CN1709698A - 喷墨打印头及其制造和更换方法 - Google Patents
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Abstract
一种喷墨打印头及其制造和更换方法。喷墨打印头包括：具有供液孔的基底；位于上表面并具有喷射液体的喷嘴孔的喷嘴板；基底和喷嘴板之间的具有墨室及连接墨室和供液孔的流体通道的流体通道形成层；位于墨室以产生喷射液体的能量的发热体；填入流体通道以防止空气引入流体通道内并使得相变为液体的填充物。当流体通道形成层和喷嘴板置于基底上而构成打印头时，凝胶被注入到流体通道形成层中的流体通道内以防止空气引入到流体通道内。当打印头新安装在被更换的墨盒上时，通过打印头的由气泡扩张而喷射墨滴的固有操作而喷射填充的凝胶，同时墨盒中的墨引入到流体通道内而初始填充打印头。
Description
技术领域
本申请的大体发明构思涉及一种喷墨打印头及其制造和更换方法。
背景技术
通常，墨盒是一种用于从喷墨打印头喷射墨滴喷射从而在记录介质上打印出预定图像的装置。
图1是示出了常规墨盒1结构的纵向剖视图。
参照图1，墨盒1包括盒体11，插入盒体11内以保持墨的泡沫体13，用于从泡沫体13向打印头30提供墨的供墨单元17，用于当墨从供墨单元17喷出时过滤墨的过滤器，和通过提供盒体11和外部空气之间的相通促使墨从泡沫体13中流出的流体相通孔21。
在此结构中，在有微孔的泡沫体13受压并被容纳于盒体11的条件下，盒体11填充预定量的墨。这种情况下，泡沫体13中微孔产生的毛细现象产生并保持负压。
根据墨滴喷射机构的不同，打印头30可以分为热驱动式和压电驱动式。热驱动式利用加热源在墨中产生气泡，并通过气泡膨胀的方式将墨滴喷射出去，而压电驱动式则利用其中所使用的压电材料变形造成对墨施压而将墨滴喷射出去。
图2是示出现有技术中热驱动式打印头结构的剖视图。
参照图2，打印头30包括：具有供墨孔31a的基底(substrate)31，安装在基底31上并限定其中填充墨的墨室35的分隔壁37，安装在墨室35内的发热体39，以及喷嘴孔43a形成其上的喷嘴板43，墨滴从喷嘴孔43a喷射出去。此结构中，供墨孔31a和图1中的供墨单元17是流体相通的。
在上面结构的打印头30中，当脉冲电流施加在发热体39并由其产生热量时，填充在墨室35内的墨33被加热产生气泡45。当产生的气泡继续膨胀时，填充在墨室35内的墨33受压并以墨滴的形式通过喷嘴孔43a喷射到外部。然后，墨滴喷射结束，气泡收缩。当气泡收缩时，墨33被吸回并重新填充到墨室中。此时，气泡收缩是通过由关闭脉冲电流而冷却发热体39造成的。
如图1所示，常规的喷墨打印机进行打印作业时墨盒横向移过记录介质的宽度。
但是近来可制造行式打印头，其中延伸横贯记录介质的全宽的打印头被固定保持而记录介质沿打印头移动。
图3是示出采用了常规行式打印头的喷墨打印机100的结构的透视图，在日本专利公开申请第2001-301199号中以“喷墨打印机和其打印头墨盒”的题名公开。
参照图3，喷墨打印机100包括容纳在外壳110中的一个行式打印头120(下文称为“墨盒”)，走纸单元130，送纸装置140，供纸盘150和电路单元160。外壳110的形状是长方体，在一侧上设置有一个用于出纸P的出纸口111，在另一侧上设置有一个用于取放供纸盘150的供纸盘插口112。墨盒120设置有由青色、品红、黄色和黑色组成的四色墨容器。
图4是图3中的墨盒120的纵向剖视图。
参照图4，打印头框架121被安装在喷墨打印机120的较低部位，与墨容器122(从下文起指的是“盒体”)集成。打印头框架121上形成有狭缝型供墨孔123，并在每个供墨孔123的两侧连接有打印头124。
如图1和4所示的上述墨盒1或120通常可分为两种类型：打印头30或124集成于盒体11和122的一次性类型(disposable)，和未示出的打印头设置为可与盒体分离的打印头可换类型。
对于前者，将打印头30或124与墨供应系统相连，使得由制造商将墨注入其内部流体通道。
但是，对于后者，当打印头内部的流体通道中存在墨时，可能会发生墨泄漏，这样会造成产品销售困难并导致电路失效。因此，在这种情况下，进入市场的打印头是打印头内部流体通道没有墨的。
但是，由于利用负压产生装置如泡沫体13，盒体内部具有低于大气压的负压，因此盒体中的墨不可能自然地被引入到打印头的流体通道中。于是，在现有技术中，当盒体的打印头换新时，需要使用如吸取装置这样的辅助装置来进行初始充墨。吸取装置包括和打印头外表面接触的吸取帽，以及通过管道与吸取帽相连的吸取泵。当吸取泵的抽吸力向吸取帽提供吸取力时，一定量的墨就会由吸取力通过喷嘴板的喷嘴孔强制吸出。
当吸取装置被安装在打印机上，用户将新更换的墨盒安装在打印机上时，吸取装置会通过维护程序自动操作将存储在盒体内的墨引入到打印头的流体通道内。
如上所述，常规的可更换打印头墨盒有一个问题，就是还需要吸取装置来将墨引入到所更换打印头的流体通道中。
另外，常规的墨盒有一个劣势，就是进行吸取操作会使墨损耗增加。此外大面积的打印头，如图3和4所示的行式打印头，会增加墨的损耗。
另外，在行式打印头情况下，增加打印头面积会使由吸取帽密封泄漏的可能性增大。在这种情况下，吸取操作无法顺利进行，因此残留在打印头中的流体通道内的空气会使打印质量恶化。
发明内容
本申请的大体发明构思的一个特点是提供一种喷墨打印头，打印头本身的驱动装置能够初始充墨到新换的打印头中的流体通道中，而无需使用单独的吸取装置。
本申请的大体发明构思的另一个特点是提供一种制造如上所述喷墨打印头的方法。
本申请的大体发明构思的另一个特点是提供一种使用如上所述喷墨打印头的更换喷墨打印头的方法。
本申请的大体发明构思的其他特点和优势将在下面部分地阐明，并部分地从描述中体现出来，或可在实施该申请的大体发明构思的过程中习得。
本申请的大体发明构思在前述和/或其他特点和优势可通过提供一个喷墨打印头实现，包括：具有供液孔的基底；在基底上表面上形成并具有可喷射液体的喷嘴孔的喷嘴板；位于基底和喷嘴板之间并提供墨室和连接供液孔和墨室的流体通道的流体通道形成层(fluid channel forming layer)；位于墨室的某处，产生液体喷射能量的发热体；以及填充在流体通道内，并使得通过发热体的加热操作而引起相变为液体的填充物。
填充物可用凝胶制成，凝胶可从由邻苯二甲酸、甘油、不饱和聚酯、胶原和琼脂组成的组中选择一种。凝胶的溶胶-凝胶转变温度(sol-gel transitiontemperature)大约可在0℃到100℃，优选是大约5℃到60℃的溶胶-凝胶转变温度。凝胶的溶胶粘度大约可在10到70厘泊之间。
基底可进一步包括能将基底加热到预定温度的辅助发热体。
本申请的大体发明构思在前述和/或其他特点和优势也可从提供一种制造喷墨打印头的方法中获得，该方法包括：提供其上具有发热体由此产生使液体喷射的能量的基底，具有喷射液体的墨室以及在墨室与供液孔之间流体相通的流体通道的流体通道形成层，以及具有可喷射液体的喷嘴孔的喷嘴板；并且填充填充物以防止空气引入流体通道。
填充填充物时，凝胶在高温下被以液体的状态引入流体通道，然后在低温下处于胶凝状态。
凝胶可从包括邻苯二甲酸、甘油、不饱和聚酯、胶原和琼脂的组中选择一种。凝胶的溶胶-凝胶转变温度大约可在0℃到100℃，优选是大约5℃到60℃的溶胶-凝胶转变温度。凝胶的溶胶粘度大约可在10到70厘泊之间。
基底可进一步包括能将基底加热到预定温度的辅助发热体。
本申请的大体发明构思在前述及/或其他的特点和优势也可从提供一种更换喷墨打印头的方法中获得，包括：提供一个喷墨打印头，其制造方法包括在基底上形成产生液体喷射能量的发热体，形成喷射液体的墨室和提供连接到墨室的供液通路的流体通道的流体通道形成层，和具有用来喷射液体的喷嘴孔的喷嘴板；并且把填充物注入到流体通道中，该填充物防止空气引入流体通道中并且使得引起相变为液体状态；将喷墨打印头放置在打印头框架上；将打印头框架插入到要更换的墨盒的打印头安装槽中；加热填充物到预定温度，使填充物通过喷嘴孔向外部喷射。
一方面是，在喷射填充物之前，可还包括加热填充物到预定温度使得填充物变为液相的操作。
在以上结构中，预热填充物可通过加热附加形成于基底上的辅助发热体进行，或者通过向发热体施加低于液体喷射所需的脉冲电流的脉冲电流实现。
附图说明
联系附图，通过对以下实施例的描述，本申请的大体发明构思在前述和/或其他的特点和优势将变得显而易见。
图1是示出了一个常规墨盒结构的纵向剖视图；
图2是示出现有技术中的热驱动型打印头的打印头结构的剖面图；
图3是示出采用现有技术的行式打印头的喷墨打印机结构的透视图，该结构在日本专利公开申请第2001-301199号中公开；
图4是图3所示的墨盒的轴向剖面图；
图5是示出根据本申请的大体发明构思的实施例的墨盒结构的视图；
图6是示出图5所示的分解的行式打印头模块的部分放大视图；
图7是去除图6中的喷嘴板的流体通道形成层223的部分截取平面图；
图8是沿图7中I-I′线的剖视图；
图9是根据图5中的实施例的打印头200的部分截取放大视图；
图10是本申请的大体发明构思所使用的胶凝材料G和通常用在喷墨打印机打印头中的墨I的随温度变化的粘性特性曲线图；
图11是示出了根据本申请的大体发明构思的另一个实施例的喷墨打印头的视图；以及
图12是沿图5所示II-II′线的部分剖视图，示出了墨通过凝胶喷射进入到打印头流体通道的初始填充过程。
具体实施方式
现将详细参考本申请的大体发明构思的实施例，实施例的例子在附图中示出，其中相同的参考标号始终指的是相同的元件。实施例将在下面参照附图描述以解释本申请的大体发明构思。
图5是示出根据本申请的大体发明构思的实施例的墨盒结构的视图。
参照图5，可横贯记录介质的全宽几乎同时打印的行式打印头模块200，可分离地插入墨盒201中。
墨盒201分隔成可接收由青色、品红、黄色和黑色组成的四色墨的空间，并且在底面提供行式打印头模块安装槽201a以插入并固定行式打印头模块(line head module)200。
行式打印头模块200具有大小可插入行式打印头安装槽201a的打印头框架210，被设置在打印头框架210中的多个单元打印头220。
图6是示出分解的行式打印头模块200的部分放大视图。
参照图6，打印头框架210具有供液孔211(下文液体称为“墨”)，和安装打印头220的台阶212。
打印头220包括基底221，流体通道形成层223，喷嘴板225和发热体227。
图7是去除图6中喷嘴板的部分流体通道形成层223的平面图；图8是沿图7中所示I-I′线的剖视图；图9是根据本申请的大体发明构思的实施例的部分打印头200的放大视图；
图7、8和9所示的打印头220是一个行式打印头模块类型的例子，其中打印头220安装到墨盒201之前将凝胶填充到打印头中。
参照图7、8和9，基底221具有供墨孔221a，其中部对应于打印头框架210的供墨孔211。
基底221具有流体通道形成层223，在它的上侧形成流体通道224。
流体通道224包括一个与供墨孔221a流体相通的墨通过孔，多个墨室223b，和连接墨通过孔221a和墨室223b的限流件223c。
墨室223b中有发热体227，能够发热从而提供墨喷射力。尽管发热体227被示出形成在基底221上，发热体227也可以形成在下面所述的喷嘴板225上。
参照图8，喷嘴板225被安装在流体通道形成层223的上侧，并具有在对应墨室223b的位置处由发热体227的加热作用产生喷射液滴的喷嘴孔225a。
填充物230填充入打印头框架210的供墨孔211，基底221的供墨孔221a，和流体通道形成层223的流体通道224中，从而防止空气从那里引入。
填充物可以是凝胶，低温下粘性高，高温下粘性低(下文中填充物230称为“凝胶”)。凝胶是指由几个或几十个子单元聚合而成的相，当在子单元(微粒，高分子物质和胶体)分散到溶剂中的状态(通常，这种状态被称为“溶胶”)下满足预定条件时，促使该聚合体变为网状结构。在这一过程中，子单元的聚合以不稳定状态发展而形成簇，从而导致胶凝。此时，彼此聚合的接合力会产生一种化学接合或物理接合，或者同时具有两种接合。也就是说，在低温下具有高粘度的凝胶在高温下就会转变成低粘度的溶胶。溶胶-凝胶的转变温度根据凝胶类型的不同而不同。另外，凝胶的粘性在转变温度附近急剧改变。
图10是本申请的大体发明构思所使用的胶凝材料G和通常用在喷墨打印机打印头的墨I的随温度变化的粘性特性曲线图。
参照图10，在特定温度下凝胶230发生胶凝，粘性快速增加。
本申请的大体发明构思中所使用的凝胶230是从邻苯二甲酸、甘油、不饱和聚酯和可食用胶原或琼脂组成的组中选择的一种。在该结构中，琼脂是一种典型的在室温附近具有溶胶-凝胶转变特性的水状胶体。琼脂在升温时的液化温度(即凝胶-溶胶转变)为大约50℃，胶凝温度则大约为35℃，且逆向相变只受温度因素影响。
本申请的大体发明构思所采用的凝胶230可以使用溶胶-凝胶转变温度在大约0到100℃之间的凝胶，大约5到60℃更佳。
凝胶230优选具有10到70厘泊的溶胶粘度。
图11是示出了根据本申请的大体发明构思的另一个实施例的喷墨打印头的视图。在下文中，与上文中所述名称相同的元件将由相同的参考标号指示，因此省略它们的描述。
参照图11，辅助发热体250附加安装在基底221上。辅助发热体250的功能是预热凝胶230使之转变成液相，从而使得凝胶230更快从喷嘴孔225a喷出。在该结构中，发热体227也可以预热凝胶230使之转变成液相。此时，加在发热体227上的电流应该比进行实际喷射的脉冲电流低。
上面设定的打印头220可按照如下方法制造。
首先，打印头220的基本结构，如基底221，流体通道形成层223，喷嘴板225和发热体227，可用多种已知方法制造，因此省略它们的描述。
然后，将本申请的大体发明构思的要素的凝胶注入到流体通道形成层223的流体通道224中。
凝胶230首先被加热到预定温度以转变成液相，然后注入到流体通道中。
然后，凝胶置于室温状态下时，进行胶凝过程使其保持高粘度，从而防止空气引入打印头200的流体通道224中。
在下文中，将描述一种更换墨盒201中的打印头220(按照上文中所描述的方法制得)的方法。
参照图5，将要更换的行式打印头模块200插入到行式打印头模块安装槽201a中。
接着，通过发热体227的加热操作进行一系列工序：将凝胶注入到打印头200的流体通道中，把凝胶转变成液相，并且喷射凝胶，然后储存在墨盒201中的墨被引入到流体通道224中。关于它们的描述将在下文中给出。
图12是沿图5所示II-II′线的部分剖视图，示出了墨通过凝胶喷射进入到打印头200的流体通道224的初始填充过程。
参照图12，墨盒201包括储存墨的泡沫体203，将墨从泡沫体203供应到打印头200的供墨部件205，以及当墨从供墨单元205喷出时过滤墨的过滤器207。
当行式打印头模块安装在如上所述的墨盒201之后，在脉冲电流体相通过电流加载装置加在发热体227时，发热体227产生热。填充在墨室223b中的凝胶230被加热成为溶胶，并被继续加热产生气泡231。所产生的气泡继续膨胀，从而对填充在墨室223b内的液相凝胶230施加压力，使得凝胶从喷嘴孔225a中喷射出来。然后，当气泡收缩，液相凝胶230被吸回并重新填充到墨室中223b。此时，气泡的收缩是通过由关闭脉冲电流而冷却发热体227造成的。
当继续进行喷射液相凝胶230的操作时，储存在泡沫体203中的墨逐渐通过供墨单元255经过供墨孔223a和限流件223c引入到墨室223b中而完全填充流体通道224。
在该结构中，为促进凝胶230的液化，在给发热体227施加电流喷射凝胶230之前，辅助发热体250被加热，或者在发热体227上施加低电流。从而凝胶变成溶胶，然后可以进行喷射操作。
如上面所公开的，本申请的大体发明构思具有无需另外的吸取装置就能在更换打印头时将墨初始注入到打印头的流体通道内的优点。
另外，本申请的大体发明构思具有能通过避免吸取操作而减少墨损耗的优点。
进一步地，本申请的大体发明构思具有可通过降低打印头的流体通道内存在空气的可能性从而提高打印质量的优点。
尽管已展示和描述了本申请的大体发明构思的若干实施例，本领域的技术人员可在这些实施例上进行不违背本申请的大体发明构思原则和精神的改进，其范围在所附权利要求和它的等效物中定义。
本申请要求于2004年6月17日申请的韩国专利申请第2004-45156号，其公开内容在此全文引用作为参考。
Claims (26)
1.一种喷墨打印头，包括：
具有供液孔的一基底；
设置于所述基底的上表面上并设置有喷射该液体的喷嘴孔的一喷嘴板；
设置于所述基底和所述喷嘴板之间并提供一墨室和连接所述墨室与所述供液孔的一流体通道的一流体通道形成层；
设置在所述墨室的一位置处以产生喷射液体的能量的一发热体；以及
填充在所述流体通道内以防止空气引入到所述流体通道内，并使得引起相变为液体状态的填充物。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述填充物为凝胶。
3.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中所述凝胶从由邻苯二甲酸、甘油、不饱和聚酯、胶原和琼脂组成的组中选择一种。
4.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中所述凝胶具有大约0到100℃的溶胶-凝胶转变温度。
5.如权利要求4所述的喷墨打印头，其中所述凝胶具有大约5到60℃的溶胶-凝胶转变温度。
6.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中所述凝胶具有大约10到70厘泊的溶胶粘度。
7.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述基底进一步地包括一辅助发热体以加热所述基底到预定温度。
8.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述发热体形成在所述基底上。
9.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述发热体形成在所述喷嘴板上。
10.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中在喷射液体之前所述发热体预热凝胶使其转变为液相。
11.如权利要求10所述的喷墨打印头，其中一预定值的电流施加在所述发热体上以喷射液体，而比该预定值低的电流施加在发热体上以预热凝胶。
12.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述液体是墨。
13.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中所述凝胶在低温下粘性高，高温下粘性低。
14.一种制造喷墨打印头的方法，包括：
提供具有发热体以产生液体喷射的能量的基底，设置有包括墨室的流体通道以提供喷射液体的加热空间的流体通道形成层，和具有喷射液体的喷嘴孔的喷嘴板；以及
装填填充物以防止空气引入流体通道中，该填充物在被加热时转变为液相。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述填充物为凝胶，在高温下以液化的状态下注入到所述流体通道内，在低温下处于胶凝状态。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述凝胶从由邻苯二甲酸、甘油、不饱和聚酯、胶原和琼脂组成的组中选择一种使用。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述凝胶使用一种具有大约0到100℃的溶胶-凝胶转变温度的材料。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述凝胶使用一种具有大约5到60℃的溶胶-凝胶转变温度的材料。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述凝胶使用一种具有大约10到70厘泊溶胶粘度的材料。
20.如权利要求14所述的方法，其中提供基底可进一步包括形成一辅助发热体以把基底加热到预定温度。
21.一种更换喷墨打印头的方法，包括：
提供一种喷墨打印头，其制造方法为：在基底上形成用于产生液体喷射的能量的发热体，形成提供液体加热空间的墨室和提供连接到墨室的供液路径的流体通道的流体通道形成层，具有喷射液体的喷嘴孔的喷嘴板；并且将填充物装入流体通道内，所述填充物防止空气引入流体通道中，并使得引起相变为液体状态；
将喷墨打印头置于打印头框架中；
将打印头框架插入要更换的墨盒的打印头安装槽中；
在预定温度下加热填充物使填充物通过喷嘴孔向外部喷射。
22.如权利要求21所述的方法，其中进一步地包括在喷射之前，在预定温度下预热填充物使所述填充物液化。
23.如权利要求22所述的方法，其中预热填充物通过附加形成在基底上的辅助发热体进行。
24.如权利要求22所述的方法，其中预热填充物通过对所述发热体上施加低于喷射液体所需要的脉冲电流进行。
25.一种将墨从喷墨打印头的墨室填充到流体通道的工序，喷墨打印头包括具有流体通道的一墨室，在所述墨室内储存墨的一泡沫体，和将墨从所述泡沫体供应到喷墨打印头的供墨单元，包括：
将凝胶加入到墨室中；
加热墨室中的凝胶，直至凝胶变为溶胶并产生气泡并通过喷墨打印头内的喷嘴孔喷射到流体通道中，然后通过供墨单元引取储存在泡沫体中的墨到墨室中并给墨室供墨；以及
冷却凝胶使之退回墨室。
26.如权利要求25所述的工序，其中加热凝胶包括：
预热凝胶以便于凝胶液化；以及
加热凝胶直至其成为溶胶。
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