專利名稱：點滴噴射組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噴射點滴。
背景技術：
噴墨打印機是一種用于將點滴沉積在基底上的類型的設備。噴墨打印機一般包括從墨供應裝置到噴嘴路徑的墨路徑。噴嘴路徑終止于噴嘴開口，墨滴從該噴嘴開口中噴出。墨滴噴射一般這樣來控制，即用致動器給墨路徑中的墨加壓，致動器可以是例如壓電偏轉器、熱氣泡噴注式發(fā)生器、或靜電偏轉元件。一般的打印組件具有帶有相應的噴嘴開口和相關致動器的墨路徑陣列。從每個噴嘴開口的點滴噴射可以單獨控制。在按需噴墨(drop-on-demand)的打印組件中，每個致動器隨著打印組件和打印基底相對于彼此運動而有選擇地將點滴噴射在圖像的特定像素位置。在高性能的打印組件中，噴嘴開口一般具有50微米或更小(例如，約25微米)的直徑，以100-300噴嘴/英寸的節(jié)距分開，具有100-3000dpi或更高的分辨率，并提供體積為約1到120皮升(pL)或更小的點滴。點滴噴射頻率一般為10kHz或更高。
Hoisington等人的美國專利No.5,265,315描述了具有半導體主體和壓電致動器的打印組件。該主體由硅制成，對硅進行蝕刻以確定墨室。噴嘴開口由附接到硅主體的單獨噴嘴板確定。壓電致動器具有壓電材料層，該壓電材料層響應于所施加的電壓改變幾何尺寸或彎曲。壓電層的彎曲向沿著墨路徑定位的增壓室中的墨加壓。壓電噴墨打印組件還在Fishbeck等人的美國專利No.4,825,227、Hine的美國專利No.4,937,598、Moynihan等人的美國專利No.5,659,346和Hoisington的美國專利No.5,757,391中描述，這里將其全部公開的內(nèi)容引作參考。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明的特點是一種點滴噴射器，其包括流動路徑，在該流動路徑中，流體被加壓以從形成在基本是平面的基底中的噴嘴開口中噴射點滴。接近噴嘴開口形成在基底中的還有通道。該通道與噴嘴開口隔開一距離，該距離為噴嘴寬度的約20％或更大。
另一方面，本發(fā)明的特點是一種流體噴射的方法，該方法包括提供包括流動路徑的點滴噴射器，在該流動路徑中，流體被加壓以通過形成在基底中的噴嘴開口進行噴射。接近噴嘴開口形成在基底中的還有通道。該通道與噴嘴開口隔開一距離，該距離為噴嘴寬度的約20％或更大。該方法還包括提供流體，該流體在毛細力的作用下被傳送到由溝槽(channel)所確定的空間中，以及通過給流動路徑中的流體加壓，將流體噴射通過噴嘴開口。
其它方面或實施例可包括上述和/或下述一個或多個方面的組合。噴嘴開口被溝槽圍繞。溝槽為圓形。溝槽從噴嘴開口徑向延伸。溝槽的寬度為大約兩倍的噴嘴開口寬度或更小。溝槽的寬度為約100微米或更小。溝槽從約2微米到約50微米。基底是硅材料。平基底包括多個噴嘴開口和接近噴嘴開口的溝槽。噴嘴開口的寬度為約200微米或更小。點滴噴射器包括壓電致動器。流體的表面張力為約20-50dynes/cm。流體的粘度為約1-40厘泊。
這些實施例可包括下述優(yōu)點中的一個或多個。由于控制了噴嘴板表面周圍的廢墨從而減小了對點滴形成和噴射的妨礙，因此打印頭操作堅固且可靠。在小噴嘴組成的大陣列必須準確地將墨噴射到基底上的精確位置的高性能打印頭中，點滴速度和軌跡平直度得到保持。溝槽控制廢墨，并允許期望噴射特性，利用多種噴射流體，例如不同粘度或表面張力特性的墨，以及噴嘴開口處的不同壓力特性的打印頭。通道是堅固的，無需運動部件，并可以通過機加工(例如，激光加工)或蝕刻(例如，在諸如硅材料的半導體材料中)而經(jīng)濟地實現(xiàn)。
還有其它方面、特點和優(yōu)點。例如，具體的方面包括下述的溝槽尺寸、特性和工作條件。


圖1是點滴噴射組件的示意圖。
圖2是噴嘴板的透視圖，圖2A是圖2中區(qū)域A的放大圖。
圖3-3C是示出點滴噴射的沿著圖2A的3-3的噴嘴的橫截面圖。
具體實施例方式
參照圖1，噴墨設備10包括含有墨12的貯存器11和從貯存器11到壓力室14的通道13。致動器15(例如，壓電換能器)覆蓋壓力室14。致動器可操作為迫使墨從壓力室14通過通向噴嘴板18中的噴嘴開口17的通道16，以使墨滴19將從噴嘴17朝向基底20噴射。在操作期間，噴墨設備10和基底20可以相對于彼此運動。例如，基底可以是在輥22與23之間運動的連續(xù)的薄片(web)。通過有選擇地將點滴從噴嘴板18中的噴嘴17的陣列噴出，期望的圖像產(chǎn)生在基底20上。
當系統(tǒng)不噴射點滴時，噴墨設備還控制接近噴嘴開口的墨彎月面處的工作壓力。彎月面壓力的變化可能引起點滴體積或速度的變化，而這可能導致打印錯誤和液體流出。在所示出的實施例中，壓力控制由向貯存器11中墨12上方的頂部空間(head space)9施加真空的真空源30(例如，機械泵)提供。真空通過墨與噴嘴開口17連通，以防止墨在重力的作用下通過噴嘴開口滴落?？刂破?2(例如，計算機控制器)監(jiān)測貯存器11中墨上方的真空，并調(diào)節(jié)源30保持貯存器中的期望真空。在其它實施例中，真空源這樣來提供，即將貯墨器設置在噴嘴開口的下面，以在接近噴嘴開口處制造真空。墨液面監(jiān)測器(未示出)檢測墨的液面(level of ink)，該液面隨著打印操作期間墨的消耗而下降，從而增加噴嘴處的真空。控制器監(jiān)測墨液面，并且當墨下降到期望液面之下時從散裝容器補充貯存器，以將真空保持在期望的操作范圍內(nèi)。在其它實施例中，貯存器位于噴嘴之下足夠遠，使得彎月面的真空克服噴嘴中的毛細力，并可以對墨加壓以保持接近噴嘴開口處的彎月面。在一些實施例中，真空保持在約0.5到約10英寸水。
參照圖2-2A，噴嘴板部分40包括多個形成在基本是平面的基底41中的噴嘴開口42。同樣也是形成在基底41中并接近每個噴嘴開口42的是溝槽44形式的清理結構。溝槽44控制墨在噴嘴板上的分散，而這可能影響噴嘴的性能。例如，在噴墨期間，墨可能停止而積聚在噴嘴板上。經(jīng)過一段時間，墨可能形成引起打印錯誤的糊狀物(puddle)。例如，噴嘴開口邊緣附近的糊狀物可能影響所噴出的點滴的軌跡、速度或體積。此外，糊狀物可能會變得足夠大，以至于其滴落到打印基底20上，從而導致外來的痕跡。糊狀物還可能從噴嘴板40的表面突出得足夠遠以至于打印基底20與之接觸，從而導致打印基底20上的污點。溝槽44收集、定位并引導廢墨。具體參照圖2A，溝槽44完全圍繞位于平臺區(qū)域43中心的每個噴嘴開口42。溝槽44由從溝槽44發(fā)散的徑向溝槽46和48連接，從而在噴嘴板上形成引導并保持分散流體的連接溝槽的網(wǎng)絡。
具體參照圖3，示出點滴噴射之前的具有相鄰的溝槽44的噴嘴開口42。參照圖3A和3B，廢墨38沉積在平臺區(qū)域43上，并被毛細力吸入溝槽44中。參照圖3C，廢墨38在溝槽44的作用下被容納并圍繞噴嘴開口42分布。在遇到徑向溝槽46或48時，墨運動到由徑向溝槽所確定的空間中，然后在毛細作用下徑向離開噴嘴開口42，并進入引導并保持分散流體的連接溝槽的網(wǎng)絡中(參見圖2)。當噴嘴板垂直定向時，廢墨在重力和毛細作用的影響下宏觀地沿單一方向運動通過溝槽網(wǎng)絡。當噴嘴板水平定向時，可以使用真空源或管芯材料將墨從溝槽中去除。
溝槽的間距、尺寸和取向選擇成用于控制廢墨。在一些實施例中，從溝槽邊緣到噴嘴開口邊緣的間距S處于噴嘴寬度WN的約20％或更大(例如，30％或更大)與約五倍噴嘴寬度或更小(例如，三倍噴嘴寬度或更小)之間。溝槽的寬度WC和深度D選擇成用于防止墨過度集中在噴嘴表面上，并允許流體在毛細力的作用下被吸入由溝槽所確定的空間中并被保持。在一些實施例中，溝槽寬度在約兩倍噴嘴寬度或更小與噴嘴寬度的約10％或更大之間。在特定的實施例中，溝槽寬度WC為例如約100微米或更小，例如5-20微米，溝槽深度D為例如約2-10微米或更大，例如50微米。在一些實施例中，噴嘴寬度WN為例如約200微米或更小，例如25-100微米，從噴嘴開口到溝槽邊緣的間距S為例如40微米或更大，例如100微米。在一些實施例中，噴嘴節(jié)距為約25噴嘴/英寸或更大，例如約300噴嘴/英寸，墨滴體積為約1-70pL，并且流體由壓電致動器加壓。在一些實施例中，噴射流體具有約1-40厘泊的粘度和約20-50dynes/cm的表面張力。在一些實施例中，噴射流體是墨。在一些實施例中，溝槽可包括管芯材料和/或不潤濕的涂層(例如，特氟綸(TEFLON)含氟聚合物)可以涂覆到噴嘴與溝槽之間的噴嘴板表面。溝槽網(wǎng)絡也可以與真空源(未示出)連通。廢墨可以返回到主墨供給裝置或單獨的抽吸系統(tǒng)中。在一些實施例中，溝槽的取向是圓形的。在其它實施例中，溝槽的取向是曲折的。
上述任一個實施例中的溝槽和/或噴嘴開口可以通過機加工、電鑄、激光消融以及化學或等離子蝕刻來形成。溝槽還可以通過模制來形成，例如注塑模制的塑料溝槽。在一些實施例中，溝槽、噴嘴開口和壓力室可以形成在共同主體中。該主體可以是金屬、碳或諸如硅材料的可蝕刻材料，例如硅或二氧化硅。使用蝕刻技術形成打印頭部件在2002年7月3日提交的美國No.10/189,947和2003年10月10日提交的美國No.60/510,459中進一步描述，這里將其全部公開的內(nèi)容引作參考。
這些溝槽可以與諸如2003年12月30日提交的美國No.10/749,829中描述的孔、2003年12月30日提交的美國No.10/749,622中描述的井和/或2003年12月30日提交的美國No.10/749,816中描述的突出部的其它廢流體控制部件結合使用。例如，一系列突出部可以包括在接近溝槽的噴嘴表面上。
在一些實施例中，可以利用該點滴噴射系統(tǒng)噴射除了墨以外的流體。例如，沉積的點滴可以是UV或其它射線可處理的材料，或者是能夠以點滴形式運送的其它材料，例如化學或生物流體。例如，所描述的設備可以是精確劑量分配器的一部分。致動器可以是電動機械或熱的致動器。清理結構可以與清理流體施加到噴嘴板并將其擦拭干凈的人工或自動清洗和擦拭系統(tǒng)結合使用。清理結構可以收集除了所噴出的廢墨以外的清理流體和碎屑。
其它實施例也處于所附權利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種點滴噴射器，包括流動路徑，在該流動路徑中，流體被加壓以從形成在基本是平的基底中的噴嘴開口中噴射點滴，以及接近所述噴嘴開口形成在基底中的通道，該通道與所述噴嘴開口隔開一距離，該距離為噴嘴寬度的約20％或更大。
2.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述噴嘴開口被所述溝槽圍繞。
3.如權利要求2所述的點滴噴射器，其中，所述溝槽為圓形。
4.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述溝槽從所述噴嘴開口徑向延伸。
5.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述溝槽的寬度為大約兩倍的噴嘴開口寬度或更小。
6.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述溝槽的寬度為約100微米或更小。
7.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述溝槽的深度為從約2微米到約50微米。
8.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述基底是硅材料。
9.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述平基底包括多個噴嘴開口和接近噴嘴開口的溝槽。
10.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，所述噴嘴開口的寬度為約200微米或更小。
11.如權利要求1所述的點滴噴射器，其中，其包括壓電致動器。
12.一種流體噴射的方法，包括提供點滴噴射器，該點滴噴射器包括流動路徑，在該流動路徑中，流體被加壓以通過形成在基底中的噴嘴開口進行噴射，以及接近所述噴嘴開口形成在基底中的通道，該通道與所述噴嘴開口隔開一距離，該距離為噴嘴寬度的約20％或更大；提供流體，該流體在毛細力的作用下被傳送到由所述溝槽所確定的空間中，以及通過給所述流動路徑中的所述流體加壓，將所述流體噴射通過所述噴嘴開口。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述流體的表面張力為約20-50dynes/cm。
14.如權利要求12所述的方法，其中，所述流體的粘度為約1-40厘泊。
全文摘要
點滴噴射器包括接近噴嘴開口用于控制流體流動的溝槽。
文檔編號B41J2/045GK1914037SQ200480041390
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權日2003年12月30日
發(fā)明者約翰·C·巴特頓, 安德烈亞斯·比布爾, 保羅·A·霍伊辛頓, 史蒂文·H·巴斯 申請人:迪馬蒂克斯股份有限公司