CN1839047A - 一种喷液头和包含这种喷液头的液体喷射器具 - Google Patents

Abstract

一种喷液头(5)，其被设计为安装到一个液体喷射器具(1)上，上述的喷液头(5)包含：一个基板；一个液体喷射系统(9)，该系统被安置在基板(7)上；和测量装置(13)，该装置用于在不与介质(8)物理接触的情况下测量喷射头(5)和介质(8)之间的距离，该测量装置(13)被设计为连接到一个控制单元(10)，该测量装置(13)是被安置在基板(7)上。

Description

一种喷液头和包含这种喷液头的液体喷射器具

技术领域

本发明涉及喷液头和包含这样的喷液头的液体喷射器具。液体喷射器具可以是由喷墨打印机或者自容式书写装置并且尤其是利用非接触的方法将墨水转移到书写介质上的那些装置构成。本发明也涉及被设计为握持在使用者的手中的液体或者墨水喷射器具。

更具体地，在这样的喷液头中，本发明涉及一种喷射头，其被设计为安装在一个液体喷射器具上，该喷液头包含：

一个基板，该基板适合安装在液体喷射器具上，和

一个安置在基板上的液体喷射系统，该液体喷射系统适合从远处将液体喷射到一个介质上，该液体喷射系统还被设计为连接到一个控制单元，该控制单元用作启动液体喷射系统以喷射液体到介质上。

背景技术

在这样一种已知的液体喷射器具中，喷液头可以包含一个基板和一个液体喷射系统，该喷射系统包括至少一个喷嘴或者数个喷嘴，这些喷嘴直接安置在基板上。在喷液头是由一个热感式喷墨头构成的情况下，喷墨系统一般包含至少一个固定在基板的一侧上的电阻加热器元件，和安装在基板上同一侧的一个块。这个块具有至少一个在进液室和出液孔之间延伸的墨水通道，出液孔面向至少一个电阻加热器元件。出液孔形成喷嘴，该喷嘴适合通过在与电阻加热器元件接触的墨水内的一个气泡的爆炸形成物，把墨滴喷射到介质上。

在已知的喷墨打印机中，记录介质，也就是墨水接收部分，例如纸或者其他书写表面，被进给到打印机，并且当以一个垂直于喷墨头移动方向的方向上传送介质时，图像被印出。因此，可能发生，墨水不注意地从喷墨系统中，更具体地，从安置在基板上的喷墨系统的至少一个喷嘴中被喷射出。例如，墨滴可能在喷射系统的喷嘴已经正确对着介质之前，被意外地喷射出。

另一方面，当液体喷射器具是由喷墨笔构成，该喷墨笔包含一个管状的器具，该管状器具被设计为握持在使用者的手中，该管状元件具有一个触角，该触角具有一个用作在书写过程中与介质接触的一个第一端和一个连接到一个移动检测机构的第二端，该检测机构用于检测触角在与介质接触时的移动。那个移动检测机构被连接到控制单元，以使得喷液头能够被启动。因此，虽然喷液头不需要与介质接触，但是为了能够启动喷射液体，笔的触角与介质接触是必需的。因此，对于使用者，可能不方便使触角与介质接触，尤其是当介质在某种程度上是粗糙的。

此外，由于与介质接触的触角的一端一般是靠近介质的液体喷射的目标点，因此存在较大的风险，在喷墨笔正常使用过程中，触角的一端在液体变干之前与液体接触，从而将液体涂在介质上。

发明内容

本发明通过提供一种喷液头来缓解上述技术问题，该喷射头被设计为安装在一个液体喷射器具上，例如，一个喷墨打印机，在这样的一个喷墨打印机中，喷液头是如此可靠以致可能防止液滴的意外喷射，当所述地喷液头尚未正确地对着介质时，或者当液体喷射器具是由一只喷墨笔构成以提供一个可靠的且为使用者取得良好的书写舒适度的喷液头。

为此目的，本发明提供一种喷液头，该喷射头被设计为安装在一个液体喷射器具上，所述的喷液头包含：

-一个基板，该基板被设计为安装在液体喷射器具上，和

-一个安置在基板上的液体喷射系统，该液体喷射系统适合从远处将液体喷射到介质上，该液体喷射系统还被设计为连接到一个控制单元，该控制单元是用作启动液体喷射系统以喷射液体到所述的介质上，

其特征在于，该喷液头还包含测量装置，该测量装置用于在不与介质物理接触的情况下测量喷液头和介质之间的距离，该测量装置被设计为连接到一个控制单元，

和该测量装置是安置在基板上。

本发明的不同实施例可能附加地包括任何下列措施：

-控制单元也被安置在基板上；

-测量装置包含一个光学系统，该光学系统用作测量喷液头和介质之间的距离；

-测量装置包含一个超声波声学探针，该探针用作测量喷液头和介质之间的距离；

-基板包含一个供给通道，该通道在一个进液口和一个出液口之间延伸，该进液口是为连接到一个安装在液体喷射器具内的液体箱，该出液口被连接到液体喷射系统；

-基板是由玻璃、硅、陶瓷和聚合物材料组成的材料组中的材料制成；

-液体喷射系统包含一个热感式液体喷射系统，其适合将液滴从至少一个孔通过在液体喷射系统内的液体中的一个气泡的爆炸形成物喷射；

-基板是由一块板构成，这块板包含一个第一侧面和一个第二侧面，第一侧面被设为面向介质，而第二侧面与第一侧面相对，并且其中热感式液体喷射系统包含：

●至少一个电阻加热器元件，该元件固定在基板的第一侧面上，和

●一个块，其安装在基板的第一侧面上，该块具有至少一个液体通道，该通道具有一个进液室和一个出液孔，该出液孔面向至少一个电阻加热器元件以喷射墨滴到介质上；

-移动检测装置也安装在基板上，该移动检测装置适合检测喷液头的移动，以及该移动检测装置也被设计为连接到控制单元。

此外，本发明也提供一种液体喷射器具，其包含一个基本上为管状的元件，该元件在一个第一端和一个第二端之间延伸，并且被设计为由使用者手持，该管状元件包含：

-一个液体箱；

-一个电源，和

-一个如上面定义的喷液头，该喷射头安装在管状元件的第一端并连接到电源。

附图说明

在参照附图阅读本发明的实施例的描述时，本发明其他特征和优点将出现，这些实施例不是起限制作用的。

在附图中：

图1是一个液体喷射器具的一个图解剖面图，该液体喷射器具带有一个按照发明的第一实施例的喷液头；

图2是图1的液体喷射器具的扩展的局部剖面图，该图详细显示按照第一实施例的喷液头；

图3是一个透视图，该图显示按照第一实施例的喷液头的一个侧面；

图4是一个爆炸透视图，该图显示图3的喷液头的另一个侧面；

图5是各组成元件的一个方块图，这些组成元件可以集成到喷液头内；

图6是一个液体喷射器具的一个图解剖面图，该喷射器带有按照本发明另一个实施例的一个喷液头；和

图7是图6的液体喷射器具的一个扩展的局部剖面图。

在不同的附图中，相同的标记表示相同或类似的元件。

具体实施方式

图1显示一个液体喷射器具1，该喷射器具具有一个基本上为管状的元件2，该管状元件在一个第一端2a和一个第二端2b之间延伸形成一只笔。该管状元件2具有一个内壁21和一个外壁22，该内壁形成一个中空的内部空间，该外壁被设计为握持在使用者手中。

由管状元件2的内壁21限定的中空的内部空间包含一个电源3、一个液体箱4和一个位于管状元件2的开放的第一端2a上的喷液头5，该喷液头5通过液体传输直接与液体箱4相连。

安装在管状元件2的中空的内部空间内的电源3例如可以由一节电池或者多节电池构成，这些电池可以是可充电的，使得可能借助一个安置在管状元件2的第二端2b的一个开关6来接通喷液头5的不同电元件。电源3和喷液头5借助两根电源线31连接到一起。

开关6可以被任何由器具使用者操作的接通装置取代，并且特别是可以被检测管状元件2正被握持在使用者手中的装置所取代，例如一个电容性传感器，该传感器是布置在管状元件2的外壁22上并且当使用者握持器具时服务于检测压力。

作为例子，管状元件的一端2b可以是一个帽子的形状，该帽子可拆卸地安装在管状元件2的中心部分，以使电源3能够被一个新的电源取代。

液体箱4也可以可拆卸地安装在管状元件2的中空的内部空间，以便一旦液体用完时可以被另一个液体箱取代。依赖于器具是用于什么，液体箱中的液体可以是由一种墨水构成，或者当器具是用作一个修正器时，该液体由一种墨水擦除或者墨水涂盖液体构成，或者当所述的器具是用作涂胶器或者喷胶器时该液体甚至由一种粘合剂构成，该液体具有从喷液头5喷射的足够的特性。

如图1和2所示，在这里考虑的例子中，喷液头5是布置在管状元件2的开放端2a上。该开放端2a可以由一个尾端件构成，该尾端件直接被装配到管状元件2的中心部分的内壁22内。

喷液头5包含一个基板7，该基板可以被安装到管状元件2的内壁21上。

基板7和管状元件的内壁21的外形具有互补的形状，该形状可以是圆形、矩形、方形或者三角形。基板7的外形，如图2所示，直接地固定在形成于管状元件2的内壁21内的一个肩部21a上。基板7的外形可以通过胶粘、焊接、夹持装置或者其他固定装置固定在内壁21的肩部21a上。基板7可以由玻璃或者硅或者陶瓷或者其他电绝缘体组成。

如图2至5所示，按照第一实施例的基板7是由一个圆形的水平的板构成。该板具有一个第一侧面71，该第一侧面被设为面向介质8即书写表面，和一个第二侧面72，该第二侧面与第一侧面相反，该第二侧面面向液体箱4。

喷液头5还包含一个液体喷射系统9，该系统安置在基板7的第一侧面71上，该液体喷射系统9适合从远处将液体喷射到介质上并且与介质8没有物理接触。

此外，基板7也可以在其第二侧面72上包含一个控制单元10，该控制单元用作启动液体喷射系统9以喷射液体到介质8上。控制单元10还包括一个电信号(或者电脉冲)发生器，以使得液体喷射系统9可能从远处喷射液滴到介质8上。

液体喷射系统9可以由一个热感式液体喷射系统构成，该喷射系统适合从至少一个孔通过在液体喷射系统内的液体中的一个气泡的爆炸形成物喷射液滴。

如图3和4所示，热感式液体喷射系统9可以包含至少一个电阻加热器元件91，该电阻加热器固定在基板7的第一侧面71上并且被连接到控制单元10的电信号发生器；和一个块11，该块安装在同第一侧面71上并且覆盖电阻加热器元件91。更具体地，该块11具有至少一个液体通道12，该通道在一个包含一个底部的进液室12a和一个出液孔12b之间延伸，该出液孔被设为面向固定在基板7的电阻加热器元件91。出液孔12b具有一定形状，适合喷射微小的液滴，当为了即刻提高所述的电阻加热器元件91的温度，将电信号从发生器施加到电阻加热器元件91上，从而在液体内形成一个气泡，该气泡排出一个液体的微小的液滴到介质上的时候，。

液体通道12也包含一个中心部分12c，该中心部分将进液室12a连接到出液孔12b，从而为液体流到电阻加热器元件91提供一个毛细管通道12。

基板7也包含一个供给通道73，该通道在一个进液口73a和一个出液口73b之间延伸，该进液口被连接到液体箱4(图2)的一个供给管线41上，当上述块安置并固定在基板7的第一侧面71上时，该出液口通向块11的进液室12a。

在这个实施例中，液体毛细管通道12是设置在基板7和块11的接触面上，并且是通过将块固定在基板7的第一侧面71上进行密封的。用于基板7的典型材料是电绝缘体。例如玻璃、陶瓷、一种涂层材料或者硅，然而用于块11的材料一般是为它们关于液体毛细管通道12的制造容易而选取的。例如，块11可以由模制玻璃、蚀刻硅或者蚀刻玻璃组成。该块也可以由一块金属板构成。在结构上，基板7和块11可以多种方式密封在一起，例如，通过环氧树脂、阳极接合或者用焊接玻璃。但是，液体喷射系统9也可以由压电效应喷射系统构成，该系统包括一个压电元件，而不是电阻加热器元件91，该压电元件适合在其经受来自控制单元10的电信号时发生变形。

液体喷射系统9也可以利用MEMS(微机电系统)技术或者压电、热感和/或MEMS技术的结合进行工作。

喷液头5也包含直接安置在基板7上的测量装置13。该测量装置13适合在未与介质8物理接触的情况下测量喷射头5和介质8之间的距离。更确切地，该测量装置13可以适合测量液体系统头9和介质8之间的距离。

在这里考虑的例子中，如图3和4所示，测量装置13是由一个光学系统构成，该光学系统例如包含至少一个红外线发光二极管(LED)14，这些二极管向介质8发射一个入射光束FI，以便在介质8上形成一个光点，同时形成一个反射光束FR。该光点和反射光束FR被一个或多个光学传感器15检测，以便确定入射光束FI相对于介质的倾斜角度和光点的亮度。

由于红外线LED14和光学传感器15之间的距离本身是已知的，并且由于入射光束FI的倾斜角度和光点的亮度已确定，然后仅需要利用简单的三角关系来确定红外线LED14和介质8之间的距离，从而液体喷射系统9和介质8之间的距离。红外线也可以经过调制来减小在计算距离的确定过程中被日光干涉的可能性。

光学传感器15典型地是由半导体二极管或者光电晶体管或者光电二极管，例如以SIEMENS商标出售的红外线光电二极管SFH229构成。红外线发射器可以由以OPTEK商标出售的IR发射器OPE5794构成。

在图3所示的实施例中，被连接到控制单元10的测量装置13包含多个红外线发光二极管14和多个光学传感器15，它们以环的形式布置，每个发光二极管14被布置在两个光学传感器之间，并且每个光学传感器被布置在两个发光二极管14之间，以这样的一个方式布置以致发光二极管14和其相应的光学传感器在直径上相对(diametrically opposed)。

在这个实施例中，有三个红外线发光二极管14和三个光学传感器15。当然，测量装置可包括多于三个二极管14和传感器15。

在图3所示的实施例中，测量装置13被安置在基板7的第二侧面72上，为了使入射光束FI和反射光束穿过基板7，该基板是由玻璃组成的。

然而，当基板7是由不透明材料组成时，测量装置13也可以安置在基板的第一侧面71上，直接面向介质8。

在另一个实施例中，测量装置也可以具有发射一个圆锥形光束或者多个圆锥形光束的装置，这些光束的对称轴基本上与管状元件2的纵轴一致。继之，测量装置13还具有一个光学传感器或者多个光学传感器，这些传感器适合确定由介质8上相应圆锥形光束形成的相应光点的半径。由于光点的半径与介质8和用于发射圆锥形光束的发射器装置之间的距离成比例，然后有可能以线性或者非线性方法测量所述发射器装置和介质8之间的距离。类似地，如果圆锥形光束的对称轴倾斜于介质，在介质上形成的这个光点或这些光点不再是圆形的，而是椭圆形，并且为了测量介质和发射器装置的发射器部分之间的相应距离，这个传感器或者这些多个传感器也适合测量相应椭圆形光点的短轴长度。在这种情况下，不顾液体喷射器具1的倾斜，每个椭圆形光点的短轴长度仅是与介质和发射器装置的每个相应的发射器之间的距离成比例，并且只有每个椭圆形光点的长轴长度与相应的圆锥形光束的倾斜角度成比例。

根据另一个方法，液体系统头9和介质之间的距离可以用至少一个光学传感器，通过检测从介质8的表面反射的红外光的幅度来计算。

在一个变型实施例中(未描述)，测量装置13也可以由一个超声波声学探针或者多个超声波声学探针构成，这些探针直接安置在基板7上。

如参照图5所能看出，测量装置和更具体地说，每个红外线LED 14和每个光学传感器15是直接连接到控制单元10，该控制单元可以存储由测量装置13进行的测量。该控制单元10也可适合使测量装置13以确定的时间间隔执行重复的测量。这样的时间间隔例如可能在1毫秒(ms)到0.1秒(s)的范围内。

在这种情况下，因此控制单元10可以确定喷液头9相对于介质8的位移，作为测量装置13在多个确定的时间间隔内测量的多个距离的函数。如上所述，三个红外线发光二极管14可以向介质8发射三个相异的入射光束FI，以便在所述的介质8上形成三个光点同时形成三个反射光束FR，这些反射光束由三个光学传感器15检测。因而，当至少一个光学传感器15结合其相应的、在直径上相对的红外线LED14，检测到距离的一个变化，控制单元10可以将这个变化解释为喷液头的移动。

这样的相对位移只有在喷液头9不是处在一个与介质严格平行的平面内时才被检测到。但是，当一个正常的使用者正在使用一个书写器具进行书写时，该使用者自动地将颤动传递到管状元件2，然后，这样的颤动作为一个移动，被测量装置13和控制单元自动检测到。

因此，当测量装置13确定介质和液体喷射系统9之间的距离在一个适当的范围内时，或者当测量装置确定距离处在一个适当范围内，而且控制单元10和测量装置13检测到液体喷射系统9的移动时，控制单元可以用来使液体喷射系统9启动。

但是，基板7也可以包含一个移动检测装置16(图3)，其直接安置在所述基板7的第一和第二侧面71、72中的一个侧面上。该移动检测装置16也可以被安置在另一个地方，例如在管状元件2的内壁21上。该移动检测装置16可以例如由一个加速计、一个回转仪、一个定向传感器、一个倾斜传感器或者一个震动检测器。

图6和7显示包含一个按照本发明的另一个实施例的喷液头32的液体喷射器具1。该喷液头32也可布置在管状元件2的开放端2a上，该管状元件可以由一个尾端件构成，该尾端件直接安装到管状元件2的中心部分的内壁21中。

在这个第二实施例中，喷液头32包含一个基板33，该基板由一个垂直板构成，该垂直板具有一个面向液体箱4的上边33a、一个面向介质的下边33b，以及两个侧边33c。这两个侧边安装在管状元件的开放端2a的内壁上。侧边33c的外形和管状元件2的开放端2a的内壁具有互补的形状，并且侧边33c可以通过胶粘、焊接或者任何适当的方法固定在内壁上。基板33也具有两个沿着管状元件2的纵轴延伸的平行侧面。

喷液头32还包含一个液体喷射系统34，该系统被安置在靠近基板33的下边33b的位置上。液体喷射系统34是侧喷式，具有固定在基板33的一侧上的至少一个电阻加热器元件35和一个安装在基板33的同一侧上的块36。该块36具有至少一个液体通道37，该通道在一个连接到液体箱4的供给管线41上的进液口和一个出液口之间延伸，在该出液口内放有电阻加热器元件35。

基板33和块36可以由例如为第一实施例的喷液头5揭露的那些材料组成。

喷液头32也包含安置在基板33的测量装置13。在这个实施例中，测量装置包含一个连接到光传导装置39的红外线发光二极管(LED)38和一个连接到光传感装置42的光学传感器40。更具体地说，光传导装置39和42可以由一个或多个光纤或者模制光管构成，以传送红外光到基板33的下边33b，或者从该下边33b传送红外光。因此，LED38发射一个入射光，该入射光被光传导装置39向介质8传送，以便在介质8上形成一个或者多个光点。然后，为了能确定介质和基板的下边33b之间的距离，反射光经由光传导装置42被传送到光学传感器40。

为第一实施例而描述的计算介质和液体系统头之间的距离的不同方法可以适用这个第二实施例。例如，利用从介质8表面反射的红外光的幅值，光学传感器40也可适合计算距离。

每个光传导装置39、42也可包括一个或更多的光纤或者类似的，它们具有一个连接到相应的LED38或者相应的光学传感器40的第一端和一个第二端，该第二端固定在基板33的一个侧面上或者管状元件2的开放端2a的内壁上。

如在本发明的第一实施例所描述的，基板33也可包含移动检测装置16和控制单元10。

液体喷射系统34也可以由压电喷射头或者MEMS头构成。

因此，按照本发明，喷液头5、32也可以构成为一个手携且预装的单元，该单元至少包含基板7、33，液体喷射系统9、34和测量装置13，该预装的单元直接安装在液体喷射器具1上并且通过电源线31连接到电源3上。

如果液体喷射器具是由带有一个管状元件的喷墨笔或者喷墨打印机构成，控制单元10可以或者不可安置在基板7、33上。

因此，当液体喷射器具是例如由一只喷墨笔构成时，形成预装单元的喷墨头5、32允许使用者将笔提高到一个适当的距离，以在不需要与介质8或者书写表面进行任何物理接触的情况下使微小的墨滴喷射到介质上。

同样，当液体喷射器具是由一个喷墨打印机构成时，形成喷墨头的预装单元，与基板、喷墨系统和测量装置一起，允许在喷墨系统的区域内检测介质的存在，从而避免墨水意外地喷射到不是介质的另一个对象上。

Claims (9)

1.一种喷液头(5；32)，其安装到一个液体喷射器具(1)上，该喷液头(5；32)包含：

-一个基板(7；33)，该基板用于安装在液体喷射器具(1)上，和

-一个液体喷射系统(9；34)，其安置在基板(7；33)上，所述液体喷射系统适合从远处将液体喷射到介质(8)上，所述的液体喷射系统(9；34)还被设计为连接到一个控制单元(10)，该控制单元用作启动所述的液体喷射系统(9；34)以喷射液体到所述的介质(8)上，

其特征在于，所述的喷液头(5；32)还包含测量装置(13)，该测量装置用于在不与介质(8)物理接触的情况下测量喷液头(5；32)和介质(8)之间的距离，该测量装置(13)连接到所述的控制单元(10)，

所述的测量装置(13)是安置在基板(7)上。

2.根据权利要求1所述的喷液头，其特征在于，所述的控制单元(10)也安置在所述的基板(7)上。

3.根据权利要求1或2所述的喷液头，其特征在于，所述的测量装置包含光学系统(14，15；38，39，40，41)，该光学系统用于测量所述的喷液头(5；32)和介质(8)之间的距离。

4.根据权利要求1或2所述的喷液头，其特征在于，所述的测量装置包含超声波声学探针，该探针用于测量所述的喷液头(5)和介质(8)之间的距离。

5.根据前述权利要求的任一项所述的喷液头，其特征在于，所述的基板(7)包含一个供给通道(73)，该通道在一个进液口(73a)和一个出液口(73b)之间延伸，该进液口被设计为连接到一个安装在液体喷射器具(1)内的液体箱(4)，该出液口连接到所述的液体喷射系统(9)。

6.根据前述权利要求的任一项所述的喷液头，其特征在于，所述的基板(7；33)是由玻璃、硅、陶瓷和聚合物材料组成的材料组中的材料组成。7.根据前述权利要求的任一项所述的喷液头，其特征在于，所述的液体喷射系统(9；34)包含一个热感式液体喷射系统，其适合从至少一个孔(12b)通过在所述液体喷射系统(9)内的液体中的一个气泡的爆炸形成物喷射液滴。

8.根据权利要求7所述的喷液头，其特征在于，所述的基板(7)是由一个板构成，该板具有一个面向介质(8)的第一侧面和一个与所述第一侧面(71)相反的第二侧面(72)；和所述的热感式液体喷射系统(9；34)包含：

-至少一个电阻加热器元件(91)，其固定在所述的基板(7)的第一侧面(71)上，和

-一个安装在基板(7)的第一侧面(71)上的块(11)，所述的块(11)具有至少一个液体通道(12)，该通道具有一个进液室(12a)和一个出液孔(12b)，该出液孔面向所述的至少一个电阻加热器元件(91)以喷射墨滴到介质(8)上。

9.根据前述权利要求的任一项所述的喷液头，其特征在于，移动检测装置(16)也被安置在所述的基板(7；33)上，所述的移动检测装置(16)适合检测喷液头(5；32)的移动，以及所述的移动检测装置(16)也被设计为连接到所述的控制单元(10)。

10.一种液体喷射器具(1)，其包含一个管状元件(2)，该管状元件在一个第一端(2a)和一个第二端(2b)之间延伸，并且被设计为可由使用者手持，所述的管状元件(2)包含：

-一个液体箱(4)，

-一个电源(3)，和

-一个根据前述权利要求的任一项所述的喷液头(5；32)，所述的喷液头(5；32)安装在管状元件(2)的第一端(2a)上并且连接电源(3)。

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