微滴沉积装置的制作方法

专利名称：微滴沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及打印机，尤其涉及微滴沉积喷墨打印机。
背景技术：
喷墨打印机不再简单地被视为办公打印机，它们的多功能性意味着现在它们已用在数字印刷和其他工业市场中。含有超过500个喷嘴的打印头已稀松平常，并且预期在不远的将来含有2000多个喷嘴的“页宽”打印头将得以商品化。
适用于页宽打印头的支架在WO 00/24584中有所描述(合并于此中)。支架由挤压铝制成，并且它的轨迹尺寸与它所连接的打印头的尺寸相类似。这样使得多个阵列能以相对较密的间隔彼此平行地排列。紧密的间隔对于最小化由纸行进而引起的影响是必要的，而且对于使对准变得容易也是必要的。
具有这种综合特性的支架具有数个有用的优点。
WO 00/24584的目的是改善页宽打印头的热学管理。热在驱动电路中产生，并且通过支架方便地传入墨中。墨以大约10倍于最大打印速率的流速连续地循环经过打印头和支架。驱动电路位于出口歧管附近，以避免加热进入喷射通道的墨，并且使入口歧管中的墨保持大致恒温。
打印头安装至WO 00/24584的支架，并且从墨入口歧管连续地供应墨。打印头本身由数个平行通道形成，所述平行通道具有由压电材料制成的侧壁。侧壁被极化，这样施加的电场使它们发生剪切偏转，并且向喷射通道中的墨加压。EP 0 277 703，EP 0 278 590和WO 00/29217(合并于此处)中描述了这样的装置，因此在本申请中不再详细地进行讨论。
当墨连续地流过通道时，由压电材料产生的任何热量均被吸入墨中并且从打印头移除。
为了易于制造以及成本的原因，现有技术中的支架由挤压铝形成，并且其大小定为能使热量沿它的长度大致均匀分布。这样减小了可能会使打印头变形的热感应应变。当打印头的宽度增加时，例如纸的宽度增加(对于美国“大页书写纸”标准通常为12.6英寸(32厘米))，这样的变形将变得更加显著，并且不管与支撑件共同使用的是多个窄喷射单元还是单个宽喷射单元，这样的变形都会发生。

发明内容
本发明的目的是进一步改善沿着支架的热学管理和温度均匀性，以及解决其他相关的问题。
由此，本发明的一方面在于用于多个喷墨打印头的延长支架，其中每个打印头均需要使用连续的墨流，所述支架提供安装表面，用于接收沿支架长度间隔开的打印头并且提供与各个打印头连通的墨入口和墨出口，支架包括至少两个壁部分，每个壁部分以恒定的横截面在支架长度的很大一部分上延伸，壁部分协作限定延长的入口和出口墨歧管，一个壁部分是导热的以便促进沿支架长度的热传递，另一个壁部分是热绝缘的以便抑制入口和出口歧管之间的热传递。
优选地是，各个导热和热绝缘壁部分由不同的材料制成，诸如金属和塑料。
有利地是，壁部分被折叠，一个壁部分在支架的横截面中为适当的U形形状。
在本发明的一种形式中，热绝缘壁部分限定侧面阻碍物(phasebarrier)，诸如填充腔壁或多孔结构的空气、或者墨或其他流体的阻挡层(trapped layer)。
在另一个方面中，本发明包括用于喷墨打印头的支架装置，所述支架采用大致中空圆柱体形状并且限定平行于支架轴线延伸的墨入口歧管和墨出口歧管，有用于使所述歧管彼此绝缘的装置，以减少两者之间的热传递。
优选地是，所述绝缘装置包括使所述墨入口歧管与所述墨出口歧管分隔开的壁。该结构可以是这样即墨入口歧管和墨出口歧管大致沿支架的长度延伸并且被周边封闭。在该结构中，优选周边形成所述墨出口歧管的至少一个部分，分隔开入口和出口歧管的壁由热传递系数低于所述周边的热传递系数的材料制成。该材料可以是塑料、硬质泡沫或任何其他适当的材料。
可选的是，绝缘装置可以位于所述壁的至少一侧附近，并且可以是导热系数低于所述壁剩余部分的导热系数的材料。通过模塑阻碍物或使壁粗糙能产生厚的边界层，以便使歧管中的流体提供绝缘。
在可选实施例中，设置腔壁使其在更大的绝缘范围被使用，所述腔壁包含气体、其他液体或者甚至是真空。在所述腔中的流体材料可以被加压，并且所述腔壁的壁是柔性的，用于在压力范围内容纳所述流体材料。
在另一个实施例中，绝缘装置包括设置在所述歧管之一中的散热件。所述散热件大致沿所述歧管中的所述一个歧管的整个长度延伸，并且确保沿支架的热传递远远大于出口与入口歧管之间的热传递。
在另外一个方面中，本发明包括一种用于喷墨打印头的支架，其中所述喷打印头在使用中需要连续的墨流，所述支架提供安装表面，用于接收至少一个打印头并且提供与一个或多个打印头连通的墨入口和出口，所述支架包括至少两个壁部分，所述壁部分协作限定入口和出口墨歧管，一个壁部分由导热材料制成以便促进热传递，另一个壁部分由不同的材料制成并且是热绝缘的以便抑制入口和出口歧管之间的热传递。
在所有这些实施例中，优选墨入口和墨出口歧管通过安装至支架的打印头而被流体连接。更优选地是，流体连接是通过打印头的喷射通道。
附图简述下面只通过例子并且参考附图描述本发明，其中

图1描绘了根据现有技术的供墨支架；图2是示出墨入口歧管和墨出口歧管沿页宽阵列长度的温度图；图3示出具有粗糙表面的分隔壁；图4是简化的支架；
图5是图3中包含分离器的支架的端视图；图6是用于单排打印头的支架的端视图，其中所述打印头在入口歧管和出口歧管之间具有空气绝缘；图7是包含热杆(thermal bar)的支架的端视图；图8是根据本发明另一个实施例的支架的透视图；图9是与图8相类似的示出变更实施方式的视图；以及图10是根据本发明另一个实施例的支架的剖视图。
具体实施例方式
图1描绘出根据现有技术的供墨支架。支架由挤压铝制成，并且包括两个大致沿支架长度方向延伸的分离开的歧管2，4。分隔两个歧管的壁6由与支架外壁相同的材料制成。
墨通过位于支架一端的端孔(未示出)进入和离开。墨沿标号10表示的一个方向流到内歧管2，并且沿标号12表示的相反方向流回到外歧管。
内和外歧管2，4通过连接至支架顶部的打印头14连接。两个包含所示平行通道16a，16b的压电材料阵列提供喷射能量。墨同时沿箭头18所示的方向从中心歧管供至两个阵列，并且在经过箭头20所示的喷射通道之后返回至支架的外歧管。
在理想热力情况下，墨应该在良好受控的温度下进入支架，在相同的温度下经过入口歧管，流过从PZT拾取热的通道，并且以均匀但较高的温度通过出口歧管离开。
实际上，当通道进行打印时，PZT耗散了相当多的热，其中一些热随着喷射出的微滴被移除。当通道不进行打印时，PZT什么也不做。恒温波形用于以恒定的温度沿整个阵列在通道中保持所述温度，其中所述恒定波形被施加至非喷射通道，并且所述恒定波形使PZT耗散了那些在打印期间产生而没被喷射出的微滴移除的热。芯片也产生热，热量的多少依赖于启动电压和(较小程度上)依赖打印的图像。芯片需要冷却，并且它已经被安置为使所述热找到进入出口歧管4的方式。
形成支架的铝制机架提供试图使温度沿着阵列相等的传导路径。沿着阵列的墨流辅助热的分布。
由PZT耗散的热是0.015W/通道的数量级，并且芯片耗散类似的热量。如果所有这些热将通过流动进入墨中，则在经过PWA时墨的温升将是5.40C。
在全黑打印(full black printing)期间移除的热量是0.0015W/通道，也就是说是总的热耗散的一小部分。当打印是比全黑打印浅的打印时，由微滴产生的热移除更少。从打印头至环境的热损失不大，并且任何保护电子设备的盖能够进一步减小热损失。
并且已经发现，铝制机架具有将大量的热从出口歧管传递至入口歧管的不利特性以及沿支架的长度传递热的有利特性。取5.40C的温差，并且传热系数为1000W/m2C，通过高30mm且沿着阵列长度设置的两个壁传递的热量是52瓦特。有效地是，打印头运行作为逆流热交换器，铝制机架和墨不能使沿着阵列的温差完全相等。图2是表示沿打印头支架的温差的曲线图。
在本发明的一方面中，如图3至6所示，支架被更改为墨入口歧管和墨出口歧管之间的传热系数小于现有技术的传热系数。
已经发现很多适用的方法。在如图3中所示的第一实施例中，分离两个导管的分隔器是表面粗糙或者制成为提供厚边界或停滞层的壁。
在使用褶皱的情况下，脊部7可以平行于流体流动方向或垂直于流体流动方向延伸。在这种情况下，在支架被挤压的地方，脊部平行于流体流动的方向延伸。可选地是，可以将绝缘涂层涂至分隔壁的一个或两个侧面上。
在这些实施例中，分隔器可以由与挤压周边相同的材料制成。当然，也可以使用与第一实施例的如图4至7所示的可选实施例中所述分隔壁相同的材料制成。
众所周知，PZT与铝之间热膨胀系数的差异在操作期间会引起问题。在现有技术中，通过提供拉杆及类似物防止铝的过度膨胀。使用铝是因为它便宜，并且容易形成带有位置适当的歧管和分隔壁的挤压部件。
在图3中，使用陶瓷支架。陶瓷被挤压的复杂程度不能象铝一样，但还是可以挤压出简单的结构。陶瓷的热膨胀系数与压电致动器的热膨胀系数相类似，因而不会产生不适宜的膨胀差。
打印头的入口9和出口11歧管通过蚀刻、锯切或烧蚀形成。因为插入件将连接至支架的内部以提供流动特性，所以不需要将狭缝制造成与铝支架中的公差容限一样大的程度。如图5所示在入口2和出口4歧管之间用作绝缘体的插入件提供歧管特性。
塑料插进物22粘着地连接至供应支架28的上表面。隔离物24用于确保没有隔离物的反向移动。在特定的情况下，提供阻碍物(baffle)、脊部或粗糙表面以增加分隔壁周围的墨边界层以及提供附加绝缘是有益的。可选地是，当可以通过模塑或浇铸制造插入件时，可以形成两层壁，从而可以提供绝缘空气腔。
可以用单元封闭的海绵橡胶壁代替塑料壁，它能抵抗墨的化学侵蚀，能形成为适当的形状，然而不会使脏的微粒流入墨中。在不偏离本发明范围的情况下，还可以使用其他材料。
图6示出形成在支架上的单排打印头。压电材料16a在入口歧管2与出口歧管4之间提供流动回路。塑料材料将歧管分离开以在它们之间形成腔30。
腔中填充有流体，优选是气态的，或者腔是真空的，以在两个歧管之间提供绝缘。分隔壁在至少一个点处连接至支架，并且它可以是刚性的或是柔性的。在壁是柔性的情况下，被加压的流体源可以用于改变歧管中的压力。3mm的空气间隙将沿20cm阵列的差减少到以下。。
提供另一种改善沿支架的热分布的方法，所述方法不是经过壁，而是如图7所示在歧管之一中提供具有高传导性的热传递杆。杆36可以越过支架的边缘延伸，并且可以连接至外部热交换器，或者可选地是，它可以完全容纳在支架中。在本发明的该实施例中，沿阵列的热传递增加至这样的点在该点处，经过分离入口和出口歧管的分隔器的传递变得不显著。
图8示出歧管的另一种设计，其中歧管优选由模塑材料制成，并且所述歧管部件具有入口2和出口4歧管。在模塑歧管时，可以模塑分离入口和出口歧管的双层壁。双层壁包括空气腔，用作减少经过壁的热传递量的绝缘体。
所述歧管部件的一个目的是接收从结合至其外表面的驱动芯片来的热。在部件的塑料材料具有低导热性的情况下，这种热传递减少。如图9所示，在制造过程中可以将金属或其他高导热性材料40模塑成部件。这样使芯片与出口歧管之间进行热传递，同时仍然提供对内歧管的绝缘。
这一方案的可选实施方式是用导热性相对较高的材料模塑歧管部件的主要部分，用导热性低的材料模塑分隔入口和出口歧管的壁。
在如图10所示的结构中，中空、圆柱形支架100用于安装多个喷墨打印头102。支架100具有折叠成U形的外壁部分110。支架提供支撑在打印头上的安装表面112，其中每个打印头包括压电材料104层和盖板106，其中所述压电材料104层限定经过支架延伸的墨通道，所述盖板106限定喷嘴108。
在图10所示的部分中，两个墨通道由压电层的各个部分104a和104b限定。使用中，流过安装表面中的入口122的墨沿着相反的横向流过两个墨通道，并被各个出口114收集。
出口114与外壁部分110限定的出口墨歧管连通。
内壁部分采用双壁116和118的形式，它们之间限定有热绝缘腔120。该腔可以包含被排空的大气空气、或包含被挡住的墨(trapped ink)或其他适当的液体。腔中可以填充有泡沫或其他多孔材料。
由腔壁116，118限定的入口墨歧管与墨入口122连通。
图10所示结构可以通过例如挤压或模塑或其他类型成形技术形成为整块。在一个例子中，所述结构由挤压铝或其他适当金属形成。在另一个例子中，所述结构由模塑材料形成。
在该例子中，任选地是，附加壁部分由金属或金属负载塑料提供，以促进沿支架长度的热传递。在另一个例子中，所述结构由不同材料的壁部分形成。
在一个例子中，端孔板(未示出)插入在壁部分与打印头之间，以帮助限定墨入口和出口。在该结构中，以相对较低的精度由协作壁部分限定的开口与插入板中的被更精确限定的端孔开口连通。根据制造过程，该端孔板可以形成支架的一部分或打印头的一部分。
在本说明书(包括权利要求)中公开的和/或示出在附图中的每个特征可以独立于或联合其他公开和/或图示特征而结合在本发明中。
权利要求
1.一种用于多个喷墨打印头的延长支架，其中所述每个喷墨打印头在使用中需要连续的墨流，所述支架提供安装表面，用于接收沿支架长度间隔开的打印头并且提供与各个打印头连通的墨入口和出口，所述支架包括至少两个壁部分，每个壁部分以恒定的横截面在支架长度的很大一部分上延伸，壁部分协作限定延长的入口和出口墨歧管，一个壁部分是导热的以便促进沿支架长度的热传递，另一个壁部分是热绝缘的以便抑制入口和出口歧管之间的热传递。
2.根据权利要求1所述的支架，其特征在于，各个导热和热绝缘壁部分由不同的材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的支架，其特征在于，导热壁部分由金属制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的支架，其特征在于，壁部分被折叠。
5.根据权利要求4所述的支架，其特征在于，壁部分中的至少一个壁部分在支架的横截面中为U形形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的支架，其特征在于，热绝缘壁部分限定侧面阻碍物。
7.根据权利要求6所述的支架，其特征在于，热绝缘壁部分限定空气间隙。
8.根据前述权利要求中任一项所述的支架，其特征在于，热绝缘壁部分用于挡住流体。
9.根据权利要求8所述的支架，其特征在于，热绝缘壁部分包括双壁结构。
10.根据权利要求8所述的支架，其特征在于，热绝缘壁部分由多孔材料制成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的支架，其特征在于，在支架的横截面中，一个墨歧管大致围绕另一个墨歧管。
12.根据前述权利要求中任一项所述的支架，其特征在于，导热壁部分在一个墨歧管中延伸。
13.用于喷墨打印头的支架装置，所述支架采用大致中空圆柱体形状并且限定平行于支架轴线延伸的墨入口歧管和墨出口歧管，有用于使所述歧管彼此绝缘的装置，以减少两者之间的热传递。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述绝缘装置包括使所述墨入口歧管与所述墨出口歧管分隔开的壁。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述壁由塑料材料制成。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，设置在所述壁的至少一侧附近的材料的导热系数低于所述壁剩余部分的导热系数。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述材料是流体层。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述流体是气态的。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述壁包括腔壁。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，在所述腔中的流体材料受压，所述腔壁的壁是柔性的，以在压力范围内容纳所述流体材料。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括设置在所述歧管之一中的散热件。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述散热件大致沿所述歧管中的所述一个歧管的整个长度延伸。
23.一种用于喷墨打印头的支架，其中所述喷打印头在使用中需要连续的墨流，所述支架提供安装表面，用于接收至少一个打印头并且提供与一个或多个打印头连通的墨入口和出口，所述支架包括至少两个壁部分，所述壁部分协作限定入口和出口墨歧管，一个壁部分由导热材料制成以便促进热传递，另一个壁部分由不同的材料制成并且是热绝缘的以便抑制入口和出口歧管之间的热传递。
24.根据权利要求23所述的支架，其特征在于，热绝缘壁部分由金属制成。
25.根据权利要求23或24所述的支架，其特征在于热绝缘壁部分由多孔材料制成。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的支架，其特征在于，在支架的横截面中，一个墨歧管大致围绕另一个墨歧管。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的支架，其特征在于，所述热绝缘壁部分由塑料材料制成。
28.一种装置，包括有根据任何前述权利要求所述的支架以及包括至少一个流体室的喷墨打印头，所述入口歧管和所述出口歧管通过所述至少一个流体室流体连接。
29.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述至少一个流体室是具有喷射喷嘴的喷射室。
30.一种装置，包括有根据任何前述权利要求所述的支架以及包括至少一个流体室的喷墨打印头，所述入口歧管和所述出口歧管通过所述至少一个流体室流体连接。
31.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述至少一个流体室是具有喷射喷嘴的喷射室。
全文摘要
一种用于多个流过喷墨打印头的中空圆柱形支架，其具有两个折叠的壁部分，它们协作限定延长的入口和出口墨歧管，一个壁部分是导热的以便促进沿支架长度的热传递，另一个壁部分是热绝缘的以便抑制入口和出口歧管之间的热传递。热绝缘部分用于捕捉例如在腔壁或多孔材料中的流体的边界层。
文档编号B41J2/045GK1551835SQ02817291
公开日2004年12月1日 申请日期2002年9月9日 优先权日2001年9月7日
发明者罗伯特·哈维, 斯特芬·特默普勒, 豪沃德·约翰·曼宁, 萨尔哈丁·奥默, 特默普勒, 约翰 曼宁, 丁 奥默, 罗伯特 哈维 申请人:萨尔技术有限公司