ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА C МНОЖЕСТВОМ ЩЕЛЕВЫХ ОТВЕРСТИЙ ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
PRINT HEAD WITH A PLURALITY OF SLOTTED FLUID HOLES

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Печатающие головки можно использовать для выбрасывания чернил или другой текучей среды на запечатываемый материал, такой как бумага. Приложения включают в себя - но не в ограничительном смысле - принтеры, графопостроители, копировально-множительные аппараты и аппараты факсимильной связи. В таких устройствах используется печатающая головка для струйной печати, «выстреливающая» чернила или другое вещество на материал, такой как бумага, для формирования желаемого изображения. В более общем смысле, печатающая головка представляет собой прецизионное дозирующее устройство, которое прецизионно дозирует текучие среды, такие как чернила, воск, полимеры или другие текучие среды. Хотя одним приложением является печать для формирования изображения на запечатываемом материале, печатающие головки этим не ограничиваются и их можно использовать в других целях, таких как изготовление, цифровое титрование, подача фармацевтических препаратов или, например, трехмерная печать.
[0002] Текучую среду можно подавать через щелевое отверстие для текучей среды печатающей головки в камеру для выбрасывания под соплом.  Выбрасывание текучей среды из камеры для выбрасывания возможно за счет нагрева или за счет формируемой пьезоэлектрическими средствами волны давления и т.д. На рабочие характеристики печатающей головки влияют различные факторы, включая температуру текучей среды и той среды, которая окружает печатающую головку. Некоторые печатающие головки включают в себя термочувствительный резистор, который используется для обнаружения температуры печатающей головки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0003] Теперь, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут описаны примеры, носящие лишь неограничительный характер, при этом:
[0004] на фиг.1 показан схематический пример системы для выбрасывания текучей среды;
[0005] на фиг.2 показан вид сверху возможной печатающей головки, имеющей множество щелевых отверстий для текучей среды и термочувствительный резистор, термочувствительный элемент или нагревательный элемент в соответствии с данным изобретением;
[0006] на фиг.3 показан разрез по линии A-A согласно фиг.2;
[0007] на фиг.4A-4E представлены схематические чертежи, иллюстрирующие разные расположения в соответствии с данным изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0008] Печатающая головка может иметь зону щелевых отверстий для текучей среды, включающую в себя множество щелевых отверстий для подачи текучей среды в камеры для выбрасывания. В данном изобретении предложен термочувствительный элемент или нагревательный элемент, который простирается вокруг, по меньшей мере, части края зоны щелевых отверстий для текучей среды, а также, по меньшей мере, между двумя соседними щелевыми отверстиями для текучей среды. Поскольку есть и внешний участок, простирающийся вокруг края щелевых отверстий для текучей среды, и внутренний участок, простирающийся между соседними щелевыми отверстиями для текучей среды, оказывается возможным измерение температуры, характерной для печатающей головки в целом, или более равномерный нагрев как внутренней, так и внешней области печатающей головки. В одном примере, термочувствительный резистор работает и как датчик температуры, и как нагревательный элемент.
[0009] Излагаемые здесь принципы применимы к печатающей головке любого типоразмера и особо полезными они могут оказаться для более крупных печатающих головок, в которых время, затрачиваемое на выравнивание температур между различными областями печатающей головки, может оказаться больше.
[0010] На фиг.1 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая компоненты системы для выбрасывания текучей среды. Например, система для выбрасывания текучей среды может представлять собой принтер для выбрасывания чернил на бумагу или другой запечатываемый материал. Вместе с тем, системы для выбрасывания текучей среды и печатающие головки можно использовать для выбрасывания жидкости или текучей среды других типов, включая - но не в ограничительном смысле - текучие среды, являющиеся фармацевтическими препаратами, и материалы для трехмерной печати. Для простоты ссылок, в нижеследующем описании и примерах будут указаны чернила и щелевые отверстия для чернил, но следует понимать, что в некоторых воплощениях чернила могут быть заменены другими текучими средами и что излагаемые здесь принципы применимы к устройствам для прецизионного выбрасывания текучих сред других типов.
[0011] Система 100 включает в себя печатающую головку 102 для струйной печати, источник 104 чернил, установочный узел 106, узел 108 транспортировки материала, электронный контроллер 110 и источник 112 питания, предназначенный для подачи питания на различные электрические компоненты системы.
[0012] Электронный контроллер 110 принимает данные 124 главной системы, поступающие из главной системы, такой как компьютер, и управляет печатающей головкой 102 с целью выбрасывания капель чернил для формирования - на основе этих данных - знаков, символов, графики или других рисунков на запечатываемом материале.
[0013] В одном примере печатающая головка 102 представляет собой часть встраиваемого картриджа для печати, включающую в себя источник 104 чернил. В еще одном примере источник 104 чернил является отдельным от печатающей головки и подает чернила в печатающую головку посредством сопрягающего соединения, такого как трубка для подачи.
[0014] В иллюстрируемом примере электронный контроллер 110 является отдельным от печатающей головки. Электронный контроллер 110 может быть частью корпуса принтера и посылает управляющие сигналы в печатающую головку, например, через контактную площадку или другую клемму на печатающей головке. Электронный контроллер 110 может содержать интегральную схему прикладной ориентации (ИСПО (ASIC) или процессор, а печатающая головка 102 может иметь более простые электронные схемы для выполнения команд из электронного контроллера 110. Наличие электронного контроллера 110, отдельного от печатающей головки, делает возможным поддержание низкой стоимости печатающей головки, поскольку печатающая головка может быть сменной. В других примерах электронный контроллер 110 может быть встроенным в печатающую головку.
[0015] Установочный узел 106 служит опорой печатающей головке и может создать возможность ее перемещения относительно запечатываемого материала 118 под управлением электронного контроллера 110. Электронный контроллер также управляет узлом 108 транспортировки материала, таким как механизм подачи бумаги, который перемещает запечатываемый материал относительно печатающей головки.
[0016] Печатающая головка включает в себя множество щелевых отверстий 210 для чернил, сообщающихся по текучей среде с множеством камер 220 для выбрасывания чернил, из которых капли 122 чернил выбрасываются через сопла печатающей головки на запечатываемый материал 118. Печатающая головка дополнительно содержит термочувствительный резистор (ТЧР) или другое устройство, которое действует измеряя температуру печатающей головки и/или нагревая печатающую головку. В других примерах функции нагрева и измерения температур могут выполняться другими частями. ТЧР включает в себя краевой участок 240, простирающийся вокруг внешнего контура щелевых отверстий 210 для чернил, а также внутренний участок 250, простирающийся между щелевыми отверстиями для чернил. Краевой участок и внутренний участок соединены друг с другом. Конфигурация ТЧР на фиг.1 показана лишь схематически, а его примеры теперь будут рассмотрены подробнее со ссылками на фиг.2-4.
[0017] На фиг.2 представлен вид перевернутой печатающей головки 102. Печатающая головка включает в себя зону 300 щелевых отверстий для чернил, в которой находится множество щелевых отверстий 210А, 210B и 210C для чернил. Каждое щелевое отверстие для чернил выдает чернила во множество камер 220A, 222A, 220B, 222B, 220C и 222C для выбрасывания чернил, которые могут быть расположены рядами на одной стороне или обеих сторонах щелевого отверстия для чернил. Температура чернил в щелевом отверстии для чернил и камерах для выбрасывания влияет на рабочие характеристики печатающей головки. Поэтому желательно и определять температуру чернил, и подогревать чернила. Например, можно поддерживать чернила при определенной температуре или ниже нее, или в пределах определенного диапазона температуры во время работы печатающей системы и перед дополнительным нагревом чернил для выбрасывания из печатающей головки.
[0018] Как показано на фиг.2, термочувствительный резистор (ТЧР) простирается вокруг щелевых отверстий для чернил. Конкретнее, ТЧР включает в себя краевой участок 240 и внутренний участок 250. Краевой участок 240 простирается вокруг, по меньшей мере, участка края зоны 300 щелевых отверстий для чернил. В этом контексте термин «краевой участок» означает участок, который простирается вдоль края зоны 300 щелевых отверстий для чернил и не простирается во внутренние области зоны щелевых отверстий для чернил в промежутках между соседними щелевыми отверстиями для чернил.
[0019] Между тем, внутренний участок 250 ТЧР простирается в промежутке между соседними щелевыми отверстиями для чернил, принадлежащими некоторой паре. Фраза «простирается в промежутке между» означает, что ТЧР простирается внутри зоны, которая лежит между двумя соседними отверстиями для чернил. Таким образом, поскольку ТЧР простирается как вокруг края зоны щелевых отверстий для чернил, так и во внутреннюю область зоны щелевых отверстий для чернил создается возможность получить более представительное измерение температуры, чем возможное с помощью ТЧР, простирающегося лишь вокруг краевых областей, или датчика температуры, местоположение которого ограничено одним-единственным конкретным местом. Аналогичным образом, благодаря наличию как краевого участка 240, так и внутреннего участка 250 ТЧР способен нагревать печатающую головку более равномерно и эффективно.
[0020] Для достижения этого эффекта возможны различные конфигурации, а их варианты будут рассмотрены позже со ссылками на фиг. 4A-4E. Теперь отметим, что ТЧР включает в себя первый участок 240A, который простирается в первом направлении вдоль края щелевого отверстия для чернил, второй участок 240B, который простирается во втором направлении мимо конца щелевого отверстия для чернил, и третий участок 250A, который простирается в третьем направлении в промежутке между двумя соседними отверстиями для чернил. Кроме того, первый участок 240A, второй участок 240B и третий участок 250A соединены и образуют части одной и той же цепи.
[0021] В конкретной конфигурация, показанной на фиг.2, краевой участок 240 образует первый контур, а внутренний участок 250 образует второй контур. Первый и второй контуры соединены друг с другом и образуют единую цепь. Первый и второй контуры соединены с одной и той же входной или выходной клеммами. Например, один конец первого контура и один конец второго контура соединены с одной и той же контактной площадкой 280, а другие концы первого и второго контуров соединены с «землей» 290. Контроллер 110 может пропускать электрический ток посредством ТЧР через контактную площадку 280 и «землю» 290 для нагрева ТЧР или для обнаружения сопротивления ТЧР и тем самым - определения температуры ТЧР и среды, окружающей печатающую головку.
[0022] На фиг.2 и первый, и второй контуры показаны как соединенные с одной и той же «землей». Однако в других примерах они могут быть соединены с разными «землями». ТЧР может быть выполнен имеющим конкретное сопротивление или диапазон сопротивлений при комнатной температуре - например, от 60 до 70 Ом. Таким образом, с одним и тем же контроллером можно использовать разные компоновки ТЧР. В одном примере, к ТЧР можно прикладывать заранее определенный ток и измерять напряжение. Исходя из этого измеренного напряжения можно определять сопротивление, а значит - и температуру.
[0023] Хотя на фиг.2 показан ТЧР, имеющий краевой участок и внутренний участок, в других примерах ТЧР может быть заменен другими устройствами. ТЧР представляет собой пример устройства, способного действовать и как нагревательный элемент, и как термочувствительный элемент. В других примерах ТЧР может быть использован для измерения температуры, но не для нагрева печатающей головки, и для нагрева печатающей головки можно использовать отдельное нагревательное устройство или отдельные нагревательные устройства. В еще одних примерах ТЧР может быть заменен термочувствительным элементом другого типа, имеющим такую же конфигурацию, но используемым для нагрева печатающей головки. В таком случае можно предусмотреть отдельные нагреватели. В других примерах ТЧР может быть заменен нагревательным элементом, имеющим такую же форму, но не способным измерять температуру, а в печатающей головке могут быть предусмотрены отдельные датчики температуры. Вместе с тем, использование такого устройства, как ТЧР, и для обнаружения температуры, и для подвода тепла к печатающей головке, обеспечивает более компактную конструкцию.
[0024] На фиг.2 представлен схематический вид, на котором можно заметить, что щелевые отверстия 210 для чернил, камеры 220 для выбрасывания чернил и ТЧР 240, 250 могут лежать на разных уровнях в пределах структуры печатающей головки, но все они показаны на фиг.2 так, что можно понять их относительные положения. Теперь, со ссылками на фиг.3 будет рассмотрен разрез по линии A-A согласно фиг.2.
[0025] На фиг.3 показан разрез по линии A-A согласно фиг.2. В частности, здесь показана возможная конструкция щелевых отверстий для чернил и ТЧР печатающей головки.
[0026] Печатающая головка включает в себя кристаллодержатель 310 и кристалл 320, которые склеены воедино. Кристалл 320 может быть выполнен, например, из кремния или другого подходящего материала. Щелевое отверстие 210 для чернил представляет собой удлиненное щелевое отверстие, сформированное в кристалле 320 и кристаллодержателе 310, которое простирается в плоскости фиг.3. Щелевое отверстие 210 для чернил сообщается по текучей среде с источником чернил (не показан), а также с камерами 220 и 222 для выбрасывания чернил, которые простираются рядами на каждой из сторон щелевого отверстия для чернил.
[0027] Камеры 220, 222 для выбрасывания чернил располагаются над кристаллом 320, а каждая из них образует часть соответствующего генератора 370 капель. Генераторы 370 капель включают в себя камеры 220 или 222 для выбрасывания чернил, инициирующий элемент 304, находящийся непосредственно под камерой для выбрасывания чернил, и сопло 372 над камерой для выбрасывания чернил. Камера для выбрасывания чернил ограничена стенками камеры, включающими в себя запирающий слой 350 сбоку и сопловой слой 360, в котором над камерой находится сопло 372. Канал 352 обеспечивает прохождение текучей среды из щелевого отверстия 210 для чернил в камеру для выбрасывания чернил. Инициирующий элемент 304 представляет собой, например, терморезистор, который можно нагревать для выбрасывания чернил через сопло 372. Инициирующий элемент 304 может быть сформирован, например, из резистивного слоя 330 (например, TaAl, WSiN или TaSiN) и проводящего слоя 340 (например, AlCu или другого материала на основе меди) поверх резистивного слоя.
[0028] ТЧР 240, 250 либо другой нагревательный элемент или термочувствительный элемент находится около щелевого отверстия 210 для чернил и может быть сформирован, например, поверх кристалла 320. В одном примере ТЧР находится на том же уровне, что и инициирующий элемент, и может быть сформирован из тех же материалов, что и он, например из проводящего слоя 330 и резистивного слоя 340. Инициирующий элемент 304 может быть расположен между ТЧР и щелевым отверстием для чернил. Инициирующий элемент и щелевое отверстие для чернил могут быть разделены изолирующим слоем, таким как пассивирующий слой 380. Пассивирующий слой 380 также может простираться поверх инициирующего элемента и/или ТЧР, электрически изолируя их от других компонентов. Когда пассивирующий слой 380 простирается в виде тонкого слоя поверх инициирующего элемента, это способствует предотвращению прохождения электрического тока сквозь любую текучую среду в камере для выбрасывания чернил (поскольку некоторые чернила для принтеров электропроводны).
[0029] В еще одном примере (не показан), инициирующий элемент 304 и ТЧР 240, 250 могут быть выполнены на отдельных слоях таким образом, что инициирующий элемент 304 и ТЧР 240, 250 оказываются разделенными вертикально, а также горизонтально.
[0030] На фиг.3 показан краевой участок ТЧР 240 на внешней стороне щелевого отверстия 210 для чернил и внутренний участок 250 ТЧР на внутренней стороне щелевого отверстия для чернил.
[0031] Компоновка согласно фиг.2 представляет собой один возможный путь развертывания ТЧР или термочувствительного элемента, или нагревательного элемента, имеющего как внешний участок 240, так и внутренний участок 250, вследствие чего обеспечивается равномерный нагрев и/или более точное измерение температур разных областей печатающей головки. Вместе с тем, возможно использование других конфигураций, и теперь будут рассмотрены дополнительные примеры со ссылками на фиг.4A-4E.
[0032] На фиг.4A представлен схематический чертеж, иллюстрирующий возможную конфигурацию щелевых отверстий 210А, 210B, 210C для чернил и ТЧР 240, 250, причем эта конфигурация является такой же, как на фиг.2. ТЧР содержит краевой участок 240, образующий первый контур, который окружает край зоны щелевых отверстий для чернил с трех сторон, и внутренний участок 250, который образует второй контур, простирающийся в промежутках между соседними щелевыми отверстиями для чернил. Конкретнее, показанный на фиг.4A краевой участок 240 ТЧР включает в себя часть 240A, которая простирается вдоль края щелевого отверстия для чернил, часть 240B, которая простирается мимо конца щелевого отверстия для чернил, и часть 240C, которая простирается вдоль края щелевого отверстия для чернил. Поскольку части 240A, 240B и 240C простираются вокруг края зоны щелевых отверстий для чернил, они не простираются в промежутках между соседними щелевыми отверстиями для чернил. При этом первая внутренняя область 410 ограничена между щелевыми отверстиями 210А и 210В для чернил, а вторая внутренняя область 420 ограничена между щелевыми отверстиями 210В и 210C для чернил. Внутренний участок 250 ТЧР простирается как в первую внутреннюю область 410, так и во вторую внутреннюю область 420.
[0033] На фиг.4B показан еще один пример, в котором ТЧР имеет извилистую форму. Под понятием «извилистая» имеется ввиду тот факт, что ТЧР изменяет свое направление, имея изгибы и повороты взад и вперед, между краевой и внутренней областями зоны щелевых отверстий для чернил. На фиг.4B можно заметить, что ТЧР представляет собой резистивный элемент, простирающийся от контактной площадки 280 до «земли» 290 по траектории, которая включает в себя и края зоны щелевых отверстий для чернил, и внутренние области в промежутках между соседними щелевыми отверстиями для чернил. ТЧР включает в себя множество краевых участков 240, которые простираются вокруг края зоны щелевых отверстий для чернил, а также множество внутренних участков 250, который простираются в промежутках между соседними щелевыми отверстиями для чернил. ТЧР включает в себя первый участок 240A, который простирается в первом направлении 500 вдоль края щелевого отверстия для чернил, второй участок 240B, который простирается во втором направлении 510 мимо конца 222E щелевого отверстия для чернил, и третий участок 250A, который простирается в третьем направлении 520 через внутреннюю область 410 в промежутке между двумя соседними щелевыми отверстиями для чернил. Первый, второй и третий участки 240A, 240B и 250A соединены друг с другом и в этом примере образуют единый непрерывный элемент. ТЧР, показанный на фиг.4B, можно сказать, полностью окружает зону щелевых отверстий для чернил с двух сторон (слева и справа на фиг.4B) и частично окружат зону щелевых отверстий для чернил с третьей стороны (сверху на фиг.4B). Сказать «частично окружает» третью сторону можно, поскольку две трети этой стороны окружены ТЧР, а не окруженным остается лишь один из трех концов щелевых отверстий для чернил.
[0034] На фиг.4C представлена еще одна возможная конфигурация извилистой формы, аналогичной той, которая показана на фиг.4B, но в которой ТЧР простирается во вторую внутреннюю область 420, а не первую внутреннюю область 410.
[0035] На фиг.4D показан еще один пример, в котором присутствуют два ТЧР. Каждый ТЧР имеет извилистую форму. Первый ТЧР включает в себя краевые участки 240, которые простираются вокруг краев зоны щелевых отверстий для чернил, и внутренние участки 250, которые простираются во внутренние области в промежутках между соседними щелевыми отверстиями для чернил. Первый ТЧР окружает зону щелевых отверстий для чернил с одной стороны (сверху на фиг.4D), но не окружает другие две стороны, поскольку он простирается лишь на полпути вниз вдоль этих сторон. Второй ТЧР аналогичен первому ТЧР и включает в себя краевые участки 640, а также внутренние участки 650. Этот ТЧР простирается между второй контактной площадкой 680, отделенной от первой контактной площадки, и «земли» 690, которая может быть той же, что и «земля» 290, или может быть другой «землей».
[0036] Примеры, приведенные выше, демонстрируют три щелевых отверстия для чернил, которые представляют собой распространенную конфигурацию. Например, печатающая головка для цветной печати может быть выполнена имеющей отдельные щелевые отверстия для чернил трех разных цветов. Однако в других случаях цвет чернил может быть одним и тем же в каждом щелевом отверстии. В самом деле, принципы данного изобретения и различные примеры, рассмотренные выше, можно модифицировать и распространить на печатающие головки, имеющие четыре щелевых отверстия для чернил или более, а также на устройства, имеющие именно два щелевых отверстия для чернил.
[0037] На фиг.4E представлен еще один пример, который аналогичен показанному на фиг.4A, но в котором присутствуют четыре щелевых отверстия 210A-210D для чернил, а не три щелевых отверстия для чернил. В этом примере ТЧР имеет один внешний контур, образующий внешний участок 240, и два внутренних контура 250 и 251, которые предназначены для соответствующих внутренних участков. Все три контура соединены с одной и той же входной клеммой. В других примерах может быть лишь один такой внутренний контур, а внутренний участок ТЧР может заходить лишь в некоторые из внутренних областей между щелевыми отверстиями для чернил. В еще одних примерах внутренний контур может иметь извилистую форму и заходить в несколько внутренних областей между разными парами соседних щелевых отверстий для чернил. Кроме того, все компоновки, показанные на фиг. 4A-4D, можно модифицировать для использования с печатающими головками или кристаллами печатающих головок, имеющими четыре или более щелевых отверстий.
[0038] Как упоминалось в связи с фиг.2, каждое щелевое отверстие для чернил имеет длину L и ширину W, которая значительно меньше, чем длина. Вообще говоря, краевой участок 240 ТЧР должен иметь длину, равную трети длины L щелевого отверстия для чернил или меньшую, чтобы можно было измерить представительную температуру и/или осуществить более равномерный и эффективный нагрев. В некоторых примерах длина краевого участка может быть большей, чем длина одного или нескольких щелевых отверстий для чернил, или равной ей, например, большей, чем длина двух щелевых отверстий для чернил, или равной ей. Общая длина краевых участков 240 на фиг.4D приблизительно равна длине щелевого отверстия для чернил, а в примерах согласно фиг.4A-4C и 4E краевой участок 240 имеет (или объединенные краевые участки имеют) суммарную длину, которая значительно больше, чем длина щелевого отверстия для чернил, и в некоторых случаях может быть вдвое больше, чем длина щелевого отверстия для чернил.
[0039] Хотя вышеизложенное обсуждение фиг.4A-4E относится к ТЧР, в других примерах ТЧР может быть заменен нагревательным и термочувствительным устройством другого типа или нагревательным элементом, который не измеряет температуру, или термочувствительным элементом, который не подводит тепло к печатающей головке, но имеет такую же общую форму и конфигурацию. Если ТЧР заменяют нагревательным элементом, то можно предусмотреть отдельное устройство или отдельные устройства для измерения температуры. Если ТЧР заменяют термочувствительным элементом, то в печатающей головке можно предусмотреть отдельный нагреватель или отдельные нагреватели.
[0040] Все признаки, раскрытые в этом описании (включая любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи), и/или все этапы любого описываемого способа или процесса можно объединять в любой комбинации, за исключением комбинаций, в которых, по меньшей мере, некоторые из таких признаков и/или этапов взаимно исключают друг друга.
[0041] Если явно не указано иное, то каждый признак, раскрытый в этом описании (включая любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи), может быть заменен альтернативными признаками, преследующими ту же самую, эквивалентную или аналогичную цель. Таким образом, если явно не указано иное, то каждый раскрытый признак представляет собой лишь один пример родовой последовательности эквивалентных или аналогичных признаков.