流体流通校正的制作方法

流体流通校正的制作方法
【专利摘要】公开了一种流体流通校正。流体流通校正的示例性方法包括：排出具有顺应性元件的流体储存器中的流体体积。该方法还包括：吸收由流体流通中的变化引起的流体涌动，以减小至少一个墨水喷嘴弯液面的变形且保持一致的流体喷射。
【专利说明】流体流通校正
【背景技术】
[0001]在打印操作期间实现一致且高品质的输出是打印机发展的一个最有挑战的方面。当使用多管芯打印头(如用于页宽阵列(PWA)打印的那些)时，一致的打印质量变得更有挑战。
[0002]热喷墨的按需滴墨打印头可在可变的墨水流通的持续周期下操作。通常，打印头从不活动状态(没有打印)或不太活动状态(使用很少墨水或不使用墨水)快速地过渡至活动状态(消耗大量墨水)。这些过渡可导致不一致量的墨水由喷嘴输出。在给送独立喷嘴的墨水量并未足够快地加速或减速来匹配喷嘴处的输出时，喷嘴弯液面可相比于标称状态扩张或收缩。结果是频繁地改变墨滴性质，如微滴体积、微滴速度和微滴方向。在一些打印状态下，这可导致不可接受的打印制造物。
【专利附图】

【附图说明】
[0003]图1为示例性打印机系统的高水平图示。
[0004]图1a示出了示例性打印操作。
[0005]图1b示出了来自打印操作的示例性输出。
[0006]图2为更详细地示出示例性打印头的透视图。
[0007]图2a为图2中所示的示例性打印头的分解透视图。
[0008]图3a_f示出了打印头中的示例性顺应性元件的组装和安装。
[0009]图4a_b示出了顺应性元件的示例性内部部件。
[0010]图5a_c为顺应性元件的其它实例的透视图。
【具体实施方式】
[0011]公开了流体流通校正，其可大体上应用于任何流体喷射操作，例如，以减小惯性效果。出于图示的目的，流体流通校正实例相对于具有墨水流通校正的打印头来描述，且公开了与此相关的系统及方法。然而，流体流通校正不限于在打印系统中实施。
[0012]如上文所述，在给送独立喷嘴的大块墨水并未足够快地加速或减速来匹配喷嘴输出的打印状况下，喷嘴的弯液面可受影响，例如，相比于标称状态扩张(凸出)或收缩。弯液面的该干扰为"反射"或"惯性"涨落的结果，且在打印操作期间对微滴尺寸和喷射的所得效果可导致非期望的打印质量，如，打印介质上的不需要的制造物。
[0013]压电打印机使用kapton类(聚酰亚胺)窗口膜来隔离大块墨水中的〃压电〃移动。但由于打印头结构的高喷嘴密度和尺寸，这对于结合热喷墨按需滴墨的打印头使用来说不是可行的选择。此尝试由于诸如纸碰撞的机械冲击而将有墨水容纳室完整性遭破坏和故障的风险。
[0014]桌面喷墨打印机可使用邻近喷嘴的笔体内的自由气泡。但由于使用的墨水的较高的量，故这对于结合热喷墨按需滴墨打印头使用来说不是可行的选择。当墨水在加热期间脱气时，气泡可增大尺寸。来自脱气的显著的气体累积可阻挡打印头中的墨水通道且使喷嘴缺少墨水，从而导致系统故障。类似地，该尝试不可与脱气墨水(如，可用于减少桌面喷墨打印机的笔体中的空气累积的那些)一起使用，这是因为气泡最终将溶解在墨水中，且因此将丧失相关益处。
[0015]其它尝试关注于通过调整开孔形状、标称微滴体积和标称微滴速度来调节流体构架，以提高微滴喷射的稳健性。但打印机仍经历可变墨水流通的非期望的效果。减慢介质速度、使介质经过打印区域下方多次以及耗尽内容物所有这些都会降低生产能力性能(即，每分钟可打印的页数)，且因此也是校正墨水流通中的变化的非期望的尝试。
[0016]本文公开的流体喷射装置(例如，打印头)将顺应性元件引入喷射喷嘴附近的流体(例如，墨水)的流体通路中，这用于增大流体或墨水储存器的容量。因此，喷嘴弯液面不再必须响应于喷射(例如，打印操作)期间流体需求的突然变化来提供全部容量(例如，通过向内或向外突出)。相反，在流体需求突然增大或减小期间，顺应性元件吸收流体流通的变化，且减小喷嘴弯液面的总变形，且因此有助于保持微滴喷射一致性(在可接受范围内)。
[0017]将认识到的是，本文所述的顺应性结构可完全地容纳在墨水容纳室边界内。因此，顺应性结构不会损害打印头的流体完整性，即使顺应性结构变差或以其它方式失效。
[0018]图1为示例性打印机系统100 (如，可与其使用的本文公开的打印头)的高水平图示。图1a示出了示例性打印操作。图1b示出了来自打印操作的示例性输出。示例性打印机系统100可为具有热喷墨按需滴墨打印头的PWA彩色喷墨打印机，如，由Hewlett-PackardC0.(Palo Alto, California)市售的那些。本文公开的打印头还可与现在已知的或以后开发的其它适合的打印机一起使用，这将由本领域的普通技术人员在熟知本文的教导之后容易地认识到。
[0019]外部控制面板140可提供为由使用者进行输入/输出。打印机系统100还可与外部装置(未示出)操作性关联，如，用于输入/输出操作的计算机或其它电子控制装置。内部控制系统(未示出)可与驱动机构(未示出)操作性关联，以从两个卷筒(未示出)拉动打印介质120，且使打印头110附近的打印介质120沿箭头130所示的方向移动。控制器还可与流体地连接到打印管芯111-115上的一个或多个墨水储存器操作性关联，以控制用于传递至打印介质120上的墨水流(例如，如图1中由打印介质120上的分别对应于打印管芯111-115的相应图像部分121-125所示)。
[0020]将注意的是，上文所述的打印机系统的构造和操作是计算机和打印机领域中熟知的，且因此不需要进一步描述以使得本文所述的系统和方法被全面地理解。
[0021]打印机系统100可包括一个或多个打印头(如打印头110)，当打印介质120给送经过打印机(例如，沿箭头130所示的方向)时，所述打印头提供在打印介质120 (例如，纸)上。打印头110可为多管芯打印头，其具有与流体储存器流体连通的打印管芯111-115，以用于将墨水供应至打印管芯111-115。当然，将注意的是，打印头110不限于打印管芯的任何特定数目或布置。图1和图1a中所示的构造仅是示例性打印头的示例。
[0022]在打印操作期间，如图1a中所示，墨水从打印头110中的墨水储存器输送至打印管芯111-115，且喷射到打印介质120上。在给送独立喷嘴的大块墨水并未足够快地加速或减速来匹配喷嘴输出的打印状态下，喷嘴的弯液面可扩张或收缩(相比于弯液面静止时的标称凹面状态)。这些效果在本文中大体上称为对微滴质量的惯性或惯量效果，且以图示方式可由高墨水流通的维持周期以及从没有打印到至高流通、至低流通的过渡(及它们的组合)造成。打印操作期间的弯液面(各个弯液面可被不利地影响)的该干扰(扩张/收缩)可引起墨滴特性的变化，所述墨滴特性例如是微滴体积、微滴速度和/或微滴方向。
[0023]通过图示的方式，在静止时，喷嘴弯液面是自然的凹面，因为内部压力设置为保持在环境压力以下以避免泄漏。如果在启动时喷嘴具有延伸超过平衡水平的弯液面，则喷射的微滴重量可大于平均值，微滴速度可以是慢的，多余的墨水可沾到喷嘴开孔表面上，从而完全吸收微滴或将其拉离指定轨迹。如果在启动时喷嘴具有收缩到平衡水平以下的弯液面，喷射的微滴重量可小于平均值，微滴速度可以是快的，微滴形状可变为更类似于许多小微滴的喷雾，而非一个粘着的微滴。
[0024]可容易认识到的是，来自各个打印管芯111-115的墨水微滴的特性可影响打印介质120上的打印质量。如图1b中所示的样本150中所见，墨水微滴特性中的变化可影响打印介质上的一致的打印质量。打印样本150为非期望的打印质量的实例，包括打印介质上的不需要的制造物，如，在使用常规打印头时可存在的制造物。
[0025]在静止时，喷嘴弯液面是自然的凹面，因为内部压力设置为保持在环境压力以下以避免泄漏。如果在启动时喷嘴具有延伸超过平衡水平的弯液面，则喷射的微滴重量可大于平均值。此外，微滴速度可较慢，且多余的墨水可沾到喷嘴开孔表面上，从而完全吸收微滴或将其拉离指定轨迹。
[0026]如果在启动时喷嘴具有收缩到平衡水平以下的弯液面，喷射的微滴重量可小于平均值，微滴速度可过快，且微滴形状可变为更类似于许多小微滴的喷雾，而非一个粘着的微滴。
[0027]—旦超过临界弯液面变形，则具体的问题高度地取决于打印什么以及同一打印头组件的其它区域在打印什么。举例来说，所得的打印制造物可包括模糊的文本、带以及不完整的区域填充。
[0028]图1b中所示的打印样本150’(相比于打印样本150)为当在打印操作期间使用墨水流通校正时的输出的实例。墨水流通校正可通过将顺应性元件引入打印头110上的喷射喷嘴附近的墨水的流体通路中以增大墨水储存器的总容量来实现。如下文参照图2和图2a中所示的附图更详细描述的那样，在实例中，顺应性元件设置在墨水储存器自身中。顺应性元件构造成在打印操作期间吸收由墨水流通的变化引起的墨水的涌动。
[0029]由于设置在打印头110的墨水储存器中的顺应性元件，故喷嘴弯液面在墨水需求突然变化的情况下不再必须提供所有顺应性。相反地，在墨水需求突然增大或减小期间，顺应性元件吸收墨水流通的变化，以减小各个弯液面的总变形。顺应性元件用于减小墨水喷嘴弯液面的变形。因此，顺应性元件在墨水从打印头喷嘴喷射期间将微滴特性保持在可接受范围内。顺应性元件独立于墨水流通的变化而提高打印头Iio中的各个喷嘴的性能。顺应性元件还保持相邻打印头喷嘴的性能，以及打印头在总体上的性能。
[0030]在继续阐述之前，将注意的是，本文所述的系统及方法不限于上文分别参照图1和Ia所示的打印系统100和校准系统150。可受益于所述系统和方法的实施方式的其它打印机系统和校准系统的实施例将由本领域的普通技术人员在熟知本文的教导之后容易地认识到。
[0031]图2为更详细地示出示例性打印头110的透视图。图2a为图2中所示的示例性打印头110的分解透视图。示例性打印头110包括安装在电路板160上的打印管芯111-115。电路板160在打印操作期间实现电连接以促动打印管芯111-115。
[0032]电触头161-165可在图2a中的电路板160上看到，其对应于各个打印管芯111-115。电连接161-165电连接到对应的电垫170上。当打印头110插入打印机系统100(例如，图1中所示的打印机系统100)中时，电垫形成打印管芯111-115与打印机控制器(上文针对图1所述)之间的电连接。在打印操作期间，电信号用于"启动"打印管芯上的对应喷嘴，且将墨水从墨水储存器180以期望图案喷射到打印介质120上。墨水储存器180可组装到打印头本体190上。
[0033]打印头110包括顺应性元件200。在实例中，顺应性元件200为填充有空气或其它气体(或气体混合物)的密封袋，且插入墨水储存器180中。顺应性元件200可完全地容纳在墨水容积内。应注意的是，一个或多个顺应性元件200可设置在各个墨水储存器内。
[0034]图3a_f示出了打印头110中的示例性顺应性元件200的组装和安装。顺应性元件200可形成为空气或气体填充的袋。用于制造袋的材料可具有与许多喷墨流体很高的相容性。将注意的是，袋不必定位成紧邻微滴喷射喷嘴。因此，在打印头几何形状和流体通路方面存在更大的设计灵活性。不存在对喷嘴装载密度的约束。
[0035]根据示例性组装过程，如图3a_b中所示，顶层膜210a和底层膜210b(—个层设在另一个上面)首先附加到管芯220上。接下来，膜紧固在一起，使得如图3b中所示，在从管芯220除去之后将袋230密封时，在膜之间捕集一定量的气体。所得的气体填充的袋205在图3d中所示的侧视图中被最佳地看到。
[0036]膜210a_b可使用任何适合的过程紧固在一起。实例使用热熔合(例如，膜210a_b熔合在管芯220的区域232和234中)。膜的紧固还可利用胶、机械夹具或其它装置实现，以便填充的空气或气体不会在使用期间泄漏，且/或以便墨水流体不会在使用期间渗透到袋中。将注意的是，顺应性元件不限于任何特定的制造方法，且不需要热熔合。实际上，如本文所述，顺应性元件不限于任何特定类型或构造的结构，且不需要实施为气体填充的袋。
[0037]膜210a_b的外周在图3中示出为具有大体上矩形形状，因此形成大体上矩形或卵形的袋205。然而，将注意的是，所形成的袋可为任何形状，包括但不限于圆形、卵形、矩形、花生形和其它形状。所述形状可基于附加到管芯上的膜的外周变化。所述形状还可基于内部结构变化，这将在下文中更详细描述。
[0038]此外，顺应性元件200可制成为单层或由多层膜制成。各个膜层均可具有不同的功能。例如，功能可包括但不限于减少蒸气传送、提供强度、允许紧固到另一个膜上，以及将多个层系在一起。膜可为具有相同或不同机械性质的非刚性和刚性材料的任何组合。各个膜的构造通常为多层中的一层。
[0039]袋可填充有任何适合的气体，包括空气或其它气体或气体混合物。在其它实例中，还可使用液体和/或液体与气体的组合。气体应当选择成具有一定分子量，其提供气体向外穿过膜和墨水向内穿过膜两者大体上较慢的扩散速率。袋可填充有相对于最大膨胀来说任何量的气体。
[0040]还可构想出变型。设计因素可包括顺应性元件200，其具有足够的表面面积以实现预期益处(例如，〃容量〃效果)。此外，材料可选择成与打印头中的墨水流体在化学上相容，例如以避免引入负面性能问题。
[0041]在另一个实例中，顺应性元件自身可采取可固化物质(如粘合剂)的形式。例如，所述物质可为固化或部分地固化的粘合剂，如，热固化的一部分或两部分硅树脂或基于硅树脂的产品。然而，将注意的是，所述物质可具有任何成分，使得粘合剂自身(或与其它结构结合)提供容量效果。在实例中，物质为柔性低模量物质。
[0042]所述物质可为预先形成的，且/或在组装过程期间采取任何适合的形状。例如，可使用注入模制。物质可在组装打印头之前喷射和固化。未固化的物质分散成覆盖与打印喷嘴相对的壁的全长。这描述为沿喷嘴向下打印定向的墨水歧管的’天花板’。然后，物质可在组装打印头之前固化。
[0043]在实例中，物质可直接地粘附到墨水储存器180内的侧壁上。因此，物质可为很薄的，而仍占据较大的区域。物质(例如，为粘合剂)还可将其自身用作粘合剂和/或使用另一粘合剂来粘合。物质可粘合到附加特征上，且还可加到打印头本体的内部部分上，以在固化之前固持或约束粘合剂的流动。在另一个实例中，物质可压配合就位，而没有任何粘合剂(例如，物质由摩擦或过盈配合保持就位)。
[0044]顺应性元件也可为凝胶或凝胶状物质。在另一个实例中，顺应性元件可为泡沫物质，如，闭孔泡沫。泡沫可完全容纳在墨水容纳室边界内。将注意的是，可施加涂层来减小穿过顺应性元件的气体和液体传送率，特别是在顺应性元件为开启结构或部分开启结构的情况下。
[0045]泡沫可采用任何形状，且可例如使用绳挤出、盒挤出或从整块切割而形成，以实现插入形状，如，圆柱、块、球等。该组件的顺应性表面面积可足以实现预期的〃容量〃益处。可使用任何材料或材料混合物，如，硅树脂、EPDM、腈、氯丁橡胶和其它材料。另外，材料可选择成与流体(例如，打印头中的墨水)化学相容，以避免引入其它性能问题。一个或多个单独的组件可插入各个量的墨水内。
[0046]顺应性元件可安装到诸如附接部件240 (示为用于附接图3c_d中的袋)的夹具上，且插入墨水储存器180中。在墨水储存器180中的安装由图3e-f中所示的局部俯视透视图示出。图3e中的俯视透视图示出了插入墨水储存器180中的附接部件240。图3f中的俯视透视图示出了墨水储存器180中的附接部件240上的袋。
[0047]还可使用其它装固手段，包括使用附加的附接或连接件。将注意的是，顺应性元件不必连接到墨水储存器180内侧。在另一个实例中，顺应性元件可楔入墨水储存器180中。在又一个实例中，顺应性元件可为自由浮动的。
[0048]除上文已经描述的益处之外，顺应性元件还可用于减少气泡吞入和/或局部喷嘴回注(各个均还可引起打印缺陷)。气泡吞入发生在气泡存在于墨水储存器中时，且那些气泡一直进入打印头。喷嘴回注发生在打印头经历突然的机械冲击时，例如，在预期事件(如保养、擦洗或加盖)期间，和/或非期望事件(如纸碰撞或机器撞击)期间。顺应性元件可提供"容量"效果以有助于减小在打印操作期间的效果。
[0049]将注意的是，如果气体由于扩散而离开袋，可能直到耗尽所有气体，则袋可溃缩且组件不再起到预期作用。因此，内部部件可用于向向外穿过袋组件的气体的扩散提供阻力。内部部件有助于防止袋205溃缩，且因此保持袋205的顺应性质。内部部件可构造为支承结构(例如，设在袋205内的物体)或框架(例如，设在袋205内的骨架)。
[0050]图4a_b示出了构造为支承结构250的示例性内部部件，其中(a)为前部平面视图，且(b)为侧部平面视图。支承结构250可为设在袋205内的单独的结构，例如，如图中所示的垫圈或环。支承结构250用于在袋205的使用寿命内始终保持不受约束的表面面积。
[0051]支承结构250可为插入袋内的刚性或半刚性结构，例如但不限于管、盒、正方形、圆顶、球和环。支承结构250还可为泡沫结构，例如闭孔泡沫、开孔泡沫或实心泡沫。支承结构250的形状可采用任何形状。用于选择形状的设计因素包括保持袋的顺应性表面，即使在袋205完全溃缩之后。
[0052]在另一个实例中，支承结构250可为柔性的，其具有由组件自身的设计提供的刚度。柔性支承结构的实例为设在袋205内的内部(膨胀)袋。内部袋可填充有气体，气体具有低蒸气传送率。此外，内部袋不必与装置中的流体相容，因为其由外部袋205保护。例如，金属化的袋可用作内部袋，即使金属化的袋在存在墨水时可能腐蚀。
[0053]图5a_c为顺应性元件的其它实例的透视图。在图5a中，顺应性元件200’构造为框架260。框架260可提供成在袋205的使用寿命内始终保持袋205’的不受约束的表面面积。框架260可模制、挤出、机加工或形成。示例性框架可由中空管、网孔材料或盘管形成。通过图示的方式，框架260为鼓，且膜或其它柔性材料装固在鼓上或鼓周围。
[0054]鼓可由紧固到刚性的中空筒体的相对端部262a_b上的膜265形成，从而将一定量的气体捕集在其中。膜使用热熔合紧固到框架260上。紧固还可利用胶、机械夹具或其它装置实现，以便空气在使用期间不会泄漏，且/或墨水不会越界到鼓中。鼓可使用单个紧固的膜或多面形状上的多个膜来形成。
[0055]在图5b_c中，顺应性元件为柔性的低模量物质。在图5b中，顺应性元件200’ ’为模制的粘合物质，例如，其定形成与墨水储存器的一个内室相一致。在图5c中，顺应性元件200’’’为泡沫结构。例如，出于图示目的示出了闭孔泡沫块，但可使用任何泡沫结构。粘合物质和闭孔泡沫已经在上文被描述，且因此这里不会重复进行描述。
[0056]除上文已经描述的益处之外，顺应性元件完全地容纳在墨水容纳室边界内。因此，墨水流通校准在打印头元件的任何故障的情况下没有打印头的流体完整性的风险。该墨水流通校正方法还通过冗余而提供了性能稳健性。即，多个袋(或其它顺应性元件或顺应性元件组合)可在组装期间被插入，各个袋独立地起作用。如果一个袋失效，则其它袋仍提供墨水流通校正。这用于在袋组件失效的情况下既增大容量益处，同时又提供冗余。
[0057]本文所示和所述的操作被提供，以示出打印头中的墨水流通校正的示例。将注意的是，操作不限于任何特定顺序。还可实施其它的操作。
[0058]本文所示和所述的实例出于图示目的而被提供，而不旨在是限制性的。还可构想出其它实施例。
【权利要求】
1.一种具有流体流通校正的流体喷射装置，包括: 流体储存器；以及 所述流体储存器中的顺应性元件，所述顺应性元件吸收由在喷射操作期间流体流通的变化引起的流体涌动，以减小至少一个喷嘴弯液面的变形且保持一致的微滴喷射。
2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述顺应性元件为柔性的低模量物质。
3.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述顺应性元件为气体填充的袋，所述袋密封以将所述气体保持在所述袋内。
4.根据权利要求3所述的流体喷射装置，其特征在于，所述气体具有足以减小或防止墨水扩散到所述顺应性元件中以及减小或防止所述气体从所述顺应性元件移出的分子量。
5.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述流体喷射装置还包括所述顺应性元件内的支承结构，所述支承结构向所述顺应性结构附近的流体提供向外的阻力。
6.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述顺应性元件包括支承预定形状的外膜的内部框架。
7.根据权利要求6所述的流体喷射装置，其特征在于，所述膜的预定形状为盒或鼓。
8.根据权利要求6所述的流体喷射装置，其特征在于，所述内部框架为中空管、盒、网孔、盘管、圆顶、正方形或环。
9.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述顺应性元件为泡沫。
10.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述流体喷射装置还包括将所述顺应性元件连接在所述流体储存器内的附接部件。
11.一种流体流通校正的方法，包括: 提供顺应性元件，以排出流体储存器中的流体体积并且吸收由流体流通的变化引起的流体涌动，以减小至少一个喷嘴弯液面的变形且保持一致的流体喷射。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:将所述顺应性元件完全容纳在所述流体储存器的流体容纳室边界内。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:将一定量的气体捕集在所述顺应性元件内。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:在流体喷射期间独立于流体流通的变化来保持微滴特性。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:将所述顺应性元件粘合到所述流体储存器上。
【文档编号】B41J2/175GK104039556SQ201280066861
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年1月13日 优先权日:2012年1月13日
【发明者】B.H.伍德, J.A.克拉布特里, O.A.比亨, L.E.吉布森, L.C.拉姆塞, J.M.瓦塔纳贝 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业