具有用于在注抽期间供气态气泡、淤泥物和/或污染物通过的一个或多个孔的流体喷射精确分配设备

摘要

一种流体喷射精确分配设备，包括：层、该层内的一个或多个第一孔、以及该层内的一个或多个第二孔。第一孔适于在使用该设备将流体精确地分配在准确指定位置期间供流体通过。第二孔适于在使用该设备将流体精确地分配在准确指定位置期间不让流体通过。第二孔可适于在执行该设备的注抽操作期间至少基本上最大化地供气态气泡通过。所述第二孔可适于在执行该设备的注抽操作期间至少基本上最大化地供淤泥物和/或污染物通过。

说明书

相关申请

本专利申请是2005年12月22日提交的、名称为“AIR MANAGEMENT IN A FLUID EJECTION DEVICE”的、给定的序列号为10/872,215的在先提交的专利申请的部分继续申请。

背景技术

在诸如纸之类的介质上形成图像的常用方式是使用流体喷射设备，例如喷墨打印设备。喷墨打印设备具有多个喷墨打印机构，例如喷墨打印头组件。每个喷墨打印头组件具有打印头芯，打印头芯具有多个喷射墨液（例如不同颜色的墨液）的喷墨喷嘴，以在介质上形成期望的图像。

打印头组件内可能会容易形成或包含气态气泡、淤泥物和/或污染物。为了确保这种气态气泡、淤泥物和污染物不会在图像形成期间影响图像质量，可周期性地进行注抽（priming）。注抽令人满意地排出任何气态气泡并去除任何淤泥物和污染物。

附图说明

图1是根据本公开内容一实施例的代表性喷墨打印设备的示意图。

图2是根据本公开内容一实施例的喷墨打印头的示意图。

图3是根据本公开内容一实施例的喷墨打印头的一部分的示意图。

图4是根据本公开内容一实施例在执行注抽操作期间的喷墨打印头的一部分的示意图。

图5、图6、图7 和图8是示出了根据本公开内容变型实施例的、孔在喷墨打印头内的局部定位的示意图。

图9是示出了根据本公开内容一实施例的喷墨打印头的流率与压力之间的关系的图示，通过该关系孔在打印头内的位置和尺寸可被确定。

具体实施方式

图1示出了根据本公开内容一实施例的代表性喷墨打印设备100。喷墨打印设备100是将墨液喷射到介质（例如纸）上以在该介质上形成图像（其可包括文字）的设备，例如打印机。喷墨打印设备100更上位地为精确地分配流体（例如墨液）的流体喷射精确分配设备，这将在后文的详细说明中更为详细地描述。

喷墨打印设备100可喷射颜料型墨液、染料型墨液或其他类型的墨液。颜料型墨液与染料型墨液之间除了其他不同外，一个主要区别在于前者比后者粘性大。在这些或其他类型的墨液中，通常可认为墨液至少具有液体成分，而且特别是在颜料型墨液的情况下，也可具有固体成分。液体成分可为水、酒精和/或其他类型的溶剂或其他类型的液体，而固体成分可为颜料或其他类型的固体。

尽管本文至少实质上详细描述了将墨液喷射到介质上的喷墨打印设备，但本领域普通技术人员可意识到本公开内容的各实施例是较为上位的，并不受限于这些详细描述。一般而言，本公开内容的各实施例涉及任意类型的分配实质上为液体的流体的流体喷射精确分配设备。流体喷射精确分配设备为按需喷墨（drop-on-demand）设备，其中所述的实质上为液体的流体的打印或分配通过精确地打印或分配在准确指定位置来实现的，并不是非要使得特定图像形成在其被打印或分配的位置上。这样，流体喷流精确分配设备与连续精确分配设备相比，在连续精确分配设备中，实质上为液体的流体被从连续精确分配设备中被连续分配。例如，连续精确分配设备的示例为连续喷墨打印设备。

流体喷射精确分配设备精确地打印或分配实质上为液体的流体，其中实质上为液体的流体实质上或主要不包括气体，例如空气。在喷墨打印设备的情况下，这种实质上为液体的流体的示例包括墨液。实质上为液体的流体的其他示例包括药品、细胞产品、有机体、燃料等，其实质上或主要不包括诸如空气之类的气体和其他类型的气体，这是本领域普通技术人员可理解的。因此，尽管以下详细描述是针对将墨液喷射到介质上的喷墨打印设备而言的，但本领域普通技术人员应意识到，本公开内容的各实施例更一般性地涉及任何类型的分配实质上为液体的流体的流体喷射精确分配设备，这已在本段和先前的段落中进行了说明。

图2示出了根据本公开内容一实施例的喷墨打印头400的详细视图。喷墨打印头400较上位地为墨盒或墨盒组件，而最上位地为流体喷射精确分配设备墨盒组件。在图2中，附图标记408标示出了x、y和z轴。喷墨打印头400较上位地为流体喷射机构，因为它是将诸如墨液之类的流体喷射到介质上以在该介质上形成图像的实际机构。墨液打印头400也可称为墨液打印设备打印头组件，或者就称为墨液打印头组件。喷墨打印头400可进一步被简称为设备，例如流体喷射精确分配设备，其中所用术语“设备”在此具有上位的含义。

喷墨打印头400被插入喷墨打印设备100中。可能有一个或多个这种喷墨打印头被插入喷墨打印设备100中。每个喷墨打印头可供应一种或多种不同颜色的墨液，例如黑色墨液、青绿色墨液、洋红色墨液、黄色墨液以及其他颜色的墨液。在另一实施例中，喷墨打印头不包含墨液源，从而可存在一个或多个包含墨液源且与墨液打印头分离的喷墨墨盒。

墨液打印头400在图2中被示为包括壳体402、打印头芯404和柔性电路406。打印头芯404较上位地为流体喷射精确分配设备芯，最简化地，其可称为流体喷射精确分配设备，其中所用术语“设备”在此具有上位的含义。本领域普通技术人员可意识到，除了图2中所示的部件以外，喷墨打印头400可包括其他部件。

打印头芯404被附接或以其他方式设置到壳体402。打印头芯404包括多个喷墨喷嘴，其喷射墨液，例如不同颜色的墨液。打印头芯404的喷墨喷嘴在图2中没有被特别地标示出。更进一步地，柔性电路406在壳体402的边缘处弯曲，从而使得柔性电路406缠绕在壳体402周围。

柔性电路406的第一部分412在芯404的端部电连接到打印头芯404。柔性电路406的第二部分414被附接到壳体402本身。在将喷墨打印头400的壳体402插入喷墨打印设备时，柔性电路406的第二部分414与喷墨打印设备电接触。这样，柔性电路406将喷墨打印设备与打印头芯404电连接，从而使得打印设备能够控制墨液从芯404中进行喷射。

图3更详细地示出了根据本公开内容一实施例的喷墨打印头400的一部分。在图3中，附图标记501标示出了x、y和z轴。喷墨打印头400包括腔侧壁502，其限定了能被供应墨液的腔504。腔504由打印头芯404盖住。也就是说，腔504在其一端终止在打印头芯404处（因此，在这方面可以说腔504终止在芯404的任何层）。在一个实施例中，打印头芯404可被视为具有至少两个层506和510。然而，在其他实施例中，芯404可具有比图3中所示的两个层更少或更多的层。另外，本领域普通技术人员可意识到，每个层506和510本身可由多于一个的层组成。

层506限定了多个入口孔512，其允许腔504内的墨液从腔504流到打印头芯404。多个流体喷射元件514位于层506处或者是层506的一部分，流体喷射元件例如为：如电阻加热元件的加热元件、如压电元件的压敏元件、以及其他类型的流体喷射元件。而且，层510可被称为孔板。层510限定了多个孔516和多个孔518。为了区分孔516和孔518，可将孔516称为第一孔，将孔518称为第二孔。而且，第一孔516可被称为喷墨打印头400的喷墨喷嘴。

如图3所示，第一孔516和第二孔518可具有大致相同的轮廓，例如，为图3中所示的锥形轮廓。还要说明的是，在一个实施例中，第一孔516不位于腔504的正下方或下面，而是位于腔侧壁502的正下方或下面；第二孔518则是位于腔504的正下方或下面，而不是位于腔侧壁502的正下方或下面。然而，在另一实施例中，第一孔516和第二孔518可以都位于腔504的正下方或下面，或者可以都不位于腔504的正下方或下面。在又一实施例中，第二孔518可位于腔侧壁502的正下方，而第一开孔516也可位于腔504的正下方。

在一个实施例中，每个第一孔516对应于一个流体喷射元件514，从而使得第一孔516可位于元件514的正下面。注意，相比较而言，在任何第二孔518处都没有流体喷射元件514；相反，在图3的实施例中，在每个第一孔516处都有流体喷射元件514。在用喷墨打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地分配在准确指定位置）期间，当希望的第一孔516将从其中喷射出墨液滴时，对应的流体喷射元件514被激活。流体喷射元件514的激活最终致使墨液滴从对应的第一孔516喷射出。

例如，在流体喷射元件514为电阻加热元件的特定实施例中，流体喷射元件514的激活意味着，足够的电流经过元件514，从而加热了元件514。这样，所讨论的流体喷射元件514周围的墨液至少基本上沸腾，从而在该墨液内形成小的气态气泡。气泡相应地驱使墨液滴喷射通过对应的第一孔516。

因此，在使用喷墨打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地喷射在准确指定位置）期间，墨液通过第一孔516，从而可以说，第一孔516适于在打印头400的这种使用期间让流体从中通过。相比较而言，在使用打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地喷射在准确指定位置）期间，墨液不通过第二孔518。因此，可以说第二孔518适于在打印头400的这种使用期间不让流体从中通过。

然而，要注意的是，在另一实施例中，在一个或多个第二孔518处可能存在流体喷射元件。在这种实施例中，在介质上形成图像（即，将流体精确地喷射在准确指定位置）期间，第二孔518处的流体喷射元件在使用打印头400不被使用。相反，在执行注抽操作（这在下文的详细描述中将被更为详细地描述）期间，第二孔518处的流体喷射元件用于帮助在这种注抽操作期间从这些第二孔518喷射墨液。

一般而言，在使用喷墨打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地喷射在准确指定位置）期间，第二孔518适于不让墨液从中通过，这是通过让其临界压力的绝对值大于（即，或以其他方式合乎）第二孔518处背压的绝对值来实现的。临界压力是消除第二孔518处流体的弯月面从而使得墨液、空气、淤泥物和/或污染物流过所讨论的第二孔518的压力。通过确保每个第二孔518处的临界压力的绝对值大于（即，或以其他方式合乎）在使用喷墨打印头400在介质上形成图像期间经受的背压的绝对值，可以确保在打印头400的这种使用期间墨液不会流过所讨论的第二孔518。注意，临界压力对于空气或其他气体而言可被特别地称为气泡压力，而术语“临界压力”则更为上位，且更一般性地涉及墨液、空气、淤泥物和/或污染物。

而且，通过确保在使用喷墨打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地喷射在准确指定位置）期间，每个第二孔518处的临界压力大于背压，至少基本上防止了诸如空气之类的气体通过所讨论的第二孔518引入腔504。确保在打印头400的这种使用期间每个第二孔518处的临界压力大于背压可通过适当地设置每个第二孔518的尺寸来实现。额外地或替代性地，确保每个第二孔518处的临界压力大于背压可通过使每个第二孔518适当成形来实现。就此而言，对于喷墨打印头400的一个给定设计，每个第二孔518的合适尺寸和/或形状可通过实验确定。

图4代表性地示出根据本发明一实施例的与喷墨打印头400有关的被执行的注抽操作。在图4中，附图标记501同样标示出了x、y和z轴。注抽操作一般性地为这样一种操作，即主动地采用压差的操作，例如其可通过将盖帽或注抽器（primer）602附接到打印头400以在第一孔516和第二孔518周围形成密封来实现。通过孔516和518的流体运动由该压差引起。

例如，在图4所示的特定实施例中，示出了一种被称为抽吸式注抽的特定类型的注抽操作。在抽吸式注抽中，通过抽吸或真空效应在孔516和518周围形成负压，这特别由箭头610标示。相比较而言，另一类型的注抽操作被称为推压式注抽。在推压式注抽中，在孔516和518周围形成正压力。

在喷墨打印头400的使用寿命期间，诸如空气之类的气体可被引入打印头400，导致形成气态气泡604。在使用喷墨打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地分配在准确指定位置）期间，这种气泡604可有害地影响图像质量。更一般性地，气态气泡604可影响流体精确在准确指定位置处的分配。

类似地，在喷墨打印头400的使用寿命期间，由于墨液变干导致墨液失去至少一些液体成分或者墨液本身随时间发射改变，从而导致打印头400内可能会汇集、积聚或以其它方式形成淤泥物606。例如，墨液可能会发生沉淀、絮凝、团聚等。而且，在喷墨打印头400的使用寿命期间，墨液可能易受来自打印头400内部和外部的例如灰尘等污染物608和其他类型污染物的污染。这样，在使用喷墨打印头400在介质上形成图像（即，将流体精确地分配在准确指定位置）期间，淤泥物606和污染物608可有害地影响图像质量。更一般性地，淤泥物606和污染物608可影响流体精确在准确指定位置处的分配。

在执行注抽操作期间，有效从喷墨打印头400中去除了气态气泡604、淤泥物606和污染物608。这样，当后续用打印头400在介质上形成图像时，图像质量不会受到影响。也就是说，当后续用打印头400将流体精确分配在准确指定位置时，先前至少基本上去除气态气泡604、淤泥物606和污染物608促进了这种将流体精确分配在准确指定位置的优化。

淤泥物606可能已经干化成尺寸大于第一孔516尺寸的若干部分。因此，在第二孔518的尺寸大于第一孔516的尺寸的实施例中，淤泥物606更易于在执行注抽操作期间被去除。例如，第二孔518可为先验性尺寸，从而使得第二孔518可大于实验测试所揭示的淤泥物505各部分的最大尺寸。因此，淤泥物606的去除可在由吸入效应导致的流体流率下通过第二孔518实现，该流体流率比通过第一孔516实现淤泥物606去除可能所需的流体流率低。实际上，要不是存在第二孔518的话，淤泥物606的这种较大的部分在执行注抽操作期间可能会不希望地堵塞第一孔516。

在除了存在第一孔516以外还存在第二孔518的情况下，使第二孔518的尺寸大于第一孔516的尺寸还可增进气态气泡604从喷墨打印头400的去除，至少有更多可用于气泡从打印头400去除的路径。在后文的详细描述中将会论述本公开内容各实施例的关于在执行注抽操作期间存在第二孔518的其他优点和方面。然而，一般而言，第二孔518可以说适于至少基本上最大化地使气态气泡604、淤泥物606和/或污染物608在执行注抽操作期间从中通过。

图5根据本公开内容一实施例示出了如何在喷墨打印头400的层510上定位第一孔516和第二孔518。在图5中，附图标记702标示出了x、y和z轴。第一孔516在层510的平行于x轴的长边上布置成两列。（注意到孔516和518在图5中和其他附图中的布置属于特定实施例，在其他实施例中可实现孔516和518的其他布置。）一般而言，两列中的任意一列内的第一孔516中的第一个和第一孔516中的最后一个之间的距离对应于打印头400的跨度，其为墨液可被喷射而不必沿x轴移动打印头400或介质的距离。

对于喷墨打印头的许多设计而言，已经确知，气态气泡、淤泥物和/或污染物倾向于沿x轴迁移到给定打印头的一侧或该打印头的另一侧。因此，在图5的实施例中，第二孔518在位置上位于或朝向打印头400的气态气泡、淤泥物和/或污染物倾向于迁移的一侧。由于其减少了在执行注抽操作期间和/或在注抽操作的持续期间使用的墨液（即，流体）的量，因而这是有利的。

也就是说，如果气态气泡、淤泥物和/或污染物倾向于沿x轴迁移到打印头400的仅仅一侧，但第二孔518位于两侧上，则净效果为，注抽操作导致正被使用的墨液比所需的墨液更多。由于注抽操作致力于去除气态气泡、淤泥物和/或污染物，关键性地将第二孔518定位在由实验确定的这些气泡、淤泥物和/或污染物倾向于迁移的一侧，减少了在执行注抽操作期间从打印头400除去的墨液的量。

图6根据本公开内容的另一实施例示出了如何在喷墨打印头400的层510上定位第一孔516和第二孔518。在图6中，附图标记702同样标示出的是x、y和z轴。第一孔516在位置上可被布置成在层510的平行于x轴的长边上成两列。层510的长度（在图6中由字母L标示）比图5中的层510的长度长。由于其提供较大的打印头400的跨度（这大致等同于提供了较快的打印速度），因此这可是有利的。层510因而可被视为长层。

具有图6中这种长层510的总体上的缺点在于，已经确定了，一般而言，在没有第二孔518的情况下，执行注抽操作时墨液离开喷墨打印头400的流体流率必须相对较高。相对较高的流体流率是不利的，原因在于其增加在执行注抽操作期间所使用的流体量。然而，已发现第二孔518的存在允许注抽操作的执行能够以墨液离开喷墨打印头400的较低的流体流率发生。这样，就减少了执行注抽操作期间所用的流体量。

具体地，第二孔518的尺寸、形状和/或数量可通过实验测试来提供墨液离开喷墨打印头400在执行注抽操作期间的最低流体流率，但仍提供符合要求的气态气泡、淤泥物和/或污染物的去除。在执行注抽操作期间，较低的流体流率一般通过减小作用在层510上的压力而实现。由于其至少实质上防止额外的气体在某处被引入打印头400，因此这也是有利的。

例如，如果在执行注抽操作期间作用在层510上的负压太大，则气体可能在流体互连界面处和在打印头400周围的其他位置处被吸入喷墨打印头400。这样，尽管气态气泡可在这种注抽期间从打印头400去除，但另外的气态气泡不可避免但仍然形成。因此，第二孔518的存在，通过允许作用在层510上的负压在执行注抽操作期间减小，至少实质上改善该问题。

图7根据本公开内容的又一实施例示出了如何在喷墨打印头400的层510上定位第一孔516和第二孔518。在图7中，附图标记702同样标示出了x、y和z轴。第一孔516同样在层510的平行于x轴的长边上布置成两列。在图7中同样由字母L标示的层510的长度比图5中的层510的长度短。由于制造较短的打印头成本较低，因此这可能会是有利的。层510因而可被视为短层。

具有图7中这种短层510的总体上的缺点在于，已经确定了，一般而言，在没有第二孔518的情况下，由于墨液离开喷墨打印头400的流体流率相对较低，因此执行注抽操作要用相对较长的时长来完成。由于其导致完成注抽操作用时较长，因此相对较低的流体流率是不利的。然而，已发现，由于第二孔518提高了流体流率，因此第二孔518的存在减少了完成注抽操作的时长，因而改善了注抽操作的执行。

具体地，第二孔518的尺寸、形状和/或数量可通过实验测试来提供墨液离开喷墨打印头400的增大的流体流率，但仍然不会导致足够高的流体流率，这样的流体流率造成以上关于图6所述的缺点。例如，在一个实施例中，第二孔518可为矩形，这具体在图7中示出。矩形孔518与圆孔518相比是有利的，原因在于它们提供在执行注抽操作期间通过第二孔518的增大的流率，而不减小每个第二孔518处的临界压力。第二孔518的其他类型的形状可包括星状、三角形、椭圆形等。

图8根据本公开内容的另一实施例示出了如何在喷墨打印头400的层510上定位第一孔516和第二孔518。在图8中，附图标记702标示出了x、y和z轴。第一孔516在位置上被布置在假想圆802的周界周围。相比较而言，第二孔518在位置上被布置在圆802的中心内。

图9根据本公开内容一实施例示出了反映流率和压力之间关系的图示900，该关系可用于适当地设计喷墨打印头400内的第二孔518的数量和尺寸。x轴904表示流率，y轴906表示喷墨打印头400的层510上的压差。水平线908限定临界压力限制区域912；低于水平线908的任何压力低于针对任何给定流率的临界压力。相比较而言，竖直线910限定临界流率限制区域910；竖直线910左侧的任何流率低于任何给定压力的临界流率。临界流率为流体、空气、淤泥物和污染物移动通过第一孔516和/或第二孔518的速率。

而且，水平线908和竖直线910一同限定理想区域916。在高于水平线908的任何压力下的竖直线910右侧的任何流率允许流体、空气、淤泥物和/或污染物移动通过第一孔516和/或第二孔518，而不会实现低于临界压力的压力。因此，对于由竖直线910表示的给定的临界流率，存在由线918表示的流率与压力之间的理想关系。线908和918的交叉点920表示最低压力与流率的组合，以将流体、空气、淤泥物和/或污染物移动通过第一孔516和/或第二孔518。

在图9中由线922和924示出了在层500内具有第一孔516的喷墨打印头400的两个示例性设计（在包括第二孔518之前）的流率-压力特性。线922代表流率受限的示例设计，起始于图示902的原点的线922在其穿过水平线908之后穿过竖直线910。通过比较，线924代表压力受限的示例设计，起始于图示902的原点的线924在其穿过竖直线910之后穿过水平线908。

因此，增加第二孔518的目的在由线922代表的流率受限设计与由线924代表的压力受限设计之间是不同的。在由线922代表的流率受限设计中，第二孔518可被添加以在较低压力下增大流率，从而减小线922的坡度以接近由线918标示的流率与压力之间的理想关系。相比较而言，在由线924代表的压力受限设计中，第二孔518可被添加以减小临界压力，由此减小所需的流率，并增大线924的坡度以接近由线918标示的流率与压力之间的理想关系。

已经描述了本公开内容的各实施例，其中第二孔518的位置、尺寸、形状和数量可被改变以实现在执行注抽操作期间气态气泡、淤泥物和污染物从打印头400的最佳去除。例如，根据所确定的气态气泡、淤泥物和污染物典型迁移的位置，第二孔518的位置可在实验测试之后相应地布置。例如，根据打印头400的长短，可在实验测试后给定第二孔518的尺寸、形状和数量，以在执行注抽操作期间根据需要减小或增大流体流率。最后，应注意，第一孔516和第二孔518可被视为执行它们在本文中所述各自功能的特定装置。