个喷孔置于喷孔板中；

一个第一进墨道和一个第二进墨道流体连接到所述的墨水源，此第一进墨道和第二进墨道与喷孔在相反的方向上间隔开；

一个墨水室置于腔室层中，此墨水室与喷孔、第一进墨道、和第二进墨道流体沟通，其中墨水室没有与喷孔板平面平行的进墨道或出墨道；和

一个驱动器配置为可选择性地对墨水室加压，致使通过喷孔喷射墨水；

一套传送机制提供喷墨器件和记录介质之间的相对运动；

一个图像数据源用于提供图像数据；和

一个控制器向喷墨器件提供电信号以相应的图像数据喷射液滴。

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