專利名稱：具有主動冷卻單元的噴墨打印盒的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有冷卻單元的噴墨打印盒，該冷卻單元用于冷卻作為打印頭組成部分的加熱片和/或打印盒墨盒中提供的墨水。
按需滴墨的噴墨打印機利用熱能在墨室內(nèi)產(chǎn)生蒸汽泡以噴出小墨滴。熱能發(fā)生器或加熱元件，通常為電阻，位于靠近噴射孔的加熱片上的室內(nèi)。在打印機的打印頭內(nèi)有多個室，每個室有一個單獨的加熱元件。打印頭典型地包括加熱片和一塊其中有多個噴射孔的板。打印頭形成噴墨打印盒的一部分，噴墨打印盒還包括一個墨盒。
為了正常工作，要求靠近加熱片的墨水保持在適度小的溫度范圍內(nèi)。已經(jīng)發(fā)展了很多技術，用于從加熱片傳導出熱量以便保持墨水在要求的溫度范圍內(nèi)。然而，隨著噴墨技術的進步，隨著加熱元件的不斷增加，正在引入加熱片。此外，加熱元件啟動的頻率增加。因此，要求選擇比常規(guī)冷卻技術更有效和/或更低廉的冷卻技術。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于噴墨打印機的噴墨打印盒。該打印盒包括一個具有加熱片的打印頭。該打印頭適合于響應于加熱片從打印機供能電路接收能量脈沖而產(chǎn)生小墨滴。珀耳帖效應冷卻單元與靠近加熱片的墨水相連，用于冷卻墨水。冷卻單元可以直接接觸墨水?；蛘?，可以與墨水隔開。在后面的實施例中，一種熱傳導材料在墨水和冷卻單元間延伸，并且提供熱能從墨水到冷卻單元的通路?？梢蕴峁┮粋€散熱器，以傳導熱量到打印盒外面的空氣。冷卻單元理想地按到加熱片的能流的函數(shù)，從打印機供能電路接收電流。或者，可以提供一個用于感應流向打印頭的墨水溫度的溫度傳感器，從傳感器輸出的信號可以用于控制從打印機供能電路供給冷卻單元的電流量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明構造的具有第一和第二打印盒的噴墨打印裝置的透視圖；圖2是連接到一塊孔板的加熱片部分的視圖，孔板在兩個不同水平面剖視；
圖3是沿著圖2的剖切線3-3的視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例組成的打印盒部分的剖視圖；圖5是沿著圖4的剖切線5-5的視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例組成的打印盒部分的剖視圖；圖7是沿著圖6的剖切線7-7的視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例組成的打印盒部分的剖視圖；圖9是沿著圖8的剖切線9-9的視圖；現(xiàn)在參考圖1，顯示根據(jù)本發(fā)明構造的具有第一打印盒20和第二打印盒30的噴墨打印裝置10。打印盒20和30裝在一個托架40上，托架可滑動地裝在導軌42上。驅(qū)動機構44用于實現(xiàn)托架40沿導軌42來回的往復移動。驅(qū)動機構44包括一個帶傳動輪44b的電機44a以及一個傳動帶44c，傳動帶延伸在傳動輪44b和惰輪44d周圍。托架40固定連接到傳動帶44c以隨傳動帶44c一起移動。電機44a的運轉(zhuǎn)實現(xiàn)傳動帶44c的來回移動，以及因此托架40和打印盒20和30的來回移動。當打印盒20和30來回移動時，將小墨滴噴在它們下面的紙層上。在所述的實施例中，第一打印盒20噴出黑色小墨滴，而第二打印盒30噴出青色、洋紅色或黃色的彩色小墨滴。僅第一打印盒20將在這里詳細討論，因為第二打印盒30與第一打印盒20的構造方式本質(zhì)上相同。
第一打印盒20包括一個聚合物的墨盒22，見圖1，以及一個打印頭24，見圖2和圖3。打印頭24包括具有多個電阻加熱元件52的一個加熱片50。打印頭24進一步包括具有多個開口56的板54，開口56穿過板54，限定了多個孔56a，小墨滴通過這些孔噴出。
板54可以通過任何現(xiàn)有公認的技術，包括一種熱壓粘合方法，粘在加熱片50上。當板54與加熱片50結合在一起時，板54的截面54a和加熱片50的部分50a就限定了多個氣泡室55。墨盒22提供的墨水通過墨水供給通道58流入氣泡室55。電阻加熱元件52位于加熱片50上，使得每個氣泡室55僅具有一個加熱元件52。每個氣泡室55與一個孔56a相通，見圖3。
電阻加熱元件52由一個打印機供能電路100提供的電壓脈沖分別尋址，見圖5。每個電壓脈沖加到一個加熱元件52上，以即刻蒸發(fā)與加熱元件52接觸的墨水，以便在加熱元件52位于其中的氣泡室55內(nèi)形成氣泡。氣泡的作用是置換氣泡室55內(nèi)的墨水使得小墨滴從與氣泡室55相連的孔56a噴出。
固定在聚合物的墨盒22上的柔性電路25用于提供能量脈沖從打印機供能電路100到加熱片50的一條通路，見圖5。加熱片50上的焊片(沒有顯示)焊在柔性電路25上的導線(沒有顯示)的末端。電流從打印機供能電路100流到柔性電路25上的導線，并且從導線流到加熱片50上的焊片。電流然后從焊片沿導線53流到加熱元件52。一種連接到加熱片焊片的柔性電路公開在共同轉(zhuǎn)讓的共同未決的專利申請上，其美國系列號＿＿＿＿，名稱為“用于將一個柔性電路連接到一個聚合物的墨盒上以及用于在使用膠囊密封材料的柔性電路和其它元件的截面上形成一個阻擋層的一種方法”，由Singh等人于1997年3月27日申請，并且具有代理人卷號LE9-97-038，其公開在此作為參考。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，一個熱傳導材料層60位于墨盒22和加熱片50之間，以直接接觸加熱片50，見圖5。許多熱傳導材料的任何一種都可以用來制成層60，例如金、鋁、不銹鋼、帶或不帶鎳或鉻的保護鍍層的銅、碳填充聚合物，和熱傳導陶瓷。如果墨水23接觸到層60，一種充分不腐蝕的熱傳導材料，例如鋁，帶鎳或鉻的保護鍍層的鋁或銅，可能是理想的。
層60是L形的，如圖5所示，并且延伸在墨盒22的內(nèi)部22a和外部22b之間。理想地，墨盒22由絕熱聚合物材料制成。在所述的實施例中，墨盒22由聚亞苯氧化物制成，聚亞苯氧化物可以從通用電氣公司商標“NORYL SE-1”下在商業(yè)上獲得。沒有在這里明確列出的其它聚合物材料也可以使用。
熱電冷卻單元70通過一種熱粘合劑連接到墨盒22使得冷卻單元70的第一表面70a接觸到傳導層60，見圖5。散熱器80靠近冷卻單元70使得散熱器80的內(nèi)表面80a接觸到冷卻單元70的第二表面70b。散熱器80的外表面80b暴露在空氣中。散熱器80可以具有散熱片或肋板(沒有顯示)，以使傳導到空氣的熱量最多。傳導層60提供熱能從加熱片流到冷卻單元70的通路。冷卻單元70將熱從傳導層60排出到散熱器80，在此處能量散失到暴露于散熱器80的第二表面80b的外界空氣中。在所述的實施例中，散熱器80的部分80c接觸到墨水23，以允許熱量直接從散熱器80傳導到墨水23。加熱墨水的優(yōu)點是溶解在墨水中的一些氣體將被轉(zhuǎn)移，這樣減少了加熱片50附近能導致打印缺陷的氣泡的形成。在另一個實施例中(沒有顯示)，散熱器80在表面80c上不與墨水接觸，但是被絕熱聚合物材料圍繞，并且與外界空氣單獨接觸，用于從冷卻單元70的熱交換。在另一個實施例中(沒有顯示)，散熱器80不與外界空氣接觸，但是與墨水23單獨接觸，用于從冷卻單元70的熱交換。
許多熱傳導材料的任何一種都可以用來制成散熱器80，例如金、帶或不帶鎳或鉻的保護鍍層的銅、鋁、不銹鋼、碳填充聚合物，和熱傳導陶瓷。如果墨水23接觸到散熱器80，一種充分不腐蝕的熱傳導材料，例如鋁或帶鎳或鉻的保護鍍層的銅，可能是理想的。
在所述的實施例中，單元70包括一個珀耳帖效應冷卻單元。它可以由聯(lián)合形成一個pn結的p型和n型半導體材料制成。理想的p型材料包括鉍、碲和銻的合金，而理想的n型材料包括鉍、碲和硒。導線(沒有顯示)從柔性電路25延伸到冷卻單元70。導線可以沿墨盒22的外表面延伸或嵌入墨盒22內(nèi)部。從打印機供能電路提供給冷卻單元70的能量通過柔性電路25和導線到達冷卻單元70。根據(jù)電流通過的方向，熱在pn結處釋放或吸收。釋放或吸收熱的量是流過單元70的pn結的電流的函數(shù)。很多形式的珀耳帖效應冷卻單元可以在商業(yè)上獲得，并且可以根據(jù)冷卻單元將要處理的熱載，也可以根據(jù)物理形狀和尺寸要求來選擇。
在所述的實施例中，微處理器110經(jīng)常監(jiān)視由打印機供能電路100提供給加熱片50的功率。一個加熱元件52啟動所需的典型的能量值存儲在微處理器110中。用在一給定時間周期啟動的加熱元件52的數(shù)量乘以這個典型的能量值，微處理器110決定在該給定時間周期提供給加熱片50的估算功率。微處理器110然后使供能電路100按提供給加熱片50的能流或估算功率，向冷卻單元70提供電流，以冷卻加熱片50并且保持加熱片50的溫度充分恒定或在要求的溫度范圍內(nèi)。目前理想的是電流與打印負載直接成比例地提供給冷卻單元70，使得隨打印負載的增加，提供給冷卻單元70的電流增加，以及隨打印負載的減少，提供給冷卻單元70的電流減少。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例構造的打印盒120在圖6和圖7中顯示，其中同樣的參考數(shù)字表示同樣的元件。打印盒120包括一個墨盒122，墨盒理想地由一種絕熱聚合物材料制成。墨盒122包括一個內(nèi)部豎管122a，內(nèi)部豎管理想地由一種絕熱聚合物材料制成。絕熱聚合物材料的層160延伸入豎管122a，并且限定了一個內(nèi)部通道160a，墨水通過內(nèi)部通道流入打印頭24。傳導材料的層160也延伸到冷卻單元70使得它接觸到冷卻單元70的第一表面70a。許多熱傳導材料的任何一種都可以用來制成層160，例如金、鋁、不銹鋼、帶或不帶鎳或鉻的保護鍍層的銅、碳填充聚合物，和熱傳導陶瓷。因為墨水23接觸到層160，一種充分不腐蝕的熱傳導材料，例如鋁或帶鎳或鉻的保護鍍層的銅，可能是理想的。
當墨水23流過通道160a并且接觸到熱傳導材料160，熱能從墨水23中排出。能量借助傳導沿材料層160移到冷卻單元70。冷卻單元70則將熱傳導到散熱器80，在此處能量散失到外界空氣中。
典型地，裝在一個噴墨打印墨盒內(nèi)的墨水包括溶解的氣體，主要是氮、氧和二氧化碳。當墨水流入并且通過打印盒的打印頭時，其溫度升高。由于墨水中的氣體溶解性隨墨水溫度升高而降低，當墨水流入并且通過打印頭時空氣可能從溶液中跑出來，導致在打印頭中形成氣泡。這些氣泡可能阻礙墨水通過打印頭，導致一個打印缺陷。在本發(fā)明中，因為墨水23在進入打印頭24之前被冷卻，當墨水23通過打印頭24時空氣不太可能從溶液中跑出來。冷卻的墨水23在流入并且通過打印頭24時也用來冷卻加熱片50。
由于在所述實施例中，墨水冷卻單獨發(fā)生在豎管122a，因此僅極少量的將要用于打印的墨水被冷卻。這比冷卻墨盒122中的所有墨水更理想，冷卻墨盒122中的所有墨水將需要更大的功率并且促進墨水吸入更多的氣體，這是不希望的。
在圖6和圖7所示的實施例中，熱傳導層160被包在聚合物的墨盒122里面使得一層絕熱聚合物材料122b位于熱傳導層160和加熱片50之間。這允許熱僅從墨水中導出，降低其溫度并且減少由于加熱片50附近溫度的升高而造成的與墨水中轉(zhuǎn)移的氣體相關的問題。溫度的顯著下降能夠使先前在加熱片50的區(qū)域產(chǎn)生的氣泡重新溶解在墨水中。還考慮到熱傳導層160可以直接接觸加熱片50以提供熱從加熱片50到冷卻單元70的一條通路，盡管這種配置更有利于直接冷卻加熱片50，并且會升高加熱片50附近墨水的溫度。
如上所述，理想的是電流按打印負載的函數(shù)供給冷卻單元70。還考慮到一個墨水溫度傳感器(沒有顯示)可以位于豎管122a內(nèi)或加熱片50和豎管122a之間，用于產(chǎn)生到微處理器110的反饋信號，代表墨水溫度。基于這些信號，微處理器110使供能電路100提供適量的電流到冷卻單元70，以保持墨水23的溫度充分恒定或在要求的溫度范圍內(nèi)。該溫度傳感器可以包括一個常規(guī)電熱調(diào)節(jié)器或熱電偶。
進一步考慮到一個加熱片溫度傳感器(沒有顯示)可以位于加熱片50上面或合并在加熱片50內(nèi)部，產(chǎn)生到微處理器110的反饋信號，代表加熱片的溫度?；谶@些信號，微處理器110使供能電路100提供適量的電流到冷卻單元70，以保持加熱片50的溫度充分恒定或在要求的溫度范圍內(nèi)。該溫度傳感器可以包括一個常規(guī)電熱調(diào)節(jié)器或熱電偶。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例構造的打印盒150在圖8和圖9中顯示，其中同樣的參考數(shù)字表示同樣的元件。打印盒150包括一個墨盒152，墨盒152理想地由與用于制成墨盒22的相同的材料制成。墨盒150另外包括一個合適尺寸的冷卻單元170，直接接觸加熱片50以冷卻加熱片。一層熱傳導材料160從冷卻單元170延伸到一個散熱器80以便提供熱能從冷卻單元170流到散熱器80的一條通路。熱傳導層160可以用制成傳導層60的上述任何一種材料制成。此外，熱傳導層160和散熱器80可以由單一的整體元件構成。冷卻單元170可以以與上述冷卻單元70相同的方式工作和控制。
還進一步考慮到可以用來冷卻寬頁打印頭的一個或多個冷卻單元。
權利要求
1.一種用在噴墨打印機上的噴墨打印盒，包括具有一個加熱片的打印頭，所述打印頭適合于響應于所述加熱片從打印機供能電路接收到的能量脈沖而產(chǎn)生小墨滴；以及與流到所述加熱片的墨水相聯(lián)的珀耳帖效應冷卻單元，用于冷卻所述墨水，所述冷卻單元按到所述加熱片的能流的函數(shù)從所述打印機供能電路接收電流。
2.如權利要求1所述的噴墨打印盒，其中所述珀耳帖效應冷卻單元與所述加熱片隔開。
3.如權利要求2所述的噴墨打印盒，進一步包括連接到所述打印頭用于提供墨水到所述打印頭的墨盒；以及熱傳導材料，接觸所述珀耳帖效應冷卻單元并且延伸進所述墨水的流路以便當墨水流入所述打印頭時接觸所述墨水，所述傳導材料提供熱能從所述墨水流到所述珀耳帖效應冷卻單元的一條通路。
4.如權利要求3所述的噴墨打印盒，進一步包括一層介于所述熱傳導材料和所述加熱片之間的不導熱材料。
5.如權利要求2所述的噴墨打印盒，進一步包括接觸所述冷卻單元的散熱器。
6.如權利要求1所述的噴墨打印盒，其中所述加熱片包括多個電阻加熱元件以及所述打印頭進一步包括連接到所述加熱片的孔板使得所述孔板的截面和所述加熱片的部分限定了多個容納墨水的室，并且所述多個電阻加熱元件位于所述加熱片上使得每個所述容納墨水的室有一個所述加熱元件與之相聯(lián)。
7.一種用在噴墨打印機上的噴墨打印盒，包括具有一個加熱片的打印頭，所述打印頭適合于響應于所述加熱片從打印機供能電路接收到的能量脈沖而產(chǎn)生小墨滴；以及連接到所述打印頭用于提供墨水到所述打印頭的墨盒；與所述加熱片隔開的一個珀耳帖效應冷卻單元；以及熱傳導材料，接觸所述珀耳帖效應冷卻單元并且延伸進所述墨水的流路以便當墨水流入所述打印頭時接觸所述墨水，所述傳導材料提供熱能從所述墨水流到所述珀耳帖效應冷卻單元的一條通路。
8.如權利要求7所述的噴墨打印盒，進一步包括接觸所述冷卻單元的散熱器。
9.如權利要求8所述的噴墨打印盒，其中所述散熱器暴露于空氣中使得熱從所述冷卻單元傳導到所述散熱器并且從所述散熱器傳導到空氣。
10.如權利要求9所述的噴墨打印盒，其中所述散熱器進一步暴露于所述墨盒中的墨水中使得熱從所述冷卻單元傳導到所述散熱器并且從所述散熱器傳導到空氣和墨水。
11.如權利要求8所述的噴墨打印盒，其中所述散熱器暴露于所述墨盒中的墨水中使得熱從所述冷卻單元傳導到所述散熱器并且從所述散熱器傳導到墨水。
12.如權利要求7所述的噴墨打印盒，其中所述熱傳導材料靠近所述加熱片以便在靠近所述加熱片的位置接觸所述墨水。
13.一種用在噴墨打印機上的噴墨打印盒，包括具有一個加熱片的打印頭，所述打印頭適合于響應于所述加熱片從打印機供能電路接收到的能量脈沖而產(chǎn)生小墨滴；以及與流到所述加熱片的墨水相聯(lián)的冷卻單元，用于響應于所述冷卻單元從所述打印機供能電路接收的電流，冷卻所述墨水，流到所述冷卻單元的所述電流作為打印負載的函數(shù)而變化。
14.如權利要求13所述的噴墨打印盒，其中所述冷卻單元包括一個珀耳帖效應冷卻單元。
15.如權利要求14所述的噴墨打印盒，其中所述珀耳帖效應冷卻單元與所述加熱片隔開。
16.一種用于冷卻噴墨打印盒中流到加熱片的墨水的方法，所述加熱片從打印機供能電路接收能量脈沖，所述方法包括步驟提供一個珀耳帖效應冷卻單元；安排所述珀耳帖效應冷卻單元使之與所述墨水熱連通；監(jiān)視從所述打印機供能電路到所述加熱片的能流；以及按到所述加熱片的能流的函數(shù)提供電流到所述珀耳帖效應冷卻單元。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述安排步驟進一步包括步驟將所述珀耳帖效應冷卻單元與所述加熱片隔開；以及提供一種熱傳導材料，延伸在所述珀耳帖效應冷卻單元與所述墨水之間并且接觸它們，所述熱傳導材料提供熱能從所述墨水流到所述珀耳帖效應冷卻單元的一條通路。
18.一種噴墨打印機，包括一個打印機供能電路；具有一個加熱片的打印頭，所述打印頭適合于響應于所述打印機供能電路供給所述加熱片的能量脈沖而產(chǎn)生小墨滴；與流到所述加熱片的墨水相聯(lián)的冷卻單元，用于響應于所述打印機供能電路供給所述冷卻單元的電流，冷卻所述墨水；以及連接到所述打印機供能電路的一個處理器，用于監(jiān)視從所述供能電路到所述加熱片的能流，以及用于按到所述加熱片的能流的函數(shù)控制由所述供能電路供給所述冷卻單元的電流量。
19.如權利要求18所述的噴墨打印盒，進一步包括連接到所述打印頭用于提供墨水到所述打印頭的墨盒；以及熱傳導材料，接觸所述珀耳帖效應冷卻單元并且延伸進所述墨水的流路以便當墨水流入所述打印頭時接觸所述墨水，所述傳導材料提供熱能從所述墨水流到所述珀耳帖效應冷卻單元的一條通路。
20.如權利要求19所述的噴墨打印盒，進一步包括一層介于所述熱傳導材料和所述加熱片之間的不導熱材料。
全文摘要
提供一種用在噴墨打印機上的噴墨打印盒。該打印盒包括具有一個加熱片的打印頭。該打印頭適合于響應于該加熱片從打印機供能電路接收到的能量脈沖而產(chǎn)生小墨滴。珀耳帖效應冷卻單元與墨水相聯(lián)用于冷卻墨水。該冷卻單元按到該加熱片的能流的函數(shù)從該打印機供能電路接收電流。
文檔編號B41J2/14GK1202424SQ981149
公開日1998年12月23日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權日1997年6月18日
發(fā)明者羅伯特·W·康奈爾, 威廉·P·庫克, 加里·A·登頓, 詹姆斯·H·鮑爾 申請人:萊克斯馬克國際公司