СТРУЙНАЯ ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1996 года по МПК B41J2/00 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в устройствах регистрации и отображения информации, например, в принтерах, а также в других устройствах, в которых требуется обеспечить передачу жидкости из резервуара в канал или другой объем без передачи воздуха.

Известна одноразовая чернильно-струйная головка, содержащая сокращающийся резервуар для чернил, выполненный из эластичного материала, подложку с электрическими толкателями и установленную на подложке сопловую крышку, кожух для защиты резервуара и подложки и для гидравлической связи между резервуаром и подложкой (Патент США N 4500895, кл. 346-140R, 19.02.85).

Недостатками известной одноразовой головки для чернильно-струйного принтера является то, что не исключена возможность вытекания чернил из сопловых отверстий при хранении головки за счет испарения чернил в резервуаре, которое приводит к появлению избыточного давления внутри резервуара, превышающего давление сил поверхностного натяжения в соплах и выталкиванию чернил через сопловые отверстия. Кроме этого, наличие эластичного резервуара приводит к тому, что отрицательное обратное давление в резервуаре зависит от степени сжатия резервуара, что вызывает при значительной выработке чернил из резервуара всасывание чернил из-под сопловой крышки обратно в резервуар и печать прекращается. В известной печатающей головке также не исключается возможность попадания воздуха вместе с чернилами под сопловую крышку, что вызывает ухудшение качества печати.

Известна печатающая чернильно-струйная головка, имеющая множество отверстий для выпуска чернил, капилляры, связанные с этими отверстиями и установленные соответственно в каждом отверстии устройства для выработки тепловой энергии, чернильницу для подачи чернил в каждый капилляр. Внутреннее пространство чернильницы перегорожено пленкой из пористого материала (Акц. заявка Японии N 63-36951, кл. B 41 J 3/04, 22.07.1988).

Недостатками известной чернильно-струйной головки является следующее:
наличие пористой пленки в чернильнице требует для предотвращения попадания воздуха в капиллярные каналы постоянного избыточного давления в чернильнице, что делает необходимым наличие, кроме чернильницы, основного резервуара, из которого чернила в чернильницу подаются под давлением;
не исключается закупорка некоторых областей пористой перегородки воздушными пузырьками, которые удерживаются в порах за счет сил поверхностного натяжения на границе раздела чернила-воздух-материал пористой перегородки, что приводит к уменьшению площади сечения канала, по которому передаются чернила, и соответственно к уменьшению скорости печати за счет возрастания гидравлического сопротивления пористой пленки.

Известна струйная печатающая головка, содержащая резервуар для красящей жидкости и расположенный в нем капиллярный элемент для передачи красящей жидкости, по меньшей мере одна поверхность которого размещена в полости между подложкой с сопловой крышкой и резервуаром. На подложке расположены нагревательные элементы, которые вырабатывают тепловую энергию, необходимую для выброса капель из сопловых отверстий сопловой крышки, которая закреплена на подложке. Элемент для передачи красящей жидкости выполнен из пористого тела и установлен в канале, проводящем красящую жидкость между резервуаром с красящей жидкостью и полостью между корпусом головки и подложкой с сопловой крышкой так, что один конец его сжат и образует область с повышенной капиллярностью [1]
Недостатками известной струйной печатающей головки является следующее:
физический механизм передачи красящей жидкости из резервуара к подложке с сопловой крышкой не обеспечивает полное вытеснение воздуха из области повышенной капиллярности пористого элемента ввиду того, что в этой области воздушные пузырьки удерживаются силами поверхностного натяжения в структуре пористого элемента, что приводит к закупорке части объема пористого элемента воздушными пузырьками и вызывает ухудшение подачи красящей жидкости из резервуара к подложке и ограничивает скорость печати;
используемый физический механизм передачи чернил не позволяет использовать известную печатающую головку при значительном отклонении ориентации головки от вертикали, так как это отклонение приводит к полной закупорке пористой структуры капиллярного элемента для передачи красящей жидкости воздушными пузырьками, что приводит к резкому ухудшению качества печати или к полному прекращению печати.

Задачей заявляемого изобретения является улучшение подачи красящей жидкости к печатающим элементам, исключающее попадание воздуха в поток красящей жидкости за счет полного вытеснения воздуха из тракта передачи красящей жидкости и обеспечение печатающей головкой требуемого качества печати в любом положении печатающей головки.

Сущность изобретения заключается в том, что в струйной печатающей головке, содержащей резервуар для красящей жидкости и расположенный в нем капиллярный элемент для передачи красящей жидкости, по меньшей мере одна поверхность которого размещена в полости между подложкой с сопловой крышкой и резервуаром, капиллярный элемент для передачи красящей жидкости имеет волокнистую структуру, волокна которой направлены к полости.

Кроме того, резервуар для красящей жидкости содержит пористый или волокнистый материал.

В заявляемой струйной печатающей головке для решения поставленной задачи использован принципиально иной физический механизм для передачи красящей жидкости, чем в известной головке (прототипе). Таким физическим механизмом является передача красящей жидкости за счет сил смачивания отдельных волокон элемента, передающего красящую жидкость, этой жидкостью, что исключает передачу воздуха с потоком красящей жидкости и закупоривание потока красящей жидкости воздушными пузырьками, а также присутствующими в красящей жидкости твердыми нерастворенными частицами.

Так как подтягивание красящей жидкости к сопловым отверстиям происходит под действием давления сил поверхностного натяжения и сил смачивания волокон элемента, передающего красящую жидкость, а эти силы не зависят от ориентации, поэтому возможна любая пространственная ориентация струйной печатающей головки.

На фиг. 1 изображена струйная печатающая головка, в которой элемент для передачи кpасящей жидкости установлен так, что только одна торцовая сторона этого элемента расположена в полости между резервуаром и подложкой с сопловой крышкой; на фиг. 2 струйная печатающая головка, в которой элемент для передачи красящей жидкости установлен так, что часть боковой поверхности и одна торцовая поверхность этого элемента размещены в полости между резервуаром и подложкой с сопловой крышкой; на фиг. 3 выполнение подложки с сопловой крышкой.

Струйная печатающая головка (фиг. 1) содержит резервуар 1 для красящей жидкости, капиллярный элемент 2 для передачи красящей жидкости, установленный в резервуаре 1, подложку 3 с сопловой крышкой 4 и корпус 5.

Элемент 2, передающий красящую жидкость, волокнами ориентирован по направлению из резервуара 1 в полость 6 между корпусом 5 и подложкой 3, а сторона 7, отдающая красящую жидкость из элемента 2, выходит в полость 6.

Элемент 2, передающий красящую жидкость, представляет собой волокнисто-капиллярную структуру, впитывающую красящую жидкость всей поверхностью и передающую красящую жидкость по направлению расположения волокон, например ацетатное или другое волокно, сформированное, например, в виде цилиндра, конуса, параллелепипеда.

На подложке 3 установлена сопловая крышка 4, сопловые отверстия 8 которой расположены над толкателями 9, сообщающими механический момент красящей жидкости. В сопловой крышке есть отверстие для гидродинамической связи между толкателями и резервуаром с красящей жидкостью. В качестве толкателей 9 использованы тонкопленочные резисторы, электрический сигнал на которые подается по тонкопленочным проводникам 10.

Подложка с сопловой крышкой может иметь любую другую конструкцию и любой другой принцип получения механического момента, сообщающего красящей жидкости, например, пьезоэлектрические, магнитные силы, что не меняет сущность заявляемого изобретения.

Струйная печатающая головка работает следующим образом.

Во время поступления электрического сигнала по тонкопленочным проводникам 10 (фиг. 3) на резистор 9 происходит нагрев резистора и локальное испарение красящей жидкости над резистором с образованием парового пузырька, который, расширяясь, выталкивает каплю красящей жидкости из соплового отверстия 8 сопловой крышки 4. При вылете капли из соплового отверстия 8 в капиллярном канале между сопловой крышкой 4 и подложкой 3 образуется мениск красящей жидкости, который подтягивает красящую жидкость к резистору за счет образовавшегося под мениском капиллярного давления.

Одновременно за счет неразрывности жидкости красящая жидкость подтягивается из резервуара 1 (фиг. 1) через элемент 2, передающий красящую жидкость в полость 6.

В элементе 2 распространение жидкости происходит за счет сил смачивания волокон вдоль волокна подобно стеканию капли жидкости по нити, это обеспечивает вытеснение воздуха к боковым поверхностям элемента 2 в направлении, перпендикулярном направлению волокон, затем в объем красящей жидкости, находящийся в резервуаре 1.

Так как в элементе 2, передающем красящую жидкость, распространение красящей жидкости происходит по волокнам, то наличие воздуха в элементе 2, передающем красящую жидкость, перед началом использования печатающей головки не приводит к образованию воздушных пробок в элементе, передающем красящую жидкость, и ухудшению качества печати.

Во время работы воздух, находящийся внутри элемента 2, передающего красящую жидкость, вытесняется проходящим через этот элемент потоком красящей жидкости в направлении, перпендикулярном распространению потока красящей жидкости в элементе 2. Таким образом предотвращается закупоривание элемента 2 воздушными пробками и попадание пузырьков воздуха в полость 6. В силу этого, а также за счет того, что подтягивание красящей жидкости к сопловым отверстиям осуществляется под действием давления, образованного силами поверхностного натяжения в мениске красящей жидкости под сопловыми отверстиями, работоспособность печатающей головки не зависит от ориентации печатающей головки в принтере и при соответствующем подборе диаметра сопловых отверстий в сопловой крышке и физических свойств красящей (жидкости таких как плотность, краевые углы смачивания красящей жидкостью материалов конструкции печатающей головки и др.), которые обеспечивают требуемое подтягивающее давление, печатающая головка обеспечивает качество печати в любой ориентации, в том числе в вертикальном положении сопловой крышкой вверх.

Указанный физический механизм передачи красящей жидкости позволяет элементу, передающему красящую жидкость, обеспечить поддержание обратного давления в полости 6 на постоянной величине до полной выработки красящей жидкости из резервуара. Это обратное давление препятствует вытеканию красящей жидкости из сопельных отверстий в то время, когда головка не печатает.

Одновременно элемент 2, передающий красящую жидкость, является фильтром, который предотвращает загрязнение резисторов 9 и сопловых отверстий 8 механическими примесями, содержащимися в красящей жидкости. В силу указанного физического механизма передачи красящей жидкости такой элемент, передающий красящую жидкость, практически не засоряется и не теряет своих передающих и фильтрующих свойств.

Использование волокнисто-капиллярного элемента для передачи красящей жидкости позволяет обеспечить требуемое качество печати при любом положении печатающей головки в принтере, снизить требования к качеству очистки красящей жидкости, существенно упростить конструкцию печатающей головки.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в устройствах регистрации и отображения информации, например в принтерах, а также в других устройствах, в которых требуется обеспечить передачу жидкости из резервуара в канал или другой объем без передачи воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что капиллярный элемент для передачи красящей жидкости имеет волокнистую структуру, волокна которой направлены к полости. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Струйная печатающая головка, содержащая резервуар для красящей жидкости и расположенный в нем капиллярный элемент для передачи красящей жидкости, по меньшей мере одна поверхность которого размещена в полости между подложкой с сопловой крышкой и резервуаром, отличающаяся тем, что капиллярный элемент для передачи красящей жидкости имеет волокнистую структуру, волокна которой направлены к полости. 2. Головка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет расположенный в резервуаре для красящей жидкости пористый материал. 3. Головка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет расположенный в резервуаре для красящей жидкости волокнистый материал.