專利名稱：流體噴射裝置以及檢測流體噴射裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種流體噴射裝置，特別關于一種可測量溫度并可檢測流體回填是否異常的流體噴射裝置。
先前技術微流體噴射裝置應用在噴墨打印機或相關接口設備時，多以熱氣泡(thermal bubble)或壓電材料(piezoelectric material)作為驅(qū)動流體噴射的機制。以熱驅(qū)式噴墨打印機而言，如何感測噴墨芯片的溫度，并使噴墨芯片保持在一適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，借以提高噴墨質(zhì)量并延長使用壽命，為一重要的課題。
基于上述需求，不同類型的溫度測量方式已先后提出如美商利盟公司在美國專利US Pat.No.6,357,863中公開了一種具有加熱器的噴墨芯片，此外國內(nèi)工研院(ITRI)所提出的另一美國專利US Pat.No.6,382,773則公開一種測量噴墨芯片上加熱區(qū)域溫度的方法。在前案US Pat.No.6,357,863中，由于受限于傳感器排列的位置，故難以真實地反應加熱區(qū)域的溫度；此外，在US Pat.No.6,382,773中所公開的方法，雖可用于測量每一加熱器附近的溫度，但是由于測量組件直接設置于加熱器下方，其線路布局會破壞原先平坦的加熱區(qū)域，恐有影響流體噴射效率之虞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種流體噴射裝置，包括一基材、一歧管以及多個流體噴射單元，其中上述歧管由基材所形成。所述每一流體噴射單元包括一噴孔層、一流體腔、一流道、一噴孔、一加熱器以及一溫度傳感器。所述噴孔層設置于基材上，流體腔與流道形成于基材與噴孔層之間，其中流道連接流體腔與歧管。所述噴孔設置于噴孔層，并與流體腔相通。所述加熱器設置于噴孔層外側表面且鄰近噴孔，用以加熱流體腔并驅(qū)使流體由噴孔射出。所述溫度傳感器設置于噴孔層外側表面，且大致位于流道中央位置，用以測量流道附近的溫度。
在一優(yōu)選實施例中，所述流體噴射單元中的流道長度不同。
在一優(yōu)選實施例中，所述溫度傳感器連接一感測電路，當溫度傳感器其中之一所測量到的上升溫度超出一預設范圍，且溫度傳感器測量到流道中長度最長者的上升溫度大于流道中長度最短者的上升溫度時，感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。
在一優(yōu)選實施例中，所述加熱器產(chǎn)生氣泡于流體腔中，并借由氣泡迫使流體由噴孔射出。
在一優(yōu)選實施例中，所述流體噴射裝置為一整體結構。
在一優(yōu)選實施例中，所述溫度傳感器為一熱敏電阻式溫度傳感器。
本發(fā)明還提供一種流體噴射裝置，包括一基材、一歧管、M個流體噴射單元以及m個溫度傳感器，其中歧管由基材所形成。上述M個流體噴射單元分布于流體噴射裝置中的N個區(qū)塊，其中M＞N。每一流體噴射單元包括一噴孔層、一流體腔、一噴孔、一加熱器以及一流道，上述噴孔層設置于基材上，流體腔與流道形成于基材以及噴孔層之間，其中流道連接流體腔與歧管。上述噴孔設置于噴孔層，并與流體腔相通。上述加熱器設置于噴孔層外側表面且鄰近噴孔，用以加熱流體腔并驅(qū)使流體由噴孔射出。特別地是，所述M個流道具有m種不同長度，其中M＞m。此外，所述m個溫度傳感器分別對應地設置于m個流體噴射單元當中的m個流道上，其中設有溫度傳感器的m個流道的長度各不相同。
在一優(yōu)選實施例中，所述每一溫度傳感器設置于噴孔層外側表面，且大致位于流道中央位置，用以測量流道附近的溫度。
在一優(yōu)選實施例中，所述溫度傳感器連接一感測電路，當溫度傳感器其中之一所測量到的上升溫度超出一預設范圍，且溫度傳感器測量到流道中長度最長者的上升溫度大于流道中長度最短者的上升溫度時，感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。
在一優(yōu)選實施例中，在設有溫度傳感器的m個流道當中最長者設置于所述區(qū)塊當中距離流體噴射裝置中心最遠者。
在一優(yōu)選實施例中，在設有溫度傳感器的m個流道當中最短者設置于所述區(qū)塊當中距離流體噴射裝置中心最近者。
在一優(yōu)選實施例中，設有溫度傳感器的m個流體噴射單元分布于N個區(qū)塊當中，且m≥N。
在一優(yōu)選實施例中，所述溫度傳感器系集中設置于所述N個區(qū)塊其中之一。
在一優(yōu)選實施例中，所述加熱器產(chǎn)生氣泡于流體腔中，借以迫使流體由噴孔射出。
在一優(yōu)選實施例中，所述流體噴射裝置為一整體結構。
在一優(yōu)選實施例中，所述溫度傳感器為一熱敏電阻式溫度傳感器。
本發(fā)明還提供一種檢測流體噴射裝置的方法，上述體噴射裝置包括一歧管以及M個流體噴射單元，其中M個流體噴射單元分布于N個區(qū)塊，且每一流體噴射單元包括一流體腔、一噴孔以及一流道，上述噴孔與流體腔相通，流道連接流體腔與歧管。此外，所述M個流體噴射單元當中的M個流道具有m種不同長度，所述方法系包括下列步驟(a)分別設置m個溫度傳感器于所述M個流體噴射單元中的m個流道上(M＞m)，其中設有溫度傳感器的m個流道的長度各不相同；(b)針對設有溫度傳感器的流體噴射單元實施流體噴射，并利用溫度傳感器測量m個流道噴射前、后的上升溫度；以及(c)根據(jù)m個溫度傳感器所檢測到的上升溫度判斷流體回填是否異常。
在一優(yōu)選實施例中，在設有溫度傳感器的m個流道當中最長者設置于所述區(qū)塊當中距離流體噴射裝置中心最遠者。
在一優(yōu)選實施例中，在設有溫度傳感器的m個流道當中最短者設置于所述區(qū)塊當中距離流體噴射裝置中心最近者。
在一優(yōu)選實施例中，所述步驟(c)包括當任一溫度傳感器所測量到的上升溫度超出一預設范圍，且溫度傳感器測量到所述流道中最長者的上升溫度大于所述流道中最短者的上升溫度時，則發(fā)出一警告信號表示墨水回填異常。
在一優(yōu)選實施例中，設有溫度傳感器的m個流體噴射單元分散設置于N個區(qū)塊內(nèi)，且m≥N。
在一優(yōu)選實施例中，所述m個溫度傳感器集中設置于所述N個區(qū)塊其中之一。
在一優(yōu)選實施例中，所述流體噴射裝置為一整體結構。
在一優(yōu)選實施例中，所述溫度傳感器為一熱敏電阻式溫度傳感器。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉詳盡實施例并配合附圖做詳細說明。


圖1、圖2是表示本發(fā)明的流體噴射裝置的示意圖；圖3是表示本發(fā)明中第一實施例的示意圖；圖4是表示本發(fā)明中第二實施例的示意圖；圖5是表示本發(fā)明中第三實施例的示意圖；以及圖6是表示本發(fā)明中檢測流體噴射裝置的流程圖。
主要組件符號說明10～基材12～噴孔層14～流體腔15～流道16～歧管18～噴孔20～加熱器E～流體噴射單元F～流體P～流體噴射裝置S～溫度傳感器N1～N16～區(qū)塊S1～S19～溫度傳感器具體實施方式

首先請參閱圖1，本發(fā)明的流體噴射裝置例如為一整體結構的噴墨芯片(monolithic ink jet chip)，其主要包括一基材10、一歧管16以及多個流體噴射單元E，上述歧管16由基材10所形成。如圖1所示，每一個流體噴射單元E包括一噴孔層12(nozzle plate)、一流體腔14、一流道15、一噴孔18、兩個加熱器20以及一溫度傳感器S，其中流體腔14與流道15形成于基材10與噴孔層12之間，流道15連接流體腔14與歧管16，噴孔18則設置于噴孔層12上，并與流體腔14相通。
如圖所示，所述兩個加熱器20位于噴孔層12外側表面且鄰近噴孔18，通過加熱器20對流體腔14加熱可產(chǎn)生雙氣泡，進而迫使流體F由噴孔18噴出。特別地是，所述溫度傳感器S例如為一熱敏電阻式溫度傳感器，用以測量加熱器20以及流道15附近的溫度，由于溫度傳感器S設置于噴孔層12外側表面，因此可精確地測量溫度而不致影響加熱器20的操作與流體F的運動。
當流體F實施噴射后而流體腔14內(nèi)發(fā)生流體回填不足的情形時，加熱器20所產(chǎn)生的熱能大部分會經(jīng)由噴孔層12擴散而發(fā)生類似「空燒」的效應，此時溫度傳感器S會測得較高的上升溫度。有鑒于此，本發(fā)明是利用溫度傳感器S測量各流道15附近的溫度，同時根據(jù)每個溫度傳感器S所測得的溫度數(shù)據(jù)，判斷各流體腔14內(nèi)是否發(fā)生流體回填不足的異常狀況。
接著請參閱圖2，對于一噴墨打印裝置而言，為了精確地控制不同流體噴射單元E落于紙張的墨點位置，一般噴墨芯片的設計大多將各流體噴射單元E中的流道15以長短不一的形式排列(offset nozzles)，如圖2所示，本發(fā)明的流體噴射裝置例如為一具有不同流道長度的噴墨芯片，其中兩相鄰的流體噴射單元E分別具有長、短不同的流道15，且溫度傳感器S位于流道15中央位置，借以精確地測量流道15附近的溫度。
于圖2中，當加熱器20分別對兩個流體腔14加熱一段時間后，流道15長度較長者的上升溫度ΔTa小于流道15長度較短者的上升溫度ΔTb，亦即ΔTa＜ΔTb，其中Ta與Tb分別表示圖2中長、短流道15在加熱器20加熱后所上升的溫度。根據(jù)溫度傳感器S與流道15長度的對應關系，本發(fā)明針對一具有M個流體噴射單元E，且流道長度有m種尺寸的流體噴射裝置，借由設置m個溫度傳感器S測量部分流道15的溫度，以作為M個噴孔/加熱區(qū)的溫度檢測依據(jù)，其中M＞m。有關本發(fā)明詳細實施方式公開如下請參閱圖3，該圖是本發(fā)明中第一實施例的示意圖。如圖所示，在本實施例中的流體噴射裝置P例如為一噴墨芯片，此一噴墨芯片包括300個流體噴射單元，其中300個流體噴射單元包括有19種不同長度的流道。特別地是，所述300個流體噴射單元以一特定的排列方式分布于16個區(qū)塊N1～N16，其中每一區(qū)塊內(nèi)具有18至19個不同長度流道的流體噴射單元(部分區(qū)塊僅具有18個流體噴射單元)。
假設流體噴射單元的總數(shù)為M、不同長度的流道種類數(shù)為m，區(qū)塊總數(shù)為N，亦即M＝300、m＝19、N＝16，其中M＞m≥N。然而，上述M、N、m的個數(shù)依據(jù)不同型式的噴墨芯片設計而有所不同。有鑒于流體噴射單元的總數(shù)頗多，本發(fā)明其中一主要目的是僅利用單一傳感器測量一種特定長度流道的溫度變化，由于相同長度的流道溫度在正常操作情況下亦大致相同，因此可根據(jù)單一傳感器所測量到的溫度數(shù)值推及其余該種特定長度流道的溫度變化，借以簡化機構設計與數(shù)據(jù)處理量。
如圖3所示，根據(jù)所述流體噴射單元的配置方式，在本實施例中針對19種長度不同的流道分別對應地設置19個溫度傳感器S1～S19，且上述溫度傳感器S1～S19可集中設置于N1～N16當中的任一區(qū)塊Ni內(nèi)(如圖3所示)。借由將所述溫度傳感器S1～S19集中排列于同一區(qū)塊Ni，各傳感器間的訊號線路長度可較為接近，因此訊號線路對每個傳感器所造成的噪聲影響(例如寄生電阻效應)亦可較為一致，以減少測量上的誤差。
如前所述，本案的特征在于將溫度傳感器S1～S19分別對應地設置于19種長度不同的流道上，借以監(jiān)控各種不同長度流道的溫度變化，其中溫度傳感器S1～S19可設置于同一區(qū)塊，然而亦可分散地設置于N1～N16中的不同區(qū)塊內(nèi)。接著請參閱圖4，該圖表示本發(fā)明中第二實施例的示意圖。在本實施例中，不僅將溫度傳感器S1～S19分別對應地設置于19種不同長度的流道上，此外溫度傳感器S1～S19平均地設置于各個區(qū)塊N1～N16內(nèi)。
在圖4中示出，借由將溫度傳感器S1～S19平均地設置于各個區(qū)塊內(nèi)，不僅可用以監(jiān)控各種不同長度流道的溫度變化，同時可適度地反映出不同區(qū)塊內(nèi)的流道溫度是否異常。由于本發(fā)明可同時地監(jiān)控各種不同長度流道與每個區(qū)塊內(nèi)的溫度變化，且不需要一對一地針對每個流道設置溫度傳感器，因此可大幅地簡化機構設計與數(shù)據(jù)處理量，進而降低制造成本。
此外，由在本實施例中的溫度傳感器有19個，但是區(qū)塊數(shù)量僅16個，因此可將多余的溫度傳感器S17～S19設置于區(qū)塊N1～N16中的任三個區(qū)塊內(nèi)(例如N1～N3)，只是所述溫度傳感器S1～S19的配置仍須個別地對應于19種不同長度的流道，以利于同時監(jiān)控各種不同長度流道的溫度變化。
接著再請參閱圖5，該圖表示本發(fā)明中第三實施例的示意圖。與所述第二實施例不同之處在于本實施例中的溫度傳感器S1設置于靠近流體噴射裝置P邊緣的區(qū)塊N1(或區(qū)塊N2、N15、N16中的任一區(qū)塊)當中的最長流道處，此外溫度傳感器S19則設置于靠近流體噴射裝置P中心位置的區(qū)塊N7(或區(qū)塊N8、N9、N10中的任一區(qū)塊)當中的最短流道處。其中，所述溫度傳感器S1、S19分別對應地設置于19種不同長度的流道當中最長以及最短的流道。
本實施例在實際應用時，可搭配打印機系統(tǒng)作如圖6的檢測流程在打印進行前，系統(tǒng)先對每個設有溫度傳感器S1～S19的流體噴射單元進行一定數(shù)量的墨點噴射，繼而得到各傳感器的噴射前后的溫差ΔT1～ΔT19。接著可將溫差數(shù)值ΔT1～ΔT19進行分析比對，若此時各測量數(shù)據(jù)均落于合理溫度變化范圍時(Tmin≤ΔT1～ΔT19≤Tmax)，則表示流體噴射裝置可正常地進行噴射打印動作；反之，若測量數(shù)據(jù)超出合理溫度變化范圍，則再比對ΔT1與ΔT19，若ΔT1＞ΔT19則判斷為墨水回填異常而必須更換墨盒，此時連接于溫度傳感器S1～S19的一感測電路(未圖標)會傳遞一警告訊號至一處理器(未圖示)。然而，若發(fā)生測量數(shù)據(jù)超出合理溫度變化范圍，但傳感器S1的升溫幅度ΔT1仍低于傳感器S19的升溫幅度ΔT19，亦即ΔT1≤ΔT19，此時則需重復所述檢測步驟后再行判斷。由于ΔT1在正常情況下應較ΔT19更低，因此當升溫幅度ΔT1＞ΔT19時則應屬異常狀況，其可能為流體回填不足而必須更換墨盒。
本發(fā)明主要提供一種微流體噴射裝置，借由在不同長度的流道上設置溫度傳感器，可用以測量流體噴射芯片上的局部溫度，且不會影響流體噴射的效果。此外，本發(fā)明不必一對一地在每一個流道上設置溫度傳感器，而僅需針對不同長度的流道分別設置一個溫度傳感器即可，因此具有簡化結構與數(shù)據(jù)處理量的優(yōu)點。
綜上所述，本發(fā)明的流體噴射裝置不僅具有溫度檢測的功能，同時可監(jiān)控流體回填是否異常，因此可提供優(yōu)選的噴射質(zhì)量并可延長使用壽命，特別適用于噴墨打印設備中。舉例而言，本發(fā)明可應用的領域如噴墨打印機(inkjet printer)、傳真機或多功能事務機(MFP)，此外亦可應用于燃料噴射系統(tǒng)(fuel injection system)或藥劑注射系統(tǒng)(drug delivery system)等相關領域中。
通過本發(fā)明雖以詳盡的實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何業(yè)內(nèi)人士，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種流體噴射裝置，包括一基材；一歧管，由該基材所形成；多個流體噴射單元，其中每一該流體噴射單元包括一噴孔層，設置于該基材上；一流體腔，形成于該基材以及該噴孔層之間；一流道，形成于該基材以及該噴孔層之間，連接該流體腔與該歧管；一噴孔，位于該噴孔層，并與該流體腔相通；一加熱器，設置于該噴孔層外側表面且鄰近該噴孔，用以加熱該流體腔并驅(qū)使該流體由該噴孔射出；以及一溫度傳感器，設置于該噴孔層外側表面，且大致位于該流道中央位置，用以測量該流道附近的溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體噴射單元中的所述流道長度不同。
3.根據(jù)權利要求2所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述溫度傳感器連接一感測電路，當所述溫度傳感器其中之一所測量到的上升溫度超出一預設范圍，且所述溫度傳感器測量到所述流道中長度最長者的上升溫度大于所述流道中長度最短者的上升溫度時，該感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。
4.根據(jù)權利要求1所述的流體噴射裝置，其特征在于，該加熱器產(chǎn)生氣泡于該流體腔中，并借由該氣泡迫使該流體由該噴孔射出。
5.根據(jù)權利要求1所述的流體噴射裝置，其特征在于，該流體噴射裝置為一整體結構。
6.根據(jù)權利要求1所述的流體噴射裝置，其特征在于，該溫度傳感器為一熱敏電阻式溫度傳感器。
7.一種流體噴射裝置，包括一基材；一歧管，由該基材所形成；M個流體噴射單元，分布于流體噴射裝置中的N個區(qū)塊，其中M＞N，且每一該流體噴射單元包括一噴孔層，設置于該基材上；一流體腔，形成于該基材以及該噴孔層之間；一噴孔，位于該噴孔層，并與該流體腔相通；一加熱器，設置于該噴孔層外側表面且鄰近該噴孔，用以加熱該流體腔并驅(qū)使該流體由該噴孔射出；一流道，形成于該基材以及該噴孔層之間，連接該流體腔與該歧管，其中M個所述流道系具有m種不同長度，且M＞m；以及m個溫度傳感器，分別設置于m個所述流體噴射單元當中的m個所述流道上，其中設有所述溫度傳感器的m個所述流道的長度各不相同。
8.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，每一該溫度傳感器設置于該噴孔層外側表面，且大致位于該流道中央位置，用以測量該流道附近的溫度。
9.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述溫度傳感器連接一感測電路，當所述溫度傳感器其中之一所測量到的上升溫度超出一預設范圍，且所述溫度傳感器測量到所述流道中長度最長者的上升溫度大于所述流道中長度最短者的上升溫度時，該感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。
10.根據(jù)權利要求9所述的流體噴射裝置，其特征在于，在設有所述溫度傳感器的m個所述流道當中最長者位于所述區(qū)塊當中距離該流體噴射裝置中心最遠者。
11.根據(jù)權利要求10所述的流體噴射裝置，其特征在于，在設有所述溫度傳感器的m個所述流道當中最短者設置于所述區(qū)塊當中距離該流體噴射裝置中心最近者。
12.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，設有所述溫度傳感器的m個所述流體噴射單元分布于N個所述區(qū)塊當中，且m≥N。
13.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述溫度傳感器集中設置于所述區(qū)塊其中之一。
14.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，該加熱器產(chǎn)生氣泡于該流體腔中，借以迫使該流體由該噴孔射出。
15.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，該流體噴射裝置為一整體結構。
16.根據(jù)權利要求7所述的流體噴射裝置，其特征在于，該溫度傳感器為一熱敏電阻式溫度傳感器。
17.一種檢測流體噴射裝置的方法，該流體噴射裝置包括一歧管以及M個流體噴射單元，所述流體噴射單元分布于N個區(qū)塊，其中每一該流體噴射單元包括一流體腔、一噴孔以及一流道，該噴孔與該流體腔相通，該流道連接該流體腔與該歧管，且M個所述流體噴射單元當中的M個所述流道系具有m種不同長度，該方法包括下列步驟(a)分別設置m個溫度傳感器于M個所述流體噴射單元中的m個所述流道上(M＞m)，其中設有所述溫度傳感器的m個所述流道的長度各不相同；(b)針對設有所述溫度傳感器的所述流體噴射單元實施流體噴射，并利用所述溫度傳感器測量m個所述流道噴射前、后的上升溫度；以及(c)根據(jù)m個所述溫度傳感器所檢測到的上升溫度判斷該流體回填是否異常。
18.根據(jù)權利要求17所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，在設有所述溫度傳感器的m個所述流道當中最長者位于所述區(qū)塊當中距離該流體噴射裝置中心最遠者。
19.根據(jù)權利要求18所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，在設有所述溫度傳感器的m個所述流道當中最短者設置于所述區(qū)塊當中距離該流體噴射裝置中心最近者。
20.根據(jù)權利要求19所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，步驟(c)包括當任一所述溫度傳感器所測量到的上升溫度超出一預設范圍，且所述溫度傳感器測量到所述流道中最長者的上升溫度大于所述流道中最短者的上升溫度時，則發(fā)出一警告信號表示墨水回填異常。
21.根據(jù)權利要求17所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，設有所述溫度傳感器的m個所述流體噴射單元系分散設置于N個所述區(qū)塊內(nèi)，且m≥N。
22.根據(jù)權利要求17所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，m個所述溫度傳感器集中設置于所述區(qū)塊其中之一。
23.根據(jù)權利要求17所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，該流體噴射裝置為一整體結構。
24.根據(jù)權利要求17所述的檢測流體噴射裝置的方法，其特征在于，該溫度傳感器為一熱敏電阻式溫度傳感器。
全文摘要
一種流體噴射裝置，包括一基材、一歧管以及多個流體噴射單元，其中上述歧管由基材所形成。所述每一流體噴射單元包括一噴孔層、一流體腔、一流道、一噴孔、一加熱器以及一溫度傳感器。噴孔層設置于基材上，流體腔與流道形成于基材與噴孔層之間，其中流道連接流體腔與歧管。所述噴孔設置于噴孔層，并與流體腔相通。所述加熱器設置于噴孔層外側表面且鄰近噴孔，用以加熱流體腔并驅(qū)使流體由噴孔射出。所述溫度傳感器設置于噴孔層外側表面，且大致位于流道中央位置，用以測量流道附近的溫度。
文檔編號B41J2/125GK1994745SQ200610005729
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權日2006年1月6日
發(fā)明者周忠誠 申請人:明基電通股份有限公司