流體循環(huán)的制作方法
【專利摘要】除其它方面外描述了一種用于流體噴射的設(shè)備。設(shè)備包括打印頭，其包括具有第一和第二端部的流路和與該流路連通的噴嘴。設(shè)備還包括與流路第一端部流體聯(lián)接的第一容器、與流路第二端部流體聯(lián)接的第二容器和控制器。第一容器具有第一可控內(nèi)部壓力，第二容器具有第二可控內(nèi)部壓力?？刂破鞲鶕?jù)第一和第二模式控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力，以在第一和第二容器之間通過(guò)打印頭中的流路具有流體流。在任一模式下，在噴嘴噴射時(shí)，沿著流路流動(dòng)的至少一部分流體被輸送到噴嘴。第一模式具有比第二內(nèi)部壓力更高的第一內(nèi)部壓力，第二模式具有比第一內(nèi)部壓力更高的第二內(nèi)部壓力。流體根據(jù)第一模式從第一容器流向第二容器，并根據(jù)第二模式從第二容器流向第一容器。
【專利說(shuō)明】流體循環(huán)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及在流體噴射器中的流體循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]噴墨打印機(jī)通常包括從供墨器件到墨噴嘴組件的墨水通道，墨噴嘴組件包括從中嗔射墨滴的嗔嘴。通過(guò)在墨水通道中用致動(dòng)器對(duì)墨加壓可以控制墨滴嗔射，其可以是例如壓電偏轉(zhuǎn)器、熱氣泡噴墨發(fā)生器或者靜電偏轉(zhuǎn)元件。典型的打印頭具有一行噴嘴，其具有相應(yīng)的墨水通道陣列和相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器，可以獨(dú)立控制來(lái)自每個(gè)噴嘴的墨滴噴射。在所謂的“按需滴定”的打印頭中，每個(gè)致動(dòng)器被觸發(fā)，以選擇性地在圖像的特定像素位置處噴射墨滴，打印頭和打印介質(zhì)相對(duì)于彼此移動(dòng)。
[0003]打印頭可以包括半導(dǎo)體打印頭主體和壓電致動(dòng)器。打印頭主體可以由硅制成，其被蝕刻以限定墨室。噴嘴可以形成在硅主體中，或者由附接至硅主體的單獨(dú)的噴嘴板來(lái)限定。壓電致動(dòng)器可以具有壓電材料層，其響應(yīng)于施加的電壓而改變幾何形狀或彎曲。彎曲壓電層會(huì)在沿著墨水通道定位的泵送腔室中加壓油墨。
[0004]打印精度可以受若干因素影響，包括打印機(jī)中一個(gè)或多個(gè)打印頭的噴嘴所噴出的墨滴大小及速度的均勻性。墨滴大小和滴落速度的均勻性反過(guò)來(lái)受各因素影響，如墨水通道的尺寸均勻性、聲音干擾的影響、油墨流路中的污染以及致動(dòng)器所產(chǎn)生的壓力脈沖的均勻性。在油墨流路中使用一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器可以減少墨流中的污染或雜物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面中，本公開描述了一種用于流體噴射的設(shè)備。該設(shè)備包括打印頭，打印頭包括流路和與流路連通的噴嘴。流路具有第一端部和第二端部。該設(shè)備還包括與流路的第一端部流體地聯(lián)接的第一容器、與流路的第二端部流體地聯(lián)接的第二容器和控制器。第一容器具有第一可控內(nèi) 部壓力，并且第二容器具有第二可控內(nèi)部壓力?？刂破鞲鶕?jù)第一模式和第二模式控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力，以通過(guò)打印頭中的流路在第一容器和第二容器之間具有流體流。在任一模式下，在噴嘴噴射時(shí)，沿著流路流動(dòng)的流體的至少一部分被輸送到噴嘴。第一模式具有比第二內(nèi)部壓力高的第一內(nèi)部壓力，并且第二模式具有比第一內(nèi)部壓力高的第二內(nèi)部壓力。流體根據(jù)第一模式從第一容器流向第二容器，并根據(jù)第二模式從第二容器流向第一容器。
[0006]實(shí)現(xiàn)方式可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。流體從第一容器流向噴嘴的方向與流體從第二容器流向噴嘴的方向相反。第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力兩者均比大氣壓力低。第一內(nèi)部壓力與第二內(nèi)部壓力之間的差比大氣壓力與第一內(nèi)部壓力或第二內(nèi)部壓力之間的差大。當(dāng)噴嘴噴射時(shí)，控制器將第一容器和第二容器之間的流體流的速率控制為高于從第一容器或第二容器輸送到噴嘴的流體的速率。在給定的時(shí)間周期內(nèi)，在第一容器和第二容器之間流動(dòng)的流體的量是在打印頭噴射流體時(shí)由打印頭噴射的流體的量的至少10倍。通過(guò)流路的流體流的速率為從噴嘴噴射的流體小滴的速度的約5%或以下。該設(shè)備還包括傳感器，用于感測(cè)第一容器和第二容器中的每個(gè)的流體水平。當(dāng)?shù)诙萜髦械谋桓袦y(cè)的流體水平低于預(yù)定值時(shí)，控制器控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力處于第一模式下。當(dāng)?shù)谝蝗萜髦械谋桓袦y(cè)的流體水平低于預(yù)定值時(shí)，控制器控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力處于第二模式下。第一容器處于第一腔室中，并且第二容器處于第二腔室中，第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空氣。第一腔室和第二腔室均連接到真空源，以提供對(duì)第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力的調(diào)節(jié)。在噴嘴的上游，流路例如沿著流體流動(dòng)的路徑測(cè)量為約I微米至約30微米。第一容器和第二容器是獨(dú)立的流體貯存器。第一容器和第二容器被安裝在可連接到打印頭的殼體上。殼體和打印頭之間的連接可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換，在第一狀態(tài)下，第一容器和第二容器與流路流體連通；在第二狀態(tài)下，第一容器和第二容器與流路流體地?cái)嚅_。
[0007]在另一方面中，本公開提供了一種用于流體噴射的方法。該方法包括:在第一方向上沿著打印頭中的流路以受控的流速將流體從第一容器輸送到第二容器；以及在與第一方向相反的第二方向上沿著打印頭中的流路以受控的流速將流體從第二容器輸送到第一容器。當(dāng)噴嘴噴射流體時(shí)，將流路中流動(dòng)的流體的一部分輸送到與流路連通的噴嘴。當(dāng)噴嘴噴射流體時(shí)，將流路中流動(dòng)的流體的一部分輸送到與流路連通的噴嘴。
[0008]實(shí)現(xiàn)方式可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。流體從第一容器流向噴嘴的方向與流體從第二容器流向噴嘴的方向相反。使第一容器的內(nèi)部壓力與第二容器的內(nèi)部壓力之間的壓力差得以維持。將第一容器和第二容器的每個(gè)內(nèi)部壓力維持為低于大氣壓力。將第一容器和第二容器的任一內(nèi)部壓力與大氣壓力之間的壓力差維持為小于第一容器的內(nèi)部壓力與第二容器的內(nèi)部壓力之間的壓力差。第一容器和第二容器是柔性的，并且通過(guò)向柔性的第一容器和第二容器的外表面施加不同的壓力使壓力差得以維持。感測(cè)第一容器和第二容器中的流體水平，并且基于被感測(cè)的流體水平從第一方向和第二方向中選擇流體輸送方向。在選定的方向上輸送流體包括:調(diào)節(jié)第一容器和第二容器的內(nèi)部壓力。受控的流速為由噴嘴噴射的流體小滴的速度的約5%或以下。
[0009]在又一方面中，本公開提供了一種用于流體噴射的設(shè)備。該設(shè)備包括:打印頭，打印頭包括流路和與流路連通的噴嘴，流路具有第一端部和第二端部；第一容器，第一容器與流路的第一端部流體地聯(lián)接，第一容器具有第一可控內(nèi)部壓力；第二容器，第二容器與流路的第二端部流體地聯(lián)接，第二容器具有第二可控內(nèi)部壓力；以及控制器，控制器用于控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力，以通過(guò)打印頭中的流路在第一容器和第二容器之間具有流體流。在噴嘴噴射時(shí)，沿著流路流動(dòng)的流體的至少一部分被輸送到噴嘴，第一內(nèi)部壓力高于第二內(nèi)部壓力。
[0010]實(shí)現(xiàn)方式可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。流體從第一容器流向噴嘴的方向與流體從第二容器流向噴嘴的方向相反。第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力兩者均比大氣壓力低。第一容器處于第一腔室中，并且第二容器處于第二腔室中，第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空氣。第一腔室和第二腔室均連接到真空源，以提供對(duì)第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力的調(diào)節(jié)。第一容器和第二容器是獨(dú)立的流體貯存器。在使用之前，第一容器包含流體并且第二容器是空的。
[0011]實(shí)現(xiàn)方式可包括下列一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。具有附接至容納自包含流體的盒的打印頭模塊的組件可以用于測(cè)試操作，如測(cè)試打印。所述盒可以包括兩個(gè)分開的腔室，每個(gè)均包圍能夠向要噴射的打印頭模塊的噴嘴提供流體的流體容器。流體可以在兩個(gè)流體容器之間再循環(huán)，以防止流體沿著系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)流體通路或在噴嘴處干燥。流體中的顆粒可以懸浮地保持在流體中，以保持流體的品質(zhì)。例如，流體可以具有很高的均勻性。另外，沿著流體通路的氣泡可以通過(guò)再循環(huán)流被去除。在流體噴射期間可以執(zhí)行流體再循環(huán)。整個(gè)組件可以在測(cè)試操作之后丟掉，在測(cè)試間歇必須沖洗干凈打印頭模塊得以避免。
[0012]一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的詳情在附圖和下面的說(shuō)明中闡述。根據(jù)說(shuō)明書和附圖并且根據(jù)權(quán)利要求，其它特征和優(yōu)點(diǎn)可以是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是打印系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖1A是在噴嘴中的流體彎月面的示意圖。
[0015]圖2是描述控制器操作的流程圖。
[0016]圖3A是打印系統(tǒng)的透視圖。
[0017]圖3B-3D是打印系統(tǒng)的橫截面圖。
[0018]圖4是打印頭主體的示意透視圖。
[0019]圖5是打印頭主體的橫截面圖。
[0020]圖6是打印頭主體的部分的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]打印頭模塊一般包括具有多個(gè)噴嘴的打印頭主體，多個(gè)噴嘴與外部流體供給器件流體連通，以允許連續(xù)的打印操作。在某些應(yīng)用中，這樣的打印頭模塊是可取的，即:可以使用相對(duì)較小體積的流體有效地操作，例如用于流體檢測(cè)操作。打印頭模塊可以包括為相對(duì)較小體積的打印流體設(shè)計(jì)的流體供給組件，流體供給組件可以附接至打印頭主體。在一些實(shí)施方式中，流體供給組件是非可再填充的流體供給組件，例如單次使用的打印流體供給盒。這樣的裝置在第7，631，962號(hào)美國(guó)專利中描述，在此引入作為參考。
[0022]使用后，打印頭主體和流體供給組件可以被丟棄。例如，當(dāng)測(cè)試不同顏色或品質(zhì)的打印流體時(shí)，每一種類型的流體被容納在流體供給組件中，并使用不用于打印任何其它類型打印流體的打印頭主體來(lái)打印。當(dāng)測(cè)試不同的打印流體時(shí)，沒有必要沖洗干凈流體供給組件或打印頭主體。
[0023]參照?qǐng)D1，用于例如測(cè)試打印的組裝好的系統(tǒng)10(或打印頭模塊10)包括打印頭主體16和流體供給組件12，流體供給組件12例如采用可以附接至打印頭主體16的盒12的形式。流體供給組件12包含兩個(gè)流體容器14a、14b，以將流體供給到打印頭主體16。打印頭主體16的一個(gè)或多個(gè)噴嘴18 (圖中所示只有一個(gè)噴嘴)可以被激活來(lái)噴射流體滴20，以在基板上形成圖案(未示出)。對(duì)該圖案可以進(jìn)行研究，以評(píng)估流體的品質(zhì)、打印的圖像效果或打印頭模塊16的設(shè)計(jì)。
[0024]兩個(gè)流體容器14a、14b每個(gè)都可以是通過(guò)從每個(gè)流體容器14a、14b延伸的流體通路24彼此連通的獨(dú)立的流體貯存器，并穿過(guò)打印頭主體16。在這方面，自包含指的是，在打印操作期間，流體還沒有從流體容器14a、14b之外的源供給到貯存器中。相反，要使用的流體是包含在獨(dú)立的流體容器14a、14b內(nèi)的流體。為方便起見，我們將來(lái)自流體容器14a并在打印頭模塊16之外的流體通路24命名為24a，將來(lái)自流體容器14b并在打印頭模塊16之外的流體通路24命名為24b，在打印頭模塊內(nèi)的流體通路24命名為24c。流體通路24c可以形成在MEMS電路小片(die)(請(qǐng)參閱下面圖5和圖6)中，并位于噴嘴18上游。流體可以通過(guò)流路24在兩個(gè)流體容器14a、14b之間來(lái)回流動(dòng)，以在這兩個(gè)容器之間使流體再循環(huán)。在流動(dòng)過(guò)程中，在需要的時(shí)候例如當(dāng)噴射流體小滴20時(shí)，將一部分流體引導(dǎo)到噴嘴18。由打印頭模塊16噴射的流體可以從流體容器14a、14b之一輸送。
[0025]例如，通過(guò)防止流體在沿著流體通路或接近噴嘴18的任何位置處干燥，流體在兩個(gè)容器14a、14b之間的再循環(huán)(或循環(huán))可以提高打印品質(zhì)。流體中的顆?？梢詰腋〉乇３衷诹黧w中，基本上不會(huì)凝固，以保持流體的例如粘度均勻性的品質(zhì)，和/或避免可能堵塞流體通路或噴嘴的大顆粒。在一些實(shí)施方式中，沿著流體通路24產(chǎn)生的氣泡可以與流體流一起被運(yùn)載，并且例如通過(guò)上升到容器14a、14b中流體的表面而在容器14a、14b處被去除。來(lái)自系統(tǒng)10的測(cè)試打印結(jié)果包含由流體干燥產(chǎn)生的少許產(chǎn)物、氣泡或流體品質(zhì)變化。系統(tǒng)10類似于實(shí)際的打印系統(tǒng)(并非僅用于測(cè)試)，測(cè)試打印結(jié)果可以提供對(duì)正在測(cè)試元件的真實(shí)再現(xiàn)，例如流體的品質(zhì)。
[0026]在組裝好的系統(tǒng)10中，為了防止流體自動(dòng)流出未激活的噴嘴18并控制容器14a、14b之間的流體流(將在下面更詳細(xì)說(shuō)明)，每個(gè)流體容器14a、14b中的流體壓力被控制。在圖1所示的示例中，流體容器14a、14b各包括柔性壁36a、36b，其將盒12的每個(gè)腔室22a、22b中的壓力輸送到位于容器14a、14b內(nèi)的流體。每個(gè)腔室22a、22b包圍各自的流體容器36a、36b。每個(gè)腔室22a、22b內(nèi)的壓力可以使用壓力控制裝置28來(lái)調(diào)節(jié)，壓力控制裝置28例如是通過(guò)開口 30a、30b分別連接到各腔室的一個(gè)或多個(gè)泵或真空源。腔室22a、22b被彼此密封，每個(gè)腔室中的壓力可以由壓力控制裝置28獨(dú)立調(diào)節(jié)。
[0027]在一些實(shí)施方式中，容器14a、14b中的流體量較小，容器14a、14b內(nèi)的流體壓力分別與腔室22a、22b中的流體壓力基本相同。每個(gè)容器14a、14b可以是無(wú)空氣的或處于在將流體填充到容器中之前的真空下。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)10可以使流體容器14a、14b之一填充期望量的流體，例如0.25毫升至10毫升、0.5毫升至3毫升或1.5毫升，而另一流體容器是空的且空氣稀薄。在一些實(shí)施方式中，流體容器14a、14b可以包含一些空氣。在一些實(shí)施方式中，流體容器中包含氣體但不包含氧氣。流體通路24可以被控制為空氣稀薄或無(wú)氧氣?？諝庀”∠到y(tǒng)或無(wú)氧氣系統(tǒng)可以防止空氣或氧氣溶解到流體中影響打印品質(zhì)或流體品質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)10可以在惰性氣氛下組裝。
[0028]每個(gè)容器14a、14b中的流體被維持在選定的負(fù)壓下，例如，-0.5英寸水柱至-20英寸水柱或者-6英寸水柱至-7英寸水柱，這取決于例如孔口或噴嘴18的大小等因素。當(dāng)噴嘴18沒有被激活以噴射小滴20時(shí)，負(fù)壓防止流體自動(dòng)滲出噴嘴18，同時(shí)防止空氣從噴嘴18被吸入到打印頭模塊16中。參照?qǐng)D1和1A，流體中的負(fù)壓平衡了流體源壓力(因流體容器14a、14b相對(duì)于打印頭模塊16的高度位置所產(chǎn)生，它可以是正或負(fù))、毛細(xì)作用和大氣壓力的結(jié)合力，以保持彎月面34位于噴嘴18處的流體一空氣界面上。當(dāng)噴嘴18 (或泵送腔室)被激活時(shí)，彎月面34可以允許流體容易地噴出噴嘴18。在容器14a、14b之間的流循環(huán)期間，而且在從噴嘴18噴出流體期間，流體中的此種負(fù)壓得以維持。在流體噴出期間，在噴嘴18附近(例如，噴嘴18上游以及泵送腔室(未示出)中)的流體壓力可以由例如壓電致動(dòng)器等致動(dòng)器來(lái)改變。[0029]沿著流體通路24的流體流的方向受控于流體容器14a、14b中流體壓力之間的差。例如，當(dāng)容器14a中的流體壓力高于容器14b中的流體壓力時(shí)，流體從容器14a朝向容器14b流動(dòng)(如箭頭32所示)。壓力控制裝置28維持(容器14a、14b中的或打印頭主體16處的)流體負(fù)壓，并且例如同時(shí)在腔室22a、22b內(nèi)的壓力之間產(chǎn)生壓力差。流體流的速率可受壓力差的值和諸如流路24尺寸等其它因素的影響。
[0030]兩個(gè)流體容器之間的再循環(huán)流體的量可以是在給定時(shí)間周期內(nèi)打印主體16所噴出流體最大量的約1/1000至約10倍。基于系統(tǒng)的需要，可以選擇再循環(huán)流體的流速(即，每秒通過(guò)流路24橫截面的再循環(huán)流體量)。在一些實(shí)施方式中，再循環(huán)流體流速與流體噴出量的比例取決于打印占空比或每單位時(shí)間周期噴射噴嘴的百分比，例如，當(dāng)打印以更高的占空比操作時(shí)該比例較低。由于再循環(huán)流體與噴嘴18連通，例如流過(guò)噴嘴18，所以再循環(huán)流體的流速可以控制，以防止影響到例如流體噴出軌跡中的誤差。
[0031]基于期望流速、例如粘度等流體特性、流路24的設(shè)計(jì)以及其它因素可以選擇兩個(gè)流體容器之間的壓力差的值。在一些實(shí)施方式中，基于組件10和流體來(lái)預(yù)先選擇壓力差的值，而壓力差的方向可以動(dòng)態(tài)改變。組件10切換壓力差的方向，以在期望方向上驅(qū)動(dòng)流體流。例如，當(dāng)流體容器14a中的壓力高于流體容器14b中的流體壓力時(shí)，流體從流體容器14a流到流體容器14b。當(dāng)壓力差的方向逆轉(zhuǎn)(即，流體容器14b具有的壓力高于流體容器14a)時(shí)，流動(dòng)方向逆轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施方式中，壓力差的值為約0.1英寸水柱直到100英寸水柱。
[0032]控制器26基于每個(gè)容器14a、14b中的流體水平而確定流體流的方向，并指示壓力控制裝置28在兩個(gè)容器之間形成期望的壓力差來(lái)驅(qū)動(dòng)流體流。在一些實(shí)施方式中，流體水平由分別位于容器14a、14b內(nèi)的流體水平傳感器36a、36b感測(cè)。傳感器36a、36b的不例可以包括接觸流體容器14a、14b的接觸式傳感器。適合使用的其它傳感器(未示出)可以包括可以放置在容器14a、14b外側(cè)的光學(xué)傳感器、近程式傳感器或諸如簧片開關(guān)等磁性傳感器。傳感器36a、36b可以通過(guò)導(dǎo)線(未不出)或無(wú)線地與控制器26通信。在一些實(shí)施方式中，傳感器36a、36b和控制器26由用于通信(例如，數(shù)據(jù)傳遞)的一個(gè)或多個(gè)光纖進(jìn)行連接。
[0033]控制器26可以被程序化，以基于容器14a、14b中的被感測(cè)的流體水平來(lái)存儲(chǔ)用于形成向壓力控制裝置28或其它相關(guān)聯(lián)裝置例如打印頭主體16發(fā)出的指令的標(biāo)準(zhǔn)。例如，標(biāo)準(zhǔn)可以是最低流體水平。在一些存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)下，控制器26可以如圖2所示起作用。當(dāng)從傳感器36a、36b接收50容器14a、14b中的被感測(cè)的流體水平時(shí)，控制器26比較被感測(cè)的流體水平與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)?？刂破?6首先確定52兩個(gè)容器14a、14b中的被感測(cè)的流體水平是否都低于預(yù)定最小水平(PML)。如果是，則控制器26指示54打印頭模塊16停止打印，因?yàn)楸桓袦y(cè)的流體水平表明容器14a、14b中的流體耗盡。此外，控制器26還可以向用戶提供信號(hào)，以表明流體水平較低，并且盒12可以被丟棄或需要重新填充(稍后討論)。壓力控制裝置28也可以被指示停止工作，但是維持負(fù)壓用于噴嘴18處的流體彎月面是可取的，這樣流體不會(huì)泄漏。如果否，則控制器26確定56被感測(cè)的流體水平是否都高于預(yù)定最小水平。如果是，則在兩個(gè)容器14a、14b之間沿著流體通路24的流體流狀態(tài)一例如方向或速率一不需要改變?？刂破?6保持接收50被感測(cè)的流體水平并監(jiān)視流體流。如果否，則控制器26進(jìn)一步確定58流體通路24的當(dāng)前流動(dòng)方向是否從具有較高流動(dòng)水平的容器流向具有較低流動(dòng)水平的容器。如果是，則流體流狀態(tài)不需要改變，并且控制器26保持接收50被感測(cè)的流體流水平并監(jiān)視流體流。如果否，則控制器26指示60壓力控制裝置28逆轉(zhuǎn)兩個(gè)容器14a、14b之間的壓力差，從而逆轉(zhuǎn)流體流方向。
[0034]控制器26也可以以與圖2中描述的不同的方式使用其它標(biāo)準(zhǔn)和功能，以控制兩個(gè)容器14a、14b之間的流體流。當(dāng)系統(tǒng)10被制造或可以由系統(tǒng)10的任何用戶設(shè)定/重新設(shè)定時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)可以被設(shè)定在控制器26里。實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)可以選擇例如需要在系統(tǒng)10中有多少流體以允許打印頭主體16有效地打印，或者有多少流體最初被填充在容器14a、14b中。例如，當(dāng)流體容器之一被完全填充而另一個(gè)被部分地填充時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)(例如，預(yù)定最小水平)是相當(dāng)高的，因?yàn)椴皇撬形挥谕耆顫M的容器中的流體可以循環(huán)到部分填充的容器中。預(yù)定最小水平也可以受到用于感測(cè)兩個(gè)容器14a、14b中油墨水平的傳感器36a、36b的靈敏度和可靠性的影響。預(yù)定最小水平的示例可以是0.1毫升至大約0.2毫升。預(yù)定最小水平也可以是百分比，例如為每個(gè)容器或兩個(gè)容器中總初始流體量的5% -20%。
[0035]控制器26可以與電路一起實(shí)施，例如可編程的微控制器或其它硬件、軟件、固件或它們的組合?？刂破?6也可以與控制器(未示出)通信，控制打印頭模塊16的流體噴出。在一些實(shí)施方式中，控制器26可以控制壓力控制裝置28和流體噴出兩者?？刂破骺梢杂晌挥谙到y(tǒng)10中的一個(gè)或多個(gè)電池(未示出)供電，并且可以協(xié)調(diào)以例如同時(shí)控制流體噴出和用于流體再循環(huán)的流體流。在打印頭中的流體再循環(huán)也在美國(guó)專利N0.7，413，300、美國(guó)專利N0.5，771，052、美國(guó)專利N0.6，357，867、美國(guó)專利N0.4，891，654、美國(guó)專利N0.7，128, 406和美國(guó)專利申請(qǐng)序列12/992，587中進(jìn)行了討論，它們的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
[0036]系統(tǒng)10可以實(shí)施為如圖3A-3D所示的組件70?？刂破?6和壓力控制裝置28可以與組件70分開，并附接至開口 72a、72b。組件70包括附接至打印頭殼體76的流體供給組件74。打印頭主體78連接到打印頭殼體76。流體供給組件74包括位于兩個(gè)分開腔室74a,74b中的兩個(gè)流體容器80a、80b，以將噴出的流體供給到打印頭主體78。流體供給組件74可以類似于圖1中的盒12，流體容器80a、80b和腔室74a、74b可以具有與流體容器14a、14b和腔室22a、22b類似的特征。打印頭主體78可以具有特征例如有流路和噴嘴，類似于圖1中的流路24c和噴嘴18。每個(gè)腔室74a、74b包括連接到壓力控制裝置(例如，圖1的壓力控制裝置28)的開口 72a、72b。包含在容器74a、74b中的流體在各容器之間再循環(huán)，并以例如通過(guò)圖1中描述類似的流路80a、80b的方式供給到打印頭主體78。
[0037]特別地，圖3B和3D是圖3A中所描繪組件70沿線3B-3B截取的橫截面透視圖。圖3C是組件70沿線3C-3C截取的橫截面透視圖。流體供給組件74包括獨(dú)立的流體容器80a、80b，其中至少一個(gè)包含少量流體，如油墨。同樣地，容器14a、14b、流體容器80a、80b是類似于袋的柔性容器，并應(yīng)當(dāng)被稱為流體袋，但是可以使用其它形式的獨(dú)立的流體容器。在流體供給組件74附接至打印頭殼體76之前或之后，流體袋80a、80b可以填充流體。在一些實(shí)施方式中，填充在流體袋80a、80b中的流體總量不超過(guò)一個(gè)流體袋80a或80b中的容量。例如，流體袋80a可以完全填滿流體，而流體袋80b是空的。在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)流體袋80a、80b中高達(dá)約75%的總?cè)萘靠梢蕴畛淞黧w。在流體袋80a、80b之一或兩者中未填充的容量提供了流體在兩個(gè)袋之間再循環(huán)的空間。
[0038]在流體被填充到袋中之后，流體袋80a、80b可以密封。流體殘留在流體袋中，直到它被使用。密封件84a、84b例如O形環(huán)在流體袋80a、80b和打印頭殼體76之間形成密封。特別參照?qǐng)D3B和3D，描繪的實(shí)施例包括雙卡扣連接，由此流體供給組件74首先可以在位置A-關(guān)閉位置(圖3B)中附接至打印頭殼體76。在關(guān)閉位置中，流體通路82a、82b是關(guān)閉的，流體袋74a、74b不與打印頭主體78流體連通。在開始打印操作之前，流體供給組件74移動(dòng)到位置B，即打開位置(圖3D)中。在打開位置中，流體袋74a、74b經(jīng)由打開的流體通路82a、82b與打印頭主體78流體連通。
[0039]為了在關(guān)閉位置A中將流體供給組件74連接到打印頭殼體76，用戶將從流體供給組件74突出的凸連接器115與在打印頭殼體76中形成的相應(yīng)凹連接器117對(duì)準(zhǔn)，并施加足夠的力在位置A(圖3B)處使凸連接器115與凹連接器117接合，但不要用力過(guò)猛而在位置B (圖3D)處接合凹連接器117。當(dāng)流體供給組件74配合到打印頭殼體76時(shí)，用戶應(yīng)當(dāng)接收到足夠的觸覺反饋，以確定到達(dá)位置A的時(shí)間。
[0040]為了相對(duì)于打印頭殼體76將流體供給組件74移動(dòng)到打開位置B中，用戶施加額外的力在位置B處將凸連接器115與凹連接器117接合。凸連接器115具有足夠的柔性在受壓時(shí)彎曲，以在位置A處脫離凹連接器117并在位置B處卡入而處于接合狀態(tài)。凹連接器117可以被構(gòu)造為便于這一運(yùn)動(dòng)，例如通過(guò)具有所描繪的成角度的面來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述成角度的面在施加向下的力時(shí)促使類似的成角度的凸連接器115滑動(dòng)脫離。上面描述了一種雙卡扣連接的實(shí)施方式。可以使用雙卡扣連接的其它構(gòu)造以及允許關(guān)閉位置和打開位置的其它類型的連接。
[0041]流體通路82a、82b基于流體供給組件74和打印頭殼體76的相對(duì)位置而打開或關(guān)閉。流體通路82a、82b包括位于流體供給組件74內(nèi)并從各自流體袋80a、80b延伸的上部81a、81b。上部81a、81b會(huì)端接流體供給組件74的出口頭部118a、118b的底部表面。流體通路82a、82b還包括形成在打印頭殼體76中的下部124a、124b。當(dāng)流體供給組件74處于圖3B所示的位置A中時(shí)，上部81a、81b與下部124a、124b不連接。相反，密封件84a、84b與出口頭部118a、118b的底表面接觸，并關(guān)閉流路82a、82b。出口頭部118中的彈簧114施加壓縮密封件110的向下的力。流體袋80a、80b中的流體不能流過(guò)出口頭部118a、118b的底表面。當(dāng)流體供給組件74處于圖3D所示的位置B中時(shí)，出口頭部118a、118b的底部接觸下部124a、124b，這可以壓縮位于出口頭部118a、118b內(nèi)的彈簧114。密封件84a、84b越過(guò)流體通路82a、82b的下部124a、124b的末端定位，并且與出口頭部118的底部不接觸。流路82a、82b不再受阻于密封件110。由此流體可以從流體袋80a、80b流向打印頭主體78。能夠控制此種流動(dòng)的流體通路的詳細(xì)設(shè)計(jì)例如在美國(guó)專利N0.7，631，962中進(jìn)行了討論，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
[0042]在一些實(shí)施方式中，流體供給組件74永久性地附接至打印頭殼體76，即，在不打破組件74或殼體76的部件的情況下不能被分離。一旦包含在流體袋80a、80b內(nèi)的流體已被使用，組件70就可以被丟棄。在將流體供給組件74附接至打印頭殼體76之前，流體袋80a、80b經(jīng)由出口頭部118a、118b被填充。組件70由此提供獨(dú)立的的一次性測(cè)試單元，其僅使用少量的測(cè)試液體。由于組件70僅只使用一次，所以測(cè)試可以在測(cè)試間歇沒有沖洗干凈打印頭模塊的情況下發(fā)生。
[0043]圖1的系統(tǒng)10也可以以與圖3A-3D所示不同的組件實(shí)施。例如，流路82a、82b在流體袋80a、80b和打印頭主體78 (圖3A-3D)之間的控制可以使用不同的結(jié)構(gòu)和/或機(jī)構(gòu)不同地執(zhí)行。一些示例結(jié)構(gòu)在美國(guó)專利N0.7，631，962中進(jìn)行了描述。
[0044]系統(tǒng)10中的打印頭主體16可以是任何類型的打印頭主體。參照?qǐng)D4，打印頭主體100包括流體噴射模塊，例如，四邊形的板狀打印頭模塊，它可以是使用半導(dǎo)體加工技術(shù)制造的電路小片103。流體噴射器還包括位于電路小片103和下殼體322 (在下面進(jìn)一步討論)上的集成電路內(nèi)插器104。殼體110支撐并圍繞電路小片103、集成電路內(nèi)插器104、下殼體322，并且可以包括安裝框架142，安裝框架142具有用于將殼體110連接到打印桿(print bar)的銷152。用于從外部處理器接收數(shù)據(jù)并向電路小片提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的柔性電路201可以電連接到電路小片103并由殼體110保持就位。套管162和166可以是圖1中流體路徑24a、24b的一部分，并被連接到圖1的盒12以向電路小片103供給流體。
[0045]參照?qǐng)D5，電路小片103包括例如絕緣硅(SOI)晶片的基板122和集成電路內(nèi)插器104。在基板122內(nèi)，形成流體通路242，沿著M方向(單箭頭)或沿著N方向(雙箭頭)在入口 176和出口 172(例如，圖4中的套管162、166)之間使流體再循環(huán)，同時(shí)將流體從噴嘴126輸送到要噴出的泵送腔室174。在實(shí)施方式中，入口 176可以連接到圖1中的流體容器14a，而出口 172可以連接到流體容器14b。在圖示的示例中，泵送腔室174是流路242的一部分。每個(gè)流體通路242包括導(dǎo)向泵送腔室174并進(jìn)一步導(dǎo)向噴嘴126和出口通道172兩者的入口通道176。流體通路242還包括將泵送腔室174分別連接到入口通道176和出口通道172的泵送腔室入口 276和泵送腔室出口 272。流體通路可以通過(guò)例如蝕刻等半導(dǎo)體加工技術(shù)形成。在一些實(shí)施例中，深反應(yīng)離子蝕刻用于形成直壁特征，其部分地或全部地延伸通過(guò)電路小片103中的層。在一些實(shí)施例中，與絕緣層284相鄰的硅層286通過(guò)使用絕緣層作為蝕刻終止層而被整體蝕刻。泵送腔室174由膜180密封，并可以由在膜180的與泵送腔室174相對(duì)的表面上形成的致動(dòng)器致動(dòng)。噴嘴126形成在噴嘴層184中，其位于泵送腔室174的與膜180相對(duì)的一側(cè)。膜180可以由單一的硅層形成。可替換地，膜180可以包括一個(gè)或多個(gè)氧化物層，或者可以由氧化鋁(A102)、氮化物或氧化鋯(Zr02)形成。
[0046]致動(dòng)器可以是由基板122支撐的單獨(dú)可控的致動(dòng)器401。應(yīng)考慮多個(gè)致動(dòng)器401來(lái)形成致動(dòng)器層，其中致動(dòng)器可以在電氣上和物理上彼此分開，然而一部分層除外?；?22包括可選的絕緣材料層282，如位于致動(dòng)器和膜180之間的氧化物。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，致動(dòng)器導(dǎo)致流體從相應(yīng)流體通路242的噴嘴126選擇性地噴射。每個(gè)流路242連同其相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器401 —起提供了單獨(dú)可控的MEMS流體噴射器單元。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)器401的激活導(dǎo)致膜180偏轉(zhuǎn)到泵送腔室174中，減少泵送腔室174的體積并迫使流體離開噴嘴126。致動(dòng)器401可以是壓電致動(dòng)器，并可以包括下電極190、壓電層192和上電極194。可替換地，流體噴射元件可以是加熱元件。
[0047]集成電路內(nèi)插器104包括晶體管202 (在圖5中僅示出一個(gè)噴射裝置，從而僅示出一個(gè)晶體管)，并被構(gòu)造為提供用于控制來(lái)自噴嘴126的流體噴射的信號(hào)?；?22和集成電路內(nèi)插器104包括形成于其中的多個(gè)流體流路242。
[0048]參照?qǐng)D6，流體可以從例如圖1中流體容器14a、14b之一的流體供給器件流動(dòng)通過(guò)打印頭主體100的下殼體322 (圖4)、集成電路內(nèi)插器104、電路小片103并流出位于噴嘴層184中的噴嘴126。下殼體322可以由分隔壁130分隔，以提供入口腔室132和出口腔室136。來(lái)自流體供給器件的流體可以流入到流體入口腔室132中，流過(guò)在下殼體322底面的流體入口 101、下殼體322的流體入口渠道476、電路小片103的流體通路242、下殼體322的流體出口渠道472、出口 102，進(jìn)入出口腔室136，并流向流體返回處例如圖1流體容器14a、14b中的另一個(gè)。在流體再循環(huán)期間，流動(dòng)方向也可以與如上所述的相反。通過(guò)電路小片103的流體的一部分可以從噴嘴126噴射。
[0049]每個(gè)流體入口 101和流體入口渠道476共同地流體連接到一些例如一個(gè)、兩個(gè)或更多排單元的MEMS流體噴射器單元的并行入口通道176。類似地，每個(gè)流體出口 102和每個(gè)流體出口渠道472共同地流體連接到一些例如一個(gè)、兩個(gè)或更多排單元的MEMS流體噴射器單元的并行出口通道172。每個(gè)流體入口腔室132共通至多個(gè)流體入口 101。而每個(gè)流體出口腔室136共通至多個(gè)出口 102。術(shù)語(yǔ)“入口”和“出口”并不表示流動(dòng)方向。換句話說(shuō)，可以提供從入口 101或從出口 102流向位于電路小片103中的泵送腔室的流體，這取決于兩個(gè)流體供給器件之間的流動(dòng)方向。打印頭模塊在美國(guó)專利申請(qǐng)序列12/833,828中進(jìn)行了討論，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
[0050]在其它實(shí)施方式中，每個(gè)流體容器14a、14b可以包括流體加注口，從而可以重復(fù)使用系統(tǒng)10。例如，當(dāng)容器中的流體基本上用盡時(shí)，同種流體可以通過(guò)加注口再填充到容器中。在一些實(shí)施方式中，所使用的容器可以清潔，不同的流體可以填充到容器中用于測(cè)試打印。流體容器14a、14b可以與腔室22a、22b相同。換句話說(shuō)，流體可以直接存儲(chǔ)在腔室22a、22b中，無(wú)需容器14a、14b。不同腔室22a、22b中的流體壓力可以使用如之前所說(shuō)明的壓力源28和控制器26進(jìn)行類似地控制。流路24a、24b、24c每個(gè)可對(duì)應(yīng)于在各實(shí)施方式中的多個(gè)流路。
[0051]在其它實(shí)施方式中，流體容器14a、14b不包括任何感測(cè)裝置，以確定容器中的流體水平。當(dāng)滿的流體袋通過(guò)再循環(huán)和噴出被清空時(shí)，系統(tǒng)10可以被程序化為停止打印。沒有流體從第二袋回流到空袋。這樣的設(shè)計(jì)可以降低系統(tǒng)10的成本。一般情況下，在本實(shí)施例中，在噴出之前，流體容器之一例如容器14a是滿的，而另一容器例如容器14b是空的。為了充分利用容納在流體容器14a中的流體，打印頭主體16可以進(jìn)行程序化噴出，直到?jīng)]有流體留在流體容器14a中。
[0052]流體可以包括各種顏色和性能的油墨。也可以用食品級(jí)打印流體。在一些實(shí)施方式中，流體也可以包括非圖像形成流體。例如，三維模型膏劑可以選擇性地沉積以建立模型。生物樣品可以沉積在分析陣列上。也可以使用電路形成材料。
[0053]本文所提及的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利和其它參考文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容并入本文作為參考。
[0054]其它的實(shí)施例涵蓋在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于流體噴射的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 打印頭，所述打印頭包括流路和與所述流路連通的噴嘴，所述流路具有第一端部和第二端部; 第一容器，所述第一容器與所述流路的第一端部流體地聯(lián)接，所述第一容器具有第一可控內(nèi)部壓力； 第二容器，所述第二容器與所述流路的第二端部流體地聯(lián)接，所述第二容器具有第二可控內(nèi)部壓力；以及 控制器，所述控制器根據(jù)第一模式和第二模式控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力，以通過(guò)所述打印頭中的流路在所述第一容器和所述第二容器之間具有流體流，在任一模式下，在所述噴嘴噴射時(shí)，沿著所述流路流動(dòng)的流體的至少一部分被輸送到所述噴嘴，所述第一模式具有比第二內(nèi)部壓力更高的第一內(nèi)部壓力，并且所述第二模式具有比第一內(nèi)部壓力更高的第二內(nèi)部壓力，流體根據(jù)所述第一模式從所述第一容器流向所述第二容器，并根據(jù)所述第二模式從所述第二容器流向所述第一容器。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一內(nèi)部壓力和所述第二內(nèi)部壓力兩者均比大氣壓力更低。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第一內(nèi)部壓力與第二內(nèi)部壓力之間的差比大氣壓力與所述第一內(nèi)部壓力或第二內(nèi)部壓力之間的差更大。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述噴嘴噴射時(shí)，所述控制器將所述第一容器和第二容器之間的流體流的速率控制為高于從所述第一容器或第二容器輸送到所述噴嘴的流體的速率。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，在給定的時(shí)間周期內(nèi)，在所述第一容器和第二容器之間流動(dòng)的流體的量是在所述打印頭噴射流體時(shí)由所述打印頭噴射的流體的量的10倍或以下。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括傳感器，用于感測(cè)所述第一容器和所述第二容器中的每個(gè)的流體水平。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述第二容器中的被感測(cè)的流體水平低于預(yù)定值時(shí)，所述控制器控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力處于所述第一模式下。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述第一容器中的被感測(cè)的流體水平低于預(yù)定值時(shí)，所述控制器控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力處于所述第二模式下。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一容器處于第一腔室中，并且所述第二容器處于第二腔室中，所述第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空氣。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述第一腔室和第二腔室中的每個(gè)連接到真空源，以提供對(duì)第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力的調(diào)節(jié)。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一容器和第二容器是獨(dú)立的流體貯存器。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一容器和第二容器被安裝在可連接到所述打印頭的殼體上。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述殼體和所述打印頭之間的連接可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換，在所述第一狀態(tài)下，所述第一容器和第二容器與所述流路流體連通；在所述第二狀態(tài)下，所述第一容器和第二容器與所述流路流體地?cái)嚅_。
14.一種用于流體噴射的方法，所述方法包括: 在第一方向上沿著打印頭中的流路以受控的流速將流體從第一容器輸送到第二容器，當(dāng)噴嘴噴射流體時(shí)，將所述流路中流動(dòng)的流體的一部分輸送到與所述流路連通的所述噴嘴；以及 在與所述第一方向相反的第二方向上沿著所述打印頭中的流路以受控的流速將流體從所述第二容器輸送到所述第一容器，當(dāng)所述噴嘴噴射流體時(shí)，將所述流路中流動(dòng)的流體的一部分輸送到與所述流路連通的所述噴嘴。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括維持所述第一容器的內(nèi)部壓力與所述第二容器的內(nèi)部壓力之間的壓力差。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括維持所述第一容器和第二容器的每個(gè)內(nèi)部壓力低于大氣壓力。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中，將所述第一容器和第二容器的任一內(nèi)部壓力與大氣壓力之間的壓力差維持為小于所述第一容器的內(nèi)部壓力與所述第二容器的內(nèi)部壓力之間的壓力差。
18.如權(quán)利要求15的方法，其中，所述第一容器和第二容器是柔性的，并且通過(guò)向柔性的第一容器和第二容器的外表面施加不同的壓力使壓力差得以維持。
19.如權(quán)利要求14的方法，還包括:感測(cè)所述第一容器和第二容器中的流體水平，并且基于被感測(cè)的流體水平從所述第一方向和第二方向中選擇流體輸送方向。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中，在選定的方向上輸送流體包括:調(diào)節(jié)所述第一容器和第二容器的內(nèi)部壓力。
21.一種用于流體噴射的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 打印頭，所述打印頭包括流路和與所述流路連通的噴嘴，所述流路具有第一端部和第_二端部； 第一容器，所述第一容器與所述流路的第一端部流體地聯(lián)接，所述第一容器具有第一可控內(nèi)部壓力； 第二容器，所述第二容器與所述流路的第二端部流體地聯(lián)接，所述第二容器具有第二可控內(nèi)部壓力；以及 控制器，所述控制器用于控制第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力，并且在所述第一容器和所述第二容器之間通過(guò)所述打印頭中的流路具有流體流，在所述噴嘴噴射時(shí)，沿著所述流路流動(dòng)的至少一部分流體被輸送到所述噴嘴，第一內(nèi)部壓力高于第二內(nèi)部壓力。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述第一內(nèi)部壓力和所述第二內(nèi)部壓力兩者均比大氣壓力低。
23.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述第一容器處于第一腔室中，并且所述第二容器處于第二腔室中，所述第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空氣。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述第一腔室和第二腔室中的每個(gè)連接到真空源，以提供對(duì)第一內(nèi)部壓力和第二內(nèi)部壓力的調(diào)節(jié)。
25.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述第一容器和第二容器是獨(dú)立的流體貯存器。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，在使用之前，所述第一容器包含流體并且所述第二容器是空的。
【文檔編號(hào)】B41J2/045GK103442896SQ201280014012
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月7日
【發(fā)明者】A.比波爾 申請(qǐng)人:富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司