专利名称：具有主动冷却单元的喷墨打印盒的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有冷却单元的喷墨打印盒，该冷却单元用于冷却作为打印头组成部分的加热片和/或打印盒墨盒中提供的墨水。
按需滴墨的喷墨打印机利用热能在墨室内产生蒸汽泡以喷出小墨滴。热能发生器或加热元件，通常为电阻，位于靠近喷射孔的加热片上的室内。在打印机的打印头内有多个室，每个室有一个单独的加热元件。打印头典型地包括加热片和一块其中有多个喷射孔的板。打印头形成喷墨打印盒的一部分，喷墨打印盒还包括一个墨盒。
为了正常工作，要求靠近加热片的墨水保持在适度小的温度范围内。已经发展了很多技术，用于从加热片传导出热量以便保持墨水在要求的温度范围内。然而，随着喷墨技术的进步，随着加热元件的不断增加，正在引入加热片。此外，加热元件启动的频率增加。因此，要求选择比常规冷却技术更有效和/或更低廉的冷却技术。
根据本发明，提供一种用于喷墨打印机的喷墨打印盒。该打印盒包括一个具有加热片的打印头。该打印头适合于响应于加热片从打印机供能电路接收能量脉冲而产生小墨滴。珀耳帖效应冷却单元与靠近加热片的墨水相连，用于冷却墨水。冷却单元可以直接接触墨水。或者，可以与墨水隔开。在后面的实施例中，一种热传导材料在墨水和冷却单元间延伸，并且提供热能从墨水到冷却单元的通路。可以提供一个散热器，以传导热量到打印盒外面的空气。冷却单元理想地按到加热片的能流的函数，从打印机供能电路接收电流。或者，可以提供一个用于感应流向打印头的墨水温度的温度传感器，从传感器输出的信号可以用于控制从打印机供能电路供给冷却单元的电流量。
图1是根据本发明构造的具有第一和第二打印盒的喷墨打印装置的透视图；图2是连接到一块孔板的加热片部分的视图，孔板在两个不同水平面剖视；
图3是沿着图2的剖切线3-3的视图；图4是根据本发明的第一实施例组成的打印盒部分的剖视图；图5是沿着图4的剖切线5-5的视图；图6是根据本发明的第二实施例组成的打印盒部分的剖视图；图7是沿着图6的剖切线7-7的视图；图8是根据本发明的第三实施例组成的打印盒部分的剖视图；图9是沿着图8的剖切线9-9的视图；现在参考图1，显示根据本发明构造的具有第一打印盒20和第二打印盒30的喷墨打印装置10。打印盒20和30装在一个托架40上，托架可滑动地装在导轨42上。驱动机构44用于实现托架40沿导轨42来回的往复移动。驱动机构44包括一个带传动轮44b的电机44a以及一个传动带44c，传动带延伸在传动轮44b和惰轮44d周围。托架40固定连接到传动带44c以随传动带44c一起移动。电机44a的运转实现传动带44c的来回移动，以及因此托架40和打印盒20和30的来回移动。当打印盒20和30来回移动时，将小墨滴喷在它们下面的纸层上。在所述的实施例中，第一打印盒20喷出黑色小墨滴，而第二打印盒30喷出青色、洋红色或黄色的彩色小墨滴。仅第一打印盒20将在这里详细讨论，因为第二打印盒30与第一打印盒20的构造方式本质上相同。
第一打印盒20包括一个聚合物的墨盒22，见图1，以及一个打印头24，见图2和图3。打印头24包括具有多个电阻加热元件52的一个加热片50。打印头24进一步包括具有多个开口56的板54，开口56穿过板54，限定了多个孔56a，小墨滴通过这些孔喷出。
板54可以通过任何现有公认的技术，包括一种热压粘合方法，粘在加热片50上。当板54与加热片50结合在一起时，板54的截面54a和加热片50的部分50a就限定了多个气泡室55。墨盒22提供的墨水通过墨水供给通道58流入气泡室55。电阻加热元件52位于加热片50上，使得每个气泡室55仅具有一个加热元件52。每个气泡室55与一个孔56a相通，见图3。
电阻加热元件52由一个打印机供能电路100提供的电压脉冲分别寻址，见图5。每个电压脉冲加到一个加热元件52上，以即刻蒸发与加热元件52接触的墨水，以便在加热元件52位于其中的气泡室55内形成气泡。气泡的作用是置换气泡室55内的墨水使得小墨滴从与气泡室55相连的孔56a喷出。
固定在聚合物的墨盒22上的柔性电路25用于提供能量脉冲从打印机供能电路100到加热片50的一条通路，见图5。加热片50上的焊片(没有显示)焊在柔性电路25上的导线(没有显示)的末端。电流从打印机供能电路100流到柔性电路25上的导线，并且从导线流到加热片50上的焊片。电流然后从焊片沿导线53流到加热元件52。一种连接到加热片焊片的柔性电路公开在共同转让的共同未决的专利申请上，其美国系列号＿＿＿＿，名称为“用于将一个柔性电路连接到一个聚合物的墨盒上以及用于在使用胶囊密封材料的柔性电路和其它元件的截面上形成一个阻挡层的一种方法”，由Singh等人于1997年3月27日申请，并且具有代理人卷号LE9-97-038，其公开在此作为参考。
根据本发明的第一实施例，一个热传导材料层60位于墨盒22和加热片50之间，以直接接触加热片50，见图5。许多热传导材料的任何一种都可以用来制成层60，例如金、铝、不锈钢、带或不带镍或铬的保护镀层的铜、碳填充聚合物，和热传导陶瓷。如果墨水23接触到层60，一种充分不腐蚀的热传导材料，例如铝，带镍或铬的保护镀层的铝或铜，可能是理想的。
层60是L形的，如图5所示，并且延伸在墨盒22的内部22a和外部22b之间。理想地，墨盒22由绝热聚合物材料制成。在所述的实施例中，墨盒22由聚亚苯氧化物制成，聚亚苯氧化物可以从通用电气公司商标“NORYL SE-1”下在商业上获得。没有在这里明确列出的其它聚合物材料也可以使用。
热电冷却单元70通过一种热粘合剂连接到墨盒22使得冷却单元70的第一表面70a接触到传导层60，见图5。散热器80靠近冷却单元70使得散热器80的内表面80a接触到冷却单元70的第二表面70b。散热器80的外表面80b暴露在空气中。散热器80可以具有散热片或肋板(没有显示)，以使传导到空气的热量最多。传导层60提供热能从加热片流到冷却单元70的通路。冷却单元70将热从传导层60排出到散热器80，在此处能量散失到暴露于散热器80的第二表面80b的外界空气中。在所述的实施例中，散热器80的部分80c接触到墨水23，以允许热量直接从散热器80传导到墨水23。加热墨水的优点是溶解在墨水中的一些气体将被转移，这样减少了加热片50附近能导致打印缺陷的气泡的形成。在另一个实施例中(没有显示)，散热器80在表面80c上不与墨水接触，但是被绝热聚合物材料围绕，并且与外界空气单独接触，用于从冷却单元70的热交换。在另一个实施例中(没有显示)，散热器80不与外界空气接触，但是与墨水23单独接触，用于从冷却单元70的热交换。
许多热传导材料的任何一种都可以用来制成散热器80，例如金、带或不带镍或铬的保护镀层的铜、铝、不锈钢、碳填充聚合物，和热传导陶瓷。如果墨水23接触到散热器80，一种充分不腐蚀的热传导材料，例如铝或带镍或铬的保护镀层的铜，可能是理想的。
在所述的实施例中，单元70包括一个珀耳帖效应冷却单元。它可以由联合形成一个pn结的p型和n型半导体材料制成。理想的p型材料包括铋、碲和锑的合金，而理想的n型材料包括铋、碲和硒。导线(没有显示)从柔性电路25延伸到冷却单元70。导线可以沿墨盒22的外表面延伸或嵌入墨盒22内部。从打印机供能电路提供给冷却单元70的能量通过柔性电路25和导线到达冷却单元70。根据电流通过的方向，热在pn结处释放或吸收。释放或吸收热的量是流过单元70的pn结的电流的函数。很多形式的珀耳帖效应冷却单元可以在商业上获得，并且可以根据冷却单元将要处理的热载，也可以根据物理形状和尺寸要求来选择。
在所述的实施例中，微处理器110经常监视由打印机供能电路100提供给加热片50的功率。一个加热元件52启动所需的典型的能量值存储在微处理器110中。用在一给定时间周期启动的加热元件52的数量乘以这个典型的能量值，微处理器110决定在该给定时间周期提供给加热片50的估算功率。微处理器110然后使供能电路100按提供给加热片50的能流或估算功率，向冷却单元70提供电流，以冷却加热片50并且保持加热片50的温度充分恒定或在要求的温度范围内。目前理想的是电流与打印负载直接成比例地提供给冷却单元70，使得随打印负载的增加，提供给冷却单元70的电流增加，以及随打印负载的减少，提供给冷却单元70的电流减少。
根据本发明的第二实施例构造的打印盒120在图6和图7中显示，其中同样的参考数字表示同样的元件。打印盒120包括一个墨盒122，墨盒理想地由一种绝热聚合物材料制成。墨盒122包括一个内部竖管122a，内部竖管理想地由一种绝热聚合物材料制成。绝热聚合物材料的层160延伸入竖管122a，并且限定了一个内部通道160a，墨水通过内部通道流入打印头24。传导材料的层160也延伸到冷却单元70使得它接触到冷却单元70的第一表面70a。许多热传导材料的任何一种都可以用来制成层160，例如金、铝、不锈钢、带或不带镍或铬的保护镀层的铜、碳填充聚合物，和热传导陶瓷。因为墨水23接触到层160，一种充分不腐蚀的热传导材料，例如铝或带镍或铬的保护镀层的铜，可能是理想的。
当墨水23流过通道160a并且接触到热传导材料160，热能从墨水23中排出。能量借助传导沿材料层160移到冷却单元70。冷却单元70则将热传导到散热器80，在此处能量散失到外界空气中。
典型地，装在一个喷墨打印墨盒内的墨水包括溶解的气体，主要是氮、氧和二氧化碳。当墨水流入并且通过打印盒的打印头时，其温度升高。由于墨水中的气体溶解性随墨水温度升高而降低，当墨水流入并且通过打印头时空气可能从溶液中跑出来，导致在打印头中形成气泡。这些气泡可能阻碍墨水通过打印头，导致一个打印缺陷。在本发明中，因为墨水23在进入打印头24之前被冷却，当墨水23通过打印头24时空气不太可能从溶液中跑出来。冷却的墨水23在流入并且通过打印头24时也用来冷却加热片50。
由于在所述实施例中，墨水冷却单独发生在竖管122a，因此仅极少量的将要用于打印的墨水被冷却。这比冷却墨盒122中的所有墨水更理想，冷却墨盒122中的所有墨水将需要更大的功率并且促进墨水吸入更多的气体，这是不希望的。
在图6和图7所示的实施例中，热传导层160被包在聚合物的墨盒122里面使得一层绝热聚合物材料122b位于热传导层160和加热片50之间。这允许热仅从墨水中导出，降低其温度并且减少由于加热片50附近温度的升高而造成的与墨水中转移的气体相关的问题。温度的显著下降能够使先前在加热片50的区域产生的气泡重新溶解在墨水中。还考虑到热传导层160可以直接接触加热片50以提供热从加热片50到冷却单元70的一条通路，尽管这种配置更有利于直接冷却加热片50，并且会升高加热片50附近墨水的温度。
如上所述，理想的是电流按打印负载的函数供给冷却单元70。还考虑到一个墨水温度传感器(没有显示)可以位于竖管122a内或加热片50和竖管122a之间，用于产生到微处理器110的反馈信号，代表墨水温度。基于这些信号，微处理器110使供能电路100提供适量的电流到冷却单元70，以保持墨水23的温度充分恒定或在要求的温度范围内。该温度传感器可以包括一个常规电热调节器或热电偶。
进一步考虑到一个加热片温度传感器(没有显示)可以位于加热片50上面或合并在加热片50内部，产生到微处理器110的反馈信号，代表加热片的温度。基于这些信号，微处理器110使供能电路100提供适量的电流到冷却单元70，以保持加热片50的温度充分恒定或在要求的温度范围内。该温度传感器可以包括一个常规电热调节器或热电偶。
根据本发明的第三实施例构造的打印盒150在图8和图9中显示，其中同样的参考数字表示同样的元件。打印盒150包括一个墨盒152，墨盒152理想地由与用于制成墨盒22的相同的材料制成。墨盒150另外包括一个合适尺寸的冷却单元170，直接接触加热片50以冷却加热片。一层热传导材料160从冷却单元170延伸到一个散热器80以便提供热能从冷却单元170流到散热器80的一条通路。热传导层160可以用制成传导层60的上述任何一种材料制成。此外，热传导层160和散热器80可以由单一的整体元件构成。冷却单元170可以以与上述冷却单元70相同的方式工作和控制。
还进一步考虑到可以用来冷却宽页打印头的一个或多个冷却单元。
权利要求
1.一种用在喷墨打印机上的喷墨打印盒，包括具有一个加热片的打印头，所述打印头适合于响应于所述加热片从打印机供能电路接收到的能量脉冲而产生小墨滴；以及与流到所述加热片的墨水相联的珀耳帖效应冷却单元，用于冷却所述墨水，所述冷却单元按到所述加热片的能流的函数从所述打印机供能电路接收电流。
2.如权利要求1所述的喷墨打印盒，其中所述珀耳帖效应冷却单元与所述加热片隔开。
3.如权利要求2所述的喷墨打印盒，进一步包括连接到所述打印头用于提供墨水到所述打印头的墨盒；以及热传导材料，接触所述珀耳帖效应冷却单元并且延伸进所述墨水的流路以便当墨水流入所述打印头时接触所述墨水，所述传导材料提供热能从所述墨水流到所述珀耳帖效应冷却单元的一条通路。
4.如权利要求3所述的喷墨打印盒，进一步包括一层介于所述热传导材料和所述加热片之间的不导热材料。
5.如权利要求2所述的喷墨打印盒，进一步包括接触所述冷却单元的散热器。
6.如权利要求1所述的喷墨打印盒，其中所述加热片包括多个电阻加热元件以及所述打印头进一步包括连接到所述加热片的孔板使得所述孔板的截面和所述加热片的部分限定了多个容纳墨水的室，并且所述多个电阻加热元件位于所述加热片上使得每个所述容纳墨水的室有一个所述加热元件与之相联。
7.一种用在喷墨打印机上的喷墨打印盒，包括具有一个加热片的打印头，所述打印头适合于响应于所述加热片从打印机供能电路接收到的能量脉冲而产生小墨滴；以及连接到所述打印头用于提供墨水到所述打印头的墨盒；与所述加热片隔开的一个珀耳帖效应冷却单元；以及热传导材料，接触所述珀耳帖效应冷却单元并且延伸进所述墨水的流路以便当墨水流入所述打印头时接触所述墨水，所述传导材料提供热能从所述墨水流到所述珀耳帖效应冷却单元的一条通路。
8.如权利要求7所述的喷墨打印盒，进一步包括接触所述冷却单元的散热器。
9.如权利要求8所述的喷墨打印盒，其中所述散热器暴露于空气中使得热从所述冷却单元传导到所述散热器并且从所述散热器传导到空气。
10.如权利要求9所述的喷墨打印盒，其中所述散热器进一步暴露于所述墨盒中的墨水中使得热从所述冷却单元传导到所述散热器并且从所述散热器传导到空气和墨水。
11.如权利要求8所述的喷墨打印盒，其中所述散热器暴露于所述墨盒中的墨水中使得热从所述冷却单元传导到所述散热器并且从所述散热器传导到墨水。
12.如权利要求7所述的喷墨打印盒，其中所述热传导材料靠近所述加热片以便在靠近所述加热片的位置接触所述墨水。
13.一种用在喷墨打印机上的喷墨打印盒，包括具有一个加热片的打印头，所述打印头适合于响应于所述加热片从打印机供能电路接收到的能量脉冲而产生小墨滴；以及与流到所述加热片的墨水相联的冷却单元，用于响应于所述冷却单元从所述打印机供能电路接收的电流，冷却所述墨水，流到所述冷却单元的所述电流作为打印负载的函数而变化。
14.如权利要求13所述的喷墨打印盒，其中所述冷却单元包括一个珀耳帖效应冷却单元。
15.如权利要求14所述的喷墨打印盒，其中所述珀耳帖效应冷却单元与所述加热片隔开。
16.一种用于冷却喷墨打印盒中流到加热片的墨水的方法，所述加热片从打印机供能电路接收能量脉冲，所述方法包括步骤提供一个珀耳帖效应冷却单元；安排所述珀耳帖效应冷却单元使之与所述墨水热连通；监视从所述打印机供能电路到所述加热片的能流；以及按到所述加热片的能流的函数提供电流到所述珀耳帖效应冷却单元。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述安排步骤进一步包括步骤将所述珀耳帖效应冷却单元与所述加热片隔开；以及提供一种热传导材料，延伸在所述珀耳帖效应冷却单元与所述墨水之间并且接触它们，所述热传导材料提供热能从所述墨水流到所述珀耳帖效应冷却单元的一条通路。
18.一种喷墨打印机，包括一个打印机供能电路；具有一个加热片的打印头，所述打印头适合于响应于所述打印机供能电路供给所述加热片的能量脉冲而产生小墨滴；与流到所述加热片的墨水相联的冷却单元，用于响应于所述打印机供能电路供给所述冷却单元的电流，冷却所述墨水；以及连接到所述打印机供能电路的一个处理器，用于监视从所述供能电路到所述加热片的能流，以及用于按到所述加热片的能流的函数控制由所述供能电路供给所述冷却单元的电流量。
19.如权利要求18所述的喷墨打印盒，进一步包括连接到所述打印头用于提供墨水到所述打印头的墨盒；以及热传导材料，接触所述珀耳帖效应冷却单元并且延伸进所述墨水的流路以便当墨水流入所述打印头时接触所述墨水，所述传导材料提供热能从所述墨水流到所述珀耳帖效应冷却单元的一条通路。
20.如权利要求19所述的喷墨打印盒，进一步包括一层介于所述热传导材料和所述加热片之间的不导热材料。
全文摘要
提供一种用在喷墨打印机上的喷墨打印盒。该打印盒包括具有一个加热片的打印头。该打印头适合于响应于该加热片从打印机供能电路接收到的能量脉冲而产生小墨滴。珀耳帖效应冷却单元与墨水相联用于冷却墨水。该冷却单元按到该加热片的能流的函数从该打印机供能电路接收电流。
文档编号B41J2/14GK1202424SQ981149
公开日1998年12月23日 申请日期1998年6月18日 优先权日1997年6月18日
发明者罗伯特·W·康奈尔, 威廉·P·库克, 加里·A·登顿, 詹姆斯·H·鲍尔 申请人:莱克斯马克国际公司