TWI273036B - Microinjector and inspection method thereof - Google Patents

Description

1273036 九、發明說明： 【發明所屬之技術領威】 本發明係有關於一種流體喷射裝置，特別係有關於一種可量 測溫度並可檢測流體回填是否異常之流體喷射裝置。 【先前技術】

微流體喷射裝置應用在喷墨印表機或相關周邊設備時，多以 熱氣泡(thermal bubble)或壓電材料(Piezoelectric material)作為驅 動流體喷射之機制。以熱驅式喷墨印表機而言，如何感測噴墨晶 片的溫度，並使噴墨晶片保持在一適當的溫度範圍内，藉以提高 喷墨品質並延長使用壽命，係為一重要之課題。 基於上述需求，不同類型之溫度量測方式已先後提出：如美 商利盟公司在美國專利US Pat. No.6,357,863中揭示了—絲曰+ , J 裡具有加 熱器之喷墨晶片，此外國内工研院(ITRI)所提出之另—美國專利 US Pat. Νο·6,382,773則揭示一種量測喷墨晶片上加熱區域㈤产之

方法。在前案US Pat· Νο·6,357,863中，由於受限於片、 、钱剛器排列之 位置，故難以真實地反應加熱區域之溫度；此外 丄 ^ US Pat.

No.6,382,773中所揭露之方法，雖可用於量測每〜 _ 一 σ熱器附近之 溫度’但是由於;g：測元件係直接設置於加熱器下太 ^ ’其線路佈局 會破壞原先平坦之加熱區域，恐有影響流體噴射效率 千之虞。 【發明内容】 〜歧管以及複 前述每一流 噴孔、一加熱 本發明提出一種流體噴射裝置，包括一基材、 數個流體喷射單元’其中上述歧管係由基材所形成 體喷射單元包括一噴孔層、一流體腔、一流道、—

0535-A21059TWF(N2);A04251 ;TKLIN 5 1273036 為以及一溫度感測為。前述喷孔層設置於基材上，流體腔與流道 形成於基材與喷孔層之間，其中流道連接流體腔與歧管。前述噴 孔a置於贺孔層，並與流體腔相通。前述加熱器設置於喷孔層外 侧表面且鄰近喷孔，用以加熱流體腔並驅使流體由喷孔射出。前 述溫度感測器設置於喷孔層外侧表面，且大致位於流道中央位 置，用以量測流道附近之溫度。 於一較佳實施例中，前述流體喷射單元中之流道長度不同。 於一較佳實施例中，前述溫度感測器連接一感測電路，當溫 度感測器其中之一所量測到的上升溫度超出一預設範圍，且溫度 感測器量測到流道中長度最長者之上升溫度大於流道中長度最短 者之上升、溫度時’感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。 於一較佳實施例中，前述加熱器產生氣泡於流體腔中，並藉 由氣泡迫使流體由噴孔射出。 於一較佳實施例中，前述流體喷射裝置係為一單石化結構 (Monolithic Structure) 〇 於一較佳實施例中，前述溫度感測器為一熱敏電阻式溫度感 測器。 本發明更提供一種流體喷射裝置，包括一基材、一歧管、Μ 個流體喷射單元以及m個溫度感測器，其中歧管由基材所形成。 上述Μ個流體喷射單元分佈於流體喷射裝置中之N個區塊，其中 Μ>Ν。每一流體喷射單元包括一喷孔層、一流體腔、一喷孔、一 加熱器以及一流道，上述喷孔層設置於基材上，流體腔與流道形 成於基材以及喷孔層之間，其中流道連接流體腔與歧管。上述噴 孔設置於喷孔層，並與流體腔相通。上述加熱器設置於喷孔層外 側表面且鄰近喷孔，用以加熱流體腔並驅使流體由噴孔射出。特 別地是，前述Μ個流道係具有m種不同長度，其中M>m。此外，

0535-A21059TWF(N2);A04251;TKLIN 1273036 前述m個溫度感測器係分別對應地設置於m個流體喷射單元當中 之m個流道上，其中設有溫度感測器之m個流道之長度各不相同。 於一較佳實施例中，前述每一溫度感測器係設置於喷孔層外 側表面，且大致位於流道中央位置，用以量測流道附近之溫度。 於一較佳實施例中，前述溫度感測器連接一感測電路，當溫 度感測器其中之一所量測到的上升溫度超出一預設範圍，且溫度 感測器量測到流道中長度最長者之上升溫度大於流道中長度最短 者之上升溫度時，感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。 於一較佳實施例中，在設有溫度感測器之m個流道當中最長 者係設置於前述區塊當中距離流體喷射裝置中心最遠者。 於一較佳實施例中，在設有溫度感測器之m個流道當中最短 者係設置於前述區塊當中距離流體喷射裝置中心最近者。 於一較佳實施例中，設有温度感測器之m個流體喷射單元係 分佈於N個區塊當中，且m-N。 於一較佳實施例中，前述溫度感測器係集中設置於前述N個 區塊其中之一。 於一較佳實施例中，前述加熱器產生氣泡於流體腔中，藉以 迫使流體由喷孔射出。 於一較佳實施例中，前述流體喷射裝置係為一單石化結構。 於一較佳實施例中，前述溫度感測器為一熱敏電阻式溫度感 測器。 本發明更提供一種檢測流體喷射裝置之方法，上述體喷射裝 置包括一歧管以及Μ個流體噴射單元，其中Μ個流體喷射單元分 佈於Ν個區塊，且每一流體喷射單元包括一流體腔、一喷孔以及 一流道，上述噴孔與流體腔相通，流道連揍流體腔與歧管。此外， 前述Μ個流體喷射單元當中之Μ個流道係具有m種不同長度，

0535-A21059TWF(N2);A04251 ;TKLIN 1273036 前述方法係包括下列步雜： (a) 分別設置m個溫度感測器於前述Μ個流體喷射單元中之m 個流道上(M>m)，其中設有溫度感測器之m個流道之長度各不相 同； (b) 針對設有溫度感測器之流體喷射單元實施流體喷射，並利 用溫度感測器量測m個流道喷射前、後之上升溫度；以及 (c) 根據m個溫度感測器所檢測到之上升溫度判斷流體回填 是否異常。 於一較佳實施例中，在設有溫度感測器之m個流道當中最長 者係設置於前述區塊當中距離流體喷射裝置中心最遠者。 於一較佳實施例中，在設有溫度感測器之m個流道當中最短 者係設置於前述區塊當中距離流體喷射裝置中心最近者。 於一較佳實施例中，前述步驟(c)包括：當任一溫度感測器所 量測到之上升溫度超出一預設範圍，且溫度感測器量測到前述流 道中最長者之上升溫度大於前述流道中最短者之上升溫度時，則 發出一警告信號表示墨水回填異常。 於一較佳實施例中，設有溫度感測器之m個流體喷射單元係 分散設置於N個區塊内，且m g N。 於一較佳實施例中，前述m個溫度感測器係集中設置於前述 N個區塊其中之一。 於一較佳實施例中，前述流體喷射裝置係為一單石化結構。 於一較佳實施例中，前述溫度感測器為一熱敏電阻式溫度感 測器。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉詳盡實施例並配合所附圖式做詳細說明。

053 5-A21059TWF(N2);A04251 ;TKLIN 1273036 【實施方式】 首先請參閱第1圖，本發明之流體喷射裝置例如為一單石化 Τ» 結構之喷墨晶片（monolithic ink jet chip)，其主要包括一基材10、 一歧管16以及複數個流體喷射單元E，上述歧管16係由基材10 所形成。如第1圖所示，每一個流體喷射單元E係包含一喷孔層 12(nozzle plate)、一流體腔14、一流道15、一喷孔18、兩個加熱 ， 器20以及一溫度感測器S，其中流體腔14與流道15形成於基材 10與喷孔層12之間，流道15連接流體腔14與歧管16，喷孔18 # 則係設置於喷孔層12上，並與流體腔14相通。 如圖所示，前述兩個加熱器20係位於喷孔層12外側表面且 鄰近喷孔18，透過加熱器20對流體腔14加熱可產生雙氣泡，進 而迫使流體F由喷孔18喷出。特別地是，前述温度感測器S例如 為一熱敏電阻式溫度感測器，用以量測加熱器20以及流道15附 近之溫度，由於溫度感測器S係設置於喷孔層12外侧表面，因此 可精確地量測溫度而不致影響加熱器20的操作與流體F的運動。 當流體F實施喷射後而流體腔14内發生流體回填不足的情形 | 時，加熱器20所產生的熱能大部分會經由喷孔層12擴散而發生 類似「空燒」之效應，此時溫度感測器S會測得較高之上升溫度。 — 有鑑於此，本發明係利用温度感測器S量測各流道15附近之溫 - 度，同時根據每個溫度感測器S所測得之溫度數據，判斷各流體 腔14内是否發生流體回填不足的異常狀況。 接著請參閱第2圖，對於一喷墨列印裝置而言，為了精確地 控制不同流體喷射單元E落於紙張之墨點位置，一般喷墨晶片的 設計大多將各流體喷射單元E中之流道15以長短不一的形式排列 (offset nozzles)，如第2圖所示，本發明之流體喷射裝置例如為一 具有不同流道長度之喷墨晶片，其中兩相鄰之流體噴射單元E分

0535-A21059TWF(N2);A04251 ;TKLIN 1273036 、 別具有長、短不同之流道15，且溫度感測器S係位於流道15中 秦 央位置，藉以精確地量測流道15附近之溫度。 於第2圖中，當加熱器20分別對兩個流體腔η加熱一段時 間後，流道15長度較長者之上升溫度ATa係小於流道15長度較 短者之上升溫度ATb，亦即ATa<ATb，其中Ta與Tb分別表示第 • 2圖中長、短流道15在加熱器20加熱後所上升之溫度。根據溫 - 度感測器S與流道15長度之對應關係，本發明係針對一具有Μ 個流體噴射單元Ε，且流道長度有m種尺寸之流體喷射裝置，藉 φ 由設置m個溫度感測器S量測部分流道15之溫度，以作為Μ個 喷孔/加熱區之溫度檢測依據，其中M>m。有關本發明詳細實施方 式係揭露如下·· 請參閱第3圖，該圖係本發明中第一實施例之示意圖。如圖 所示，於本實施例中之流體喷射裝置p例如為一噴墨晶片，此一 喷墨晶片包括300個流體噴射單元，其中300個流體喷射單元包 • 含有19種不同長度之流道。特別地是，前述300個流體喷射單元 係以一特定之排列方式分佈於16個區塊N1〜N16，其中每一區塊 内具有18至19個不同長度流道之流體喷射單元(部分區塊僅具有 ® 18個流體喷射單元）。 - 假設流體喷射單元之總數為Μ、不同長度之流道種類數為 • m，區塊總數為Ν，亦即M=300、m=19、Ν=16，其中M>mgN。 然而，上述Μ、N、m之個數係依據不同型式之喷墨晶片設計而 有所不同。有鑑於流體喷射單元之總數頗多，本發明其中一主要 目的係僅利用單一感測器量測一種特定長度流道之溫度變化，由 於相同長度之流道溫度在正常操作情況下亦大致相同，因此可根 據單一感測器所量測到之溫度數值推及其餘該種特定長度流道之 溫度變化，藉以簡化機構設計與資料處理量。

0535-A21059TWF(N2);A04251;TKLIN ^73036 、 如第3圖所示，根據前述流體喷射單元之配置方式，在本實 ,施例中乃針對19種長度不同之流道分別對應地設置19個溫度感 測器S1〜S19，且上述溫度感測器S1〜S19可集中設置於m〜Ni6 §中之任一區塊Ni内（如第3圖所示）。藉由將前述溫度感測器 、S1〜S19集中排列於同一區塊Ni，各感測器間之訊號線路長度可較 為接近，因此汛號線路對每個感測器所造成之雜訊影響（例如寄生 • 電阻效應）亦可較為一致，以減少量測上的誤差。 如蚰所述，本案之特徵在於：將溫度感測器S1〜S19分別對 •應地設置於19種長度不同的流道上，藉以監控各種不同長度流道 之溫度變化，其中溫度感測器S1〜S19可設置於同一區塊，然而亦 7分散地設置於N1〜N16中之不同區塊内。接著請參閱第4圖， 該圖係表不本發明中第二實施例之示意圖。於本實施例中，不僅 、將溫度感測器S1〜S19分別對應地設置於19種不同長度的流道 .上’此外溫度感測器S1〜S19係平均地設置於各個區塊N1〜N16内。 於第4圖中不，藉由將溫度感測器S1〜S19平均地設置於各 個區塊内，不僅可用以監控各種不同長度流道之溫度變化，同時 # 可適度地反映出不同區塊内之流道溫歧否異常。由於本發明可 同時地監控各種不同長度流道與每個區塊内之溫度變化，且不需 •要-對-地針對每個流道設置溫度感測器，因此可大幅地簡化機 •構設計與資料處理量，進而降低製造成本。 此外，由於本實施例中之溫度感測器有19個，但是區塊數量 僅16個，因此可將多餘的溫度感測器si7〜仍設置於區塊川〜川6 中之任一個區塊内(例如N1〜N3)，惟前述溫度感測器suw之配 置仍/頁個別地對應於19種不同長度之流道，以利於同時監控各種 不同長度流道之溫度變化。 接著再請參閱第5圖’該圖係表示本發明中第三實施例之示 0535-A21059TWF(N2);A04251 ;ΤΚΧΙΝ 11 1273036 、 意圖。與前述第二實施例不同之處在於：本實施例中之溫度感測 器S1係設置於靠近流體喷射裝置P邊緣之區塊N1 (或區塊N2、 N15、N16中之任一區塊）當中之最長流道處，此外溫度感測器S19 則設置於靠近流體喷射裝置P中心位置之區塊N7(或區塊N8、 N9、N10中之任一區塊）當中之最短流道處。其中，前述溫度感測 ’ 器S卜S19係分別對應地設置於19種不同長度的流道當中最長以 . 及最短之流道。 本實施例於實際應用時，可搭配印表機系統作如第6圖之檢 ^ 測流程：於列印進行前，系統先對每個設有溫度感測器S1〜S19 之流體喷射單元進行一定數量之墨點喷射，繼而得到各感測器之 喷射前後之溫差AT1〜ΔΤ19。接著可將溫差數值ΔΤ1〜ΔΤ19進行分 析比對，若此時各量測數據皆落於合理溫度變化範圍時 (Tmin-ΔΤΙ〜△TlMTmax)，貝J表示流體喷射裝置可正常地進行喷 射列印動作；反之，若量測數據超出合理溫度變化範圍，則再比 * 對AT1與AT19,若ΑΤ1>ΔΤ19則判斷為墨水回填異常而必須更換 墨水匣，此時連接於溫度感測器S1〜S19之一感測電路（未圖示）會 傳遞一警告訊號至一處理器（未圖示）。然而，若發生量測數據超出 W 合理溫度變化範圍，但感測器S1之升溫幅度ΔΤ1仍低於感測器 • S19之升溫幅度ΔΤ19，亦即AT1$AT19，此時則需重複前述檢測 . 步驟後再行判斷。由於AT1在正常情況下應較AT19更低，因此 當升溫幅度ΔΤ1>ΔΤ19時則應屬異常狀況，其可能為流體回填不 足而必須更換墨水匣。 本發明主要係提供一種微流體喷射裝置，藉由在不同長度之 流道上設置溫度感測器，可用以量測流體噴射晶片上之局部溫 度，且不會影響流體喷射的效果。此外，本發明不必一對一地在 每一個流道上設置溫度感測器，而僅需針對不同長度之流道分別

0535-A21059TWF(N2);A04251;TKLIN 12 1273036 . 設置一個溫度感測器即可，因此具有簡化結構與資料處理量的優 點。 綜上所述，本發明之流體喷射裝置不僅具有温度檢測之功 能，同時可監控流體回填是否異常，因此可提供較佳之喷射品質 並可延長使用壽命，特別適用於喷墨列印設備中。舉例而言，本 ' 發明可應用之領域如：喷墨印表機(inkjet printer)、傳真機或多功 . 能事務機（MFP)，此外亦可應用於燃料喷射系統(fli el injection system)或藥劑注射系統(drug delivery system)等相關領域中。 | 透過本發明雖以詳盡的實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視 後附之申請專利範圍所界定者為準。

0535-A21059TWF(N2);A04251;TKLIN 13 1273036 【圖式簡單說明】 第1、2圖係表示本發明之流體噴射裝置示意圖； 第3圖係表示本發明中第一實施例之示意圖； 第4圖係表示本發明中第二實施例之示意圖； 第5圖係表示本發明中第三實施例之示意圖；以及 第6圖係表示本發明中檢測流體喷射裝置之流程圖。 【主要元件符號說明】 10〜基材 12〜喷孔層 14〜流體腔 15〜流道 16〜歧管 18〜喷孔 20〜加熱器 E〜流體喷射單元 F〜流體 P〜流體喷射裝置 S〜溫度感測器 N1〜N16〜區塊 S1〜S19〜溫度感測器

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Claims (1)

1273036 十、申請專利範圍： 冰‘ 1.一種流體喷射裝置，包括： " 一基材； 一歧管，由該基材所形成； 複數個流體喷射單元，其中每一該流體喷射單元包括： 、 一喷孔層，設置於該基材上； 一流體腔，形成於該基材以及該喷孔層之間； 一流道，形成於該基材以及該喷孔層之間，連接該流體腔與 Φ 該歧管； 一喷孔，位於該喷孔層，並與該流體腔相通； 一加熱器，設置於該喷孔層外側表面且鄰近該喷孔，用以加 熱該流體腔並驅使該流體由該噴孔射出；以及 一溫度感測器，設置於該喷孔層外側表面，且大致位於該流 ^ 道中央位置，用以量測該流道附近之溫度。 • 2.如申請專利範圍第1項所述之流體喷射裝置，其中該等流 體喷射單元中之該等流道長度不同。 3. 如申請專利範圍第2項所述之流體喷射裝置，其中該等溫 • 度感測器連接一感測電路，當該等溫度感測器其中之一所量測到 . 的上升溫度超出一預設範圍，且該等溫度感測器量測到該等流道 中長度最長者之上升溫度大於該等流道中長度最短者之上升溫度 時，該感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。 4. 如申請專利範圍第1項所述之流體喷射裝置，其中該加熱 器產生氣泡於該流體腔中，並藉由該氣泡迫使該流體由該喷孔射 出。 5. 如申請專利範圍第1項所述之流體喷射裝置，其中該流體 噴射裝置係為一單石化結構(Monolithic Structure) 〇 053 5-A21059TWF(N2); A04251 ;TKLIN 15 1273036 6. 如申請專利範圍第1項所述之流體喷射裝置，其中該溫度 感測器為一熱敏電阻式溫度感測器。 7. —種流體喷射裝置，包括： 一基材； 一歧管，由該基材所形成； Μ個流體喷射單元，分佈於流體喷射裝置中之N個區塊，其 中Μ>Ν，且每一該流體喷射單元包括： 一喷孔層，設置於該基材上； 一流體腔，形成於該基材以及該喷孔層之間； 一喷孔，位於該喷孔層，並與該流體腔相通； 一加熱器，設置於該喷孔層外侧表面且鄰近該喷孔，用以加 熱該流體腔並驅使該流體由該喷孔射出； 一流道，形成於該基材以及該喷孔層之間，連接該流體腔與 該歧管，其中Μ個該等流道係具有in種不同長度，且M>m ;以 及 m個溫度感測器，分別設置於m個該等流體喷射單元當中之 m個該等流道上，其中設有該等溫度感測器之m個該等流道之長 度各不相同。 8. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中每一該 溫度感測器係設置於該喷孔層外側表面，且大致位於該流道中央 位置，用以量測該流道附近之溫度。 9. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中該等溫 度感測器連接一感測電路，當該等溫度感測器其中之一所量測到 的上升溫度超出一預設範圍，且該等溫度感測器量測到該等流道 中長度最長者之上升溫度大於該等流道中長度最短者之上升溫度 時，該感測電路傳遞一警告訊號至一處理器。 0535-A21059TWF(N2);A04251;TKLIN 16 1273036 10. 如申請專利範圍第9項所述之流體喷射裝置，其中在設有 該等溫度感測器之m個該等流道當中最長者係位於該等區塊當中 距離該流體喷射裝置中心最遠者。 11. 如申請專利範圍第10項所述之流體喷射裝置，其中在設 有該等溫度感測器之m個該等流道當中最短者係設置於該等區塊 當中距離該流體喷射裝置中心最近者。 12. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中設有該 等溫度感測器之m個該等流體喷射單元係分佈於N個該等區塊當 中，且mgN。 13. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中該等溫 度感測器係集中設置於該等區塊其中之一。 14. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中該加熱 器產生氣泡於該流體腔中，藉以迫使該流體由該喷孔射出。 15. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中該流 體喷射裝置係為一單石化結構(Monolithic Structure)。 16. 如申請專利範圍第7項所述之流體喷射裝置，其中該溫度 感測器為一熱敏電阻式溫度感測器。 17. —種檢測流體喷射裝置之方法，該流體喷射裝置包括一歧 管以及Μ個流體喷射單元，該等流體喷射單元分佈於N個區塊， 其中每一該流體喷射單元包括一流體腔、一喷孔以及一流道，該 喷孔與該流體腔相通，該流道連接該流體腔與該歧管，且Μ個該 等流體喷射單元當中之Μ個該等流道係具有m種不同長度，該方 法包括下列步驟： (a)分別設置m個溫度感測器於Μ個該等流體喷射單元中之m 個該等流道上(M>m)，其中設有該等溫度感測器之m個該等流道 之長度各不相同； 0535-A21059TWF(N2); A04251 ;TKLIN 17 1273036 嘴射_=設有該等溫度感測器之該等流體喷射單元實施流體 此、w亚用该等溫度感測器量測m個該等流道噴射前、後 升溫度；以及 斷該流 (C)根據m個該等溫度感測器所檢測到之上升溫戶 體回填是否異常。 又 、丨8·如申清專利範圍第π項所述之檢測流體噴射裝置之方 法上ί中在設有該等溫度感測器之m個該等流道當中最長者係位 於該等區塊當中距離該流體喷射裝置中心最遠者。 ’、 、19·如申請專利範圍第18項所述之檢測流體噴射裝置之方 去，其中在設有該等溫度感測器之m個該等流道當中最短者係設 置於該等區塊當中距離該流體噴射裝置中心最近者。 2〇·如申請專利範圍第19項所述之檢測流體噴射裝置之方 法，其中步驟(c)包括：當任一該等溫度感測器所量測到之上升溫 度超出一預設範圍，且該等溫度感測器量測到該等流道中最長者 之上升溫度大於該等流道中最短者之上升溫度時，則發出一擎告 化號表示墨水回填異常。 21·如申請專利範圍第17項所述之檢測流體噴射裝置之方 法’其中設有該等溫度感測器之m個該等流體喷射單元係分散設 置於N個該等區塊内，且m$N。 22.如申請專利範圍第I?項所述之檢測流體噴射裝置之方 法’其中m個該等溫度感測器係集中設置於該等區塊其中之一。 23·如申請專利範圍第I?項所述之檢測流體噴射裝置之方 法其中邊流體育射裝置係為一早石化結構(Monolithic Structure)。 24.如申請專利範圍第I?項所述之檢測流體喷射裝置之方 法’其中該溫度感測器為一熱敏電阻式溫度感測器。 0535-A21059TWF(N2);A04251;TKLIN 18