CN113272146B - 流体供给孔端口尺寸 - Google Patents

Abstract

一种流体喷射装置可包括流体致动器、与流体致动器相邻的喷射腔室、从喷射腔室延伸的喷嘴、以及用于将流体从流体供应通道供应至喷射腔室的流体供给孔。流体供给孔具有与喷射腔室连接的端口。端口的尺寸设置成使得由流体致动器形成的气泡离开喷射腔室。

Description

流体供给孔端口尺寸

背景技术

流体喷射装置按需喷射液滴。流体喷射装置可以用于三维(3D)打印机、二维(2D)打印机、以及如数字滴定装置等的高精度数字分配装置。一些流体喷射装置可以通过使电流经过加热元件来从喷嘴喷射液滴，加热元件产生热并且使喷射腔室内的小部分流体汽化。

附图说明

图1是图示了示例流体喷射装置的部分的截面视图。

图2是图示了示例流体喷射装置的部分的截面视图。

图3是图示了示例流体供应和喷射方法的流程图。

图4是图示了示例流体喷射装置的部分的仰视平面图。

图5是图4的示例流体喷射装置的沿图4的虚线A-A截取的截面视图。

图6是图4的示例流体喷射装置的沿图5的虚线B-B截取的从顶部看到的截面视图。

图7是图4的示例流体喷射装置的沿图4的虚线C-C截取的截面视图。

图8是图示了具有示例打印盒的示例打印机的部分的框图，该示例打印盒包含图4的流体喷射装置的示例。

图9是示例打印盒的透视图，该示例打印盒包含图4的示例流体喷射装置。

图10是示例打印盒的透视图，该示例打印盒包含图4的流体喷射装置的示例。

图11是具有示例介质宽度流体喷射组件的示例打印机的框图，该示例介质宽流体喷射组件包括图4的示例流体喷射装置。

图12是示例流体喷射组件的透视图，该示例流体喷射组件包括图4的示例流体喷射装置。

图13是图12的示例流体喷射组件的透视的截面视图。

在所有附图中，相同的附图标记指代相似但不一定相同的元件。附图不一定是成比例的，并且一些部分的尺寸可以被放大以更清楚地图示所示的示例。此外，附图提供了与描述一致的示例和/或实施方式；然而，描述不限于附图中提供的示例和/或实施方式。

具体实施方式

本文公开了利用流体供给孔将流体从单个流体供应通道供应至喷射腔室的示例的流体喷射装置和方法。与从在各列这种喷射腔室与相应的喷嘴之间延伸的连续长形槽将流体供应至喷射腔室的流体喷射装置相比，采用多个单独的流体供给孔来代替槽的示例流体喷射装置和方法可以提供增强的机械强度，可以有助于更紧凑且更便宜的电连接，并且可以实现更有效的热传递。具体地，在连贯的流体供给孔之间延伸的附加结构可以为形成喷嘴和喷射腔室的材料层提供增强的机械支撑，可以为从一列电迹线到另一列的电迹线提供表面，并且可以提供更大的表面积以将热传递到被喷射的流体以从装置散热。在许多实施方式中，小于槽的流体供给孔还有助于较高速度的流体流动，从而增加了热传递系数以进一步增强从流体喷射装置的散热。

在使用这种流体喷射装置期间，在喷射腔室内或附近可能形成气泡。例如，在流体被加热以使小部分流体汽化并产生通过喷嘴排出流体的气泡的实施方式中，流体喷射装置也可以变热。这可能导致在流体喷射装置内流动的流体被加热到一定温度，使得溶在流体内的空气以气泡的形式释放。这些气泡可能阻止或阻塞流体流到流体喷射腔室。尽管在一些实施方式中可以通过使流体或流体喷射装置冷却来减少气泡的形成，但是这种解决方案可能导致流体喷射装置上的较大的温度范围或差异，这可能不利地影响喷射的一致性和性能。

所公开的流体喷射装置不是减少气泡的初始形成，而是有助于所产生的任何气泡的排出。示例流体喷射装置的流体供给孔的端口的尺寸被具体地设置为使这种气泡离开喷射腔室。结果，由流体致动器形成的气泡不太可能阻止或阻碍墨从流体供给孔流到喷射腔室。在一个实施方式中，流体喷射腔室具有一定高度，其中，每个流体供给孔的端口的最小尺寸是基于此高度而设置尺寸的，以使气泡离开喷射腔室或离开通向喷射腔室的通道。

在一个实施方式中，每个流体供给孔的端口的最小尺寸至少为流体喷射腔室的高度的1.5倍。在高流量系统(在流体喷射腔室附近的雷诺值大于1的系统)中，这种流体供给孔允许气泡通过流体供给孔排出，而不是被阻困在流体供给孔与喷射腔室之间。在一个实施方式中，每个流体供给孔的端口的最小尺寸至少为流体喷射腔室的高度的两倍。在低流量系统(在流体供应腔室附近的雷诺值小于一的系统)中，这种流体供给孔允许气泡通过流体供给孔排出，而不是在喷射腔室中被阻困在流体供给孔之间。

在本公开内容的一些示例中，提供了以模制件或模制结构形式的流体喷射片。模制件或模制结构包括用于将流体供应至流体供给孔的长形通道或流体供应通道。片被嵌入模具中。流体供应通道是模制结构的一部分，而流体供给孔是片的一部分。在一个实施方式中，模制结构至少部分地封装单个片或多个平行的片或多个交错的片。在一个实施方式中，模制结构包括每个片至少一个流体通道。

在一个示例中，片被设置在PCB的切出窗口中，该窗口也被嵌入模具中。一行流体供给孔与长形模制通道(mold channel)的长度轴线平行地延伸。流体供给孔之间的肋横跨模制通道延伸。两行液滴产生器沿着流体供给孔下游开口延伸，例如在流体供给孔开口的每侧为一行，使得肋在两行液滴产生器之间延伸。可以在各行液滴产生器之间在肋的顶部上设置立柱。也可以在腔室入口附近设置立柱。可以设有单个公共歧管，该歧管流体连接到每个腔室和流体供给孔。在一些示例中，流体供给孔的间距与一行液滴产生器中的液滴产生器的间距相同。

在一个示例中，一个模制通道将流体提供给一个流体供给孔阵列(例如，行)。在另一个示例中，在单个片中或在多个对应的片中，一个模制通道可以将流体提供给多个供给孔阵列(例如，行)。在本公开内容中，片的宽度可以相对较小，例如长宽比为20以上，并且在一些实施方式中为30以上、40以上或50以上。这种片可以被称为“条片”。片也可以是相对较薄的，例如通常由体硅基板和薄膜射流层组成。

在图示的示例中，多个流体喷射装置和PCB被安装到模制件。在本公开内容中，安装包括附接和嵌入二者。在一个示例中，流体喷射装置被嵌入(例如被包覆成型)模制件中，而PCB在所述嵌入之后被附接到模制流体喷射装置。PCB包括露出片的窗口。在另一个示例中，流体喷射装置和PCB二者嵌入模制件中。

公开了一种示例流体喷射装置，该流体喷射装置可包括流体致动器、与流体致动器相邻的喷射腔室、从喷射腔室延伸的喷嘴、以及用于将流体从单个流体供应通道供应至喷射腔室的流体供给孔。流体供给孔具有与喷射腔室连接的端口。端口的尺寸设置成使得由流体致动器形成的气泡离开喷射腔室。

公开了一种示例流体喷射装置，该流体喷射装置可包括基板、设置在基板上的射流层、形成在射流层中的液滴产生器、以及流体供给孔。液滴产生器可包括相应的喷射腔室、从相应的喷射腔室延伸的相应的喷嘴、以及相应的流体致动器。每个喷射腔室可以具有一定高度。流体供给孔从单个流体供应通道延伸穿过基板。每个流体供给孔可以具有与至少一个喷射腔室连接的端口。端口的最小尺寸至少为高度的1.5倍。在一些实施方式中，端口的最小尺寸可以至少为高度的两倍，取决于在喷射腔室附近的预期流体流速。

公开了一种示例流体喷射方法。该方法可包括将部分一定体积的流体分配到延伸穿过基板的流体供给孔之间，以及将这些部分通过流体供给孔引导到射流层。可以从流体供给孔引导每个部分，以向射流层中的至少一个液滴产生器报告。该至少一个液滴产生器可包括喷射腔室、靠近喷射腔室的流体致动器、以及喷嘴。喷射腔室的高度不大于端口的最小尺寸的三分之二。

图1示意性地图示了示例流体喷射装置20的各部分。流体喷射装置20选择性地或可控制地喷射微滴流体。流体喷射装置20可以用作附件或3D打印系统的一部分，可以用作二维打印系统(其中流体沉积在如片材或卷筒纸的二维介质上)的一部分，或者可以用作如识别或以其他方式分析生物、化学或其他流体样品的系统等流体诊断系统的一部分。流体喷射装置20具有有助于气泡从流体喷射腔室排出或输送出的结构或几何结构。结果，这种气泡的存在可能干扰流体从装置的喷射。流体喷射装置20包括流体喷射腔室34、喷嘴36、呈流体致动器38形式的喷射元件、以及供给孔40。

流体喷射腔室34、喷嘴36和流体致动器38配合以形成液滴产生器。每个流体喷射腔室34包括与对应的喷嘴36和对应的流体致动器38相邻并位于二者之间的体积。在一个实施方式中，喷射腔室34彼此隔离或断开连接，因为防止了供应至其中一个腔室34的流体直接流到另一个腔室34而不流过流体源，单个流体供应部70(虚线所示)将单个类型或特性的流体供应并分配到两个腔室34。在其他实施方式中，腔室34可以独立于流体供应部70而彼此连接。例如，至少一个流体通道可以直接从一个腔室34延伸到另一个腔室34。

喷嘴36包括从喷射腔室34延伸的开口，通过该开口喷射流体。喷嘴36可以至少部分地确定所产生的微滴的尺寸。在一个实施方式中，喷嘴36可以是锥形的。在其他实施方式中，喷嘴36可包括从喷射腔室34延伸的非锥形开口。在一个实施方式中，每个喷射腔室34具有单个相关联的喷嘴36。在一些实施方式中，每个喷射腔室34可以与多个喷嘴36相关联。

流体致动器38包括在其相应的喷射腔室34内使流体移位以通过相应的喷嘴36排出流体的机构。在一个实施方式中，流体致动器38的位置与相应的喷嘴36正相对。在其他实施方式中，流体致动器38可以从相应的喷嘴36稍微偏移。

在一个实施方式中，流体致动器38可包括基于压电膜的致动器、静电膜致动器、机械/冲击驱动的膜致动器、磁致伸缩驱动致动器、电化学致动器、其他这种微装置或它们的任意组合。在一些实施方式中，流体致动器可以通过膜(如压电膜)的运动使流体移位，该膜产生压缩和拉伸流体位移，从而引起惯性流体流动。

在一些示例中，每个流体致动器38可包括具有加热元件(例如，热敏电阻)的热致动器，该加热元件可以被加热以在加热元件附近的流体中形成气泡。在这种示例中，加热元件的表面(具有表面积)可以接近其中设置有加热元件的流体通道的表面，使得流体通道中的流体可以与加热元件热相互作用。在一些示例中，加热元件可包括热敏电阻器，该热敏电阻器具有设置在加热表面上的至少一个钝化层，使得要被加热的流体可以接触至少一个钝化层的最顶表面。这种气泡的形成和随后的破裂可能产生流体的流动。

应当理解，每个流体致动器38可以连接至控制器，并且由控制器对流体致动器的电致动可以由此控制流体的泵送。流体致动器的致动可以具有相对较短的持续时间。在一些示例中，流体致动器可以在特定的频率下脉动特定的持续时间。在一些示例中，流体致动器的致动可以是1微秒(μs)或更短。在一些示例中，流体致动器的致动可以在大约0.1微秒(μs)至大约10毫秒(ms)的范围内。在本文描述的一些示例中，流体致动器的致动包括电致动。在这种示例中，控制器可以电连接到流体致动器，使得电信号可以由控制器传输到流体致动器，从而致动流体致动器。示例的微射流装置的每个流体致动器可以根据致动特性来致动。致动特性的示例包括例如致动频率、致动持续时间、每次致动的脉冲数、致动的强度或幅度、致动的相位偏移。

在每个流体致动器38包括热阻流体致动器的那些实施方式中，热不仅可以传导至流体致动器附近的未排出流体，而且还传导至流体喷射装置20的物理材料(如硅)。这可能导致流体喷射装置20本身变热。这种热可以被传导到流体喷射装置20内的流体，这可能导致流体内的以其他方式溶解的空气以附加气泡的形式释放。在一些实施方式中，可以通过除流体致动器38之外的其他生热电子部件将流体喷射装置以及所容纳的流体加热到一定温度，使得流体内的溶解空气以气泡的形式释放。

流体供给孔40包括将流体流引导到流体喷射腔室34的流体通道。流体供给孔40从单个流体供应通道70(示意性地图示)接纳流体。换句话说，每个流体供给孔40具有入口42，该入口从相同的流体供应部70接纳流体。在一些实施方式中，流体喷射装置20可包括多组流体供给孔，其中每组流体供给孔(每组中有一个以上流体供给孔)从单个流体供应部70接纳流体或共用单个流体供应部。在一些实施方式中，将流体供应至相应组的流体供给孔的每个流体供应部70可以供应具有不同特性(如不同颜色或其他不同特性)的不同流体。

如图1进一步所示，每个流体供给孔40通常在与通过喷嘴36喷射流体的方向平行的方向上延伸。共用相同的流体供应部70的那些连贯的流体供给孔40通过中间结构44间隔开。在一些实施方式中，可以通过若干流体供给孔40向每个喷射腔室34供应流体。在其他实施方式中，流体供给孔40可以将流体供应至一个以上喷射腔室34。

每个流体供给孔40具有出口端口46，该出口端口直接或间接连接到至少一个喷射腔室34。每个出口端口的尺寸设置成使气泡离开喷射腔室34或来自喷射腔室。在图示的示例中，每个出口端口是基于最靠近出口端口46的喷射腔室的高度H来设置尺寸的。例如，在流体喷射装置20在流体喷射腔室34内提供相对较高的流速的实施方式中，流速的雷诺数大于1，每个出口端口46的最小尺寸MD至少为高度的1.5倍。在流体喷射装置20在流体喷射腔室34内提供较慢的流速的实施方式中，流速的雷诺数小于或等于一，每个出口端口46的最小尺寸MD至少为高度H的两倍。出口端口46的最小尺寸MD较大进一步有助于这种低流量流体喷射装置中的气泡的排出，其中流体压力不太能帮助将这种气泡排出整个出口端口46。

图2示意性地图示了示例流体喷射装置120的各部分。类似于流体喷射装置20，流体喷射装置120选择性地或可控制地喷射微滴流体。流体喷射装置120可以用作附件或3D打印系统的一部分，可以用作二维打印系统(其中流体沉积在如片材或卷筒纸的二维介质上)的一部分，或者可以用作如识别或以其他方式分析生物、化学或其他流体样品的系统等流体诊断系统的一部分。流体喷射装置120具有有助于气泡从流体喷射腔室排出或输送的结构或几何结构。结果，这种气泡的存在可能干扰流体从装置的喷射。流体喷射装置120包括基板124、射流层128、液滴产生器130-1、130-2(统称为液滴产生器130)、以及流体供给孔140-1、140-2(统称为孔140)。

基板124包括流体供给孔140延伸穿其而过的结构。基板124可以进一步为液滴产生器130的流体致动器提供底座或支撑结构。在一个实施方式中，基板124包括至少一层硅。在其他实施方式中，基板124可以由如陶瓷、玻璃等其他材料形成。

射流层128包括设置在基板124上的至少一层材料。射流层128形成液滴产生器130的部分。在一个实施方式中，射流层128可以由易于图案化或成形的材料形成。在一个实施方式中，射流层128可包括如光致抗蚀剂环氧树脂(如SU8)等光致抗蚀剂材料。在其他实施方式中，射流层128可以由聚合物或其他材料形成。

液滴产生器130形成在射流层128中并且选择性地喷射流体微滴。液滴产生器130-1、130-2分别包括流体喷射腔室134-1、134-2(统称为流体喷射腔室134)、喷射孔口即喷嘴136-1、136-2(统称为喷嘴136)、以及流体致动器138-1、138-2(统称为流体致动器138)。流体喷射腔室134由射流层128的材料或(一或多)层形成。流体喷射腔室134通过中间流体通道135彼此流体连接。通道135有助于使通过流体供给孔140-1供应的流体流到流体喷射腔室134-2，或有助于使通过流体供给孔140-2供应的流体流到流体喷射腔室134-1。如虚线所示，在通道135内形成至少一个支撑柱137。支撑柱137在射流层128的形成喷嘴136的部分与基底124之间延伸并与其直接连接。支撑柱137相对于基板124支撑射流层128的部分。在其他实施方式中，可以省略通道135，使得在射流层128的形成喷嘴136的部分与基板124之间延伸的柱137将腔室134-1与腔室134-2完全分隔并且隔离。

流体供给孔140类似于流体供给孔40，不同之处在于流体供给孔140被图示为是锥形的。与流体供给孔40一样，流体供给孔140包括将流体流引导到流体喷射腔室134的流体通道。流体供给孔140从单个流体供应通道70(示意性地图示)接纳流体。换句话说，每个流体供给孔140具有入口142，该入口从相同的流体供应部70接纳流体。在一些实施方式中，流体喷射装置20可包括多组流体供给孔，其中每组流体供给孔(每组中有一个以上流体供给孔)从单个流体供应部70接纳流体或共用单个流体供应部。在一些实施方式中，将流体供应至相应组的流体供给孔的每个流体供应部70可以供应具有不同特性(如不同颜色或其他不同特性)的不同流体。

如图2进一步所示，每个流体供给孔140通常在与通过喷嘴136喷射流体的方向平行的方向上延伸。共用相同的流体供应部170的那些连贯的流体供给孔140通过中间结构144间隔开。在一些实施方式中，可以通过若干流体供给孔140向每个喷射腔室134供应流体。在其他实施方式中，流体供给孔140可以将流体供应至一个以上喷射腔室34。

每个流体供给孔140具有出口端口146，该出口端口直接或间接连接到至少一个喷射腔室134。每个出口端口的尺寸设置成使气泡离开喷射腔室134或来自喷射腔室。在图示的示例中，每个出口端口是基于最靠近出口端口146的喷射腔室的高度H来设置尺寸的。例如，在流体喷射装置120在流体喷射腔室134内提供相对较高的流速的实施方式中，流速的雷诺数大于1，每个出口端口146的最小尺寸MD至少为高度的1.5倍。在流体喷射装置120在流体喷射腔室134内提供较慢的流速的实施方式中，流速的雷诺数小于或等于一，每个出口端口46的最小尺寸MD至少为高度H的两倍。出口端口146的最小尺寸MD较大进一步有助于这种低流量流体喷射装置中的气泡的排出，其中流体压力不太能帮助将这种气泡排出整个出口端口146。

图3是示例流体供应和喷射方法200的流程图。方法200有助于通过单独的流体供给孔供应流体，减少了气泡阻止或阻碍流体向流体喷射腔室供应的可能性。尽管在上下文中描述了由流体喷射装置120进行的方法200，但是应当理解，方法200可以同样地使用以下描述的任何流体喷射装置或类似的流体喷射装置和系统来进行。

如框204所指示的，将部分一定体积的流体分配到延伸穿过基板的不同流体供给孔之间。如框208所指示的，将部分一定体积的流体通过流体供给孔引导到射流层。如框212所指示的，将流体的每个部分从流体供给孔通过端口引导到高度不大于端口的最小尺寸的三分之二的流体喷射腔室。如上所讨论的，流体供给孔的端口的这种尺寸设置有助于使这种气泡通过流体供给孔远离流体喷射腔室，从而减少了这种气泡可能阻止流体向流体喷射腔室供应的可能性。

图4至图7图示了示例流体喷射装置300的部分。流体喷射装置300包括被模制到整体式本体304或模制件304中的长形薄“条片”式流体喷射片302。在一个实施方式中，“条片”式流体喷射片302的长宽比至少为30:1。在其他实施方式中，条片式流体喷射片302的长宽比至少为40:1或至少50:1。这种长宽比可以有助于流体喷射装置更紧凑并且降低片制造成本。片302可以由硅制成。在其他实施方式中，片302可以由其他材料形成。

模制件304可以由塑料、环氧树脂模制化合物或其他可模制材料形成。流体喷射片302被模制到模制件304中，使得片302上的射流层306的前表面保持暴露在模制件304的外部，从而使片能够分配流体。基板308形成片102的后表面310，除了在模制件304中形成的通道312处以外，后表面被模制件304覆盖。模制通道312使流体能够直接流到片302。在不同的示例中，流体喷射装置300包括嵌入整体式模制件304内的一个或多个流体喷射片302，其中在模制件304中形成的针对每个片302的流体通道312将流体直接传送到片302的后表面310。

在一个示例中，基板308包括厚度为120微米量级的薄条片。在其他实施方式中，厚度可以在100微米的量级。基板308包括在基板308中干法蚀刻或以其他方式形成的流体供给孔340，以将流体传送通过基板308、从其后表面310到其前表面316。在一个示例中，流体供给孔340完全横穿由体硅组成的基板308。流体供给孔340被布置成阵列(即，成行或成排)，这些流体供给孔可以沿着基板308的长度(L)平行于模制通道312延伸，例如相对于模制通道312的宽度W2居中。在另一示例中，流体供给孔阵列也相对于基板308的宽度(W)居中定位。换句话说，一排或一行流体供给孔340可以沿着基板的长度(L)沿着基板308的中心向下延伸。注意，例如，图6中图示的长度(L)并不旨在图示基板308的全长。相反，长度(L)旨在指示基板308的长度相对于宽度的方向。如上所述，图4至图6仅图示了示例模制流体喷射装置300的一部分。在许多情况下，基板308将显著长于长度(L)，并且流体供给孔340的数量将显著大于图示的若干个。模制件304中的单个模制通道312可以将流体供应至流体供给孔340的阵列。

在图示的示例中，流体供给孔340包括壁318，这些壁从基板308的前表面316到后表面310逐渐变细。这种锥形流体供给孔340在基板308的前表面316处的截面更小或更窄，并且随着它们延伸穿过基板308到达后表面310，它们逐渐变得更大或更宽。在图示的示例中，锥形流体供给孔340有助于管理在流体喷射装置300中产生的气泡。墨或其他液体可能包含变化量的溶解空气，并且随着在流体液滴喷射过程中流体温度升高，空气在流体中的溶解度降低。结果可能是墨或其他液体中的气泡相对较少，从而抑制了液体中气泡的某些后果，这些后果可能包括喷嘴性能错误或打印质量降低。在流体喷射期间，因为喷嘴336可以定向在流体供给孔340下方，所以在流体喷射腔室334和流体喷射装置300中的其他地方产生的气泡可能趋于向上升起穿过流体供给孔340。可以通过流体供给孔340中的变宽的锥形318以及相对于流体喷射腔室334的高度的流体供给孔340的这种尺寸设置来辅助气泡远离喷嘴336和腔室334的这种向上运动。

在图示的示例中，每个流体供给孔340将流体流引导到流体喷射腔室334。流体供给孔340从单个流体供应通道312接纳流体。换句话说，每个流体供给孔340具有入口342，该入口从相同的流体供应部312接纳流体。在一些实施方式中，流体喷射装置320可包括多组流体供给孔，其中每组流体供给孔(每组中有一个以上流体供给孔)从单个流体供应部312接纳流体或共用单个流体供应部。在一些实施方式中，将流体供应至相应组的流体供给孔的每个流体供应部312可以供应具有不同特性(如不同颜色或其他不同特性)的不同流体。

如图5进一步所示，每个流体供给孔340通常在与通过喷嘴336喷射流体的方向平行的方向上延伸。在一些实施方式中，可以通过若干流体供给孔340向每个喷射腔室334供应流体。在其他实施方式中，流体供给孔340可以将流体供应至一个以上喷射腔室334。

每个流体供给孔340具有出口端口346，该出口端口直接或间接连接到至少一个喷射腔室334。每个出口端口346的尺寸设置成使气泡离开喷射腔室334或来自喷射腔室。在图示的示例中，每个出口端口346是基于最靠近出口端口346的喷射腔室的高度H来设置尺寸的。例如，在流体喷射装置320在流体喷射腔室334内(或与腔室334距离100um以内)提供相对较高的流速的实施方式中，流速的雷诺数大于1，每个出口端口346的最小尺寸MD至少为高度的1.5倍。在流体喷射装置320在流体喷射腔室334内(或与腔室334距离100um以内)提供较慢流速的实施方式中，流速的雷诺数小于或等于一，每个出口端口346的最小尺寸MD至少为高度H的两倍。出口端口346的最小尺寸MD较大进一步有助于这种低流量流体喷射装置中的气泡的排出，其中流体压力不太能帮助将这种气泡排出整个出口端口346。

基板308还包括肋320或桥接件，这些肋或桥接件在流体供给孔314的任一侧的流体供给孔314之间横穿流体通道312。肋320可以由流体供给孔314的形成和存在而产生。每个肋320定位在两个流体供给孔340之间，并且在其横穿在模制件304中形成的下层流体通道312时沿宽度延伸横跨基板308。在示例中，基板由体硅制成，并且肋320是体硅的一部分、横穿模具304的模制通道的一部分。

在图4中，虚线C-C表示如图7所图示的流体喷射装置300的截面视图。图7中的流体喷射装置300的截面视图图示了硅肋320，该硅肋在流体供给孔314与基板308的前表面316和后表面310之间延伸。图7中的部分虚线318表示在硅肋320后面(或前方)的锥形流体供给孔壁340的剖面。流体供给孔314的从基板308的前表面316到后表面310的变宽的锥形318导致肋320在肋从前表面延伸到后表面时变窄。

具有横穿流体通道312的交错的肋320的流体供给孔340为流体喷射片302提供增加的强度和机械稳定性。这允许将片302制成为小于具有完全切穿硅基板的流体槽的传统的流体喷射片。

在一个示例中，减小的片尺寸可以增加喷嘴和液滴产生器的密度。通过使相对的液滴产生器阵列中的相对的液滴产生器324(即，喷射腔室、电阻器和喷嘴)彼此更靠近，可以使流体喷射片302的宽度(W)相对较小。例如，当与具有纵向流体槽的硅打印头相比时，根据本公开内容的示例的模制流体喷射装置100中的流体喷射片302的片尺寸的减小可以为二到四倍的量级。例如，具有纵向流体供应槽的这种打印头中的一些打印头可以在宽度大约为2000微米的硅片上支撑两个平行的喷嘴阵列，本公开内容的流体喷射片的模内“条片”可以在宽度W大约为350微米的硅片302上支撑两个相对的平行喷嘴阵列。在不同的示例中，片102的宽度W可以在大约150微米与550微米之间。在进一步的示例中，一个或两个喷嘴阵列设置在200微米的基板宽度W内。

如图5和图7所图示的，在基板308的前表面316上形成射流层306。射流层306通常定义射流架构，该射流架构包括液滴产生器324、立柱结构328、330、以及歧管通道或歧管332。每个流体液滴产生器324包括流体喷射腔室334、喷嘴336、腔室入口326、以及在基板308上形成的喷射元件338，该喷射元件可以启动以从腔室334通过喷嘴336喷射流体。公共歧管将每个流体供给孔340流体连结到入口326。在图示的示例中，两行液滴产生器324在流体供给孔阵列的任一侧与流体供给孔阵列平行地沿长度延伸。

在不同的实施方式中，射流层306可包括单个整体层，或者其可包括多层。例如，射流层306可以由腔室层341(也称为阻挡层)以及在腔室层341上方单独形成的喷嘴层342(也称为顶帽层)二者形成。构成射流层306的一层或多层的全部或大部分可以由SU8环氧树脂或某种其他聚酰亚胺材料形成，并且可以使用包括旋涂工艺和层压工艺的多种不同的工艺来形成。

在另一示例中，阵列的每个流体供给孔314的位置和间距使得每个流体供给孔314的中心大致在任一侧的最近的喷射腔室334的中心之间延伸。例如，如果在俯视图(例如图4)中，将绘制一条直线SL通过大致相对的喷嘴336的最近中心点，然后直线SL将在这些喷嘴336之间穿过流体供给孔314的中心、或者穿过肋320的中心。在另一示例中，在俯视图(例如图4)中，在片302中，可以被绘制通过流体供给孔314的中心和喷射腔室334的中心的任何线(例如SL)不与介质前进方向平行。

在打印或其他流体喷射过程中，通过对应的喷嘴336从喷射腔室334喷射流体，并且从模制通道312补充流体。来自通道312的流体流过供给孔314并进入歧管332。流体从歧管332流过腔室入口326进入喷射腔室334。通过迅速向喷射腔室334重新填充流体，可以提高打印速度。然而，当流体流向并流入腔室334时，流体中的小颗粒可能滞留在通向腔室334的腔室入口326中和周围。这些小颗粒可以减少和/或完全阻止流体流到腔室，这可能导致喷射元件338提前失效、墨滴尺寸减小、墨滴方向错误等。靠近腔室入口326的立柱结构328提供了耐微粒架构(PTA)，该架构可以至少部分地用作防止颗粒阻塞或通过腔室入口326的屏障。PTA立柱328的放置、大小和间距通常被设计成防止颗粒(甚至是尺寸相对较小的颗粒)阻塞通向喷射腔室334的入口326。在图示的示例中，PTA立柱328邻近于入口设置。例如，两个PTA立柱328可以被设计为距入口开口大约为立柱直径的两倍或两倍以下或大约为立柱直径的一倍或一倍以下。在另一示例中，至少一个PTA立柱328设置在入口凹部327中，入口326通向该入口凹部。在这种示例中，可以在歧管332与每个入口326之间在歧管侧壁中设有入口凹部327阵列。在其他示例中，可以在入口326附近设置一个或三个或更多个PTA立柱328，以阻止颗粒向腔室334迁移。

在另一示例中，腔室334的入口326收缩，即，每个入口326的最大宽度W4小于每个对应的腔室334的直径D，其中，测得的宽度W4和直径D的方向平行于歧管332的长度轴线或平行于流体供给孔阵列的长度轴线。例如，入口326的最大宽度W4小于腔室的直径D的三分之二。在一个示例中，收缩点可以减少串扰。在另一个示例中，收缩的入口可以减少流体供给孔的尺寸、位置或长度变化的影响。

附加立柱结构330包括耐气泡架构330(BTA)，该架构通常被配置为阻碍气泡运动通过片歧管332并且将气泡引导到锥形流体供给孔314中，在此气泡可以向上浮动并离开面向下的液滴产生器喷嘴336。BTA立柱330可以设置在肋320顶部上的流体供给孔开口346之间的歧管332中。在示例中，BTA立柱330的体积或宽度可以比PTA立柱328更大。例如，BTA立柱的宽度W3可以至少是进入歧管332中的流体供给孔开口246的直径的一半，例如，大约与进入歧管332中的流体供给孔开口346的直径相同。应当注意，尽管在此说明性描述中，已经选择将立柱328、330称为“PTA”立柱和“BTA”立柱，但是在不同的示例中，立柱328、30的功能和优点可以变化，并且不一定分别(仅)与颗粒或气泡有关，而可能具有其他或不同的功能和优点。

在另外的示例中，例如除了或代替减轻气泡和/或颗粒的负面影响之外，立柱结构328、330的目的是减轻彼此靠近的相邻液滴产生器324之间的流体串扰。如前所述，部分地由于存在流体供给孔340以及横穿流体通道312并使基板308强度增加的相关联的肋120，实现了模制流体喷射装置300中的较小的流体喷射片302。减小的片尺寸通过使液滴产生器在通道312和基板308的宽度(W)上彼此更靠近来增加喷嘴和液滴产生器的密度。流体喷射装置300中的相对较高的喷嘴密度可以引起相邻液滴产生器324之间的较高水平的流体串扰。即，随着流体液滴产生器彼此更靠近，相邻喷射腔室之间的流体串扰的增加会导致腔室内的流体压力和/或体积变化，这可能对液滴喷射产生不利影响。在某些示例中，射流层306中的立柱结构328、330结构可以用来减轻流体串扰的影响。

流体喷射装置300包括流体通道312，该流体通道用作来自多个流体供给孔344的单个流体供应通道。流体通道312被形成为穿过模制本体304，以使流体能够在后表面310处直接流到硅基板308上，并且通过流体供给孔344流入基板308。可以以多种方式在模制本体304中形成流体通道312。例如，可以使用旋转或其他类型的切割锯来切割和限定穿过模制本体304的通道312以及在供给孔314上方的薄硅帽(未示出)。使用具有形状不同的外周切割刃并呈不同组合的锯片，可以形成具有不同形状的有助于流体流到基板的后表面310的通道312。在其他示例中，当在压缩或传递模制工艺期间将流体喷射片302模制到流体喷射装置300的模制本体304中时，可以形成通道312的至少一部分。然后可以使用材料烧蚀工艺(例如，喷粉、蚀刻、激光加工、铣削、钻孔、电火花加工)来移除残留的模制材料。烧蚀工艺可以扩大通道312并且完成穿过模制本体304到达流体供给孔314的流体路径。当使用模制工艺形成通道312时，通道312的形状通常反映该工艺中使用的模封形貌的相反形状。因此，改变模封形貌可以产生各种形状不同的通道，这些通道有助于流体流到硅基板308的后表面310。

如上所述，模制流体喷射装置300适合用于例如2D或3D打印机的可更换流体喷射盒和/或介质宽度流体喷射组件(“打印杆”)。图8是图示了具有包含示例流体喷射装置300的可更换打印盒702的打印机700的示例的框图，该流体喷射装置包括模制件304以及嵌入模制件304中的片302。片包括流体供给孔344。在示例中，打印机是喷墨打印机，并且盒702包括至少部分地填充有墨的至少一个墨隔室708。不同的隔室可以容纳不同颜色的墨。在打印机700的一个示例中，托架704在打印介质706上方来回扫描打印盒702，以将墨以所需图案施涂于介质706。在打印期间，介质输送组件712使打印介质706相对于打印盒702移动，以有助于将墨以所需图案施涂于介质706。控制器714通常包括处理器、存储器、电子电路、以及用于控制打印机700的操作元件的其他部件。存储器存储用于控制打印机700的操作元件的指令。

图9图示了示例打印盒702的透视图。打印盒702包括由盒壳体716支撑的模制流体喷射装置300。流体喷射装置300包括四个长形流体喷射片302以及安装到模制件304的PCB(印刷电路板)303。如图7所示，模制件304包括模制结构，该模制结构包括用于将流体供应至片的流体供给孔的长形通道或流体供应通道312。在流体喷射装置300包括四个流体喷射片302的图示的示例中，模制件304包括至少四个流体供应通道312，四个流体喷射片302中的每一个都具有至少一个流体供应通道312。在图示的示例中，四个片中的每一个都嵌入模制件304中，其中，流体供应通道是模制结构的一部分，而流体供给孔是片的一部分。在一个实施方式中，由模制件304提供的模制结构至少部分地封装每个片302。

PCB可包括用于驱动每个片102中的流体喷射元件的电气和电子电路(如驱动电路)。在图示的示例中，流体喷射片102横跨流体喷射装置100的宽度彼此平行地布置。四个流体喷射片302位于已从PCB 703上切出的窗口748内。尽管图示的用于打印盒702的是具有四个片302的单个流体喷射装置300，但是其他构型也是可能的，例如具有更多的流体喷射装置300，每个流体喷射装置具有更多或更少的片302。

打印盒702可以通过电触点720电连接到控制器714。在示例中，在固定于壳体716的柔性电路722中、例如沿着壳体716的外部面之一形成触点720。嵌入柔性电路722中的信号迹线可以例如通过在流体喷射片102的极限处由低剖面保护盖717覆盖的键合线将触点720连接到流体喷射片302上的对应电路。在示例中，每个流体喷射片102上的喷射喷嘴沿盒壳体716底部、通过在柔性电路722中或在其边缘附近的开口露出。

图10图示了适合用于打印机700或任何其他合适的高精度数字分配装置的另一个示例打印盒802的透视图。在此示例中，打印盒802包括介质宽度流体喷射组件824，其中四个流体喷射装置300和PCB 803被安装到模制件304并由盒壳体716支撑。每个流体喷射装置300包括四个流体喷射片302，并且位于从PCB 803切出的窗口848内。

如图7所示，模制件304包括模制结构，该模制结构包括用于将流体供应至片的流体供给孔的长形通道或流体供应通道312。在每个流体喷射装置300包括四个流体喷射片302的图示的示例中，模制件304包括至少四个流体供应通道312，四个流体喷射片302中的每一个都具有至少一个流体供应通道312。在所图示的示例中，四个片302中的每个片嵌入模制件304中，其中，流体供应通道是模制结构的一部分，而流体供给孔是片的一部分。在一个实施方式中，由模制件304提供的模制结构至少部分地封装每个片302。

尽管图示的用于此示例打印盒802的是具有四个流体喷射装置300的打印头组件824，但是其他构型也是可能的，例如具有更多或更少的流体喷射装置300，每个流体喷射装置具有更多或更少的片302。在每个片302的每个后侧，可以设有穿过模制件304的模制通道，以将流体供应至每个片的射流层。在每个流体喷射装置300中的流体喷射片302的任一端可以设有键合线，这些键合线例如被低剖面保护覆盖物717覆盖，该保护覆盖物包括如环氧树脂等合适的保护材料以及放置在保护性材料上方的平帽。设有电触点720以将流体喷射组件724电连接到打印机控制器714。电触点720可以连接到嵌入柔性电路722中的迹线。

图11是图示了实现模制流体喷射装置100的另一个示例的具有固定介质宽度流体喷射组件1100的打印机1000的框图。打印机1000包括跨越打印介质1004的宽度的介质宽流体喷射组件1100、与流体喷射组件1100相关联的流体传输系统1006、介质输送机构1008、用于流体供应部1010的接纳结构、以及打印机控制器1012。控制器1012包括处理器、其上存储有控制指令的存储器、以及控制打印机1000的操作元件所需的电子电路和部件。流体喷射组件1100包括流体喷射片302的布置，用于将流体分配到纸张或连续卷筒纸或其他打印介质1004上。在操作中，每个流体喷射片302通过流动路径接纳流体，该流动路径从供应部1010通过流体传输系统1006和流体通道312延伸到流体喷射片302中。

图12和图13图示了具有多个流体喷射装置300的模制介质宽度流体喷射组件1100的透视图，例如包含在打印盒、页宽阵列打印杆或打印机中。图13图示了图12的不同截面视图。模制流体喷射组件1100包括均安装到模制件304上的多个流体喷射装置300和PCB 703。

如图7所示，模制件304包括模制结构，该模制结构包括用于将流体供应至片的流体供给孔的长形通道或流体供应通道312。在每个流体喷射装置300包括四个流体喷射片302的图示的示例中，模制件304包括至少四个流体供应通道312，四个流体喷射片302中的每一个都具有至少一个流体供应通道312。在图示的示例中，四个片中的每一个都嵌入模制件304中，其中，流体供应通道是模制结构的一部分，而流体供给孔是片的一部分。在图示的示例中，由模制件304提供的模制结构至少部分地封装每个片302。在图示的示例中，模制结构或模制件304封装每组四个片中的平行的且端部对齐的片302以及交错的各组本身。

流体喷射装置300布置在从PCB 703切出的窗口748内。流体喷射装置跨流体喷射组件1100沿长度成行布置。相对各行的流体喷射装置300相对于彼此以交错构型布置，使得每个介质喷射装置300与相对的相邻流体喷射装置300的一部分重叠，如在介质前进方向上所见。因此，由于重叠，在流体喷射片302的端部处的一些液滴产生器可能是多余的。尽管在图13中图示了十个流体喷射装置300，但是可以以相同或不同的构型使用更多或更少的流体喷射装置300。在每个流体喷射装置300的流体喷射片302的任一端可以设有键合线，这些键合线可以被低剖面保护覆盖物717覆盖，该保护覆盖物可包括如环氧树脂等合适的保护材料以及放置在保护材料上的平帽。

虽然已经参考示例实施方式描述了本公开内容，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。例如，虽然可能已经将不同的示例实施方式描述为包括提供一个或多个益处的特征，但是可以设想所描述的特征可以彼此互换或者可替代地在所描述的示例实施方式中或在其他替代实施方式中彼此组合。因为本公开内容的技术相对复杂，所以并非所有的技术变化都是可预见的。参考示例实施方式进行描述并且在以下权利要求中进行阐述的本公开内容显然旨在尽可能地广泛。例如，除非另有明确说明，否则叙述单一特定元素的权利要求也包含多个这种特定元素。权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅区分不同的元素，并且除非另有说明，否则不会具体地与本公开内容中的元素的特定顺序或特定编号相关联。

Claims (19)

1.一种流体喷射装置，包括：

流体致动器；

喷射腔室，所述喷射腔室与所述流体致动器相邻，并且所述喷射腔室具有高度；

喷嘴，所述喷嘴从所述喷射腔室延伸；

流体供给孔，所述流体供给孔用于将流体从流体供应通道供应至所述喷射腔室，所述流体供给孔具有连接至所述喷射腔室的端口，所述端口的最小尺寸为所述高度的至少1.5倍，以使气泡离开所述喷射腔室。

2.如权利要求1所述的流体喷射装置，包括：

基板；

射流层，所述射流层设置在所述基板上，其中，所述喷射腔室形成在所述射流层中；并且其中，所述流体供给孔从所述流体供应通道延伸穿过所述基板，所述流体供给孔中的每个流体供给孔具有端口，所述端口连接至所述喷射腔室中的至少一个喷射腔室。

3.如权利要求2所述的流体喷射装置，其中，所述喷射腔室在所述射流层中流体连接。

4.如权利要求2所述的流体喷射装置，其中，所述射流层包括在所述喷射腔室之间的至少一个收缩部。

5.如权利要求2至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述喷射腔室在所述射流层中彼此隔离开。

6.如权利要求2至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述射流层包括喷嘴层和阻挡层，所述喷嘴延伸穿过所述喷嘴层，所述阻挡层夹在所述喷嘴层与所述基板之间，所述阻挡层形成所述喷射腔室，所述阻挡层的厚度不大于所述端口的最小尺寸的一半。

7.如权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述端口具有不大于100μm的最小尺寸。

8.如权利要求2至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述基板具有前表面和后表面，所述射流层形成在所述前表面上，所述后表面用于接收来自单个流体供应通道的流体，所述流体供给孔被所述基板中的肋分隔开并且从所述后表面延伸以将流体从所述后表面引导至所述射流层。

9.如权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述流体供给孔中的每个流体供给孔用于将流体供应至多个喷射腔室。

10.如权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述流体供给孔是锥形的。

11.如权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述流体致动器包括热阻流体致动器。

12.如权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置，其中，所述端口的最小尺寸为所述高度的至少2倍。

13.如权利要求8所述的流体喷射装置，其中，所述流体供应通道是模制结构的一部分，并且所述流体供给孔是片的一部分。

14.如权利要求13所述的流体喷射装置，其中，所述模制结构至少部分封装单个片或多个平行的片或多个交错的片。

15.如权利要求14所述的流体喷射装置，其中，所述模制结构包括每个片至少一个流体通道。

16.如权利要求1至4中任一项所述的流体喷射装置，所述流体喷射装置包括射流片，所述射流片具有至少为30:1的长:宽比。

17.一种流体喷射方法，包括：

将流体的体积的部分分配到各延伸穿过基板的流体供给孔之中；

将所述部分通过所述流体供给孔引导至射流层；

将所述部分中的每个部分从所述流体供给孔通过端口引导至流体喷射腔室，所述流体喷射腔室的高度不大于所述端口的最小尺寸的三分之二，以使气泡离开所述喷射腔室。

18.如权利要求17所述的方法，其中，至少一个液滴产生器包括液滴产生器的行，并且其中，所述流体供给孔包括流体供给孔的行，所述流体供给孔的行与液滴产生器的行平行。

19.一种流体喷射装置，包括：

基板；

射流层，所述射流层设置在所述基板上；

液滴产生器，所述液滴产生器形成在所述射流层中，所述液滴产生器包括相应的喷射腔室、从相应的喷射腔室延伸的相应的喷嘴、以及相应的流体致动器，所述喷射腔室中的每个喷射腔室具有高度；以及

流体供给孔，所述流体供给孔从单个流体供应通道延伸穿过所述基板，所述流体供给孔中的每个流体供给孔具有端口，所述端口连接至所述喷射腔室中的至少一个喷射腔室，所述端口的最小尺寸为所述高度的至少1.5倍。

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