TW200523125A - A liquid jet head and a liquid ejecting instrument including such a liquid jet head - Google Patents

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Xavier Bich
Alain Rosenzweig
Kurt Rath
Marc Adrian Borrett
Colin Philip Brooks
Andrew Thomas Hills
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Bic Soc
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Description

200523125 14998pif.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種液體喷頭及含有此液體噴頭的 液體喷射器具，而液體喷射器具可由喷墨印表機或自帶的 書寫設備構成，尤其是那些應用非接觸方法將墨水印至書 寫媒體上的設備。本發明也涉及手握式的液體或墨水喷射 器。 、 【先前技術】 在此類液體喷頭中，本發明特別是有關於一種用來裝 在液體喷射器具上的液體喷頭。此液體噴頭包括托盤與液 肢喷射系統，其中托盤係安裝在液體噴射器具上，液體喷 射系統配置於此托盤之上以非接觸地噴射液體於媒體，且 與驅動自身施行喷射的控制單元相連。 ^在現有的液體喷射器具中，液體喷頭可由托盤和液體 噴射系統所組成，此液體喷射系統包括至少一個或數個直 接配置在托盤上的喷嘴。如果液體喷頭由一個熱壓式墨頭 構成，則墨水喷射系統一般由至少一個安裝在托盤一側的 電阻加熱元件以及安裝在托盤同一側的塊狀裝置所組成。 塊狀裝置至少有一個墨水通道(ink cllannel)連接於進墨室 和面向至少一個電阻加熱元件的出墨孔(〇utlet 〇rifice)，出 墨孔接觸到電阻加熱元件後在墨水巾爆發式形成蒸汽泡 沫，喷出墨水微滴到媒體，從而構成喷嘴。 在現有的噴墨印表機中，記錄用媒體，即墨水接受 件，例如紙或其他書寫表面，進入印表機以垂直於墨水噴 200523125 14998pif.doc =員移動的方向輸送時，即完成影像。因此，墨水會意外地 桅墨水噴射系統喷出，尤其是安裝於托盤上的墨水喷射系 統的至> -個喷嘴。例如，在墨水喷射純的喷嘴未正確 面對媒體之前，墨滴就意外噴出。 另一方面，當由包括一管狀元件之墨水注入筆構成的 液，喷射ϋ具預握於手中時，管狀元件裝有_個感觸器， ，第厂端在寫作巾與舰接觸，以及第二端與—移動侧 裝置連接，以偵測與媒體接觸之感觸器的移動。另外，移 動制裝置係與控制it件連細致能轉賴喷頭。儘管 嘴碩不須觸體接觸，但墨水注人筆之朗器必須與媒體 3，才能夠開始注人墨水喷頭。因此，尤其#媒體較粗 I犄，感觸器接觸媒體時，對使用者會較不方便。 另外，與媒體接觸之感觸器的一端通常與墨水噴射撞 擊媒體的地方接近，在舰上的墨蹟未乾之前，與液 ，之感觸器的一端會有报大的問題。因此在墨水注入筆正 常使用時，可能會感觸器上產生污點。 【發明内容】 本發明料-液體喷頭安裝在液體喷射器具上 ^以上所賴技蝴題。例如，這樣㈣墨印表機很可靠， 當嘴頭沒有正確面對媒體時能阻止液體意外噴出 體噴射器具由喷墨筆構成時，提供驗體匆 :、， 保證作者比較舒服地寫作。 亚 ，射 Ϊίΐ=-§ΓΓ設計的 射°°具上液肢贺碩組成如下：一個安裴在液體噴射器 200523125 14998pif.doc 具上的托盤和-健於此滅之上的越儒系統，液體 喷射系統在一距離可喷射液體至媒體媒體(8)上，並盥驅動 系統，行巧的控鮮元減。其特狀處是液體喷頭進 一步安裝測1裝置，以測量液體噴頭與媒體間的距離而不 與媒體實際觸。測量裝置與㈣單元祕且配置在托盤 上0 本發，的具體實施例可以另外包括任何以下情況： 控制單元也配置在托盤上； 測里裝置包括一光學系統用來測量液體喷頭盥媒體 的距離； ' ’貝J畺破置包括起聲波探針用來測量液體嗔頭盘媒 體的距離； ' 托盤包含-個供給通道，位於與液體喷射器具内 液體箱相連的進口端和液體噴射系統相連的出口端之;.、 托盤由玻璃、石夕、陶莞或聚合物組成的族群 ^ 液體喷射祕包含舰式㈣儒纽，歧體: 系統内_體_ H味產生爆_使 貫射 孔口喷出； 王夕―個 托盤由-平盤構成，平盤的第一側面對媒體 與其相對，其_鐘歧體儒純組成如下 -邊的不少於-個的電阻加熱树和—個塊狀裝置， 裝置有至少-個液體通道連接於進墨室和面向至少狀 阻加熱元件的出孔口，將液滴噴射到媒體； 個電 200523125 14998pif.doc 與控:ΐΐΓΐ置也位於托盤上，用於_喷頭的移動， 件植：外#2:月還提供—液體喷射器具，主要由管狀元 個握在其兩段之間’管狀元件組成如下： 液體喷頭目餘和—個如上定義崎體喷頭， 隹&狀兀件的一端並與電源相連。 續元下列具體的事例和圖中所 本發明的其他特徵和優點。 k就㈢么現 易懂為Γ ,上之和其他目的、特徵和優點能更明顯 明如下。f +較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 【實施方式】 第一實施例 圖1,鱗示液體喷射器具i，其實質上具有一管狀元 件2’而官狀元件2係連接第—端仏和第二端处之間， 以構成一隻筆。上述之管狀元件2具有-内壁21以定義出 内部中空空間，以及-外壁22可握在使用者手中。 八由管狀元件2的内壁21所定義出的内部中空空間包 含電源3、盛液箱4以及位於管狀元件2的開放第二端 ^液體喷頭5，液體喷頭5係直接由液體管路連接於盛液 箱4 〇 | 安裝在管狀元件2的内部中空空間的電源3可由，例 如，一個或數個可充電的電池組成，並通過位於管狀元件 200523125 14998pif.doc 2的第二端2b的開關6實現液體噴頭 開關。電源3和液體喷頭5由兩條電源線兀件的 卢Α 使用者驅動的任何形式的開關裝置代替， Ϊ 件2被使財握在手巾的的狀態的裝 以件2的外壁22上配置—個電容感測器， 以月b測買到使用者手握儀器的壓力。 說，管狀元件2㈣二端2b可以是帽狀 式’以可拆義枝絲在純林2財 以新的電源更換電源3。 双月b f液箱4也可以被拆移的方式安裝於管狀元件2的内 :Π，一旦液體耗盡可用另—個更換。根據嘴射 錢用的目的不同’箱内的液體可由墨水充填，或 或遮蔽墨水的液體充填以用於修正目的，又或 二 =用於黏合劑塗敷或噴塗時，箱内的液體可用^合4 填。上述液體應有充分的流動性缺液財頭$中嘴出。 如圖1和圖2所示，此例中液體噴頭5係配置於° 元件2的開，的第-端2a中。開放的第—端仏也可二 4直接嵌人官狀70件2的中間部位的㈣22中的部分^ 成0 、 句液體喷頭5包含安裝在管狀元件2的内壁21上的托 托盤7的外部輪扉與管狀元件2的内壁21互補 以是圓形、矩形、正方形或三角形。如圖2戶斤示，托部。 直接用黏結、焊接、夾持或其他絲方法絲於在管f 200523125 14998pif.doc
Stΐ2形成的肩部21 a處。托盤7可由玻璃、石夕或 陶皮或其他電絕緣材料製成。 飞 如圖2至m s % - 一水平放罟斤不，按本發明第一實施例，托盤7為 第一侧、圓^，其第一側71面對媒體8或書寫面，而 =相對於?―側71，其係面對盛液箱4。 體喷身包含配置於托盤7之第-側71上的液 嘴射系統9可使在-距離將液體噴射 到媒脰8上’料需實際接_媒體8。 -川另^在托盤7之第二側72上，也可包含一控制單 = 驅動液體噴射系統9將液體喷射到媒體8上。控 ^ 0可3有弘“號(或電脈衝發生器）以使液體喷射系 、、先9從一距離喷射液滴到媒體8上。 、 、液版噴射系統9可由一熱壓式的液體喷射系統構成， =吏喷射I㈣的液體㈣蒸汽鱗產生爆炸驅使液滴沿 至少一個孔口喷出。 如圖3和圖4所示，熱壓式的液體喷射系統9可包含 至少-個安裝在滅7㈣―側71上的電阻加熱元件 =，且液體喷射系統9與控制單元1〇相連，以及一個覆蓋 電阻加熱元件91且安裝在第一側71上的塊狀裝置u。更 特^是，塊狀裝置11至少有一個液體通道12連接於含有 底部的進液室12a，以及面對電阻加熱元件91的出孔口 12b。s來自#號發生器的信號作用於加熱元件μ以迅速 提向其溫度時，出口孔12b形成，在液體中形成的蒸汽泡 沫爆炸驅動微小液滴通過出口孔12b，喷到媒體上。 200523125 14998pif.doc 液，通道η也包含一中間部分以，其連接進液室 12a和α孔12b ’因此可提供—毛細液體通道(液體通 道)12以使液體流向電阻加熱元件％。 托盤7也包含-供給通道73，而供給通道乃連接著 盛液箱4(如圖2所示)上的供給管線41的進口部…，以 及當塊狀裝置11安裝位於托盤7上時與塊狀裝置n中的 進液室12a相通的出孔部73b。 在本實施财，毛細㈣通道12係位於滅7和塊 狀裝置11的界©上’且塊狀裝置u固定於托盤7的第一 田液體通道12會被密封。用於製造托盤7的 =料疋爾的’例如玻璃、陶竟、具有塗敷層的材 裝置11的㈣的麵要考慮毛細液體通道 =例如’塊狀装^可由玻璃洗注“夕材 製成，另外塊狀裂置11也可由金屬板製 成。托盤7和難打^可由純綠連接在 極鍵結或密封玻璃。然而，液體喷射系統 & 53 ^電（件而不是電阻加熱元件的壓電效應喷 射糸統組成。當壓電元株蛀為丨。_ 會產生變形。 制早兀ig的電信號時，集 戋组二:Γϊ:、:：也可使用微電機械系統(mems)技術 ^ [支術、電阻加熱技術和/或MEMS技術。 13,測i裝 1頭^也λ恤配置於托盤7上的測量裝置 、又 不需貫際接觸到媒體8即可測量液體嗔頭 5和媒體8之間的輯。更精確地說，測量裝置13是測量 11 200523125 14998pif.doc 液體喷射系統9和媒體8之間的距離。 如圖3和圖4所示與如上述的例子中，測量裝置13 由一光學系統組成，上述之光學系統例如有至少一個紅外 線發光二極體(LED)14向媒體8發射入射光束π而在媒體 8上形成光點和反射光束FR。一個或數個光學感測器 測置光點和反射光束FR，從而確定入射光FI相對於媒體 8的入射角和光點強度。 ^由於紅外線發光二極體14和光學感測器15之間的距 離j SE(秒)度量，而相對於媒體8的入射角和光點強度被 /則疋，因此只需應用簡單的三角關係來確定發光二極體Μ 和媒體8之間的距離，進而確定液體喷射系統9和媒體8 的距離。在汁异距離時，可將紅外光調製以減少日 能干涉。 光學感測為15由典型的半導體二極體或光電電晶體 或光二極體構成，例如紅外線光二極體SFH229(西門子商 標）。紅外線發射器可由IR發射器〇ρΕ5794(〇ρτΕκ商標） 構成。 如圖3所示的實施例中’與控制單元1〇相連的測量 裝置13有一環狀配置的數個紅外線發光二極體和光學 感測器15構成，每一發光二極體14位於兩個光學感測器 15之間’每一個光學感測器15位於兩個發光二極體μ之 種方式擺放麟發光二極體14㈣蝴於一相應 的光學感測器15。 200523125 14998pif.doc 在實施例中，有三個發光二極體14和三個光學感測 器15。當然測量裝置13也可有多於3個的發光二極體14 和光學感測器15組成。 如圖3所示的實施例中’測量裝置13係配置在托盤7 的第二側72上，且為使入射光束FI和反射光束穿過托盤 7，則托盤7係由玻璃製作。 不過，如果托盤7是由非透明材料製作，則測量裝置 13可配置在托盤7的第一側71上以直接面對媒體8。 在另一實施例中，測量裝置13也可發射一個或數個 圓錐光束，其對稱軸與管狀元件2的縱軸完全重合。測量 裝置13有一個或數個光學感測器來確定圓錐光束在媒體 1 上形成的相應的光點的半控。由於光點的半徑與媒體8和 發射圓錐光束的裝置之間的距離成正比，因此^可能以線 性或非線性方式測量發射裝置與媒體8的距離。同樣地， 如果圓錐光束的對稱軸相對於媒體8為傾斜狀態，那在媒 體8上形成的-個或多個光點就不是圓形的^是擴圓形 L要用二：或數個感測器來測量相應的橢圓光點的短軸 長度以確定各發射器與媒體8的輯。這種方式下 點的短轴的長度僅與每—發射裝 的相應的距離成正比，而與液 ^了 n 正I。觀的域的長度只與相應_光束的傾角成 200523125 14998pif.doc 按照另一種方法，可由至少一個光學感測器測量從媒 體8表面反射的紅外光的幅度，來計算液體噴頭9與媒體 8之間的距離。 在一種不同的實施例(未提及）中，測量裝置13也可由 直接配置在托盤7上的一個或數個超聲波探針構成。 如圖5所示的測量裝置以及特別是每一個紅外線發光 二極體14和每一個光學感測器15直接耦接於控制單元 10，而控制單元10儲存由測量裝置13測量的資料，也可 在預定的時間間隔，使測量裝置13重複測量資料。這種時 間間隔，例如lms到〇·is之間。 這種方式下，控制單元10由測量裝置13在數個預定 的時間間隔内測量到的數個距離的函數，可確 9相對雜8的位移。如上所述，三個紅外線發光二^ 14可向媒體8發射三個不同的人射光束⑴以於躲8 上形^三個=和由光學感· 15測量的三個反射光束 ，此’ §至少—個光學感測器15跟相應徑向相對的 =線發光二極體14 一起測量距離的變化 10可將這種變化理解為液體喷射頭的移動。制早兀 -ή二有:賴喷㈣統9不位在與媒體8的平面完全平 目對位移才能被檢測到。然而，當—個 遞給管狀元件2使二 =f3°二Τ者-?地將顏動傳 這種顏動，以當作液自動檢測到 200523125 14998pif.doc 因此，當測量裝置13測到媒體8與液體喷射系統9 的距離位於合適的範圍内時，或當測量裝置13測到的距離 位於合適的範圍内，並且控制單元1〇與測量裝置13 一起 測量到液體噴射系統9的移動時，控制單元13可驅動液體 喷射系統9。 一不過，牦盤7也可包含一個移動偵測裝置16(如圖3 所示），其直接裝在托盤7的第一側71或第二側72上。移 動偵測裝置16也可安裝在另一個地方，例如管狀元件2 的内壁21上。移動制裝置16可有，例如加速計、回轉 _ 儀、方位識別器、傾斜探測器或拾振器構成。 如圖6和圖7所示，在另一實施例中，液體噴射器具 ^含有液體喷頭32。液體喷頭32也位於管狀元件2的開放 第一端2a處，而開放第一端2&可以由一端直接插入管狀 元件2的内壁21的中間部位的部分構成。 第二實施例 在第二實施例中，液體喷頭32含有由一垂直平板構 _ 成且面對盛液箱4的上邊緣33a之托盤33、面對媒體8的 下邊緣33b和安裝於管狀元件的開放第一端2a的内壁上的 ^個側面33c。側面33c的輪廓與管狀元件2的開^第一 端2a的内壁21輪廓互補，可以用黏結、焊接或任何適當 的方法t裝在内壁上。托盤33也有兩個沿著管狀元件2 的縱軸相互平行的平面。 15 200523125 14998pif.doc 液體喷頭32更包括一個噴射 於托盤33的下邊緣33b。液體喷射系統 == 電阻加熱it件35安|在托盤33的—側 ^ 口 上的塊狀裝置36的側射形’塊狀裝置=二:: 其將與盛液箱4的供給管線41相通二 和電阻加熱元件35位於其中的出口相連。 2盤33和塊狀裝置36可由第—實施例中所揭露的製 作液體嘴頭5的材料所製造。
液體喷頭32也含有位於托盤33上的測量裝置13。在 此實施例中，測量裝置13含有_光傳輸裝置39相連的 -個紅外線發光二極體％以及_光傳财置π相連的 一個光學感測器40。更特別是，光傳輸裝置刃和似可由 一個或數個光纖或模制光學管線所構成，以從托盤33的下 邊緣33b來回傳遞紅外光。因此，紅外線發光二極體％ 發送入射光，經由光傳輸裝置39送到媒體8上，以於媒體 8上形成一個或多個光點，然後反射光經由光傳輸裝置42 送到光學感測器40，用來確定媒體8和托盤33的下邊緣 33b之間的距離。 在弟一實施例中’用來计异媒體和液體系統喷頭的距 離的方法可以用在第二實施例上。例如，光學感測器40 可用從媒體8上反射的紅外光的振幅來計算距離。 每一個光傳輸裝置39與40可包括一個或多個光纖或 類似的物體，其第一端耦接相對應的紅外線發光二極體38 16 200523125 14998pif.doc 或相，的光學感測器40，而第二端固定在托盤％上之 -側或管裝元件2的開放第一端&的内壁21上。 托盤33也可包括移動销測裝置糾口控制 豆 如本發明的第一實施例所述。 /、 所接，體喷射系統3 A也可由一壓電喷頭或一 M E M S喷頭 所構成。
因此，根據本發明，液體喷頭5或32構成-個手握 和預製單元，預製單技少包括托盤7或33、液體喷頭系 ^ 9或34和測4系統13 °預製單元直接安餘液體喷射 裔具1上通過電源線31與電源3相連。 如果液體喷射器具i由帶有管狀元件的喷墨筆或喷黑 印表機所構成’控解元1G可以錢料安裝在托盤 或33上。 ^因此，當液體喷射器具1，例如，由一喷墨筆所構成， 喷墨頭5 $ 32就構成了預製單元，允許使用者把筆置於離 =體適當的距離使墨水微滴噴在媒體上，而不用使筆與媒 體8或寫作表面需要任何實際接觸。
制同樣地，當液體喷射系統丨由喷墨印表機所構成時， 單元構成噴墨頭，也就是托盤、喷墨系統和測量裝置， 匕月b探測到噴墨系統區域内媒體的存在，從而避免墨水音、 外地噴在別的物體上。 土 μ 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限^本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 17 200523125 14998pif.doc 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 體她糊一實施例的含有液體噴頭的液
透視^讀照本發_第—實施例的液體_的-相 圖。圖4是顯示圖3中的液體喷頭的另—邊的部分透揭 塊圖。 碩的液體噴射器 圖5是組成液體噴頭的各種部件的方 圖6是本發明的另—實施例的含 具的剖面圖。 貝 圖7是圖6所示液體喷射器具 示噴頭部位。 刀口4面圖，詳細顯 【主要元件符號說明】
1 :液體喷射器具 2:管狀元件 2a :第一端 2b:第二端 3 :電源 4 :盛液箱 5、32 :液體噴頭 6 :開關 18 200523125 14998pif.doc 7、33 :托盤 8 :媒體 9、34 :液體喷射系統 10 ··控制單元 11、 36 :塊狀裝置 12、 37 :液體通道 12a :進液室 12b :出孔口 12c :中間部分 13 :測量裝置 14、 38 :紅外線發光二極體 15、 40 :光學感測器 16 :移動偵測裝置 21 :内壁 22 :外壁 31 :電源線 33a :上邊緣 33b :下邊緣 33c :側面 35、91 :電阻加熱元件 39、42 :光傳輸裝置 41 :供給管線 71 :第一側 72 :第二側 19 200523125 14998pif.doc 73 ··供給通道 73a :進口部 73b :出孔部

Claims (1)

  1. 200523125 14998pif.doc 十、申請專利範園： 上 1·一種液體喷頭(5，· 32)，係安裝在一液體喷射 該液體喷頭(5 ; 32)包括·· 器具（1)
    -托盤(7 ; 33)，安裝在該液體喷射器具⑴上，·以及 、一液體喷射系統(9 ; 34)，安裝在該托盤(7 ; 3 詨 液體喷射系統(9 ; 34)在-距離可喷射液體至—媒體⑻上: 且該液財㈣統(9;34)與时鶴其在該賴⑻上喷射 液體的-控制單元(10)相連，其中該液體喷頭(Ί)更包 括-測量裝置(13)，不需實際接觸該雜⑻，以測量該液 體喷頭(5 ; 32)與該媒體(8)之間的該距離，該測量裝置^ 耦接該控制單元(1〇)且配置於托盤(乃上。 上2·如申請專利範圍第丨項所述之液體喷頭(5 ; 3幻，其 中該控制單元(10)亦配置在該托盤(7)上。 〃、 • 3·如申請專利範圍第1項或第2項所述之液體喷頭 (5, 32)’其中該測量裝置(13)包括一光學系統(14, μ;%，
    39，40，42)用來測量該液體喷頭(5，32)與該媒體8之間 的該距離。 4·如申請專利範圍第1項或第2項所述之液體喷頭 ^、’ 32)，其中該測量裝置13包括一超聲波探針用來測量 °亥液體喷頭(5)和該媒體8之間的該距離。 • 5·如申請專利範圍第1項或第2項所述之液體喷頭 (5 ’ 32) ’其中該托盤⑺包含一供給通道(73)連接與該液體 噴射is具内的盛液箱(4)相連的一入口（73a)，以及與該液體 嘴射系統(9)相連的一出口（73b)之間。 21 200523125 14998pif.doc …6·如中請專纖圍第1項或第2項所述之液體喷頭 ’ 3=) 其中該托盤(7 ’ 33)由玻璃、石夕、陶究和聚合物組 成的族群所製成。 7·如巾請專觀圍第丨項或第2項所述之液體喷頭 :32) ’其巾錄體儒系統(9，μ)包含—熱壓式液體喷 =統’雜壓式賴喷射純由包含在該紐喷射系統 )爰的液體内蒸氣泡沫爆炸的形成，以從至少—個出孔口 (12b)喷射液滴。 8·如申明專利範圍弟7項所述之液體喷頭(5 ; 32)，其 中雜盤(7)由-平盤構成，該平盤具有面對媒體8的一第 側(71)以及對應該第一側(71)的一第二側(72)，其 壓式液體噴射系統包括： ” 至少一電阻加熱元件(91)，安裝在該托盤(7)的第一側 (71)上；以及 一塊狀裝置(11)，安裝在該托盤(7)的第一侧(71)上， 忒塊狀裝置(11)具有至少一液體通道(12)，該液體通道(12) 具有一進口室（12a)和一出孔口（12b)，該出孔口（12b)面對至 少該電阻加熱元件(91)，將液滴喷射到該媒體(8)。 9.如申請專利範圍第1項或第2項所述之液體喷頭 (5 ; 32)，其中一移動偵測裝置(16)亦安裝在該托盤(7，33) 上，該移動偵測裝置(16)用來偵測液體噴頭的移動，且耦 接該控制單元(10)。 22 200523125 14998pif.doc 10.—種液體喷射器具’包括：一管狀元件 巧了第一端(2a)和一第二端(2b)之間’且其可握二 其中該管狀元件(2)包括： 一盛液箱(4); 一電源(3);以及 第9項任喷頭(5，切，其如申請專利範圍第1項至 件(-_一一：^ 23
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