CN1994745A - 流体喷射装置以及检测流体喷射装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种流体喷射装置，包括一基材、一歧管以及多个流体喷射单元，其中上述歧管由基材所形成。所述每一流体喷射单元包括一喷孔层、一流体腔、一流道、一喷孔、一加热器以及一温度传感器。喷孔层设置于基材上，流体腔与流道形成于基材与喷孔层之间，其中流道连接流体腔与歧管。所述喷孔设置于喷孔层，并与流体腔相通。所述加热器设置于喷孔层外侧表面且邻近喷孔，用以加热流体腔并驱使流体由喷孔射出。所述温度传感器设置于喷孔层外侧表面，且大致位于流道中央位置，用以测量流道附近的温度。

Description

流体喷射装置以及检测流体喷射装置的方法

技术领域

本发明关于一种流体喷射装置，特别关于一种可测量温度并可检测流体回填是否异常的流体喷射装置。

先前技术

微流体喷射装置应用在喷墨打印机或相关接口设备时，多以热气泡(thermal bubble)或压电材料(piezoelectric material)作为驱动流体喷射的机制。以热驱式喷墨打印机而言，如何感测喷墨芯片的温度，并使喷墨芯片保持在一适当的温度范围内，借以提高喷墨质量并延长使用寿命，为一重要的课题。

基于上述需求，不同类型的温度测量方式已先后提出：如美商利盟公司在美国专利US Pat.No.6,357,863中公开了一种具有加热器的喷墨芯片，此外国内工研院(ITRI)所提出的另一美国专利US Pat.No.6,382,773则公开一种测量喷墨芯片上加热区域温度的方法。在前案US Pat.No.6,357,863中，由于受限于传感器排列的位置，故难以真实地反应加热区域的温度；此外，在US Pat.No.6,382,773中所公开的方法，虽可用于测量每一加热器附近的温度，但是由于测量组件直接设置于加热器下方，其线路布局会破坏原先平坦的加热区域，恐有影响流体喷射效率之虞。

发明内容

本发明提出一种流体喷射装置，包括一基材、一歧管以及多个流体喷射单元，其中上述歧管由基材所形成。所述每一流体喷射单元包括一喷孔层、一流体腔、一流道、一喷孔、一加热器以及一温度传感器。所述喷孔层设置于基材上，流体腔与流道形成于基材与喷孔层之间，其中流道连接流体腔与歧管。所述喷孔设置于喷孔层，并与流体腔相通。所述加热器设置于喷孔层外侧表面且邻近喷孔，用以加热流体腔并驱使流体由喷孔射出。所述温度传感器设置于喷孔层外侧表面，且大致位于流道中央位置，用以测量流道附近的温度。

在一优选实施例中，所述流体喷射单元中的流道长度不同。

在一优选实施例中，所述温度传感器连接一感测电路，当温度传感器其中之一所测量到的上升温度超出一预设范围，且温度传感器测量到流道中长度最长者的上升温度大于流道中长度最短者的上升温度时，感测电路传递一警告讯号至一处理器。

在一优选实施例中，所述加热器产生气泡于流体腔中，并借由气泡迫使流体由喷孔射出。

在一优选实施例中，所述流体喷射装置为一整体结构。

在一优选实施例中，所述温度传感器为一热敏电阻式温度传感器。

本发明还提供一种流体喷射装置，包括一基材、一歧管、M个流体喷射单元以及m个温度传感器，其中歧管由基材所形成。上述M个流体喷射单元分布于流体喷射装置中的N个区块，其中M＞N。每一流体喷射单元包括一喷孔层、一流体腔、一喷孔、一加热器以及一流道，上述喷孔层设置于基材上，流体腔与流道形成于基材以及喷孔层之间，其中流道连接流体腔与歧管。上述喷孔设置于喷孔层，并与流体腔相通。上述加热器设置于喷孔层外侧表面且邻近喷孔，用以加热流体腔并驱使流体由喷孔射出。特别地是，所述M个流道具有m种不同长度，其中M＞m。此外，所述m个温度传感器分别对应地设置于m个流体喷射单元当中的m个流道上，其中设有温度传感器的m个流道的长度各不相同。

在一优选实施例中，所述每一温度传感器设置于喷孔层外侧表面，且大致位于流道中央位置，用以测量流道附近的温度。

在一优选实施例中，所述温度传感器连接一感测电路，当温度传感器其中之一所测量到的上升温度超出一预设范围，且温度传感器测量到流道中长度最长者的上升温度大于流道中长度最短者的上升温度时，感测电路传递一警告讯号至一处理器。

在一优选实施例中，在设有温度传感器的m个流道当中最长者设置于所述区块当中距离流体喷射装置中心最远者。

在一优选实施例中，在设有温度传感器的m个流道当中最短者设置于所述区块当中距离流体喷射装置中心最近者。

在一优选实施例中，设有温度传感器的m个流体喷射单元分布于N个区块当中，且m≥N。

在一优选实施例中，所述温度传感器系集中设置于所述N个区块其中之一。

在一优选实施例中，所述加热器产生气泡于流体腔中，借以迫使流体由喷孔射出。

在一优选实施例中，所述流体喷射装置为一整体结构。

在一优选实施例中，所述温度传感器为一热敏电阻式温度传感器。

本发明还提供一种检测流体喷射装置的方法，上述体喷射装置包括一歧管以及M个流体喷射单元，其中M个流体喷射单元分布于N个区块，且每一流体喷射单元包括一流体腔、一喷孔以及一流道，上述喷孔与流体腔相通，流道连接流体腔与歧管。此外，所述M个流体喷射单元当中的M个流道具有m种不同长度，所述方法系包括下列步骤：

(a)分别设置m个温度传感器于所述M个流体喷射单元中的m个流道上(M＞m)，其中设有温度传感器的m个流道的长度各不相同；

(b)针对设有温度传感器的流体喷射单元实施流体喷射，并利用温度传感器测量m个流道喷射前、后的上升温度；以及

(c)根据m个温度传感器所检测到的上升温度判断流体回填是否异常。

在一优选实施例中，在设有温度传感器的m个流道当中最长者设置于所述区块当中距离流体喷射装置中心最远者。

在一优选实施例中，在设有温度传感器的m个流道当中最短者设置于所述区块当中距离流体喷射装置中心最近者。

在一优选实施例中，所述步骤(c)包括：当任一温度传感器所测量到的上升温度超出一预设范围，且温度传感器测量到所述流道中最长者的上升温度大于所述流道中最短者的上升温度时，则发出一警告信号表示墨水回填异常。

在一优选实施例中，设有温度传感器的m个流体喷射单元分散设置于N个区块内，且m≥N。

在一优选实施例中，所述m个温度传感器集中设置于所述N个区块其中之一。

在一优选实施例中，所述流体喷射装置为一整体结构。

在一优选实施例中，所述温度传感器为一热敏电阻式温度传感器。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举详尽实施例并配合附图做详细说明。

附图说明

图1、图2是表示本发明的流体喷射装置的示意图；

图3是表示本发明中第一实施例的示意图；

图4是表示本发明中第二实施例的示意图；

图5是表示本发明中第三实施例的示意图；以及

图6是表示本发明中检测流体喷射装置的流程图。

主要组件符号说明

10～基材

12～喷孔层

14～流体腔

15～流道

16～歧管

18～喷孔

20～加热器

E～流体喷射单元

F～流体

P～流体喷射装置

S～温度传感器

N1～N16～区块

S1～S19～温度传感器

具体实施方式

首先请参阅图1，本发明的流体喷射装置例如为一整体结构的喷墨芯片(monolithic ink jet chip)，其主要包括一基材10、一歧管16以及多个流体喷射单元E，上述歧管16由基材10所形成。如图1所示，每一个流体喷射单元E包括一喷孔层12(nozzle plate)、一流体腔14、一流道15、一喷孔18、两个加热器20以及一温度传感器S，其中流体腔14与流道15形成于基材10与喷孔层12之间，流道15连接流体腔14与歧管16，喷孔18则设置于喷孔层12上，并与流体腔14相通。

如图所示，所述两个加热器20位于喷孔层12外侧表面且邻近喷孔18，通过加热器20对流体腔14加热可产生双气泡，进而迫使流体F由喷孔18喷出。特别地是，所述温度传感器S例如为一热敏电阻式温度传感器，用以测量加热器20以及流道15附近的温度，由于温度传感器S设置于喷孔层12外侧表面，因此可精确地测量温度而不致影响加热器20的操作与流体F的运动。

当流体F实施喷射后而流体腔14内发生流体回填不足的情形时，加热器20所产生的热能大部分会经由喷孔层12扩散而发生类似「空烧」的效应，此时温度传感器S会测得较高的上升温度。有鉴于此，本发明是利用温度传感器S测量各流道15附近的温度，同时根据每个温度传感器S所测得的温度数据，判断各流体腔14内是否发生流体回填不足的异常状况。

接着请参阅图2，对于一喷墨打印装置而言，为了精确地控制不同流体喷射单元E落于纸张的墨点位置，一般喷墨芯片的设计大多将各流体喷射单元E中的流道15以长短不一的形式排列(offset nozzles)，如图2所示，本发明的流体喷射装置例如为一具有不同流道长度的喷墨芯片，其中两相邻的流体喷射单元E分别具有长、短不同的流道15，且温度传感器S位于流道15中央位置，借以精确地测量流道15附近的温度。

于图2中，当加热器20分别对两个流体腔14加热一段时间后，流道15长度较长者的上升温度ΔTa小于流道15长度较短者的上升温度ΔTb，亦即ΔTa＜ΔTb，其中Ta与Tb分别表示图2中长、短流道15在加热器20加热后所上升的温度。根据温度传感器S与流道15长度的对应关系，本发明针对一具有M个流体喷射单元E，且流道长度有m种尺寸的流体喷射装置，借由设置m个温度传感器S测量部分流道15的温度，以作为M个喷孔/加热区的温度检测依据，其中M＞m。有关本发明详细实施方式公开如下：

请参阅图3，该图是本发明中第一实施例的示意图。如图所示，在本实施例中的流体喷射装置P例如为一喷墨芯片，此一喷墨芯片包括300个流体喷射单元，其中300个流体喷射单元包括有19种不同长度的流道。特别地是，所述300个流体喷射单元以一特定的排列方式分布于16个区块N1～N16，其中每一区块内具有18至19个不同长度流道的流体喷射单元(部分区块仅具有18个流体喷射单元)。

假设流体喷射单元的总数为M、不同长度的流道种类数为m，区块总数为N，亦即M＝300、m＝19、N＝16，其中M＞m≥N。然而，上述M、N、m的个数依据不同型式的喷墨芯片设计而有所不同。有鉴于流体喷射单元的总数颇多，本发明其中一主要目的是仅利用单一传感器测量一种特定长度流道的温度变化，由于相同长度的流道温度在正常操作情况下亦大致相同，因此可根据单一传感器所测量到的温度数值推及其余该种特定长度流道的温度变化，借以简化机构设计与数据处理量。

如图3所示，根据所述流体喷射单元的配置方式，在本实施例中针对19种长度不同的流道分别对应地设置19个温度传感器S1～S19，且上述温度传感器S1～S19可集中设置于N1～N16当中的任一区块Ni内(如图3所示)。借由将所述温度传感器S1～S19集中排列于同一区块Ni，各传感器间的讯号线路长度可较为接近，因此讯号线路对每个传感器所造成的噪声影响(例如寄生电阻效应)亦可较为一致，以减少测量上的误差。

如前所述，本案的特征在于：将温度传感器S1～S19分别对应地设置于19种长度不同的流道上，借以监控各种不同长度流道的温度变化，其中温度传感器S1～S19可设置于同一区块，然而亦可分散地设置于N1～N16中的不同区块内。接着请参阅图4，该图表示本发明中第二实施例的示意图。在本实施例中，不仅将温度传感器S1～S19分别对应地设置于19种不同长度的流道上，此外温度传感器S1～S19平均地设置于各个区块N1～N16内。

在图4中示出，借由将温度传感器S1～S19平均地设置于各个区块内，不仅可用以监控各种不同长度流道的温度变化，同时可适度地反映出不同区块内的流道温度是否异常。由于本发明可同时地监控各种不同长度流道与每个区块内的温度变化，且不需要一对一地针对每个流道设置温度传感器，因此可大幅地简化机构设计与数据处理量，进而降低制造成本。

此外，由在本实施例中的温度传感器有19个，但是区块数量仅16个，因此可将多余的温度传感器S17～S19设置于区块N1～N16中的任三个区块内(例如N1～N3)，只是所述温度传感器S1～S19的配置仍须个别地对应于19种不同长度的流道，以利于同时监控各种不同长度流道的温度变化。

接着再请参阅图5，该图表示本发明中第三实施例的示意图。与所述第二实施例不同之处在于：本实施例中的温度传感器S1设置于靠近流体喷射装置P边缘的区块N1(或区块N2、N15、N16中的任一区块)当中的最长流道处，此外温度传感器S19则设置于靠近流体喷射装置P中心位置的区块N7(或区块N8、N9、N10中的任一区块)当中的最短流道处。其中，所述温度传感器S1、S19分别对应地设置于19种不同长度的流道当中最长以及最短的流道。

本实施例在实际应用时，可搭配打印机系统作如图6的检测流程：在打印进行前，系统先对每个设有温度传感器S1～S19的流体喷射单元进行一定数量的墨点喷射，继而得到各传感器的喷射前后的温差ΔT1～ΔT19。接着可将温差数值ΔT1～ΔT19进行分析比对，若此时各测量数据均落于合理温度变化范围时(Tmin≤ΔT1～ΔT19≤Tmax)，则表示流体喷射装置可正常地进行喷射打印动作；反之，若测量数据超出合理温度变化范围，则再比对ΔT1与ΔT19，若ΔT1＞ΔT19则判断为墨水回填异常而必须更换墨盒，此时连接于温度传感器S1～S19的一感测电路(未图标)会传递一警告讯号至一处理器(未图示)。然而，若发生测量数据超出合理温度变化范围，但传感器S1的升温幅度ΔT1仍低于传感器S19的升温幅度ΔT19，亦即ΔT1≤ΔT19，此时则需重复所述检测步骤后再行判断。由于ΔT1在正常情况下应较ΔT19更低，因此当升温幅度ΔT1＞ΔT19时则应属异常状况，其可能为流体回填不足而必须更换墨盒。

本发明主要提供一种微流体喷射装置，借由在不同长度的流道上设置温度传感器，可用以测量流体喷射芯片上的局部温度，且不会影响流体喷射的效果。此外，本发明不必一对一地在每一个流道上设置温度传感器，而仅需针对不同长度的流道分别设置一个温度传感器即可，因此具有简化结构与数据处理量的优点。

综上所述，本发明的流体喷射装置不仅具有温度检测的功能，同时可监控流体回填是否异常，因此可提供优选的喷射质量并可延长使用寿命，特别适用于喷墨打印设备中。举例而言，本发明可应用的领域如：喷墨打印机(inkjet printer)、传真机或多功能事务机(MFP)，此外亦可应用于燃料喷射系统(fuel injection system)或药剂注射系统(drug delivery system)等相关领域中。

通过本发明虽以详尽的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (24)

1.一种流体喷射装置，包括：

一基材；

一歧管，由该基材所形成；

多个流体喷射单元，其中每一该流体喷射单元包括：

一喷孔层，设置于该基材上；

一流体腔，形成于该基材以及该喷孔层之间；

一流道，形成于该基材以及该喷孔层之间，连接该流体腔与该歧管；

一喷孔，位于该喷孔层，并与该流体腔相通；

一加热器，设置于该喷孔层外侧表面且邻近该喷孔，用以加热该流体腔并驱使该流体由该喷孔射出；以及

一温度传感器，设置于该喷孔层外侧表面，且大致位于该流道中央位置，用以测量该流道附近的温度。

2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述流体喷射单元中的所述流道长度不同。

3.根据权利要求2所述的流体喷射装置，其特征在于，所述温度传感器连接一感测电路，当所述温度传感器其中之一所测量到的上升温度超出一预设范围，且所述温度传感器测量到所述流道中长度最长者的上升温度大于所述流道中长度最短者的上升温度时，该感测电路传递一警告讯号至一处理器。

4.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，该加热器产生气泡于该流体腔中，并借由该气泡迫使该流体由该喷孔射出。

5.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，该流体喷射装置为一整体结构。

6.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，该温度传感器为一热敏电阻式温度传感器。

7.一种流体喷射装置，包括：

一基材；

一歧管，由该基材所形成；

M个流体喷射单元，分布于流体喷射装置中的N个区块，其中M＞N，且每一该流体喷射单元包括：

一喷孔层，设置于该基材上；

一流体腔，形成于该基材以及该喷孔层之间；

一喷孔，位于该喷孔层，并与该流体腔相通；

一加热器，设置于该喷孔层外侧表面且邻近该喷孔，用以加热该流体腔并驱使该流体由该喷孔射出；

一流道，形成于该基材以及该喷孔层之间，连接该流体腔与该歧管，其中M个所述流道系具有m种不同长度，且M＞m；以及

m个温度传感器，分别设置于m个所述流体喷射单元当中的m个所述流道上，其中设有所述温度传感器的m个所述流道的长度各不相同。

8.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，每一该温度传感器设置于该喷孔层外侧表面，且大致位于该流道中央位置，用以测量该流道附近的温度。

9.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，所述温度传感器连接一感测电路，当所述温度传感器其中之一所测量到的上升温度超出一预设范围，且所述温度传感器测量到所述流道中长度最长者的上升温度大于所述流道中长度最短者的上升温度时，该感测电路传递一警告讯号至一处理器。

10.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其特征在于，在设有所述温度传感器的m个所述流道当中最长者位于所述区块当中距离该流体喷射装置中心最远者。

11.根据权利要求10所述的流体喷射装置，其特征在于，在设有所述温度传感器的m个所述流道当中最短者设置于所述区块当中距离该流体喷射装置中心最近者。

12.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，设有所述温度传感器的m个所述流体喷射单元分布于N个所述区块当中，且m≥N。

13.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，所述温度传感器集中设置于所述区块其中之一。

14.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，该加热器产生气泡于该流体腔中，借以迫使该流体由该喷孔射出。

15.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，该流体喷射装置为一整体结构。

16.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，该温度传感器为一热敏电阻式温度传感器。

17.一种检测流体喷射装置的方法，该流体喷射装置包括一歧管以及M个流体喷射单元，所述流体喷射单元分布于N个区块，其中每一该流体喷射单元包括一流体腔、一喷孔以及一流道，该喷孔与该流体腔相通，该流道连接该流体腔与该歧管，且M个所述流体喷射单元当中的M个所述流道系具有m种不同长度，该方法包括下列步骤：

(a)分别设置m个温度传感器于M个所述流体喷射单元中的m个所述流道上(M＞m)，其中设有所述温度传感器的m个所述流道的长度各不相同；

(b)针对设有所述温度传感器的所述流体喷射单元实施流体喷射，并利用所述温度传感器测量m个所述流道喷射前、后的上升温度；以及

(c)根据m个所述温度传感器所检测到的上升温度判断该流体回填是否异常。

18.根据权利要求17所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，在设有所述温度传感器的m个所述流道当中最长者位于所述区块当中距离该流体喷射装置中心最远者。

19.根据权利要求18所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，在设有所述温度传感器的m个所述流道当中最短者设置于所述区块当中距离该流体喷射装置中心最近者。

20.根据权利要求19所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，步骤(c)包括：当任一所述温度传感器所测量到的上升温度超出一预设范围，且所述温度传感器测量到所述流道中最长者的上升温度大于所述流道中最短者的上升温度时，则发出一警告信号表示墨水回填异常。

21.根据权利要求17所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，设有所述温度传感器的m个所述流体喷射单元系分散设置于N个所述区块内，且m≥N。

22.根据权利要求17所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，m个所述温度传感器集中设置于所述区块其中之一。

23.根据权利要求17所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，该流体喷射装置为一整体结构。

24.根据权利要求17所述的检测流体喷射装置的方法，其特征在于，该温度传感器为一热敏电阻式温度传感器。

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