本发明涉及一种可从印刷头中除去气泡而不产生废墨的流体构件，其具有第一室，所述第一室与流体储存器连通并且与孔阵列连通，所述室在流体储存器和孔阵列之间形成流路，第二室，所述第二室与连接到所述流体构件外部的大气的至少一个排气口连通，和在所述第一室和所述第二室之间的至少一个通道。
第一室，其从与流体储存器连通并且与孔阵列连通的多个层形成，所述第一室在所述流体储存器和所述孔阵列之间形成流路；
第二室，其从与连接到所述流体构件外部的大气的至少两个排气口连通的多个层形成；和在所述第一室和所述第二室之间的至少一个通道；
其中在清扫循环期间，流经所述第一和第二室的流体不进入任意一个所述排气口。
2.根据权利要求1所述的流体构件，其中所述第二室具有容积空间，所述容积空间足以容纳在清扫过程中被迫使进入其中的附属流体。
3.根据权利要求1所述的流体构件，其中所述第二室形成与所述第一室中的流路平行的流路。
4.根据权利要求1所述的流体构件，其中所述第二室具有为防止毛细管作用而选择的横截面。
5.根据权利要求1所述的流体构件，其中所述第二室具有导致沿所述第二室的整个长度的弯液面强度小于0.25英寸的水的横截面。
6.根据权利要求1所述的流体构件，其中所述第二室中的所述排气口具有小于0.25英寸的水的弯液面强度。
7.根据权利要求1所述的流体构件，其中所述至少一个通道具有在所述流体构件的操作期间防止所述第一室排干但是在清扫循环中使得弯液面失效的弯液面强度。
8.根据权利要求7所述的流体构件，其中所述至少一个通道具有在3至130英寸的水的范围中的弯液面强度。
9.一种具有储存器和多个层的印刷头，所述多个层，包括：第一室，其连接到墨储存器以接收墨，所述多个层在流体储存器和孔阵列之间形成流路，所述孔阵列被布置为将墨从喷射堆层排出到印刷基材；
第二室，其从所述多个层形成，所述第二室被布置在所述第一室与邻近所述孔阵列的一侧相对的一侧上，所述第二室具有连接到所述喷射堆层外部的大气的至少两个排气口；
在所述第一室和所述第二室之间的用于墨的至少一个通道；
其中在清扫循环期间，流经所述第一和第二室的流体不进入任意一个所述排气口，且在所述清扫循环完成时，所述第二室基本上不含流体。
10.根据权利要求9所述的印刷头，所述印刷头进一步包括固体喷墨印刷机的一部分。
11.根据权利要求9所述的印刷头，其进一步包括介于所述喷射堆层中形成所述第一室的层和所述喷射堆层中形成所述第二室的层之间的粘接层。
12.根据权利要求11所述的印刷头，其中所述至少一个通道包括所述粘接层中的排气阀。
喷嘴层，其具有被布置来允许墨从所述印刷头排出到印刷基材的孔阵列；
第一层，其形成与墨储存器和所述孔阵列连通的第一室；
第二层，其形成具有到所述印刷头外部的大气的至少两个排气口的第二室，所述第二层被布置在与所述喷嘴层相对的所述第一层的边上；
介于所述第一层和所述第二层之间的粘接层；以及介于所述第一室和所述第二室之间的至少一个墨通道；
其中在清扫循环期间，流经所述第一和第二室的流体不进入任意一个所述排气口，且在所述清扫循环完成时，所述第二室基本上不含流体。
14.根据权利要求13所述的印刷头，其中所述第二室具有容积空间，所述容积空间足以容纳在清扫过程中被迫使进入其中的附属流体。
15.根据权利要求13所述的印刷头，其中所述第二室形成与所述第一室中的流路平行的流路。
16.根据权利要求13所述的印刷头，其中所述第二室具有为防止毛细管作用而选择的横截面。
17.根据权利要求13所述的印刷头，其中所述至少一个通道具有在所述印刷头的操作期间防止所述第一室排干但是在清扫循环中使得弯液面失效的弯液面强度。
18.根据权利要求1所述的流体构件，其中在所述清扫循环完成时，所述第二室基本上不含流体。
可从印刷头中除去气泡而不产生废墨的流体构件
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及印刷头技术，更具体地涉及可从印刷头中除去气泡而不产生废墨的流体构件。
背景技术
[0002] 通常，固体喷墨印刷头包含储存器，使用液滴给料系统或脐带式给料系统将熔融墨供入该储存器。所述印刷头还包含连接到喷嘴板上的喷射元件阵列，所述喷嘴板具有让墨通过其排出以在印刷表面上形成图像的孔阵列。在所述印刷头内部，墨通过一系列通道或歧管从储存器中流至喷射元件和喷嘴板。这些印刷头内的通道或歧管通常通过将不连续层组合而形成，这些层结合在一起以形成整个流体构件。
[0003] 在正常操作中通过使用加热器，加热印刷头使得印刷头中的固体墨熔融，或成为液体。在长期闲置期间或断电之后，加热器关闭。印刷头的相关冷却导致印刷头中的墨固化并收缩。这转而导致空气被引入印刷头内的通道或歧管中。在随后通电时，该空气本身作为流体构件内的气泡显示。为使印刷头正确地运行，必须将该空气全部或基本上全部从印刷头内部的通道或歧管中除去。
[0004] 应该注意术语“印刷机”和“印刷头”适用于在印刷表面上产生墨的任意构件或系统，不论是否属于印刷机、传真机、照片印刷机等的部件。
[0005] 本讨论涉及作为清扫周期的一种方法，系统通过所述方法从流体构件中除去空气。传统的空气除去方法产生系统不能回收或再利用的废墨。例如，在一种方法中，系统将气泡输送至沿通道或歧管的位置，其中它们可通过不属于喷嘴板部件的通风孔离开印刷头。在另一种方法中，系统迫使空气通过喷射元件和相关的喷嘴本身。在还有的另一种方法中，系统迫使空气通过喷嘴板中排气口或喷嘴，所述排气口或喷嘴与喷射元件不关联。在这些方法的每一种中，被困在气泡和排气口或喷射元件之间的墨也离开印刷头。所述印刷机不易回收这种墨，并且其成为废物。
[0006] 在出现更苛刻的能源节约要求的情况下，将要求所述印刷机比目前所要求的更频繁地断电。因此，在断电期间为了除去引入印刷头中的空气，对于清扫循环的需要也将增加。这将产生更多废墨，导致较低效率的印刷头、较高的使用成本并且令消费者不满意。
发明内容
[0007] 本发明提供了一种流体构件，其包括：第一室，其与流体储存器连通并且与孔阵列连通，所述室在所述流体储存器和所述孔阵列之间形成流路；第二室，其与连接到所述流体构件外部的大气的至少一个排气口连通；和在所述第一室和所述第二室之间的至少一个通道。在一种优选的实施方式中，其中所述第二室具有容积空间，所述容积空间足以容纳在清扫过程中被迫使进入其中的附属流体。在另一种优选的实施方式中，所述第二室具有容积空间，所述容积空间足以容纳在清扫过程中被迫使进入其中的附属流体，更优选地，所述第二室具有两个布置在所述流体构件的相对端部处的排气口。在又一种优选的实施方式中，所述第二室具有为防止毛细管作用而选择的横截面。
附图说明
[0008] 图1和2示出了通过流体构件的墨通路的示例。
[0009] 图3示出了具有通风室的流体构件的实施方式。
[0010] 图4示出了具有通风室的流体构件的另一实施方式。
[0011] 图5示出了具有多个通风室的流体构件的实施方式。
[0012] 图6-9示出了从流体构件中排出气泡的方法的一部分。
[0013] 图10示出包含具有通风室的流体构件的层的顶视图。
[0014] 图11示出包含具有通风室的流体构件的层的另一顶视图。
具体实施方式
[0015] 图1示出流体构件10的实施例。流体构件可包含从储存器中将流体输送到一个或多个喷射元件以及其相关喷嘴的任何构件。为便于理解，本文的讨论将集中于印刷系统内的印刷头，但是本文所述的实施方式可适用于任一种流体构件。不旨在限于任何特殊的流体构件并不应该暗示任一种。
[0016] 在该实施例中，流体构件连接包含流体14的储存器12。在某些情况下，储存器接收压力，所述压力驱使流体经过通道16进入流体构件10内的室18。所述流体构件可包含多个层22，当这些层堆叠在一起时形成歧管或通道以使墨从储存器进入喷射元件及其喷嘴的阵列中，喷嘴也称作孔，例如20。堆叠起来的层可包含比本文所示的远远更多的层，但是出于该讨论的目的，最相关的是形成室18的层或多个层以及包含孔的层。在印刷期间，通过喷射元件将流体从喷嘴喷射出。在该实施例中，通过喷射元件喷射墨以在印刷基材例如24上形成图案。
[0017] 如上文所讨论的，在印刷头的断电循环期间可能将空气引入流体构件中。还应该注意在特定环境下，也可能在正常操作期间将空气引入流体构件中。图2示出了空气在系统中的实施例。
[0018] 图2中，可见气泡例如26已被困在室18中。在正常操作之前，系统需要通过使用清扫循环来除去这些气泡。如果在正常操作之前系统不除去气泡，则其将不利地影响流体构件的性能。在本流体构件中，例如在图1和2中所示流体构件中，通常迫使气泡直接通过不在喷嘴板内的排气口、通过在喷嘴板内的排气口、或者通过喷射元件本身而离开。在这些方法的每一种中，困在气泡和排气口或喷射元件之间的墨也离开印刷头。印刷机不易回收这种墨并且其成为废物。
[0019] 图3示出流体构件30的实施方式，所述流体构件包括第二室32，其布置在与喷嘴层相对的第一室18的边上。所述第二室具有至少一个排气口34，所述排气口与印刷头外部的大气连接以使得气泡能排出。应该注意排气口具有比通常排出空气所要求的尺寸大得多的尺寸。由于具有构件30，在清洗循环期间，气泡和相关的被困流体将通过多个通路例如36流至室32。通过浮力，将使得空气能与室32内的流体分离并通过排气口34离开。在清扫循环结束时，流体将经由通路例如36回到室18中。这使得流体能回收。
[0020] 图4示出了室32和排气口34的可替换构件。在该实施方式中，具有单个室32以及单个排气口34。图5示出室32和排气口34的另一可替换构件。在该实施方式中，具有多个独立的第二室32，其各自具有排气口34。室的尺寸和在室的尺寸之间的关系将取决于使用所述流体构件的应用或系统。例如，流体的特性、所需流动速率、所用压力等都将影响一个或多个第二室的所选结构。
[0021] 图6-9示出清扫循环期间的流体构件。在图6中，清扫循环在对流体储存器12施加压力的情况下开始。这导致流体14经过通道16流入室18中并经过通路例如36流入第二室32中。气泡例如26也将随流体移动经过通路36，并且流向排气口34。应该注意清扫循环期间施加的压力分布（profile）不应该导致流体到达排气口34，并离开流体构件。如将进一步更详细地讨论的，可调节室、通路和排气口的尺寸以适应期望的压力分布。
[0022] 在图7中，压力保持在储存器12上，并且室18已充满流体，气泡已被驱使进入第二室32中。气泡在排气口34附近聚集以逸出到外部大气中。
[0023] 图8中，储存器不再接收压力并且液体的流动开始使自身反向。流体流回第二室32并且然后经过通路例如36流下进入第一室18。在清扫循环结束时，如图9中所示，第一室18保持充满流体，并且第二室32开始变空。此外，通路例如36各自具有弯液面38，其具有足够的强度以防止流体流入通路36中，或防止在正常操作期间从室18中排出。
[0024] 流体构件的各种组件的几何参数影响所述构件排出空气而不产生多余废墨的能力。这种参数之一包括一个或多个第二室的体积。如上文所讨论，第二室的体积需要容纳在清扫过程中被迫进入其中的任何附属流体。确定所述室必须容纳的流体量的因素包括最后的气泡进入该室所需的时间量，和在清扫过程中进入该室的流体的时间平均流率。这两个值的积将得到流入室中的总体积，其转而确定需要多大的一个室或多个室。例如，图3、4和5中示出的不同实施方式将使不同体积的室成为必要。对于本固体喷墨印刷头设计，一个室或多个室的总体积应该大于约0.5立方厘米(cc)。
[0025] 此外，第二室和排气口的横截面不应该表现出大的毛细管作用，或不应该支持大的弯液面强度。这具有多种效果。首先，使得清扫的气泡在其靠近第二室中的排气口时漂浮并释出。其次，使得第二室中的清扫流体流回进入初始流体构件中而不需要第二室的排气口和初始流体构件、第一室之间的显著压力差。第三，使得室内任何残留的气泡在回流期间合并并冒出。
[0026] 一般来说，所述室横截面的最小尺寸将决定室的弯液面强度。对于本固体喷墨印刷头设计而言，所述室的弯液面强度需要小于约0.25英寸的水。为实现该目的，最小尺寸需要大于约1毫米。
[0027] 正如所述室的横截面，需要设定室的排气口尺寸以使其具有低弯液面强度。对于本固体喷墨印刷头设计而言，所述排气口的弯液面强度应该小于约0.25英寸的水柱。为实现该目的，排气口的最小横截面尺寸需要大于约1毫米。
[0028] 应该具有适当尺寸的流体构件的另一组件是第一和第二室之间的流路或通路。不同于第二室和排气口，流路或通路需要具有一定范围内的弯液面强度，在该范围内的弯液面强度防止第一室在正常操作期间排干，但是使得弯液面在清扫期间失效。在正常操作期间，产生如下情况，其中由于喷射元件的操作而使流体构件内的负压形成。流路的弯液面强度需要抵抗由于这种负压而造成的破裂。可选地，在清扫过程中流体构件内的正压形成。在清扫过程中，流路的弯液面强度需要使得弯液面能破裂以让流体和空气流入第二室中。对于本固体喷墨印刷头设计而言，这种弯液面强度需要落在3至130英寸水柱的范围内。取决于流路的形状，这要求最小尺寸小于约125微米但是大于1.5微米。
[0029] 图10和11示出形成第一和第二室的层、所述室之间的流路、以及与各第二室相关联的排气口的实施方式。在图10中，层50包含多次出现的第一室18，以及多次出现的第二室32的一部分。本实施例的层54包含多次出现的第二室32的一部分。本实施例的层52包括切口36，所述切口在每次出现的第一室18和相应的第二室32之间形成多个流路。
层52还包含多次出现的第二室32的一部分。本实施例的层56包含用于每次出现的第二室32的排气口34。在本实施例中，应该注意层52和54可包含粘合性材料。可选地，可通过其它可接受的方式将实施例的各层固定到其相邻层。
[0030] 图11示出替代的实施方式。在该实施方式中，层50包含多次出现的第一室18，以及多次出现的第二室32的一部分。本实施例的层52包括切口36，所述切口在每次出现的第一室18和层50中相应的第二室32之间形成的多个流路。层52还包含多次出现的第二室32的一部分。本实施例的层54包含用于各第二室32的排气口34。在本实施例中，应该注意层52可包含粘合性材料。可选地，可通过其它可接受的方式将实施例的各层固定到其相邻层。
[0031] 应该注意这些仅包括代表性实施方式并且不存在使实施方式的范围受限于这些实施例的意图。
