CN1672933A

CN1672933A - 微流体喷射装置及改善微流体喷射品质的方法

Info

Publication number: CN1672933A
Application number: CN 200410030250
Authority: CN
Inventors: 周忠诚; 徐聪平; 刘玟成; 游正弘; 吴尚羲
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-09-28

Abstract

本发明提供一种微流体喷射装置及改善微流体喷射品质的方法。借由一电阻测量装置(resistor sensingunit)，以进行微流体喷射装置内加热装置的电阻值检测。并借由一讯号控制单元(signal control unit)，根据此检测结果，进行调整输出驱动讯号。从而改善微流体喷射品质，或提升微流体喷射装置的使用效能。

Description

微流体喷射装置及改善微流体喷射品质的方法

技术领域

本发明是关于一种微流体喷射装置及改善微流体喷射品质的方法，特别是有关于一种进行微流体喷射装置内加热装置的电阻值检测，并调整输出驱动讯号，以改善微流体喷射品质的方法。

背景技术

目前流体喷射装置大多运用于喷墨头、燃料喷射器等组件上，其中喷墨头更是大量的使用热气泡驱动式设计。

图1显示一种传统的美国专利6,102,530的单基片的流体喷射装置1，其以一硅基底10作为本体，且在硅基底10上形成一结构层12，而在硅基底10和结构层12之间形成一流体腔14，用以容纳流体26；而在结构层12上设有一第一加热器20、以及一第二加热器22，第一加热器20用以在流体腔14内产生一第一气泡30，第二加热器22用以在流体腔14内产生一第二气泡32，以将流体腔14内的流体26射出。

由于单基片的流体喷射装置1具有虚拟气阀(virtual valve)的设计，并拥有高排列密度、低交互干扰、低热量损失的特性，且无须另外利用组装方式接合喷孔片，因此可以降低生产成本。

然而，单基片的流体喷射装置1对加热器电阻的要求却相当严格。于前段工艺中的电阻层工艺，同一喷墨芯片中各个加热器的电阻值可能存在相当的差距，而超出制造规格，即影响微流体装置的喷射品质，并导致制造良品率降低。

请参阅图2，一控制器在接收及处理打印数据后，传送一打印控制讯号至一喷墨头驱动线路。一控制电压电源供应器提供一控制电压Vs至喷墨头驱动线路，控制电压Vs的大小由控制电压电源供应器所控制。由控制器所控制的喷墨头驱动线路提供一驱动电压脉冲VP至一热驱式喷墨头的加热器电阻，进行流体喷射。美国专利5,526,027公开一种流体喷射装置，利用喷墨芯片的温度感测电阻(temperature sensing resistor)，做为喷墨芯片中各加热器电阻的参考值，进而对所述芯片做最佳化的喷墨条件设定。

美国专利6,244,682的单基片的流体喷射装置，以一光学扫描机构，对喷墨芯片的所打印的图形结果，进行光学检测。并利用上述检测结果与原先的设定的打印条件进行比对，以做为最佳喷墨条件的设定及校正标准。

就技术观点而言，上述传统技术的范畴，均认定在喷墨芯片内所有加热体的电阻值均处于一特定电阻值范围内，所进行的喷墨条件调整。事实上，喷墨芯片内的各加热器原本即可能因工艺因素而彼此之间存在电阻值差异，在使用一段时间后，因各加热体阻值的差异所造成的打印瑕疵，亦愈发明显，导致打印品质的下降。

发明内容：

有鉴于此，本发明的目的在于测量喷墨芯片中各加热器的电阻值范围，将所述加热器的电阻值的检测结果与标准操作电阻值比较，做为整体或个别调整输出驱动讯号的依据。

根据上述目的，本发明提供一种改善微流体喷射品质的方法，包括下列步骤：提供一微流体喷射装置，具有至少一组可供流体加热的加热器，以及与加热器对应的喷孔。借由一加热器检测装置，检测加热器的电阻值，并将加热器的电阻值的检测结果与标准操作电阻值比较。以及当检测的电阻值高于标准操作电阻值时，利用一讯号控制组件，对微流体喷射装置内所有加热体，进行调整输出驱动讯号，以改善微流体喷射品质。

根据上述目的，本发明提供一种改善微流体喷射品质的方法，包括下列步骤：提供一微流体喷射装置，具有至少一组可供流体加热的加热器，以及与加热器对应的喷孔，借由一加热器检测装置，检测各个所述加热器的电阻值，并将各个所述加热器的电阻值的检测结果与标准操作电阻值比较。以及利用一讯号控制组件，对电阻值高于标准电阻值的所述加热器，进行输出调整驱动讯号，而对电阻值等于标准电阻值的所述加热器，维持原标准操作驱动讯号以改善微流体喷射品质。

根据上述目的，本发明提供一种微流体喷射装置，包括至少一可供流体加热的加热器，一加热器检测装置，与所述加热器电性连接以检测所述加热器的电阻值，一比较器，以比较所述加热器的电阻值的检测结果与一标准操作电阻值，以及一讯号控制装置，当所述加热器的电阻值高于所述标准操作电阻值时，提供调整的驱动讯号输入所述加热器。

以下配合附图以及优选实施例，更详细地说明本发明。

附图说明

图1是传统单基片的流体喷射装置的示意图；

图2是传统流体喷射装置示意方块图；

图3是显示本发明的示意方块图；

图4是显示本发明的第一实施方式的示意方块图；

图5是显示本发明的第二实施方式的示意方块图；以及

图6显示根据本发明的微流体喷射装置。

符号说明

传统部分(图1)

1～流体喷射装置；10～硅基底；12～结构层；14～流体腔；20～第一加热器；22～第二加热器；26～流体。

本发明部分(图3～5)

1～流体喷射装置；2～微流体加热器(电阻)；3～电阻测量装置；4～讯号控制单元；5～电阻值异常的加热器；6～电阻值正常的加热器；7～调整后驱动条件；8～原标准驱动条件；600～微流体喷射装置；610、610a、610b～加热器；620～加热器检测装置；630～比较器；640～讯号控制装置。

具体实施方式：

对热驱式微流体喷射装置而言，加热器的电阻对微液滴喷射影响甚巨。根据本发明的优选实施方式，进行测试的微流体喷射装置具有100～200组加热器。第S1～S5组微流体喷射装置是加热器的电阻值为正常范围的微流体喷射装置，其电阻值范围大抵介于60～65欧姆(Ohm)。当驱动电压为12伏特(V)时，通过各个加热器的电流值约160～170毫安(mA)，电路的导线电阻值约10欧姆(Ohm)。于此条件下，以1.2微秒(μs)的加热时间，配合喷孔尺寸的适当设计(直径约16～18微米(μm))，所喷出微流体液滴的体积范围约5～6(pico-liters，pl)。此时假定流体的密度与水的密度相当，且流体的表面张力为26～30达因/厘米(dyne/cm)，黏度系数为1～2分泊(cp)。

相对的，第S6～S12组微流体喷射装置是加热器的电阻值为高于正常范围的微流体喷射装置，其电阻值范围大抵介于60～95欧姆(Ohm)，其中电阻值超过65欧姆(Ohm)以上的占整体比例范围约5％～22％。其检测的电阻值为原标准电阻值的100-160％。根据本发明的一实施方式，将第1～12组微流体喷射装置施以相同的驱动条件：驱动电压12伏特(V)时，通过各个加热器的电流值约160～170毫安(mA)，电路的导线电阻值约10欧姆(Ohm)，以及加热时间1.2微秒(μs)。进行微流体喷射装置所喷射微液滴体积测试。测试结果详见于表1，其中若微流体喷射装置内各个喷孔所喷射微液滴体积达5～6(pico-liters，p1)占整体比例95％者以○表示，占整体比例90％～94％者以△表示，占整体比例85％～89％者以☆表示，占整体比例80％～84％者以☆☆表示。

表1

	结果	加热时间/微秒(μs)	微液滴体积
	结果	加热时间/微秒(μs)	微液滴体积	S1	正常范围	1.2	○
S2	正常范围	1.2	○	S1	正常范围	1.2	○
S2	正常范围	1.2	○	S3	正常范围	1.2	○
S4	正常范围	1.2	○	S3	正常范围	1.2	○
S4	正常范围	1.2	○	S5	正常范围	1.2	○
S6	高于正常范围	1.2	△	S5	正常范围	1.2	○
S6	高于正常范围	1.2	△	S7	高于正常范围	1.2	△
S8	高于正常范围	1.2	☆	S7	高于正常范围	1.2	△
S8	高于正常范围	1.2	☆	S9	高于正常范围	1.2	☆☆
S10	高于正常范围	1.2	☆☆	S9	高于正常范围	1.2	☆☆
S10	高于正常范围	1.2	☆☆	S11	高于正常范围	1.2	☆☆
S12	高于正常范围	1.2	☆	S11	高于正常范围	1.2	☆☆

由表1的结果，可验证微流体喷射装置内各个加热器电阻值的差异，对微液滴喷射品质的影响。

表2是针对各个微流体喷射装置进行驱动条件改变。根据本发明的一优选实施方式，驱动条件的改变是以延长加热时间的方式改变。依序延长加热时间0.2微秒(μs)做为改善喷射结果的变因，随着加热的时间的调升，各微流体喷射装置的喷射结果的良率亦随的提升。此结果确定了，延长加热时间确能改善喷墨品质。虽然本发明所公开的改善微流体喷射装置的喷射品质的方法，是使用延长加热时间，然而应了解的是，本方法并非限定本发明，其它方式，例如利用提高驱动电压或提高驱动电流，亦可达到本发明的目的。例如，提高驱动电压为原先的标准驱动电压的100-120％时，亦可达到提升喷射效率的结果。

表2

加热时间/微秒(μs)	S6	S7	S8	S9	S10	S11	S12
加热时间/微秒(μs)	S6	S7	S8	S9	S10	S11	S12	1.2	△	△	☆	☆☆	☆☆	☆☆	☆
1.4	○	△	○	△	△	△	△	1.2	△	△	☆	☆☆	☆☆	☆☆	☆
1.4	○	△	○	△	△	△	△	1.6	○	○	○	○	○	△	△
1.8	○	○	○	○	○	○	○	1.6	○	○	○	○	○	△	△

虽然借由延长加热时间，可改善微流体喷射装置的喷墨品质，但相对衍生的问题为如何界定合理的延长加热时间范围。因为过长的加热时间除影响微流体喷射装置的操作频率外，亦可能对原有正常的加热体产生影响。过长的加热时间会导致正常的加热器温度过高，致使加热器使用寿命缩短。而对喷射品质也有可能造成流体喷射量过多的现象。表3是针对原电阻值正常的微流体喷射装置，在不同的加热时间下，针对流体喷射量的测试结果。由表3的结果显示，在加热时间为2微秒(μs)的条件时，确实有原先喷射正常的微流体喷射装置发生不正常的喷射状况。

表3

加热时间/微秒(μs)	S1	S2	S3	S4	S5
加热时间/微秒(μs)	S1	S2	S3	S4	S5	1.2	○	○	○	○	○

1.4	○	○	○	○	○
1.4	○	○	○	○	○	1.6	○	○	○	○	○
1.8	○	○	○	○	○	1.6	○	○	○	○	○
1.8	○	○	○	○	○	2.0	○	○	○	○	△

图3是显示本发明的示意方块图。当进行流体喷射时，位于微流体喷射装置1内的各个微流体发射器(例如，电阻)2，会先借由阻值测量装置3，对每个加热器的电阻进行阻值测量，各加热器的电阻值的分布范围，若符合预先设定的规格范围内，则启动原先设定的标准驱动条件。若否，则讯号控制单元4则进行流体喷射的驱动讯号调整，最后将此修正后的讯号送入流体喷射装置，以获得优选的喷射结果。

第一实施例

图4是显示本发明的第一实施方式的示意方块图。根据前述的测试结果，在进行流体喷射之前，本发明的一优选实施方式是采取先测量微流体喷射装置内各加热器的电阻值的分布范围，若符合预先设定的规格范围内，则启动原先设定的标准驱动条件。若否，则对所述微流体喷射装置的所有加热器调整驱动条件，以改善喷射品质。请参阅图4，在经过测量微流体喷射装置内各加热器的电阻值的分布范围得到电阻值异常的加热器5及电阻值正常的加热器6。对所述微流体喷射装置的所有加热器调整驱动条件7，进行喷射动作，以改善微流体喷射装置的喷射品质。

第二实施例

图5是显示本发明的第二实施方式的示意方块图。在本实施例中，若针对微流体喷射装置的所有加热器调整驱动条件，以改善喷射品质根据前述的测试结果。虽可维持优选的喷射效率，然而在延长加热时间的情况下，致使原先喷射正常的加热器发生不正常的喷射状况。因此，在进行流体喷射的前，本发明的另一优选实施方式是采取先测量微流体喷射装置内各加热器的电阻值，仅针对超出标准的加热器，调整驱动条件，以改善喷射品质。请参阅图4，在经过测量微流体喷射装置内各加热器的电阻值的分布范围得到电阻值异常的加热器5及电阻值正常的加热器6。接着，仅对微流体喷射装置中的超出规格的加热器调整驱动条件7，而符合标准规格的加热器，仍以原先设定的标准驱动条件8，进行喷射动作，以改善微流体喷射装置的喷射品质。虽然本实施方式较前实施例略增步骤，但能兼顾改善微流体喷射装置的喷射品质及维持使用寿命。

图6显示根据本发明的微流体喷射装置。微流体喷射装置600是由至少一可供流体加热的加热器610、一加热器检测装置620、一比较器630及一讯号控制装置640所构成。加热器检测装置620与加热器610电性连接，并借由一电流讯号检测加热器的电阻值。然后将检测的送比较器630与标准操作电阻值比较。当检测的电阻值高于所述标准操作电阻值时，即借由讯号控制装置640调整输入所述加热器的驱动讯号。根据本发明的另一优选实施方式，讯号控制装置640对电阻值高于所述标准操作电阻值的所述加热器610a，进行输出调整驱动讯号，而对电阻值等于所述标准操作电阻值的所述加热器610b，维持原标准操作驱动讯号。

虽然本发明所公开的微流体喷射装置是使用于文字或影像的数据打印处理，然而应了解的是，此应用并非限定本发明，利用本发明改善微流体喷射装置的喷射品质的方法，亦可应用于其它用途。例如，于另一实施方式中，此微流体喷射装置可用做燃料喷射***，或生物医学科技的药剂注射装置。

本发明的优点在于提供一种微流体喷射装置及改善微流体喷射装置的喷射品质的方法，在微流体喷射装置中的部分加热器的电阻值超出标准操作范围时，利用电阻值侦测装置及讯号控制单元，针对微流体喷射装置的全部或部分(缺陷)加热器，调整驱动条件，以改善微流体喷射装置的喷射品质。

因此，在一定的讯号调整范围内，除了可有效提升原微流体喷射装置的使用效率，并不会对原先正常的加热器产生负面的影响。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种改善微流体喷射品质的方法，包括下列步骤：

提供一微流体喷射装置，具有至少一可供流体加热的加热器；

检测所述加热器的电阻值；

比较所述加热器的电阻值的检测结果与一标准操作电阻值；以及

当检测的电阻值高于所述标准操作电阻值时，调整输入所述加热器的驱动讯号。

2.根据权利要求1所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于所述标准操作电阻值的范围大抵介于60～65欧姆(Ohm)。

3.根据权利要求1所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于检测的电阻值为标准操作电阻值的100-160％时，即进行调整输出驱动讯号步骤。

4.根据权利要求1所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于调整输出驱动讯号步骤是调整驱动时间或驱动电压。

5.根据权利要求4所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于调整驱动时间是标准操作驱动时间的100-150％。

6.根据权利要求5所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于所述标准操作驱动时间是1.2微秒(μs)。

7.根据权利要求6所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于调整驱动电压是标准驱动电压的100-120％。

8.根据权利要求7所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于所述标准操作驱动电压是12伏特(V)。

9.一种改善微流体喷射品质的方法，包括下列步骤：

提供一微流体喷射装置，具有多个可供流体加热的加热器；

检测各个所述加热器的电阻值；

比较各个所述加热器的电阻值的检测结果与一标准操作电阻值；以及

对电阻值高于所述标准操作电阻值的所述加热器，进行输出调整驱动讯号，而对电阻值等于所述标准操作电阻值的所述加热器，维持原标准操作驱动讯号。

10.根据权利要求9所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于所述标准操作电阻值的范围大抵介于60～65欧姆(Ohm)。

11.根据权利要求9所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于检测的电阻值为标准操作电阻值的100-160％时，即进行调整输出驱动讯号步骤。

12.根据权利要求9所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于调整输出驱动讯号步骤是调整驱动时间或驱动电压。

13.根据权利要求12所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于调整驱动时间是标准操作驱动时间的100-150％。

14.根据权利要求13所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于所述标准操作驱动时间是1.2微秒(μs)。

15.根据权利要求14所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于调整驱动电压为标准驱动电压的100-120％。

16.根据权利要求15所述的改善微流体喷射品质的方法，其特征在于所述标准操作驱动电压是12伏特(V)。

17.一种微流体喷射装置，包括：

至少一可供流体加热的加热器；

一加热器检测装置，与所述加热器电性连接以检测所述加热器的电阻值；

一比较器，以比较所述加热器的电阻值的检测结果与一标准操作电阻值；以及

一讯号控制装置，当所述加热器的电阻值高于所述标准操作电阻值时，提供调整的驱动讯号输入所述加热器。

18.根据权利要求17所述的微流体喷射装置，其特征在于加热器检测装置是借由一电流讯号检测加热器电阻值。

19.根据权利要求17所述的微流体喷射装置，其特征在于包含有多个所述加热器，而所述讯号控制组件对电阻值高于所述标准操作电阻值的所述加热器，进行输出调整驱动讯号，而对电阻值等于所述标准操作电阻值的所述加热器，维持原标准操作驱动讯号。