專利名稱：噴墨打印頭及去除其中氣泡的方法
技術領域：
本發明涉及一種其中氣泡可被去除的噴墨打印頭及用于該噴墨打印頭的氣泡去除方法。
背景技術：
通常，噴墨打印頭是一種用于向打印介質的期望區域上射出墨滴而在打印介質上打印彩色圖像的裝置。根據墨水噴射方法，噴墨打印頭可分為兩類熱噴墨打印頭和壓電噴墨打印頭。熱噴墨打印頭利用熱在待噴射的墨水中產生氣泡，并且利用氣泡的膨脹來噴射墨水。另一方面，壓電噴墨打印頭利用通過變形壓電材料產生的壓力噴射墨水。
打印頭中的墨水流動通道，特別是壓力腔，應該充滿墨水。打印過程中空氣流過打印頭的噴嘴，墨水中溶解的空氣和其他氣體由于溫度升高或其他因素成長為氣泡。存在于打印頭中墨水流動通道中、特別是壓力腔中的氣泡降低了打印頭的噴射性能。而且，由于溫度升高，氣泡膨脹。這樣就打亂了打印頭中墨水的壓力平衡，可能導致墨水通過噴嘴泄漏。
為了去除氣泡，已經使用了利用真空泵通過噴嘴強制吸取墨水的方法。但是，在墨水流動通道的角落中、特別是在壓力腔中的氣泡即使是用前述方法也不易被去除。

發明內容
本發明提供了一種其中氣泡可被去除的噴墨打印頭及用于該噴墨打印頭的氣泡去除方法。
根據本發明的一方面，提供了一種噴墨打印頭，包括包括壓力腔的墨水流動通道；與壓力腔連通的噴嘴；向壓力腔提供驅動力以噴射墨水的致動器；以及接收電壓以在墨水流動通道中形成非均勻電場的多個電極，其中較靠近噴嘴的電極接收較低電壓。
施加給電極的電壓可以是頻率可變的行進脈沖電壓(traveling-pulsevoltage)。
多個電極可設置在形成墨水流動通道的壁面上。
根據本發明另一方面，提供了一種去除噴墨打印頭中氣泡的方法，該噴墨打印頭包括具有壓力腔的墨水流動通道；與壓力腔連通的噴嘴；向壓力腔提供墨水噴射力的致動器；以及設置在墨水流動通道中的多個電極，該方法包括按照較低電壓施加到更靠近噴嘴的電極的方式向多個電極施加電壓；通過由多個電極形成的非均勻電場和由氣泡的偶極矩產生的介電泳將氣泡移動到噴嘴；以及通過噴嘴排出氣泡。
氣泡的排出可包括通過噴嘴將氣泡與墨水一起排出。
氣泡的排出可包括向噴嘴施加負壓以吸取氣泡。
施加到多個電極的電壓可以是用于加速氣泡的頻率可變的行進脈沖電壓。


本發明的上述和其他特征和優點將通過參照附圖詳細描述示例性實施例而變得更加明顯，附圖中圖1是根據本發明實施例的噴墨打印頭的平面圖；圖2是圖1的噴墨打印頭的剖視圖；圖3是沿圖2的線A-A′截取的剖視圖；圖4是示出如何通過非均勻電場使氣泡移動的視圖，該非均勻電場由圖1的噴墨打印頭中的多個電極形成；和圖5是示出如何吸取墨水以去除圖1的噴墨打印頭中的氣泡的視圖。
具體實施例方式
現在更全面地參照附圖描述本發明的實施例，附圖中示出了本發明的示例性實施例。附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，并且為了清楚，各層的厚度以及各區域放大。還應理解，當一個層被稱為位于另一個層或板“上”時，其可以直接在該另一個層或板上，或者也可以存在有中間層。
圖1是根據本發明實施例的噴墨打印頭的平面圖，圖2是圖1的噴墨打印頭的剖視圖，圖3是沿圖2的線A-A′截取的剖視圖。
參照圖1和2，噴墨打印頭包括流動通道形成板110，其中形成了墨水流動通道；以及為噴射墨水提供壓力的壓電致動器140。流動通道形成板110包括壓力腔111、向壓力腔111提供墨水的多支管113、以及限流器112。噴嘴板120結合到流動通道形成板110上，噴嘴122形成在噴嘴板120上以從壓力腔111噴射墨水。振動板114設置在壓力腔111上，并且通過壓電致動器140的驅動而變形。流動通道形成板110和噴嘴板120限定了墨水流動通道。
壓電致動器140形成在流動通道形成板110上，并且向壓力腔111提供用以噴射墨水的驅動力。壓電致動器140包括依次堆疊在流動通道形成板110上的下部電極141、壓電層142和上部電極143。下部電極141用作公共電極，壓電層142因為施加于其上的電壓而變形，而上部電極143用作驅動電極。
下部電極141形成在包括壓力腔111的流動通道形成板110上。如果流動通道形成板110由硅晶片形成，則氧化硅層131可形成在流動通道形成板110和下部電極141之間。下部電極141由導電的金屬材料形成。下部電極141可包括一個金屬層或可包括兩個金屬層。下部電極優選包括兩個金屬層，例如Ti和Pt層。包括Ti/Pt層的下部電極141不僅用作公共電極，而且用作擴散阻擋層，該擴散阻擋層防止分別形成在下部電極141上和下的壓電層142和流動通道形成板110之間的交互擴散(inter-diffusion)。
壓電層142形成在下部電極141上并且對應于壓力腔111定位。該壓電層142可由壓電材料形成，例如鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷材料。
上部電極143形成在壓電層142上并用作向壓電層142施加電壓的驅動電極。用于施加電壓的驅動電路(例如柔性印刷電路150)的布線151結合到上部電極143的上表面。
當驅動電壓施加到上部電極143時，壓電層142變形，振動板114變彎，從而改變壓力腔111的體積。因此，在壓力腔111中產生了用于噴射墨水的壓力，而且壓力腔111中的墨水通過噴嘴122噴出。
墨水中溶解的空氣和其他氣體由于諸如溫度升高之類的因素生長成氣泡。而且，在打印過程中，空氣在打印頭中通過打印頭的噴嘴流動。打印頭中的氣泡降低了打印頭的噴射性能。此外，隨著溫度升高，氣泡膨脹，可能擾亂打印頭中墨水的壓力平衡，從而使墨水通過噴嘴泄漏。
未充電的(noncharged)氣泡在電場中介電極化(dielectrically polarized)。非均勻電場提供了用于移動極化的氣泡的力。未充電的氣泡在非均勻電場中移動的現象稱作介電泳。這種情況中的主要問題是移動方向。移動方向取決于通過極化產生的偶極矩的大小。在非均勻電場中，具有大偶極矩的粒子向施加高壓的電極移動，而具有小極矩的粒子向施加低壓的電極移動。偶極矩的大小取決于粒子的介電常數。當真空的介電常數定義為1時，作為氣泡主要組成的空氣的介電常數大致是1.0005。同時，水的介電常數大致是80，而用于噴墨打印的墨水的介電常數大致是10至80。因此，墨水的介電常數通常高于氣泡的介電常數，氣泡向在非均勻電場中施加了低壓的電極移動。由非均勻電場施加到氣泡的力(f)可用等式1表示。
f=2πr3ϵmRe[ϵp-ϵmϵp+2ϵm]▿E2---(1)]]>其中εp表示氣泡的介電常數，εm表示墨水的介電常數，r表示當將氣泡考慮為球形時氣泡的半徑，以及Re表示 的實數部分。
如上所述，為了利用介電泳去除氣泡，根據本發明實施例的噴墨打印頭包括在墨水流動通道中形成非均勻電場的多個電極170，如圖2和3所示。電極170設置在壓力腔111的面對壓電致動器140的底部111a。絕緣層160將電極170與流動通道形成板110和壓力腔111中的墨水絕緣。絕緣層160在圖3中省略。電壓施加單元180向電極170施加電壓。電極170具有非均勻的特征以形成非均勻的電場。例如，電極170a和170c具有在壓力腔111寬度方向上延伸的平板形狀，而電極170b和170d具有包括在壓力腔111的長度方向上伸出的分支的平板形狀。因此，非均勻電場形成在電極170之間。電極170的形狀不限于圖3所示的例子。氣泡向施加電壓的電極移動。在圍繞噴嘴122移動氣泡之后，可通過利用壓電致動器140噴墨使氣泡和墨水一起排出。因此，在向電極170施加電壓時，較高電壓施加到設置在距噴嘴122較遠處的電極，而較低電壓施加到設置在距噴嘴122較近處的電極。也就是，最高電壓施加到電極170a，而最低電壓施加到電極170d。電極170的數量不受限制。電壓施加單元180通過多個電極170的端子171向電極170施加電壓。
現在將描述通過上述結構去除氣泡的方法。
當電壓施加到多個電極170時，就在電極170之間形成非均勻電場。由等式1定義的力通過氣泡極化產生的偶極矩和非均勻電場的斜度施加到氣泡。比墨水具有更小介電常數的氣泡向施加低壓的電極移動。因此，氣泡依次從電極170a移動到電極170d以聚集在噴嘴122周圍，如圖4中箭頭表示。接著，驅動電壓通過柔性印刷電路150的線路151施加到上部電極143以噴射墨水。接著，聚集在噴嘴122周圍的氣泡通過噴嘴122與墨水一起排出。
在常規技術中，通過噴嘴122提供負壓以通過噴嘴強制吸取氣泡以及墨水。通常，在墨水流動通道(圖2中由“a”表示的部分)壁面附近或角落中存在的氣泡不易于由這種方法去除。這種氣泡特別對于壓電致動器140或熱致動器的驅動性能有巨大影響。根據本發明的噴墨打印頭和去除氣泡的方法，由于氣泡利用介電泳聚集在噴嘴122周圍，即使在墨水流動通道壁面附近或角落中存在的氣泡也易于去除。因而，可以防止由于氣泡導致墨滴噴射速度降低、墨滴體積不均勻、噴射頻率降低等。而且，由于氣泡是在氣泡聚集在噴嘴122周圍之后通過噴墨排出的，所以可以顯著降低用于去除氣泡消耗的墨水量。
在本發明的實施例中，電極170設置在壓力腔111的底部111a上，但是本發明的范圍不限于此。電極170可設置在形成壓力腔111的任何壁面上以及壓力腔111的側壁111b上。但是，電極170不可設置在頂板111c上，因為壓電致動器140設置在該壓力腔111上。而且，電極170可朝向限流器112延伸。
如圖5所示，在通過向電極170施加電壓而使氣泡聚集在噴嘴122周圍之后，用噴嘴蓋191對噴嘴122加蓋，然后利用負壓提供單元190可將氣泡以及墨水通過噴嘴122吸出。負壓提供單元190可以是真空泵。這種情況下，由于多數氣泡已經聚集在噴嘴122周圍，被吸取的墨水量與通過吸取去除氣泡的傳統方法相比顯著降低。由于用于吸取墨水和氣泡的負壓也可以降低，所以可以減小由于過大負壓造成的墨水流動通道損壞的風險。
此外，頻率可變的行進脈沖電壓可施加到電極170。因此，通過加速氣泡向施加低壓的電極移動，可使氣泡圍繞噴嘴122更快地移動。
圖1和2所示的流動通道形成板110、噴嘴板120和壓電致動器140的結構只是示例。因此，墨水流動通道可形成在噴墨打印頭中而具有各種結構，并可利用多于圖1所示的兩個板110和120的多個板形成。而且，可對壓電致動器140的結構和用于將壓電致動器140與施加電壓的驅動電路連接的結構作各種修改。也就是，本發明的特征并不在于墨水流動通道的結構、噴墨方法等，而在于用于去除墨水流動通道中的氣泡的結構和方法。
利用多個電極170去除氣泡的方法可應用于采用熱致動器的熱噴墨打印頭，該熱致動器利用熱在壓力腔111中產生氣泡并通過氣泡膨脹來噴射墨水，以代替壓電致動器140。
如上所述，根據本發明的噴墨打印頭及去除其中氣泡的方法具有下述優點。
由于通過利用多個電極的介電泳而使氣泡聚集在噴嘴周圍，所以即使在墨水流動通道的壁面周圍和角落中存在的氣泡也可易于去除。因此，可以保持打印頭的優化的噴射性能。
由于氣泡聚集在噴嘴周圍然后通過噴嘴排出，所以當去除氣泡時消耗的墨水量可顯著減少。
由于頻率可變的行進脈沖的電壓施加到多個電極上以加速氣泡，所以氣泡可更快地在噴嘴周圍移動。
盡管已經參照示例性實施例具體示出并描述了本發明，對于本領域的技術人員可以理解，在不脫離由所附權利要求書限定的本發明的思想和范圍的前提下可以做出形式和細節上的各種改變。
權利要求
1.一種噴墨打印頭，包括包括壓力腔的墨水流動通道；與壓力腔連通的噴嘴；向壓力腔提供驅動力以噴射墨水的致動器；以及接收電壓以在墨水流動通道中形成非均勻電場的多個電極，其中較靠近噴嘴的電極接收較低電壓。
2.如權利要求1的噴墨打印頭，其中施加給電極的電壓是頻率可變的行進脈沖電壓。
3.如權利要求1的噴墨打印頭，其中多個電極設置在形成墨水流動通道的壁面上。
4.一種去除噴墨打印頭中氣泡的方法，該噴墨打印頭包括具有壓力腔的墨水流動通道；與壓力腔連通的噴嘴；向壓力腔提供墨水噴射力的致動器；以及設置在墨水流動通道中的多個電極，該方法包括按照較低電壓施加到較靠近噴嘴的電極的方式向多個電極施加電壓；通過由多個電極形成的非均勻電場和由氣泡的偶極矩產生的介電泳將氣泡移動到噴嘴；以及通過噴嘴排出氣泡。
5.如權利要求4的方法，其中氣泡的排出包括通過噴嘴將氣泡與墨水一起排出。
6.如權利要求4的方法，其中氣泡的排出包括向噴嘴施加負壓以擠出氣泡。
7.如權利要求4的方法，其中施加到多個電極的電壓是用于加速氣泡的頻率可變的行進脈沖電壓。
全文摘要
本發明提供了噴墨打印頭及去除其中氣泡的方法。該噴墨打印頭包括墨水流動通道、噴嘴、致動器和多個電極。墨水流動通道包括壓力腔，噴嘴與壓力腔連通。致動器向壓力腔提供驅動力以噴射墨水，較低電壓施加到較靠近噴嘴的電極上，以便在墨水流動通道中形成非均勻電場。
文檔編號B41J2/175GK101020387SQ200610154308
公開日2007年8月22日 申請日期2006年9月20日 優先權日2006年2月14日
發明者李有燮, 金鐘玟, 鄭在佑 申請人:三星電子株式會社