具有流体坑限制表面特征的分配头的制作方法
【专利摘要】提供了涉及流体分配头的方法和设备。分配头被形成为限定出多个流体喷射喷嘴和表面图案。所述表面图案的特征在于从分配头的外表面向内延伸的一个或多个空隙。在分配头的操作期间形成的流体坑经由表面图案在体积上受到限制。流体坑限制会减少或消除对实体的分配误差、非所需伪影在打印介质上的形成或类似问题。
【专利说明】具有流体坑限制表面特征的分配头
【背景技术】
[0001]喷墨打印机、实验室装备和其它装置从喷嘴喷射流体，以便在介质上形成图像、向多孔板(wellplate)的接收器中沉积流体等。流体的汇集有时在正常操作期间发生在这种实体的外表面上。如果这些坑(puddle)取得足够的体积，则可能发生向多孔板中的不完全分配、或者在打印介质上发生条纹、斑点或其它非所需伪影。本教导应对前述和相关的忧虑。
【专利附图】
【附图说明】
[0002]现在将参考附图通过示例方式来描述当前的实施例，附图中:
图1是根据本教导一个示例的分配头的平面图；
图2是根据另一示例的分配头的示意图；
图3绘出了根据另一示例的分配头操作情形；
图4是根据一个示例的分配头的一部分的等距状视图；
图5是根据另一示例的分配头的一部分的等距状视图；
图6是根据另一示例的分配头的一部分的等距状视图；
图7是根据一个示例的分配头的一部分的平面图；
图8是根据另一示例的分配头的一部分的平面图；
图9是根据本教导另一示例的流体分配设备的框图；
图10是根据本教导的一种方法的流程图。
【具体实施方式】[0003]介绍
提供了涉及分配头的方法和设备。分配头被形成为限定出多个流体喷射喷嘴和表面图案。所述表面图案的特征在于从分配头的外表面向内延伸的一个或多个空隙。在分配头的操作期间形成的流体坑经由表面图案在体积上受到限制。流体坑限制会减少或消除对接收实体的分配误差、或非所需伪影在打印介质上的形成。
[0004]在一个示例中，分配头包括限定出流体喷射喷嘴的材料。所述材料进一步限定出与流体喷射喷嘴间隔开的表面图案。所述表面图案被构造成限制在操作期间在所述材料的外表面上形成的流体坑的体积。
[0005]在另一示例中，流体分配设备包括被构造成通过多个喷嘴喷射流体的分配头。分配头包括表面图案，所述表面图案被构造成限制在操作期间在分配头的表面上形成流体坑。所述设备还包括控制器，所述控制器被构造成控制所述分配头的操作，以便向接收实体分配流体的图案。
[0006]在又一示例中，一种方法包括从固体(solid)材料形成分配头以限定出多个喷嘴和表面图案。所述表面图案被构造成限制在操作期间在分配头的表面上形成的流体的体积。所述表面图案的特征在于从分配头的表面向内延伸的一个或多个空隙。[0007]例示性分配头
现在参考图1，其绘出了分配头100的平面图。分配头100相对于本教导是例示性和非限制性的。因此，依据本教导，可构造、形成或使用其它分配头、装置和设备。在一个示例中，分配头100在药物测试背景中被使用来分配相应量的已溶解化合物。在另一示例中，分配头100在喷墨打印背景中被应用来喷射一种或多种不同的墨的量。还可使用分配头100的其它应用。
[0008]分配头100包括芯片(die)或主要部分102。芯片102由固体材料限定出。在一个示例中，芯片102由硅形成或包括硅，并具有如以下描述的经由光刻形成的各种特征和形态。也可使用其它材料或制造工艺。
[0009]分配头100的特征在于多个喷嘴104，其配置成一对相应的行106和108。具体地，每个喷嘴104是从分配头100的外表面110向内延伸至相应发射室112的孔眼。进而，发射室112中的每个被流体地联接至在芯片102内限定出的流体槽114。流体槽114限定出流体管道，其被构造成在分配头100的正常操作期间向发射室112中的每个提供流体。喷嘴104中的每个因此经由相应的发射室112流体地联接至流体槽114。
[0010]分配头100还包括分别的一对通道或空隙116和118。每个通道116和118由从外表面Iio延伸到芯片102中的相应空隙限定出。每个通道116和118在平面图中大致呈矩形，并由进入芯片102中的深度方向维度限定出。通道116和118彼此平行，并设置成与喷嘴104的行106和108相邻地间隔开。通道116和118共同限定出表面图案120。
[0011]表面图案120发挥功能以限制在分配头100的正常操作期间形成在外表面110上的流体坑(或池)的尺寸或容积。具体地，表面图案120改变或扰乱外表面110的要不然为平坦表面的几何结构，使得流体内的表面张力限制坑的生长。
[0012]另一示例性分配头
现在转向关注图2，其绘出了分配头200的示意图。分配头200相对于本教导是例示性和非限制性的。因此，本教导可应用于其它分配头、装置或设备。在一个示例中，分配头200基本上等同于或类似于以上描述的分配头100。分配头200可应用于各种适当的背景，比如但不限于药物测试、喷墨打印、实验室分析等等。
[0013]分配头200包括由固体材料形成的芯片202，使得单块结构被限定出。硅或另一适当的材料可被使用来形成芯片202。使用适当的技术来形成或加工芯片202，以限定出以下描述的相应特征。在一个示例中，芯片202经由光刻形成。也可使用其它工艺。
[0014]分配头200的特征在于流体槽204，其在芯片202内限定出流体管道。流体在正常操作期间经由流体槽204被提供至分配头200的各种特征。分配头200还包括相应的发射室206和208。发射室206和208与流体槽204处于流体连通，使得流体在正常操作期间可被提供至各者。
[0015]分配头200还包括设置在发射室206内的发射电阻器210，以及设置在发射室208内的发射电阻器212。发射电阻器210和212中的每个被构造成响应于电气信号使相应发射室内的流体快速沸腾。分配头200还包括喷嘴214，其将发射室206流体地联接至分配头200的外部。类似地，喷嘴216将发射室208联接至分配头200的外部。分配头200的特征还在于外表面218。
[0016]分配头200的特征进一步在于形成于芯片202中的通道220和通道222。通道220和222中的每个由空隙限定出，其具有矩形截面和线性长度方向形态(正交于图面)。每个通道220和222由适当的工艺形成，比如光刻、激光烧蚀等等。每个通道220和222从外表面218向内延伸至芯片202。共同地，相应的通道220和222限定出表面图案224。
[0017]分配头200的典型正常操作如下:流体从外部源(未示出)被供应至分配头200，充注流体槽204。流体从流体槽204流动到相应的发射室206和208中。位于分配头200之外的控制器向发射电阻器210和212发送电气脉冲或信号，从而导致流体分别从喷嘴214和216的受控喷射。
[0018]通常，随着打印操作的进行，流体汇集或汇聚在分配头200的外表面218上。流体坑横向地扩展，最终在体积上增加直到坑边缘与通道220和222发生接触。流体的表面张力以及在每个通道220和222处的急剧(即，方形边缘)的表面轮廓变化使流体坑停止在体积上增加，大体保持静态尺寸。流体坑在外表面218上的被停止的或受到限制的尺寸减少或消除与不完全分配或多余流体向另一实体的非所需转移相关联的各种问题。
[0019]在一个示例中，分配头200被使用来向多孔板的接收器中分配不同量的流体。如本文中所使用的，“多孔板”是指被形成来限定出一个阵列(或矩阵)的离散接收器的基板。多孔板是药物测试或类似技术的领域中的技术人员熟知的。在这种背景中分配的流体可包括但不限于DMSO (即二甲基亚砜)、以多种浓度溶解于DMSO中的药物或化合物、等等。本教导设想依靠表面图案在向多孔板或其它类似实体中分配流体时减少或消除未分配滴或分配故障。
[0020]在另一示例中，分配头200被使用来向介质上分配液体墨滴。这种介质可包括但不限于纸张、辊到辊纸、辊出纸、乙烯介质、等等。本教导设想依靠表面图案减少或消除可能发生在打印介质上的条纹、斑点或其它非所需伪影。
[0021]例示性流体坑限制
现在参考图3，其绘出了分配头操作情形(情形)300。情形300在本质上是例示性和非限制性的。也可使用具有其它相应的特性或依据其它情形进行操作的流体分配头或其它分配头。
[0022]该情形包括具有多个喷嘴304的分配头302的一部分。相应喷嘴304与在分配头302内限定出的流体槽(或导管)306处于流体连通。每个喷嘴304被构造成依据发送至相应发射电阻器的电气信号向另一实体可控地喷射流体。
[0023]分配头302还包括或限定出矩形通道308和矩形通道310。相应通道308和310中的每个与喷嘴304间隔开，并延伸到分配头302的固体材料中。通道308和310共同限定出表面图案312。具体地，表面图案312在分配头302的要不然为平坦的表面314中限定出相应的台阶变化。
[0024]在分配头302的典型正常操作期间，流体坑最终形成在表面314上，并向外扩展远离喷嘴304，直到到达相应的通道308和310。表面张力和表面轮廓中的台阶变化发挥功能来限制整体流体坑尺寸和体积，如流体坑轮廓316所示的。受到限制的坑轮廓316的特征在于最大高度Hl和最大宽度Wl。
[0025]还绘出了流体坑318。流体坑318例示出这样一种流体汇聚情况，其可能发生在表面图案312被省略并且表面314从边缘到边缘是基本平坦的情况下。流体坑轮廓318在最大高度H2和最大宽度W2两者上都分别比流体坑轮廓316的Hl和Wl大得多。因此，分配头302的特征在于依靠表面图案312在正常操作期间的流体坑限制。
[0026]第一例生表面图案
现在参考图4，其绘出了分配头400的一部分的等距状视图。分配头400及其特征相对于本教导是例示性和非限制性的。本教导还设想到具有其它相应特征的其它分配头。分配头400可应用于各种适当的背景，比如但不限于药物测试、喷墨打印、实验室分析等等。
[0027]分配头400包括限定出芯片402的固体材料。经由光刻或另一适当的工艺来形成或加工芯片402，以限定出多个喷嘴404。喷嘴404中的每个是从外表面406延伸到分配头400中的孔眼。每个喷嘴404被构造成在分配头400的正常典型操作期间引导或引领流体喷射到另一实体上。
[0028]分配头400的特征在于通道408。通道408在长度方向上是线性的，并从外表面406延伸到芯片402的固体材料中。通道408的特征还在于矩形截面形状，使得方形边缘或台阶变化特征410围绕外周被限定出。可经由光刻、激光烧蚀或另一适当的工艺在芯片402中形成通道408。
[0029]通道408与喷嘴404的行间隔开，但比较接近喷嘴404的行。通道408发挥功能以限制正常操作期间在外表面406上汇集的流体的尺寸或体积。通道408限定出或是由芯片402限定出的表面图案412的一部分。
[0030]第一例Tjvl"生表面图案
现在参考图5，其绘出了分配头500的一部分的等距状视图。分配头500及其特征相对于本教导是例示性和非限制性的。本教导还设想到具有其它相应特征的其它分配头。分配头500可应用于各种适当的背景，比如但不限于药物测试、喷墨打印、实验室分析等等。
[0031]分配头500包括限定出芯片502的固体材料。经由光刻或另一适当的工艺来形成或加工芯片502，以限定出多个喷嘴504。喷嘴504中的每个是从外表面506延伸到分配头500中的孔眼。每个喷嘴504被构造成在分配头500的正常典型操作期间引导流体喷射到另一实体上。
[0032]分配头500还包括或特征在于通道508和通道510。通道508和510中的每个由线性长度方向形态限定出，并从外表面506延伸到芯片502的固体材料中。每个通道508和510的特征还在于矩形截面，使得方形边缘或台阶变化特征512围绕相应的周缘被限定出。可经由光刻、激光烧蚀或另一适当的工艺分别形成通道508和510。
[0033]通道508和510彼此平行，并设置成与相应喷嘴504相邻地间隔开。通道508和510发挥功能以限制在分配头500的正常操作期间汇集在外表面506上的流体的尺寸或体积。通道508和510共同限定出或是表面图案514的一部分。
[0034]第一例生表面图案
现在参考图6，其绘出了分配头600的一部分的等距状视图。分配头600及其特征相对于本教导是例示性和非限制性的。本教导还设想到具有其它相应特征的其它分配头。分配头600可应用于各种适当的背景，比如但不限于药物测试、喷墨打印、实验室分析等等。
[0035]分配头600包括限定出芯片602的固体材料。经由光刻或另一适当的工艺来形成或加工芯片602，以限定出多个喷嘴604。每个喷嘴604是从外表面606延伸到分配头600中的孔眼。每个喷嘴604被构造成在分配头600的正常典型操作期间引导流体喷射到另一实体上。[0036]分配头600的特征在于多个环形通道608。每个环形通道608由围绕喷嘴604中相应一个设置的环状空隙限定出。此外，每个环形通道608从外表面506延伸到芯片502的固体材料中。环形通道608中的每个被形成为使得方形边缘或台阶变化特征610围绕相应的周缘被限定出。
[0037]可经由光刻、激光烧蚀或另一适当的工艺形成环形通道608。每个环形通道608发挥功能以限制在分配头600的正常操作期间汇集在外表面606上的流体的尺寸或体积。环形通道608共同限定出或是表面图案612的一部分。
[0038]第四例示性表面图案
现在参考图7，其绘出了分配头700的一部分的平面图。分配头700及其特征相对于本教导是例示性和非限制性的。本教导还设想到具有其它相应特征的其它分配头。分配头700可应用于各种适当的背景，比如但不限于药物测试、喷墨打印、实验室分析等等。
[0039]分配头700包括限定出芯片702的固体材料。经由光刻或另一适当的工艺来形成或加工芯片702，以限定出多个喷嘴704。喷嘴704中的每个是从外表面708延伸到芯片702中的孔眼，并且与流体槽706处于流体连通。
[0040]分配头700还包括或其特征在于多个相应的通道710。每个通道710由线性长度方向形态限定出，并且各自从外表面708延伸到芯片702的固体材料中。每个通道710的特征还在于矩形截面形状，使得方形边缘或台阶变化特征712围绕相应的周缘被限定出。可经由光刻、激光烧蚀或另一适当的工艺分别形成通道710。
[0041]通道710彼此平行，并设置成与相应喷嘴704相邻地间隔开。通道710发挥功能以限制在分配头700的正常操作期间汇集在外表面708上的流体的体积。通道710共同限定出或是表面图案714的一部分。
[0042]第五例示性表面图案
现在转向关注图8，其绘出了分配头800的一部分的平面图。分配头800及其特征相对于本教导是例示性和非限制性的。本教导还设想到具有其它相应特征的其它分配头。分配头800可应用于各种适当的背景，比如但不限于药物测试、喷墨打印、实验室分析等等。
[0043]分配头800包括限定出芯片802的固体材料。经由光刻或另一适当的工艺来形成或加工芯片802，以限定出多个喷嘴804。喷嘴804中的每个是从外表面806延伸到芯片802中的孔眼。喷嘴804还与在芯片802内被限定出的流体槽808处于流体连通。
[0044]分配头800还包括或其特征在于多个相应的通道810。每个通道810由线性长度方向形态限定出，并且各自从外表面806延伸到芯片802的固体材料中。每个通道810的特征还在于矩形截面形状，使得方形边缘或台阶变化特征812围绕其外周被限定出。可经由光刻、激光烧蚀或另一适当的工艺分别形成通道810。
[0045]通道810彼此平行，并设置成与相应喷嘴804非常接近地相邻。具体地，通道810设置成对，一个对的每个组元位于一行喷嘴804的相应侧。因此，围绕两行喷嘴804总共设置四个通道810。通道810发挥功能以限制在分配头800的正常操作期间汇集在外表面806上的流体的尺寸或体积。通道810共同限定出或是表面图案814的一部分。
[0046]例示性分配设备
现在参考图9，其绘出了分配设备(设备)900的框图。设备900相对于本教导是例示性和非限制性的。也可限定和使用其它设备、打印机、流体分配器或系统。[0047]设备900包括控制器902。控制器902被构造成控制设备900的各种正常操作，依据相应实施例包括向多孔板上分配流体图案、向介质上打印图像或标记、等等。控制器902可由任何适当的电子电路限定出，并且可包括但不限于处理器、微控制器、状态机、数字或丰旲拟或混合电路、等等。
[0048]设备900还包括依据本教导的分配头904。因此，分配头904类似于以上描述的分配头中的任一个，并且包括表面图案。分配头904联接至流体906 (例如，液体墨、DMS0、溶解在DMSO中的化合物、或其它)的源，并被构造成响应于由控制器902提供的信号向接收实体908上分配一种流体或多种流体的图案。在一个示例中，分配头904被构造成向纸介质908上分配液体墨906。在另一示例中，分配头904被构造成向多孔板908的相应接收器中分配所选量的溶解化合物906。还可设想其它示例。
[0049]设备900还包括联接至控制器902的用户界面910。用户界面910可由以下构件限定出或包括以下构件:按钮、键盘、指示灯、听觉报警器、显示屏幕、等等。还可使用其它适当的构成元件。设备900进一步包括其它资源912。这类其它资源912的非限制性示例包括电源、网络通信电路、无线通信资源、文档扫描资源、多孔板或介质传输或处理机构、等等。还可包括其它适当的资源。
[0050]设备900的一例示性和非限制性操作如下:在控制器902处接收表示多孔板分配图案的电子数据文件。控制器902根据多孔板分配图案向分配头904提供电子控制信号。分配头904通过向多孔板908中受控喷射流体来做出响应，以便进行所请求的分配操作。从流体贮存器906吸取所需流体介质。
[0051]在流体分配操作的过程中，在分配头904上逐渐形成流体坑。然而，表面图案(例如814)发挥功能以限制流体坑生长，使得未分配滴或其它分配故障被减少或消除。分配操作得以最终完成，从而可由用户从设备900取走多孔板908。
[0052]例示性方法
现在参考图10，其绘出了根据本教导的一种方法的流程图。图10的方法包括特定操作和执行顺序。然而，根据本教导也可使用其它方法，其包括其它操作、省略所绘出操作中的一个或多个、和/或以其它执行顺序进行。因此，图10的方法在本质上是例示性和非限制性的。还参考图1和9，以便理解图10的方法。
[0053]在1000处，制造具有表面图案的分配头。为了本示例的目的，形成或加工硅基板，以便限定出芯片102。芯片102包括多个喷嘴104、内部发射室112和内部流体槽114。芯片102进一步包括分别由通道116和通道118限定出的表面图案120。
[0054]在1002处，组装具有分配头的分配设备。为了本示例的目的，分配设备900被组装成包括分配头904。分配头904由在上述步骤1000处制造的芯片102限定出由包括所述芯片102。分配设备900根据需要可进一步包括其它构成元件。
[0055]在1004处，使用分配头进行正常分配操作。在本示例下，分配设备900被正常操作，以便使用分配头904向接收实体908上分配流体906。因此，流体906 (例如，液体墨、已溶解化合物、等等)经由芯片102的喷嘴104被可控地喷射到实体908 (例如，纸介质、多孔板、等等)上。
[0056]在1006处，经由表面图案限制流体坑体积。为了本示例的目的，形成在分配头904上的流体坑通过与表面图案120交互作用的表面张力在尺寸(体积和/或覆盖面积)上受到限制。分配故障或其它非所需效果经由表面图案120得到减少或消除。
[0057]一般而言，并且没有限制地，本教导设想具有相应表面图案的分配头以及它们的使用。通过光刻、激光烧蚀或另一工艺处理固体材料比如硅或另一适当材料，以限定出特征在于喷嘴和其它特征的分配头(或芯片)。分配头的特征还在于相邻于并大体环绕多个流体喷射喷嘴的外表面。
[0058]在分配头的固体材料中限定出特征在于一个或多个空隙的表面图案。表面图案可包括从外表面延伸到分配头的固体材料中的线性通道(或沟槽)、环形通道(或环)或其它几何结构。具体地，表面图案的每个特征由矩形(或近似矩形)的截面形状限定出，使得方形边缘或台阶变化特征围绕外周被限定出。
[0059]可归因于表面图案的在分配头的要不然为平坦的外表面中的所得偏差发挥功能以限制在正常操作期间形成的流体坑的扩展或体积。受到限制的流体坑减少或消除分配误差、非所需的打印伪影、或欺骗量的流体向接收实体上的转移。
[0060]总之，前面的描述旨在是例示性的而不是限制性的。本领域的技术人员在阅读以上描述后将清楚除了所提供示例之外的许多实施例和应用。本发明的范围不应该参考以上描述来确定，而是应该参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的全部等同范围来确定。可预见和预期到的是:将来在本文论述的领域中将发生改进，而所公开的系统和方法将被合并到这些将来的实施例中。总之，应该明白的是:本发明能够做出修改和变化，并且只由后附权利要求书来限定。
【权利要求】
1.一种分配头,包括: 限定出流体喷射喷嘴的材料，所述材料进一步限定出与所述流体喷射喷嘴间隔开的表面图案，所述表面图案被构造成限制在操作期间在所述材料的外表面上形成的流体坑的体积。
2.根据权利要求1所述的分配头，所述表面图案包括:至少一个线性空隙，其由从所述外表面延伸到所述材料中的深度方向维度限定出。
3.根据权利要求1所述的分配头，所述表面图案包括:围绕所述流体喷射喷嘴限定出的环形空隙，所述环形空隙由从所述外表面延伸到所述材料中的深度方向维度限定出。
4.根据权利要求1所述的分配头，所述表面图案包括:在所述流体喷射喷嘴的相对侧限定出的一对线性空隙，每个线性空隙由从所述外表面延伸到所述材料中的深度方向维度限定出。
5.根据权利要求1所述的分配头，所述材料是单块固体，被形成来经由光刻限定出所述流体喷射喷嘴和所述表面图案。
6.根据权利要求1所述的分配头，所述材料进一步限定出与所述流体喷射喷嘴处于流体连通的流体源导管和发射室。
7.一种流体分配设备，包括: 分配头，被构造成通过多个喷嘴喷射流体，所述分配头包括表面图案，所述表面图案被构造成限制在操作期间在所述分配头的表面上形成流体坑；和 控制器，被构造成控制所述分配头的操作，以便向接收实体分配流体的图案。
8.根据权利要求7所述的流体分配设备，所述表面图案包括:从所述分配头的所述表面向内延伸的一个或多个线性通道。
9.根据权利要求7所述的流体分配设备，所述表面图案包括:从所述分配头的所述表面向内延伸的相应对的线性通道，每对线性通道围绕所述喷嘴的相应行的相对侧被限定出。
10.根据权利要求7所述的流体分配设备，所述表面图案包括:从所述分配头的所述表面向内延伸的相应环形通道，每个环形通道围绕所述喷嘴中的相应一个被限定出。
11.根据权利要求7所述的流体分配设备，所述控制器被构造成使得所述分配头向多孔板的接收器中分配已溶解化合物的图案，或者向介质上分配液体墨的图案。
12.—种方法,包括: 从固体材料形成分配头以限定出多个喷嘴和表面图案，所述表面图案被构造成限制在操作期间在所述分配头的表面上形成的流体的体积，所述表面图案的特征在于从所述分配头的表面向内延伸的一个或多个空隙。
13.根据权利要求12所述的方法，所述形成进行为使得所述表面图案包括与所述喷嘴的行间隔开并且平行的至少一个线性通道。
14.根据权利要求12所述的方法，所述形成进行为使得所述表面图案包括多个环形通道，每个环形通道围绕所述喷嘴中的相应一个设置。
15.根据权利要求12所述的方法，所述形成包括光刻。
【文档编号】B41J2/175GK103826859SQ201180073804
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2011年9月30日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】T.斯特兰德, J.尼尔森, J.费恩, S.利 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业