CN1914037A - 点滴喷射组件 - Google Patents

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Abstract

点滴喷射器包括接近喷嘴开口用于控制流体流动的沟槽。

Description

点滴喷射组件
技术领域
本发明涉及喷射点滴。
背景技术
喷墨打印机是一种用于将点滴沉积在基底上的类型的设备。喷墨打印机一般包括从墨供应装置到喷嘴路径的墨路径。喷嘴路径终止于喷嘴开口，墨滴从该喷嘴开口中喷出。墨滴喷射一般这样来控制，即用致动器给墨路径中的墨加压，致动器可以是例如压电偏转器、热气泡喷注式发生器、或静电偏转元件。一般的打印组件具有带有相应的喷嘴开口和相关致动器的墨路径阵列。从每个喷嘴开口的点滴喷射可以单独控制。在按需喷墨(drop-on-demand)的打印组件中，每个致动器随着打印组件和打印基底相对于彼此运动而有选择地将点滴喷射在图像的特定像素位置。在高性能的打印组件中，喷嘴开口一般具有50微米或更小(例如，约25微米)的直径，以100-300喷嘴/英寸的节距分开，具有100-3000dpi或更高的分辨率，并提供体积为约1到120皮升(pL)或更小的点滴。点滴喷射频率一般为10kHz或更高。
Hoisington等人的美国专利No.5,265,315描述了具有半导体主体和压电致动器的打印组件。该主体由硅制成，对硅进行蚀刻以确定墨室。喷嘴开口由附接到硅主体的单独喷嘴板确定。压电致动器具有压电材料层，该压电材料层响应于所施加的电压改变几何尺寸或弯曲。压电层的弯曲向沿着墨路径定位的增压室中的墨加压。压电喷墨打印组件还在Fishbeck等人的美国专利No.4,825,227、Hine的美国专利No.4,937,598、Moynihan等人的美国专利No.5,659,346和Hoisington的美国专利No.5,757,391中描述，这里将其全部公开的内容引作参考。
发明内容
一方面，本发明的特点是一种点滴喷射器，其包括：流动路径，在该流动路径中，流体被加压以从形成在基本是平面的基底中的喷嘴开口中喷射点滴。接近喷嘴开口形成在基底中的还有通道。该通道与喷嘴开口隔开一距离，该距离为喷嘴宽度的约20％或更大。
另一方面，本发明的特点是一种流体喷射的方法，该方法包括提供包括流动路径的点滴喷射器，在该流动路径中，流体被加压以通过形成在基底中的喷嘴开口进行喷射。接近喷嘴开口形成在基底中的还有通道。该通道与喷嘴开口隔开一距离，该距离为喷嘴宽度的约20％或更大。该方法还包括提供流体，该流体在毛细力的作用下被传送到由沟槽(channel)所确定的空间中，以及通过给流动路径中的流体加压，将流体喷射通过喷嘴开口。
其它方面或实施例可包括上述和/或下述一个或多个方面的组合。喷嘴开口被沟槽围绕。沟槽为圆形。沟槽从喷嘴开口径向延伸。沟槽的宽度为大约两倍的喷嘴开口宽度或更小。沟槽的宽度为约100微米或更小。沟槽从约2微米到约50微米。基底是硅材料。平基底包括多个喷嘴开口和接近喷嘴开口的沟槽。喷嘴开口的宽度为约200微米或更小。点滴喷射器包括压电致动器。流体的表面张力为约20-50dynes/cm。流体的粘度为约1-40厘泊。
这些实施例可包括下述优点中的一个或多个。由于控制了喷嘴板表面周围的废墨从而减小了对点滴形成和喷射的妨碍，因此打印头操作坚固且可靠。在小喷嘴组成的大阵列必须准确地将墨喷射到基底上的精确位置的高性能打印头中，点滴速度和轨迹平直度得到保持。沟槽控制废墨，并允许期望喷射特性，利用多种喷射流体，例如不同粘度或表面张力特性的墨，以及喷嘴开口处的不同压力特性的打印头。通道是坚固的，无需运动部件，并可以通过机加工(例如，激光加工)或蚀刻(例如，在诸如硅材料的半导体材料中)而经济地实现。
还有其它方面、特点和优点。例如，具体的方面包括下述的沟槽尺寸、特性和工作条件。
附图说明
图1是点滴喷射组件的示意图。
图2是喷嘴板的透视图，图2A是图2中区域A的放大图。
图3-3C是示出点滴喷射的沿着图2A的3-3的喷嘴的横截面图。
具体实施方式
参照图1，喷墨设备10包括含有墨12的贮存器11和从贮存器11到压力室14的通道13。致动器15(例如，压电换能器)覆盖压力室14。致动器可操作为迫使墨从压力室14通过通向喷嘴板18中的喷嘴开口17的通道16，以使墨滴19将从喷嘴17朝向基底20喷射。在操作期间，喷墨设备10和基底20可以相对于彼此运动。例如，基底可以是在辊22与23之间运动的连续的薄片(web)。通过有选择地将点滴从喷嘴板18中的喷嘴17的阵列喷出，期望的图像产生在基底20上。
当系统不喷射点滴时，喷墨设备还控制接近喷嘴开口的墨弯月面处的工作压力。弯月面压力的变化可能引起点滴体积或速度的变化，而这可能导致打印错误和液体流出。在所示出的实施例中，压力控制由向贮存器11中墨12上方的顶部空间(head space)9施加真空的真空源30(例如，机械泵)提供。真空通过墨与喷嘴开口17连通，以防止墨在重力的作用下通过喷嘴开口滴落。控制器32(例如，计算机控制器)监测贮存器11中墨上方的真空，并调节源30保持贮存器中的期望真空。在其它实施例中，真空源这样来提供，即将贮墨器设置在喷嘴开口的下面，以在接近喷嘴开口处制造真空。墨液面监测器(未示出)检测墨的液面(level of ink)，该液面随着打印操作期间墨的消耗而下降，从而增加喷嘴处的真空。控制器监测墨液面，并且当墨下降到期望液面之下时从散装容器补充贮存器，以将真空保持在期望的操作范围内。在其它实施例中，贮存器位于喷嘴之下足够远，使得弯月面的真空克服喷嘴中的毛细力，并可以对墨加压以保持接近喷嘴开口处的弯月面。在一些实施例中，真空保持在约0.5到约10英寸水。
参照图2-2A，喷嘴板部分40包括多个形成在基本是平面的基底41中的喷嘴开口42。同样也是形成在基底41中并接近每个喷嘴开口42的是沟槽44形式的清理结构。沟槽44控制墨在喷嘴板上的分散，而这可能影响喷嘴的性能。例如，在喷墨期间，墨可能停止而积聚在喷嘴板上。经过一段时间，墨可能形成引起打印错误的糊状物(puddle)。例如，喷嘴开口边缘附近的糊状物可能影响所喷出的点滴的轨迹、速度或体积。此外，糊状物可能会变得足够大，以至于其滴落到打印基底20上，从而导致外来的痕迹。糊状物还可能从喷嘴板40的表面突出得足够远以至于打印基底20与之接触，从而导致打印基底20上的污点。沟槽44收集、定位并引导废墨。具体参照图2A，沟槽44完全围绕位于平台区域43中心的每个喷嘴开口42。沟槽44由从沟槽44发散的径向沟槽46和48连接，从而在喷嘴板上形成引导并保持分散流体的连接沟槽的网络。
具体参照图3，示出点滴喷射之前的具有相邻的沟槽44的喷嘴开口42。参照图3A和3B，废墨38沉积在平台区域43上，并被毛细力吸入沟槽44中。参照图3C，废墨38在沟槽44的作用下被容纳并围绕喷嘴开口42分布。在遇到径向沟槽46或48时，墨运动到由径向沟槽所确定的空间中，然后在毛细作用下径向离开喷嘴开口42，并进入引导并保持分散流体的连接沟槽的网络中(参见图2)。当喷嘴板垂直定向时，废墨在重力和毛细作用的影响下宏观地沿单一方向运动通过沟槽网络。当喷嘴板水平定向时，可以使用真空源或管芯材料将墨从沟槽中去除。
沟槽的间距、尺寸和取向选择成用于控制废墨。在一些实施例中，从沟槽边缘到喷嘴开口边缘的间距S处于喷嘴宽度WN的约20％或更大(例如，30％或更大)与约五倍喷嘴宽度或更小(例如，三倍喷嘴宽度或更小)之间。沟槽的宽度WC和深度D选择成用于防止墨过度集中在喷嘴表面上，并允许流体在毛细力的作用下被吸入由沟槽所确定的空间中并被保持。在一些实施例中，沟槽宽度在约两倍喷嘴宽度或更小与喷嘴宽度的约10％或更大之间。在特定的实施例中，沟槽宽度WC为例如约100微米或更小，例如5-20微米，沟槽深度D为例如约2-10微米或更大，例如50微米。在一些实施例中，喷嘴宽度WN为例如约200微米或更小，例如25-100微米，从喷嘴开口到沟槽边缘的间距S为例如40微米或更大，例如100微米。在一些实施例中，喷嘴节距为约25喷嘴/英寸或更大，例如约300喷嘴/英寸，墨滴体积为约1-70pL，并且流体由压电致动器加压。在一些实施例中，喷射流体具有约1-40厘泊的粘度和约20-50dynes/cm的表面张力。在一些实施例中，喷射流体是墨。在一些实施例中，沟槽可包括管芯材料和/或不润湿的涂层(例如，特氟纶(TEFLON)含氟聚合物)可以涂覆到喷嘴与沟槽之间的喷嘴板表面。沟槽网络也可以与真空源(未示出)连通。废墨可以返回到主墨供给装置或单独的抽吸系统中。在一些实施例中，沟槽的取向是圆形的。在其它实施例中，沟槽的取向是曲折的。
上述任一个实施例中的沟槽和/或喷嘴开口可以通过机加工、电铸、激光消融以及化学或等离子蚀刻来形成。沟槽还可以通过模制来形成，例如注塑模制的塑料沟槽。在一些实施例中，沟槽、喷嘴开口和压力室可以形成在共同主体中。该主体可以是金属、碳或诸如硅材料的可蚀刻材料，例如硅或二氧化硅。使用蚀刻技术形成打印头部件在2002年7月3日提交的美国No.10/189,947和2003年10月10日提交的美国No.60/510,459中进一步描述，这里将其全部公开的内容引作参考。
这些沟槽可以与诸如2003年12月30日提交的美国No.10/749,829中描述的孔、2003年12月30日提交的美国No.10/749,622中描述的井和/或2003年12月30日提交的美国No.10/749,816中描述的突出部的其它废流体控制部件结合使用。例如，一系列突出部可以包括在接近沟槽的喷嘴表面上。
在一些实施例中，可以利用该点滴喷射系统喷射除了墨以外的流体。例如，沉积的点滴可以是UV或其它射线可处理的材料，或者是能够以点滴形式运送的其它材料，例如化学或生物流体。例如，所描述的设备可以是精确剂量分配器的一部分。致动器可以是电动机械或热的致动器。清理结构可以与清理流体施加到喷嘴板并将其擦拭干净的人工或自动清洗和擦拭系统结合使用。清理结构可以收集除了所喷出的废墨以外的清理流体和碎屑。
其它实施例也处于所附权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种点滴喷射器，包括：
流动路径，在该流动路径中，流体被加压以从形成在基本是平的基底中的喷嘴开口中喷射点滴，以及接近所述喷嘴开口形成在基底中的通道，该通道与所述喷嘴开口隔开一距离，该距离为喷嘴宽度的约20％或更大。
2.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述喷嘴开口被所述沟槽围绕。
3.如权利要求2所述的点滴喷射器，其中，所述沟槽为圆形。
4.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述沟槽从所述喷嘴开口径向延伸。
5.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述沟槽的宽度为大约两倍的喷嘴开口宽度或更小。
6.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述沟槽的宽度为约100微米或更小。
7.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述沟槽的深度为从约2微米到约50微米。
8.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述基底是硅材料。
9.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述平基底包括多个喷嘴开口和接近喷嘴开口的沟槽。
10.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，所述喷嘴开口的宽度为约200微米或更小。
11.如权利要求1所述的点滴喷射器，其中，其包括压电致动器。
12.一种流体喷射的方法，包括：
提供点滴喷射器，该点滴喷射器包括：流动路径，在该流动路径中，流体被加压以通过形成在基底中的喷嘴开口进行喷射，以及接近所述喷嘴开口形成在基底中的通道，该通道与所述喷嘴开口隔开一距离，该距离为喷嘴宽度的约20％或更大；
提供流体，该流体在毛细力的作用下被传送到由所述沟槽所确定的空间中，以及
通过给所述流动路径中的所述流体加压，将所述流体喷射通过所述喷嘴开口。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述流体的表面张力为约20-50dynes/cm。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述流体的粘度为约1-40厘泊。
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