本公開涉及噴墨打印頭，更具體地涉及在打印頭中流動的油墨的再循環(huán)。

背景技術(shù)：

一般地，固體油墨打印頭包含儲器，熔融油墨利用逐滴供給裝置或臍式供給系統(tǒng)供給到儲器內(nèi)。打印頭還包含附裝至噴嘴板的一排噴射元件，噴嘴板具有一排孔，油墨通過一排孔排出以在打印表面上形成圖像。在打印頭的內(nèi)部，油墨從儲器通過一系列通道或歧管流動至噴射元件和噴嘴板。打印頭內(nèi)的這些通道或歧管一般由粘合在一起的離散層組合形成，從而形成整體流體結(jié)構(gòu)。

通過加熱器的使用，打印頭被加熱，使得打印頭內(nèi)的固體油墨熔化或在正常操作期間變成液體。在長時間的空閑期間或在斷電之后，加熱器關(guān)閉。對打印頭的相關(guān)冷卻使得打印頭內(nèi)的油墨凝固并收縮。這接著使得空氣被引入打印頭內(nèi)的通道或歧管中。當(dāng)隨后通電時，這些空氣將自身表現(xiàn)為流體結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣泡。為了使打印頭正確地執(zhí)行，必須從打印頭內(nèi)部的通道或歧管去除這些空氣的全部或基本全部。

應(yīng)注意到，術(shù)語‘打印機(jī)’和‘打印頭’適用于在不論是打印機(jī)、傳真機(jī)、照片打印機(jī)等等的一部分的打印表面上產(chǎn)生油墨的任何結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的空氣去除方法產(chǎn)生系統(tǒng)不能回收或再利用的浪費(fèi)的油墨。例如，在一種方法中，系統(tǒng)將氣泡輸送至沿著通道或歧管的位置，在此氣泡可以通過不是噴嘴板的一部分的排氣孔排出打印頭。在另一種方法中，系統(tǒng)迫使空氣通過噴射元件和相關(guān)噴嘴自身。在仍然的另一種方法中，系統(tǒng)迫使空氣通過噴嘴板內(nèi)的與噴射元件不相關(guān)的出口或噴嘴。在這些方法中的每一種中，捕集在氣泡與出口或噴射元件之間的油墨也排出打印頭。打印機(jī)不能容易地回收這些油墨，并且其變成浪費(fèi)。

隨著更加嚴(yán)格的節(jié)能要求的到來，打印機(jī)將需要比目前所需更加頻繁地斷電。相應(yīng)地，對于清洗循環(huán)以去除在斷電期間被引入打印頭內(nèi)的空氣的需要也將增強(qiáng)。這些將導(dǎo)致更多地浪費(fèi)油墨，引起更低效的打印頭、更高的用戶成本以及顧客不滿意。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一個實施例是包括多個單噴射元件的噴墨打印頭，每個單噴射元件包括構(gòu)造成在噴射事件期間噴射油墨的孔和用于容納油墨的通道。打印頭還包括：連接至通道的第一歧管結(jié)構(gòu)；連接至用于容納油墨的通道的多個再循環(huán)通道，再循環(huán)通道通過半刻蝕形成單噴射元件和再循環(huán)路徑中的每一個的一部分的鋼板之一形成；以及連接至再循環(huán)通道的第二歧管結(jié)構(gòu)。在噴射事件之前，向第一歧管施加負(fù)壓以及向第二歧管施加更低的負(fù)壓達(dá)預(yù)定時間量。

另一個實施例是一種包括噴射元件的噴墨打印頭。噴射元件包括構(gòu)造成在噴射事件期間噴射油墨的孔和用于容納油墨的通道。噴墨打印頭還包括構(gòu)造成向通道供給油墨的第一歧管和構(gòu)造成在噴射事件和不噴射事件期間容納油墨的再循環(huán)路徑。每個再循環(huán)路徑包括：連接至用于容納油墨的通道的再循環(huán)通道，再循環(huán)通道通過半刻蝕形成單噴射元件和再循環(huán)路徑中的每一個的一部分的鋼板之一形成，以及構(gòu)造成容納來自再循環(huán)通道的油墨的第二歧管，其中，油墨在不噴射事件期間從第一歧管通過噴射元件和再循環(huán)路徑流動至第二歧管。

另一個實施例是控制打印頭中的壓力的方法。該方法包括將油墨加熱至所需溫度，在油墨被加熱至所需溫度之后，向連接至通道的第一歧管施加負(fù)壓以及在連接至再循環(huán)通道的第二歧管處施加更低的負(fù)壓達(dá)預(yù)定時間量，以及在已經(jīng)過去預(yù)定時間量之后通過孔噴射油墨。

附圖說明

圖1示出單個噴射元件的流體分配子組件的示例。

圖2示出在固體油墨已被加熱之后具有氣泡的單個噴射元件。

圖3示出具有內(nèi)部再循環(huán)油墨的單個噴射元件。

圖4示出具有去除氣泡的噴射油墨的單個噴射元件。

具體實施方式

一些流體分配組件包括局部流體供給源和流體分配子組件。局部流體供給源可以存在于儲器組件內(nèi)的一個或多個儲器腔室中。流體分配子組件可被視為具有若干部件。首先，驅(qū)動器部件可以包括使得流體排出子組件的轉(zhuǎn)換器(比如壓電轉(zhuǎn)換器)、轉(zhuǎn)換器基于其操作的隔膜以及形成壓力腔室的一個或多個本體板。第二，入口部件包括從歧管朝向壓力腔室引導(dǎo)流體的通道。接著，出口部件將流體從壓力腔室引導(dǎo)至孔。最后，孔自身將流體分配出打印頭。

打印頭用作流體分配組件的示例，其中噴射疊片用作流體分配子組件，噴射疊片一般由粘合中一起的一組板組成。在打印頭/噴射疊片示例中，驅(qū)動器、入口、出口和孔四個部件變得更加特別。入口將油墨從歧管朝向壓力腔室引導(dǎo)，出口將油墨從壓力腔室引導(dǎo)至孔板。驅(qū)動器操作壓力腔室中的油墨以使流體通過孔板排出噴射疊片。在噴射疊片示例中，孔使流體分配出噴射疊片并且最終分配出打印頭。

如在此使用的術(shù)語打印機(jī)應(yīng)用于任何類型的按需滴定噴射器系統(tǒng)，在按需滴定噴射器系統(tǒng)中流體的液滴響應(yīng)于某種轉(zhuǎn)換器的致動而被迫使通過一個孔。這包括比如為熱噴墨打印機(jī)的打印機(jī)、用于比如為有機(jī)電子電路制造、生物檢驗、三維結(jié)構(gòu)建筑系統(tǒng)等等的應(yīng)用的打印頭。術(shù)語‘打印頭’不旨在僅應(yīng)用于打印機(jī)，不應(yīng)該暗示這種限制。噴射疊片存在于打印機(jī)的打印頭內(nèi)，其中術(shù)語打印機(jī)包括上述例子。

所公開的技術(shù)解決了在去除油墨流動路徑中的氣泡時浪費(fèi)油墨的問題。圖1示出打印頭中的噴射疊片的例子。噴射疊片100在該例子中由粘合中一起的一組板構(gòu)成并將被用于以下論述中。應(yīng)注意到這僅是示例，并不對本文中要求保護(hù)的發(fā)明的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞郊右韵拗?。如將進(jìn)一步說明的，術(shù)語‘打印機(jī)’和‘打印頭’可以包括位于為了任何目的而分配流體的系統(tǒng)內(nèi)的任何系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。類似地，雖然在此將論述噴射疊片以幫助理解，但是任何流體分配子組件可以是相關(guān)的。流體分配子組件或流體分配本體可以包括如在此所述的一組板、模制體、機(jī)械加工體等等，模制體具有適當(dāng)?shù)耐ǖ?、換能器和孔。由于實施例的方面包括位于噴射疊片內(nèi)部的除僅板外的另外的結(jié)構(gòu)，因此該組板可被稱為流體分配子組件內(nèi)的流體分配體。

如上所述，噴射疊片100由多個板1000-1024構(gòu)成。優(yōu)選地，多個板1000-1024中的每一個是不銹鋼板。板1000具有附連成在噴射事件期間便于油墨噴出的壓電元件(未示出)。板1000-1024中的每一個被化學(xué)刻蝕，使得當(dāng)多個板1000-1024堆疊時其形成上游歧管102、空氣間隙104、下游歧管106、顆粒過濾器108、通道110和孔112。

為了形成噴射疊片的各個部件，從一側(cè)或兩側(cè)化學(xué)刻蝕多個板1000-1024。如上所述，當(dāng)板1000-1024堆疊在一起時，板1000-1024的化學(xué)刻蝕部分形成噴射疊片的各個部件。孔112是通孔板1024。為了形成通道110，刻蝕板1000-1024。然而，為了形成再循環(huán)通道114，板1022僅從一側(cè)進(jìn)行刻蝕以形成通向下游歧管106的半刻蝕通道。優(yōu)選地，再循環(huán)通道114為1.65mm至4.445mm長、0.076mm至0.152mm寬以及0.0381mm至0.1016mm深。然而，通道106不局限于該長度、寬度和深度，但可以為對于每個噴射元件所需的任何尺寸。

噴射疊片從儲器(未示出)通過具有顆粒過濾器108的上游歧管102接收油墨。來自顆粒過濾器108的輸出流入通道110內(nèi)。通道110向孔112和再循環(huán)通道114引導(dǎo)液體。顆粒過濾器108防止大顆粒流入通道110內(nèi)以及噴射通過孔112或被發(fā)送至下游歧管106。當(dāng)致動器或轉(zhuǎn)換器(未示出)觸發(fā)時，其使得隔膜板偏轉(zhuǎn)，并且使得油墨流過孔112。排出孔112的油墨液滴形成打印圖像的一部分。油墨路徑的包括顆粒過濾器108、上游歧管102、通道110和孔112的一部分指的是“單噴射元件”。再循環(huán)路徑包括再循環(huán)通道114和下游歧管106。再循環(huán)通道114連接至通道110。

當(dāng)致動器或轉(zhuǎn)換器不被觸發(fā)時，通道110中的油墨在不通過孔112噴射的情況下流動至再循環(huán)通道114和下游歧管106，如以下更詳細(xì)地論述的。這允許油墨在不噴射的情況下繼續(xù)流動并且防止油墨變得靜止。

在無噴射事件期間，油墨流過通道110并且流動至孔112和再循環(huán)通道114。然而，如上所述，由于壓力在無噴射事件期間不足以打破孔112中的油墨的彎液面，因此壓力將油墨驅(qū)動至下游歧管106以被再循環(huán)。這使得即使當(dāng)油墨在噴射事件期間不被噴射時油墨仍然流經(jīng)歧管102和106以及單噴射元件200。即，即使當(dāng)沒有噴射事件時，油墨也恒定地貫穿單噴射元件200運(yùn)動。這消除了油墨沉淀并且使得顆粒懸浮在油墨內(nèi)。這通過在上游歧管102與下游歧管106之間具有適當(dāng)?shù)膲翰顏韺崿F(xiàn)。

使油墨運(yùn)動到通道110的半刻蝕部分內(nèi)而非通孔112內(nèi)所需的壓力范圍是表面張力和流體的粘度的函數(shù)。壓差應(yīng)該足夠高以保持上游歧管102與下游歧管106之間的流動，而足夠低以防止孔112的彎液面的破裂。

圖2示出在油墨中具有氣泡的噴射疊片100的一部分的示例，其將被稱為流體結(jié)構(gòu)。流體結(jié)構(gòu)可以包括將來自儲器的流體輸送至一個或多個噴射元件及其相關(guān)噴嘴的任何結(jié)構(gòu)。為便于理解，本文中的描述將集中于打印系統(tǒng)內(nèi)的打印頭，而本文中說明的實施例可以適用于任何流體結(jié)構(gòu)。并非旨在對任何特定流體結(jié)構(gòu)進(jìn)行限制并且不應(yīng)暗示。

在該例子中，流體結(jié)構(gòu)包括包含流體或油墨206的通道110。在一些情況下，儲器接收驅(qū)動流體通過通道110進(jìn)入流體結(jié)構(gòu)100內(nèi)的再循環(huán)通道114的壓力。

如上所述，空氣可以在打印頭的斷電周期期間被引入流體結(jié)構(gòu)內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意到，在某些情況下，有可能在正常操作期間也將空氣引入流體結(jié)構(gòu)內(nèi)。

在圖2中，能看到比如為202的氣泡已經(jīng)捕集在通道110中。在正常操作之前，系統(tǒng)需要通過使用清洗循環(huán)去除這些氣泡。如果系統(tǒng)不在正常操作之前去除氣泡，則其將不利地影響流體結(jié)構(gòu)的性能。在當(dāng)前流體結(jié)構(gòu)中，氣泡一般被迫使直接通過不位于噴嘴板內(nèi)的出口、位于噴嘴板內(nèi)的出口或者通過噴射元件自身排出。在這些方法中的每一種中，捕集在氣泡與出口或噴射元件之間的油墨也排出打印頭。打印機(jī)不能容易地回收這些油墨，并且其變成浪費(fèi)。

如上所述，圖2示出在通道110和再循環(huán)通道114內(nèi)具有氣泡202的單噴射元件100的實施例。單噴射元件100也包括孔112。在油墨噴射事件期間油墨206通過孔112噴射。如果在噴射事件期間油墨206中具有氣泡202，則噴射不能操作，如上所述。

圖3示出運(yùn)動通過再循環(huán)通道114以便氣泡被從通道110去除而不從孔112排出的氣泡。油墨206和氣泡202在無噴射事件期間沿箭頭a的方向從通道110通過單噴射元件100的本體流動至再循環(huán)通道114。當(dāng)油墨再循環(huán)以去除氣泡202時，保持孔112中的油墨的彎液面116。因此，在該過程期間沒有油墨206噴射通過孔112。來自再循環(huán)通道114的油墨206返回到下游歧管106內(nèi)。油墨206在沒有氣泡202的情況下被從上游歧管102連續(xù)地泵送到通道110內(nèi)。

油墨206在不使油墨206噴射通過孔112的情況下流向出口路徑114達(dá)預(yù)定時間量。當(dāng)已經(jīng)過去預(yù)定時間量時，油墨206如圖4所示開始噴射。圖4示出清除氣泡202的單噴射元件100。在這一點(diǎn)上，油墨206噴射通過孔112以形成墨滴300，墨滴300在打印基板上形成圖像。

通過在上游歧管102與下游歧管106之間具有適當(dāng)?shù)膲翰顏韴?zhí)行再循環(huán)過程。在噴射事件期間，孔112處的壓力小于出口路徑304處的壓力。這允許油墨通過孔112噴射到打印介質(zhì)上。

在打印操作之前，單噴射元件100中的油墨206加熱至用于打印所要求的溫度。由于油墨206已經(jīng)凝固，因此當(dāng)被加熱時在油墨206中形成氣泡202，如上所述。在油墨噴射通過孔112之前，在上游歧管102處施加負(fù)壓，并且在下游歧管106處施加更低的負(fù)壓。油墨206從上游歧管102向再循環(huán)通道114和下游歧管106流動達(dá)預(yù)定時間量。這允許如上所述地去除氣泡202。在預(yù)定時間量之后，噴射事件可以在沒有氣泡202的情況下通過孔112發(fā)生。在噴射期間，可以保持上游歧管102與下游歧管106之間的壓差。一般地，采用大約1個大氣壓力來打破用于噴射事件的孔112中的油墨206的彎液面116。該壓力可以通過比如為真空裝置、負(fù)壓頭等等的任何裝置施加。

迫使氣泡進(jìn)入再循環(huán)通道114內(nèi)所需的壓力利用以下等式確定：

其中，p是壓力，t是油墨202的表面張力，w是通道寬度，以及d是通道深度。利用如上所述的用于再循環(huán)路徑114的通道寬度和深度，迫使氣泡進(jìn)入再循環(huán)路徑內(nèi)所需的壓力范圍是基于對于油墨206的27達(dá)因/cm的表面張力的3.6至8.5英寸水柱。即，再循環(huán)路徑114的進(jìn)口處的壓差必須等于或大于利用上述等式(1)確定的壓力。

這允許油墨再循環(huán)通過單噴射元件100，而不是在打印之前執(zhí)行預(yù)先噴射以去除氣泡202。由于油墨206再循環(huán)回到儲器(未示出)，因此節(jié)省了油墨206。具有氣泡202的油墨206當(dāng)運(yùn)動至儲器時在打印期間未造成堵塞威脅，并且在試圖去除氣泡202時沒有浪費(fèi)油墨206。

盡管上述為單噴射元件100，但是打印頭包括多個單噴射元件100。單噴射元件100中的每一個如上所述地構(gòu)造。此外，單噴射元件100中的每一個連接至上游歧管102和下游歧管106，下游歧管106保持油墨206并且油墨206從下游歧管106泵送到單噴射元件100內(nèi)，如例如在圖1中所示。