TW200922693A - Fluid ejection device - Google Patents

Description

200922693 九、發明說明： c發明戶斤屬之技術領域3 發明領域 本發明關於一種喷墨列印系統。 5 【先前技術】 發明背景 一種喷墨列印系統，作為流體喷出系統之一實施例， 可包括一列印頭，供應液體墨水至列印頭的一墨水供應件 及控制列印頭的一電子控制器。列印頭，作為流體喷出裝 10 置之一實施例，通過數個喷頭或喷孔並朝向列印介質（諸 如一張紙）噴出墨滴，以列印在列印介質上。典型上，喷 孔排列成一個以上的行或陣列，當列印頭及列印介質彼此 相對移動時，墨水從喷孔適當地接續噴出而形成列印在列 印介質上的字形或其他影像。 15 典型上，操作列印頭來喷出以水為基底的墨水。為了 擴展可被列印頭喷出的流體，正在考慮非水性流體。然而， 與以水為基底的墨水比較，非水性流體具有不同的流體性 質，因此，具有不同的表現特性及操作限制。據此，為最 佳化列印頭的表現，選擇或調整列印頭參數以容納非水性 20 流體係所欲的。 【發明内容】 發明概要 本發明之一面向為提供一種流體喷出裝置。該種流體 喷出裝置，包括：一流體腔；形成於該流體腔内之一電阻 25 器；及與該流體腔溝通之一喷孔，其中該流體喷出裝置適 200922693 於喷出非水性流體的液滴，及其中該電阻器面積之平方根 對該喷孔直徑的比例落於約1.7 5至約2.2 5的範圍内。 圖式簡單說明 第1圖顯示依據本發明之喷墨列印系統之一實施例的 5 方塊圖。 第2圖顯示依據本發明之部分流體喷出裝置之一實施 例的簡要橫截圖。 第3圖顯示依據本發明之部分流體喷出裝置之一實施 例的平面圖。 10 第4圖顯示包括有喷孔層及第3圖之流體喷出裝置之 一實施例的平面圖。 第5圖為依據本發明之流體喷出裝置之例示參數及例 示參數範圍之一實施例的簡表。 【實施方式3 15 較佳實施例之詳細說明 在下述詳細描述中，請參考形成詳細描述一部份之該 附隨圖式，且其中顯示的是本發明可據以實施的特定實施 例。就此而言，方向性術語，諸如“頂”、“底”、“前”、 “後”、“前端”、“追蹤”等等，係參考該描述之圖式 20 的位向而使用。因為本發明實施例組件可置於數個不同的 位向，該方向性術語係用於闡述的目的而絕非作為限制。 應了解者，也可使用其他實施例且可為結構或邏輯的改變 而不會脫離本發明的範圍。因此，以下的詳細描述，不應 被視為具有限制的意義，且本發明的範圍僅由以下的申請 200922693 專利範圍所界定。 第1圖顯示依據本發明一實施例之喷墨列印系統1〇。噴 墨列印系統10構成流體噴出系統之一實施例，其包括—流 體喷出裝置（諸如一列印頭總成12)及一流體供應件（諸 5如一墨水供應總成14)。於顯示的實施例中，喷墨列印系統 10也包括一安裝總成16、一介質輸送總成18及—電子控制 器20。 列卩頭'、、‘“成 作為流體喷出裝置之一實施例，依據 本發明實施例而形成，且其通過數個喷孔或喷頭13而嘴出 包括-個以上β色墨水的墨滴。雖然以下的描述係參考從 列印頭總成12喷出墨水，然而應了解者，其他液體、流體 或可流動材料也可從列印頭總成12噴出。 " 15 於實把例中，液滴被指向介f (諸如列印介質19) 以列印在列印介質19上。典型上，喷頭13排列成—個以上 的行或陣列使得從喷頭13適當地接續喷出墨水。於—實於 例中，當列印頭及列印介質彼此相對移動時，喷出的墨: 於列印介質19上形成字形' 符號及/或其他圖形或影像（包 括例如日期符碼、1-D條碼及2-D條碼）。 列印介_包括例如紙、厚卡紙、信封、標藏、透明 薄片、厚紙板、硬面板及相似物。於一實施例中 質⑽連續的形式或連續的網狀列印介如此， 介質19可包括連續的未付印紙捲。 墨水供應總成Μ，作為流體供應件之—實施例，供應 墨水至列印頭總成12並包括—健槽15用以錯存墨水 20 200922693 此’墨水從儲槽15流動至列印頭總成12。於一實施例中， 墨水供應總成14及列印頭總成12形成一再循環的墨水遞送 系統。如此，墨水從列印頭總成12流動回到儲槽15。於一 實施例中，列印頭總成12及墨水供應總成14在喷墨或流體 5噴出E或筆中被設置在一起。於另一實施例中，墨水供應 總成14與列印頭總成12分離且通過一介面連接，諸如一供 應管（未顯示）供應墨水至列印頭總成12。 安裝總成16相對於介質輸送總成18定位列印頭總成 U，介質輸送總成18相對於列印頭總成12定位列印介質 10 19。如此，一列印區17 (列印頭總成12喷出墨滴於列印區 17内）被界定於鄰近噴頭13處，該喷頭13係位於列印頭總 成12及列印；|貝19之間的地帶内。於列印期間，列印介質 19藉介質輸送總成18通過列印區17而前進。 於一實施例中，列印頭總成12為掃描式列印頭總成， 15且於列印介質19上列印一列的期@，安裝總成叫目對介質 輸送總成18及列印介質19移動列印頭總成12。於另一實施 例中，列印頭總成12為非掃描式列印頭總成 ，且於列印介 貝19上列印一列的期間’當介質輸送總成以使列印介質 月Η丁通過-預定位置時，安裝總成16使列印頭總成12相對 20於介質輸送總成18固定於該預定位置。 電子控制器20與列印頭總成12、安裝總成16及介質輸 运總成18溝通。電子控制器20從主機系統（諸如電腦）接 收貧料21，且包括暫時儲存資料21的記憶體。典型上，資 料21々著電子的、紅外線的、光學的或其他資訊傳送路徑 200922693 被送至喷墨列印系統10。資料21展現為例如要被列印的文 件及/或檔案。如此，資料21形成噴墨列印系統1〇的列印工 作並包括一個以上的列印工作指令及/或指令參數。 於一實施例中，電子控制器20提供列印頭總成以之控 5制，包括墨滴從噴頭13噴出的計時控制。如此，電子控制 器20界定一噴出墨滴圖案，其在列印介質19上形成字形、 符號及/或其他圖形或影像。計時控制及因此噴出之黑滴的 圖案由列印卫作指令及域指令參數決定。於—實施例中， 形成部分電子控制器2〇的邏輯及驅動電路系統位於列印頭 1〇總成12上。於另一實施例中，形成部分電子控制器20的邏 輯及驅動電路系統不位在列印頭總成12上。 第2圖顯示部分列印頭總成丨2之—實施例。列印頭總成 12,作為流體喷出裝置的一實施例，包括一陣列的液滴喷 出元件30。液滴噴出元件3〇形成在基材4〇上，基材4〇具有 15形成於其中的流體（或墨水)饋出缝42。如此，流體饋出縫42 使得流體（或墨水)供應至液滴喷出元件30。 於一實施例中，各個液滴噴出元件30包括一薄膜結構 5〇、一卩早礙層60、一噴孔層7〇及一液滴產生器8〇。薄膜結 構50之中形成有流體（或墨水)饋出開口52,該開口52與基材 20 40之流體饋出縫42溝通，而且障礙層60中形成有一流體喷 出腔62及一個以上的流體通道64，使得流體喷出腔62與流 體饋出開口 52經由流體通道64相互溝通。 喷孔層70具有一前面72及形成於前面72中的一噴頭開 口 74。喷孔層70延伸於障礙層60上方使得噴頭開口 74與流 200922693 體喷出腔62溝通。於一實施例中，液滴產生器80包括-電 阻器82。電阻器82設於流體嘴出驗内且藉由引線84電氣 耦合至驅動訊號及地線。 雖然障礙層60及喷孔層70顯示為分離的層，但於其他 5實施例中’障礙層60及噴孔層7〇可形成為單一材料層，該 單-材料層具有流體喷出驗、流體料64及域喷頭開口 74形成在單—層卜此外’於—實施例中，部分的流體喷 出腔62、流體通道64及/或噴頭開口 74可被共享於障礙層60 與噴孔層70兩者之間，或是形成於障礙層⑹與喷孔層7〇兩 10 者中。 於—實施例中，在操作期間，流體從流體饋出缝42經 由流體饋出開口52及一個以上的流體通道64流至流體噴出 腔62。當施加能量予電阻器82時，喷頭開口74操作地與電 阻器82結合使得小液滴流體從流體喷出腔62通過喷頭開口 15 74而噴出（如與電阻器82平面大致地成直角的方式）且朝 向列印介質。 於—實施例中，列印頭總成12為完全一體化的熱噴墨 列印頭。如此，基材40由例如矽、玻璃或穩定的聚合物形 成，且薄臈結構50包括一個以上的鈍化或絕緣層，其等由 2〇例如二氧化矽、碳化矽、氮化矽、鈕、聚矽玻璃或其他材 料形成。薄膜結構50也包括界定電阻器82及引線84的一導 電層。導電層由例如鋁、鈕、钽-鋁或其他金屬或金屬合金 形成。此外’障礙層6〇由例如可光成像的環氧樹脂（諸如 SU8)形成，且喷孔層7〇由一個以上材料層形成，材料層包 200922693 括例如金屬材料，諸如鎳、銅、鐵/鎳合金、把、金或姥。 然而，其他材料也可被用於障礙層60及/或噴孔層7〇。 第3圖顯示部分流體嘴出裝置（諸如列印頭12)的一實 把例，其中噴孔層已被除去。流體喷出裝置100包括一流體 5喷出腔110、—流體限制件120及-流體通道130。於-實施 例中，流體噴出腔110包括一端壁112、相對的側壁114及116 與端壁118。如此，流體噴出腔110的邊界通常由端壁 112相對的側壁114及116與端壁界定。於一實施例中， 知羞112及118的方向大致彼此平行，而側壁114及116的方 10 向也是大致彼此平行。 於一貫施例中’流體限制件12〇與流體通道13〇及流體 喷出腔110間的流體流動路徑相互溝通且備 置於其中。界定 ml體限制件12〇及流體通道13〇的參數，如下所述者，以最 佳化流體喷出裝置100的操作或表現。 15 於一實施例中，流體限制件120包括側壁122及124，且 流體通道13 0包括側壁13 2及13 4與側壁13 6及13 8。於一實施 例中，流體限制件120之側壁122及124的方向係大致彼此平 行。此外，各個側壁122及124的方向係大致垂直流體噴出 腔110及，更特別地，大致垂直流體噴出腔11〇的端壁118。 20此外，於一實施例中，流體通道130的側壁132及134係大致 直線狀且各側壁的方向與流體限制件12〇成—角度及，更特 別地’與流體限制件12〇的側壁122及124成一角度。更且， 流體通道130的側壁136及138為大致直線狀且各個側壁的 方向大致平行流體限制件120及，更特別地，大致平行流體 11 200922693 限制件120的側壁122及124。 流體噴出裝置

於一實施例中，流體通道130經由形成於 100之基材102中的流體餚 圖中）與流體供應件溝逓 限制件120溝通，如此， 制件120供應至流體喷出 島狀件106形成於流體通道130内之流體嗔出裝置1〇〇的芙 材102上。如此’島狀件應形成流體通道13()内之顆粒過滤 器的重要部份。

施例，被設置於流體喷出腔110内，如此藉著激化電阻器i 4 〇 使得小液滴流體從流體喷出腔110中喷出，如上所述者。如 此，流體喷出腔110的邊界被界定以包圍或圍繞電阻器 140。雖然顯示成單一電阻器，分離電阻器或複數電阻器也 15 包括於本發明之電阻器140的範圍内。 於一實施例中，如第3圖所示，當形成於基材102上時， 流體噴出裝置1 〇 0的流體噴出腔110、流體限制件12 0及流體 通道130係界定於障礙層150中。此外，於一實施例中，如 第4圖所示，具有喷孔162形成於其中之一喷孔層160延伸於 20 流體噴出裝置100之障礙層150的上方。據此’喷孔162與流 體噴出腔110溝通使得從流體喷出腔110喷出的流體通過喷 孔162被推出。 於一實施例中，數個流體喷出裝置100形成於一普通基 材上，且排列為大致形成一行以上之液滴噴出元件。如此’ 12 200922693 個別流體噴出裝置100的液滴喷出元件可用於將流體從列 印頭12喷出。於一例示實施例中，流體喷出裝置10〇被最佳 化為與非水性流體一起使用，如下所述。 於一實施例中’如第3及4圖所示及如第5圖之表所述， 5選擇流體喷出裝置1 〇 0的各種參數以最佳化或改善流體喷 出裝置100的表現。於一實施例中’例如’流體限制件120 捏縮寬度W及捏縮長度L被最佳化。此外’從流體饋出縫104 邊緣至流體腔11〇中心的架長度或距離D被最佳化。更且， 於一實施例中，電阻器140之面積及喷孔162之直徑也被最 !〇 佳化。 於一例示實施例中，如第5圖之表所示，障礙層15〇之 厚度T，以及噴孔層160之厚度t大致固定。於一實施例中， 障礙層150的厚度T決定了流體喷出腔110、流體限制件120 及流體通道130的高度或深度。所以，藉著最佳化選擇流體 15噴出裝置1〇〇的參數，如上所述者，供應至流體腔110之流 體的體積及/或速率可被最佳化。 於一實施例中，於個別的側壁122及124之間測定流體 限制件120的捏縮寬度W，而且捏縮寬度W大致維持固定。 此外’沿著流體通道130之側壁132及134與流體噴出腔11〇 20之端壁118之間的個別側壁122及124測定流體限制件丨2〇的 捏縮長度L。 於一實施例中，流體喷出腔110的饋出速率與流體限制 件120的橫截面積成正比。據此，流體限制件12〇的橫戴面 積為流體限制件120的高度或深度及流體限制件12〇的寬度 13 200922693 所界定。於一實施例中，流體限制件120的橫截區域大致呈 長方形。然而，流體限制件120的橫截區域可為其他的形狀。 於一實施例中，流體喷出裝置100被最佳化以與非水性 流體一起使用。此種流體之例包括乙醇、甲醇及異丙醇。 5 據此，此種流體構成要從流體噴出裝置100喷出的溶劑。於 一例示實施例中，從流體喷出裝置100喷出之非水性流體的 表面張力的範圍為大約19達因/公分至大約27達因/公分，從 流體噴出裝置100喷出之非水性流體的黏度的範圍為大約 0.4分泊至大約2.5分泊。 10 於一實施例中，流體喷出裝置100被最佳化以產生小液 滴的非水性流體，其等具有實質一致或固定的液滴重量。 於一例示實施例中，由流體喷出裝置100喷出之非水性流體 小液滴的液滴重量的範圍為大約1.5奈克至大約4.0奈克。此 外，於一例示實施例中，由流體喷出裝置100喷出之非水性 15 流體小液滴的液滴速度的範圍為大約10米/秒至大約15米/ 秒。更且，於一例示實施例中，流體喷出裝置100被最佳化 以於超過直至至少大約36仟赫的操作範圍下操作。 於一實施例中，流體喷出裝置100之電阻器及噴孔尺寸 被最佳化以使流體喷出裝置100與非水性流體一起使用的 20 表現最佳化。於一實施例中，電阻器的大小被界定為電阻 器面積的平方根，而喷孔大小被界定為喷孔開口的直徑。 如此，電阻器對喷孔的比例（R/O)基於電阻器面積的平方根 及喷孔開口的直徑而決定。於一例示實施例中，流體喷出 裝置100中電阻器對喷孔之比例的範圍為大約1.75至大約 14 200922693 據此’電阻器對噴孔的比例被最佳化以使流體噴出 A置10G與非水性流體_起使㈣表現最佳化。 於實允例中’如上所述’流體喷出裝置1〇〇被調整至 與非水性流體達最佳化的表n例示實補中，如& 5圖之表所不’流體噴出裝置1〇〇的參數’諸如電阻器面積及 喷孔直徑（其決定電阻器對噴孔的比例（R/0))、流體限制 件120的捏縮寬度W與捏縮長度L、以及架長度D，因此被選 擇以最佳化流體噴出裝置100的表現。據此，流體噴出裝置 100可被操作以喷出非水性流體。 10 第5圖的表中也包括最佳化以與水性流體（諸如以水為 基底的墨水）一起使用之流體喷出裝置的對應設計參數以 作為比較。此外，第5圖中的表也包括最佳化以與水性流體 (諸如以水為基底的墨水）一起使用之流體噴出裝置的對 應流體性質及系統表現。 15 除了被用於列印在紙類介質上之外，如上所述，流體 喷出裝置100也可被用於其他，，非介質性”應用，諸如產品 標示。例如’當與非水性流體一起使用時，流體喷出裝置 100可被用於在其他非多孔性基材（例如汽水罐的底部）上 標示。更且，除了產生影像之外，流體喷出裝置100也可被 20用於材料沉積應用。此種材料之例包括聚合物、活性藥劑、 化學前驅物或其他溶解於溶液中之材料，其中當溶劑被蒸 發後，少量的溶質依然留存。 雖然特定之實施例已被說明及描述於此，本發明所屬 技術領域中具有通常知識將了解各種的替換及/或相等地 15 200922693 實施可以取代顯示及描述於此之特定實施例，而仍不會脫 離本發明的範圍。本申請案將涵蓋所有對於此處所述之特 定實施例的修改或變異。因此，本揭露内容將僅為申請專 利範圍及其均等範圍所限制。 5 【圖式簡單說明】 第1圖顯示依據本發明之喷墨列印系統之一實施例的 方塊圖。 第2圖顯示依據本發明之部分流體喷出裝置之一實施 例的簡要橫截圖。 10 第3圖顯示依據本發明之部分流體喷出裝置之一實施 例的平面圖。 第4圖顯示包括有喷孔層及第3圖之流體喷出裝置之 一實施例的平面圖。 第5圖為依據本發明之流體喷出裝置之例示參數及例 15 示參數範圍之一實施例的簡表。 【主要元件符號說明】 10...喷墨列印系統 18...介質輸送總成 12...列印頭總成 19...列印介質 13…噴頭 20...電子控制器 14...墨水供應總成 21...資料 15".儲槽 30...液滴噴出元件 16...安裝總成 40…紐 17...列印區 42...流體饋出縫 16 200922693 50... 薄膜結構 112... 端壁 52... 開口 114... 側壁 60... 障補 116... 側壁 62... 流體噴出腔 118… 端壁 64... 流體通道 120... 流體限制件 70... 喷孔層 122... 側壁 72... 前面 124... 側壁 74... 開口 130... 流體通道 80... 液滴產生器 132... 側壁 82... 電阻器 134... 側壁 84... 引線 136... .側壁 100.. .流體喷出裝置 138... .側壁 102.. .•紐 140.·, .電阻器 104.. ..流體饋出縫 150.. 106., .·島狀件 160.. •喷孔層 no.. ,·喷出腔 162·· •喷孔 17

Claims (1)

1. 200922693 十、申請專利範圍： 1· 一種流體喷出裝置，包括： 一流體腔； 形成於該流體腔内之一電阻器；及 與該流體腔溝通之一噴孔， 其中該流體噴出裝置適於喷出非水性流體的液滴，及 其中該電阻器面積之平方根對該喷孔直徑的比例落於 約1·75至約2.25的範圍内。 2.如申請翻範圍第〗項之流时出裝置，其中該電阻器 面積的範圍為約450平方微米至約6乃平方微米。 3·=申請專利範圍第i項之流體噴出裝置，其中該喷孔直 輕的範圍為約10微米至約15微米。 4·如申請專利範圍第i項之流體噴出裝置，其中該電阻器 面積的範圍為約450平方微米至約675平方微米，及其中 該噴孔直徑的範圍為約1〇微米至約15微米。 、 5.如申請專利範圍第【項之流體喷出裝置，其中該喷孔形 成於具有約9微米厚度的一噴孔層中。 6·如申請專利範圍第5項之流體噴出裝置，其中該流體腔 以具有約14微米厚度的障礙層界定。 7·如申請專利範圍第i項之流體噴出裝置，更包括： 與該流體腔溝通之一流體限制件， ，中該流體限制件的寬度範圍為約1G微米至約16微 米，且其長度範圍為約5微米至約1〇微米。 18 200922693 8. 如申請專利範圍第1項之流體噴出裝置，更包括： 與該流體腔溝通之該非水性流體的一供應件， 其中該非水性流體之表面張力的範圍為約19達因 (dynes)/公分至約27達因/公分，且該非水性流體之黏度 5 的範圍為約0.4分泊（centipoise)至約2.5分泊。 9. 一種流體喷出裝置，包括： 一基材； 形成於該基材上且界定一流體腔的一障礙層； 延伸於該障礙層上方且具有與該流體腔溝通之一喷孔 10 的一喷孔層；及 形成於該基材上且與該流體腔溝通的一電阻器， 其中該流體喷出裝置適於喷出非水性流體的液滴， 其中該障礙層的厚度為約14微米及該喷孔層的厚度為 約9微米，及 15 其中該電阻器面積之平方根對該噴孔直徑的比例落於 約1.75至約2.25的範圍内。 10. 如申請專利範圍第9項之流體噴出裝置，其中該電阻器 面積的範圍為約450平方微米至約675平方微米。 11. 如申請專利範圍第9項之流體喷出裝置，其中該喷孔直 20 徑的範圍為約10微米至約15微米。 12. 如申請專利範圍第9項之流體喷出裝置，其中該障礙層 更界定與該流體腔溝通的一流體限制件，及與該流體限 制件溝通的一流體通道， 其中該流體限制件的寬度範圍為約10微米至約16微 19 200922693 米，且該流體限制件的長度範圍為約5微米至約1〇微米。 13. 如申請專利範圍第12項之流體喷出裝置，其中該基材具 有形成於其中之-流_出縫，其中該流體通道與雜 體饋出縫溝通，及其巾從該流⑽出縫之邊緣至該流體 腔之中心的距離落於約51微米至約61微米的範圍内。 14. 如申請專利範圍第9項之流體喷出裝置，更包括： 與s玄流體腔溝通之該非水性流體的一供應件， 其中5亥非水性流體之表面張力的範圍為約19達因/公分 至約27達因/公分，且該非水性流體之黏度的範圍為約 0.4分泊至約2.5分泊。 20