用于喷墨打印机的打印头的制作方法
【专利摘要】一种用于喷墨打印机的打印头，其中，所述打印头具有至少一个供墨通道以及至少一个带有喷嘴通道和流入口的喷嘴，并且墨水能够通过流入口从供墨通道挤压到喷嘴通道中并且能够从该喷嘴通道喷出，其中，所述喷嘴位置固定地设置在供墨通道的侧壁上，并且在供墨通道中设有在一个与喷嘴的流入口最小地间隔开的返向点（U1）和一个与喷嘴的流入口最大地间隔开的返向点（U2）之间往复运动的推进器，其中，第一机构将推进器端侧的运动限制于在各返向点（U1、U2）之间的运动，并且设有外部的第二机构用于对供墨通道中的墨水加载相对于环境空气压力的负压。
【专利说明】用于喷墨打印机的打印头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于喷墨打印机的打印头，其中，所述打印头具有至少一个供墨通道以及至少一个带有喷嘴通道和流入口的喷嘴，其中，墨水能够通过流入口从供墨通道被挤压到喷嘴通道中并且能够从该喷嘴通道喷出，其中，所述喷嘴位置固定地设置在供墨通道的侧壁上，并且所述至少一个喷嘴配设有具有位于供墨通道中的推进器端侧的推进器，所述推进器端侧与流入口间隔开地相对置，其中，打印头包括第一机构用于使推进器端侧在供墨通道中在一个与喷嘴的流入口最小地间隔开的返向点和一个与喷嘴的流入口最大地间隔开的返向点之间运动。此外，本发明涉及一种用于实施打印过程的方法，所述方法具有下述步骤:
[0002]一提供具有供墨通道、推进器以及带有喷嘴通道和流入口的喷嘴的打印头，所述流入口形成喷嘴通道到供墨通道的连接；
[0003]一用墨水填充所述供墨通道。
【背景技术】
[0004]如本发明的主题的用于喷墨打印机的打印头包括供墨通道和至少一个喷嘴，其中，所述喷嘴配设有用于造成墨水从供墨通道喷出的可运动的推进器。
[0005]在此处应首先定义一些在本文献中所使用的术语:术语“静止位置”在本上下文中应理解为，闭锁体占据在打印头的供墨通道中与打印过程有关的位置，该位置导致没有墨水从打印头中排出，相应地不发生基底的打印。
[0006]术语“工作位置”在本上下文中应理解为，闭锁体占据在供墨通道中与打印过程有关的位置，该位置能实现以墨水来打印基底。
[0007]术语“机构”在本上下文中应理解为，与上下文相关地既能够表示术语的单数也能够表示术语的复数。
[0008]术语“颜料”在本上下文中应理解为是在墨水中具有固态性质的不溶解的颗粒。
[0009]术语“墨水通道”在本上下文中应理解为术语“供墨通道”的同义词。
[0010]喷墨打印技术是用于打印基底的广泛流行的打印技术。喷墨打印设备的打印头通常包括至少一个供墨通道和至少一个用于将墨水从供墨通道喷出的喷嘴。
[0011]在压电式喷墨打印机中，至少一个压电元件通过施加电压这样变形，使得通过所述变形在墨水室或墨水通道中产生压力波，所述压力波造成墨滴通过喷嘴喷出。
[0012]所述类型的打印头例如由W02008/044069A中已知。在已知的设备中，喷嘴以窄的条带的形式构成为具有用于墨水的通孔，所述喷嘴运动或置于振动中，以便造成墨滴从喷嘴喷出。
[0013]在其它已知的允许以具有闻粘度的墨水打印的打印头中，为了喷出液滴常常对墨水加载过压，并且短时间地打开阀，以便使液滴穿过。但是这种系统具有如下缺点，即，在使用具有大的颜料尺寸的墨水时可能产生对于阀的密封性的问题，并且仅能非常困难地实现阻止在阀座区域中的沉淀。[0014]包括供墨通道和至少一个喷嘴的传统的打印头包括在打印过程期间打开喷嘴的机构，其中，每个喷嘴配设有一个闭锁体。在静止位置中，喷嘴由闭锁体密封地闭锁，从而阻止被加载过压的墨水从供墨通道流出。在工作位置中，推进器从喷嘴抬起，从而墨水能够流入到喷嘴中并且能够从供墨通道喷出。
[0015]在文献EP0445137B1中公开了这样的打印头。该文献描述一种用于喷墨打印机的打印头，所述喷墨打印机具有连接到墨水压力源上的墨水室，在所述墨水室中设置有多个分别闭锁一个喷嘴的闭锁体，所述闭锁体分别与拉杆连接，并且所述闭锁体借助驱动装置在墨水室中来回运动。在静止位置中，闭锁体完全闭锁墨水喷射喷嘴。如果闭锁体从静止位置运动到工作位置中，则该闭锁体从喷嘴抬起或拉回。在墨水室中持续地对墨水加载过压，从而在将闭锁体拉回时，墨水才能够从供墨通道通过喷嘴喷出。一旦闭锁体重新占据静止位置，则墨水喷射喷嘴被封闭。
[0016]在文献EP0787587B1中公开了另一种打印头。该文献描述一种闭锁体，所述闭锁体构成为T形的，包括活塞与轴向配设的闭锁销。闭锁体位于圆柱形室内部，其中，圆柱形活塞的外直径大致等于室的内直径，从而活塞密封地沿着室壁来回运动。活塞将室分成两个区域，其中，一个区域在底部上具有面板，所述面板包括用于喷出墨滴的、构造成钻孔的喷嘴。该区域包含墨水并且形成墨水室，所述墨水室与墨水压力源连接。弹簧位于另一室中，所述弹簧压靠到闭锁体上。由结构决定地，在静止位置中，闭锁销伸入到喷嘴的钻孔中并且在此闭锁所述喷嘴，其中，在面板和活塞之间存在有墨水膜。如果在墨水室中构建过压，则压力造成，活塞和因此钻孔中的闭锁销克服弹簧的复位力从静止位置拉回到工作位置中，紧接着被加载过压的墨水流到钻孔中并且能够从喷嘴喷出。如果消除过压，那么闭锁销重新被带到静止位置中并且重新移入到钻孔中，其中，位于喷嘴中的剩余墨水被挤出并且钻孔被闭锁。
[0017]用于利用闭锁体实施打印过程的传统的打印头由于其功能上的和特征上的结构而被设计用于以相对低的打印频率执行打印过程，这反映到相对慢的打印过程中。
[0018]在实施打印步骤时，闭锁体从静止位置被带到工作位置中，其中，被加载过压的墨水从墨水通道通过喷嘴排出。通过闭锁体撞到喷嘴中、喷嘴上或墨水室的内壁上并且密封地闭锁喷嘴的流入口，墨水流被停止。
[0019]为了能够将墨滴与剩余墨水干净地分开，闭锁体必须完全地或密封地闭锁喷嘴的流入口，其中，闭锁体与喷嘴和/或墨水室的内壁的碰撞是不可避免的。如果喷嘴的流入口在静止位置中不完全地利用闭锁体来闭锁，则墨水持续地以墨水射流的形式从墨水通道通过喷嘴排出。
[0020]为了产生所需要的题材或结构打印题材每时间单位需要的液滴越多，则要实施的打印步骤的相应的打印频率就越高。
[0021]不言而喻地，具有相对高的打印频率的打印步骤的可执行性通过闭锁体与喷嘴和/或墨水室的内壁周期性出现的碰撞而受限，因为碰撞在最短时间内可能导致闭锁体的和/或喷嘴的材料失效，这伴随着打印头的短的使用寿命。
[0022]在传统的打印头中，随着打印频率选择得越高，打印过程的稳定性就降低，因为在闭锁体中和/或在喷嘴中的材料失效的可能性相应地增加。
[0023]如例如在文献EP0787587B1中所述的其它传统的打印头中，可以至少部分地避免构成为T形的闭锁体与喷嘴和/或墨水室的内壁的硬碰撞，因为墨水膜将闭锁体的至少一部段或一部分与喷嘴分开。如果闭锁体从工作位置移动到静止位置中，则在静止位置中闭锁体的闭锁销伸入到喷嘴的通道中并且闭锁所述喷嘴，但是其中，由结构决定并且由方法决定地，在墨水室中不再能挤出的墨水或墨水膜能够在与闭锁体-活塞的端侧相对置的部段中径向向外不漏出于闭锁体-活塞外边缘，因为闭锁体-活塞密封地在室壁上来回运动，从而一如既往地进行闭锁体与墨水膜的碰撞。与墨水膜的碰撞相比与固体的碰撞略微柔和，因为如已知地，液体具有比固体更大的可压缩性，从而能够至少部分地提高使用寿命。但不能够排除材料失效，而是仅在时间上延迟材料失效。即使在打印头的已述的实施形式中也适用以下内容，亦即，打印频率越高并且因此碰撞频率越高，就越高地存在材料失效的可能性。如果在墨水中包含颜料，则材料失效可能还更有可能出现。
【发明内容】
[0024]本发明的目的在于，提供一种打印方法和一种打印设备，它们能实现以比在传统的打印方法中更高的频率来执行打印步骤的可执行性。
[0025]根据本发明，所述目的利用开头所述类型的打印设备通过如下方式实现，即，所述第一机构将推进器端侧的运动限制于在各返向点之间的运动，并且设有第二机构用于给供墨通道中的墨水加载相对于环境空气压力的负压。
[0026]在打印过程期间、亦即至少在不应打印的或不应有墨水从墨水通道喷出的时间段期间，至少在喷嘴的流入口的区域中对供墨通道加载相对于周围环境压力的负压。通过所述负压阻止墨水无意地从墨水通道泄漏。按照这种方式可以放弃闭锁体。为了将墨水喷出而使用设在墨水通道中的推进器，所述推进器的端侧向喷嘴通道运动，由此使墨水穿过喷嘴通道并且从该喷嘴通道挤压出来，其中，优选在整个打印过程期间保持推进器/喷嘴-间距，亦即，推进器端面在返向点处与流入口具有大于零的间距，并且喷嘴的流入口在整个打印过程期间持续地保持敞开。因此，根据本发明的推进器恰好不承担闭锁体的功能。
[0027]利用根据本发明的打印头能够使用位于宽的粘度范围内和/或包含颜料的墨水。
[0028]这点特别是因为推进器不必作为闭锁体起作用并且不干扰在推进器端面和喷嘴通道的流入口之间移动的墨水和/或颜料。
[0029]所述墨水能够利用根据本发明的打印头用于结构打印。在此，术语结构打印理解为将三维的形状、线、结构等等施加到至少一个具有平滑的和/或粗糙的区域的表面上，例如在MDF/HDF板或砖上的木结构、盲文文献、或压凸文献的模型等等。
[0030]优选地，所述喷嘴位置固定地设置在供墨通道的侧壁上并且设有推进器，所述推进器在供墨通道中在两个与喷嘴相对置的返向点之间往复运动。
[0031]根据本发明的功能上的和特征上的结构以及打印设备的打印方法的特征特别是在于，设有机构、优选外部的机构，所述机构在供墨通道中产生负压，从而喷嘴在整个打印过程期间能够保持敞开，而不会发生墨水的无意的流出。根据一种优选的实施形式，所述推进器在两个与喷嘴相对置的返向点、即(Ul)和(U2)之间往复运动，其中，推进器/喷嘴-间距大于零，从而在打印过程期间、亦即在喷出墨水之前和/或喷出墨水期间和/或喷出墨水之后没有任何时间点进行推进器与喷嘴的周期性出现的碰撞。以此达到借助创造性的打印头能够以比在传统的打印方法中更高的打印频率来打印。[0032]在一种优选的实施形式中，所述推进器在供墨通道中不密封地设置在墨水通道壁上，亦即，没有任何时间点形成闭锁体，其中，为了喷出墨水，所述推进器的端侧从起点向流入口运动。推进器的端侧向流入口运动仅直至第一返向点(U1)，其中，该第一返向点(Ul)与流入口间隔开，从而即使在第一返向点(Ul)处也不发生供墨通道的闭锁。如果推进器端侧为了喷出墨水而从起点向流入口运动，则从在推进器的端侧和带有喷嘴的侧壁的与推进器端侧相对置的区域之间的滞留区域出发朝向喷嘴的流入口方向挤压墨水，其中，同时在供墨通道内部的墨水能够向外、亦即超出推进器外边缘地流出。
[0033]在本上下文中，术语“推进器端侧”和“端侧”能同义地理解。作为推进器端侧，在本发明中不一定是指连续的面，而是也可以指两个或多个面。
[0034]有创造性的打印方法已证明，打印头的使用寿命提高，因为避免了推进器与位于推进器端侧之下的液体或液体膜和/或与喷嘴和/或与供墨通道的内壁的碰撞。
[0035]相对于包括推进器的传统的打印头，通过本发明达到更高的过程稳定性，因为由结构和方法决定的推进器的和/或喷嘴的材料失效的可能性强烈降低。
[0036]根据本发明的用于喷墨打印机的打印头包括至少一个供墨通道和至少一个具有喷嘴通道和流入口的喷嘴，其中，墨水能够通过所述流入口从供墨通道被挤压到喷嘴通道中并且能够从该喷嘴通道喷出，其中，所述喷嘴位置固定地设置在供墨通道的侧壁上，并且所述至少一个喷嘴配设有具有位于供墨通道中的推进器端侧的推进器，所述推进器端侧与流入口间隔开地相对置，其中，所述打印头包括第一机构用于使推进器端侧在供墨通道中在一个与喷嘴的流入口最小地间隔开的返向点(UI)和一个与喷嘴的流入口最大地间隔开的返向点(U2)之间运动，其中，所述第一机构将推进器端侧的运动限制于在各返向点(U1、U2)之间的运动，并且设有第二机构用于给供墨通道中的墨水加载相对于周围环境压力的负压。可以设有用于将墨水泵送通过供墨通道的第三机构，以便阻止墨水在供墨通道中的沉淀。
[0037]在一种优选的实施形式中，用于使推进器运动的机构包括至少一个致动器，其中，所述至少一个致动器能够使推进器在两个返向点之间移动。在本发明的另一种优选的实施方案中，用于使推进器运动的机构可以包括至少一个致动器和至少一个弹簧。但也可以使用用于使推进器运动的其它常规的机构。
[0038]用于给供墨通道中的墨水加载相对于环境空气压力的负压的、优选外部的机构例如可以是常规的真空泵，利用这些真空泵能够产生相对于环境空气压力和相对于墨水在喷嘴通道中的测地压力的相应反压，以便抑制墨水从供墨通道流出。
[0039]墨水压力必须与毛细压力相组合地这样调整，使得没有空气通过喷嘴通道吸入到供墨通道中，并且使得没有墨水从喷嘴通道中不期望地流出。根据定义地，墨水压力是循环压力和弯月面负压的总和。
[0040]外部的机构可以是常规的泵，如例如循环泵或循环式泵。借助所述机构，墨水通过供墨通道泵送、优选持续地泵送。
[0041]在本发明的一种优选的实施形式中，在最小地间隔开的返向点(Ul)处，在所述推进器端侧和流入口之间的间距大于零。
[0042]为了保证根据本发明的打印头的优化生产率，在供墨通道中可以存在多个喷嘴，其中，每个喷嘴配设有一个推进器。[0043]在本发明的另一种优选的实施方案中，至少在所述至少一个喷嘴的情况下，没有侧壁连同喷嘴构造成一件式的，并且至少一个喷嘴的包围流入口的端侧构成为与供墨通道的侧壁的和墨水接触的内表面面齐平。
[0044]根据本发明，上述目的也能够利用开始所述类型的方法通过如下方式来实现，即，墨水至少在不应打印的时间段期间，所述供墨通道至少在喷嘴的流入口的区域中被加载相对于环境空气压力的负压，由此即使在没有闭锁体的情况下也阻止了墨水从喷嘴通道流出，并且为了喷出墨水，所述推进器的端侧从起点出发向流入口运动。
[0045]本发明的用于实施打印过程的打印方法包含多个步骤，其中，在第一步骤中，提供具有供墨通道、推进器以及带有喷嘴通道和流入口喷嘴的打印头，所述流入口形成喷嘴通道到供墨通道的连接，并且在第二步骤中，用墨水填充所述供墨通道，其中，至少在不应打印的时间段期间，在供墨通道中至少在喷嘴的流入口的区域中应墨水被加载负压，由此即使在没有闭锁体的情况下也阻止墨水从喷嘴通道中流出，并且其中，为了喷出墨水，推进器的端侧从起点出发向流入口运动。
[0046]在打印方法中，在一种优选的实施形式中，所述推进器的端侧向流入口运动仅直至第一返向点(U1)，其中，该第一返向点(Ul)与流入口间隔开，从而即使在第一返向点(Ul)处不发生供墨通道的闭锁。
[0047]在到达返向点(Ul)之后，所述推进器的端侧远离流入口朝向第二返向点(U2)运动，所述第二返向点形成用于下一个打印周期的起点。
[0048]所述起点的和下一个返向点(Ul)的位置这样选择，使得推进器行程喷出预定的墨水量和因此预定的液滴尺寸。
[0049]在一种优选的实施方案中，在打印方法中在所述推进器端侧为了喷出墨水从起点向流入口运动的工作步骤中，从在推进器的端侧和带有喷嘴的侧壁的与推进器端侧相对置的区域之间的滞留区域出发朝向喷嘴的流入口方向挤压墨水，其中，同时在供墨通道内部的墨水能够向外、亦即超出推进器外边缘流出，其中，在该优选的打印方法中，从推进器外边缘到供墨通道的侧壁的间距沿垂直于喷嘴轴线的方向必须大于零。通过推进器的运动，在喷嘴的流入口的区域中持续地存在相对强的墨水流，从而能够非常有效地阻止墨水在该区域中的沉淀。
[0050]如果推进器的端侧从起点出发向流入口运动，则在靠近喷嘴的区域中进行体积和压力变化，所述体积和压力变化引起墨水从供墨通道喷出。
[0051]在根据本发明的方法中，所述墨水通过供墨通道泵送、优选持续地泵送。
[0052]滞留区域是在推进器端侧和具有喷嘴的侧壁的与推进器端侧相对置的区域之间的区域。在该滞留区域中由于推进器的从起点出发向喷嘴的流入口运动，墨水承受最高的压力，从而墨水从该滞留区域出发朝向喷嘴的流入口方向被挤压，其中，同时在供墨通道内部的墨水能够向外、亦即超出推进器外边缘流出。如果根据本发明的一种优选的实施形式推进器构成为圆柱形的并且喷嘴同样构成为圆柱形的，则滞留区域在理想情况下由于简单起见而被称为滞留半径。
[0053]在根据本发明的打印方法中，喷嘴在整个打印过程期间保持敞开，从而推进器不闭锁喷嘴的流入口并且不接触喷嘴和/或供墨通道的内壁。
[0054]在打印方法中，在步骤(a)中，利用机构使推进器端侧从与喷嘴的流入口相对置的返向点(U2)以往复运动(Hubbewegung)朝向喷嘴的流入口方向运动到与喷嘴相对置的返向点(Ul )，其中，在靠近喷嘴的区域中发生体积和压力变化，所述体积和压力变化造成墨水从喷嘴喷出。在步骤(b)中，利用机构使推进器端侧从返向点(Ul)以往复运动背离喷嘴的流入口方向运动到返向点(U2 )运动，其中，步骤(a )和(b )接连进行，并且返向点(U2 )形成用于下一个打印周期的起点，其中，在整个打印方法期间，推进器/喷嘴-间距大于零。返向点(Ul)总是具有比返向点(U2)更小的喷嘴/推进器-间距。
[0055]特别要强调的是，利用打印设备的打印方法涉及DOD打印技术(“Drop onDemand”)，在该技术中墨滴仅从喷嘴喷出也实际需要的墨滴。
[0056]阻止墨水在墨水通道中以及在喷嘴处的沉淀，因为根据一种优选的实施形式，本发明的打印头设有用于将墨水通过墨水通道泵送的外部机构，所述外部机构将墨水通过供墨通道泵送、优选持续地泵送。
[0057]在一种优选的实施形式中，本发明的用于利用打印头来实施打印过程的打印方法的特征在于，所述推进器在供墨通道中在两个与喷嘴的流入口相对置的返向点、即一个返向点(UI)和一个返向点(U2 )之间移动，其中，优选在打印期间、亦即在喷出墨水之前和/或喷出墨水期间和/或喷出墨水之后没有任何时间点，所述推进器接触或者闭锁喷嘴和/或供墨通道的侧壁。
[0058]根据本发明的解决方案按照简单的方式能实现喷嘴的机械上非常稳定的布置结构和即使在使用具有大的颜料的墨水的情况下也非常有效地阻止墨水的沉淀。在该处应提至IJ，术语位置固定在本上下文中应理解为，喷嘴在运行期间相对于墨水通道的位置不改变。然而，为了维护和更换的目的，所述喷嘴可以从墨水通道移除，因此例如能够将喷嘴拧入到墨水通道中。此外，能够通过使用与喷嘴配合作用的推进器来放弃阀的布置结构，该阀在墨水通道中产生负压之后被打开。
[0059]通过如下方式也能够非常良好地阻止在喷嘴处的沉淀，S卩，所述喷嘴的具有流入口的端侧构成为与供墨通道的侧壁的和墨水接触的内表面面齐平。
[0060]通过如下方式有利于墨水喷出以及喷嘴的自清洁，S卩，所述至少一个喷嘴的纵向中轴线垂直于供墨通道的表面。
[0061]本发明的一个特别优选的实施形式在于，所述喷嘴的流入口设置在侧壁的与推进器相对置的区域中，所述区域通过在推进器运动时在墨水中形成的圆柱形分界面来限定。本发明的该实施形式的特征在于，能够实现泵室，亦即在喷出或抽入墨水时发生体积变化的区域，其中，仅两个覆盖面(推进器的端侧和喷嘴的端侧)构成为固体，并且周面通过墨水液体形成。由此能够显著减少墨水在泵室中的沉淀和积聚以及维护耗费。
[0062]根据本发明的一种有利的进一步扩展方案可以规定，所述推进器的与端侧相对置的部段与可运动的推进器杆固定连接，对所述推进器杆加载朝向喷嘴方向作用的复位力。通过本发明的该实施形式能够按照简单的方式触发推进器朝向喷嘴的运动。复位力例如能够通过螺旋弹簧引起，所述螺旋弹簧在将推进器从喷嘴拉回时被压缩。用于拉回推进器杆所需要的力能够由机构如致动器、例如机电式致动器、尤其是电磁铁、气动式致动器或其它适合的致动器产生。为了该目的，推进器杆可以与致动器连接，所述致动器产生克服复位力作用的力。在使用机电式致动器时，在致动器的不通电的状态下，推进器通过弹簧逆着喷嘴运动。当然还可想到的，在刚才描述的实施形式中使弹簧和致动器调换。也可以使用第二致动器来代替弹簧。
[0063]按照本发明的一种变形方案能够规定，所述推进器杆至少部分地在空心轴中平行于空心轴的纵向中心线可运动地被引导，其中，在导向杆和空心轴之间可以设有径向环绕的密封件。通过本发明的该实施形式，能够明显减小在墨水通道中的流动阻力，因为以下也称为导向轴的空心轴可以构成为非常细长的，而不发生对推进器杆的导向功能的妨害。通过在推进器杆和导向轴之间的密封件能够阻止墨水侵入到导向轴中。
[0064]为了降低喷嘴中的流动阻力并且提高效率可以规定，所述喷嘴的流入口锥形地、以朝向流出口方向渐缩的漏斗的形式构成。该实施形式的一种特别有利的进一步改进方案规定，喷嘴的流出口构成为圆柱形的。
[0065]为了在通过推进器的往复运动造成墨水吸入期间完全排空喷嘴而阻止空气侵入泵室中，所述喷嘴沿流动方向能够具有为喷嘴的最大直径的多倍、然而至少为两倍的长度。
[0066]喷嘴的和推进器的使用寿命能够通过如下方式提高，S卩，所述喷嘴由陶瓷、硬金属或经表面处理的钢制成，和/或推进器的端侧至少部分地由陶瓷、硬金属或经表面处理的钢形成。
【专利附图】
【附图说明】
[0067]借助一些在附图中示出的非限制性的实施例更详细阐述本发明连同其它优点。
[0068]在附图中分别以强烈示意性地简化的视图示出:
[0069]图1示出打印头的部分剖视图；
[0070]图2以更详细的细节示出图1中的打印头的一部分；
[0071]图3示出形成在推进器的端侧和喷嘴之间的泵室；
[0072]图4示出想象的泵室的功能原理；以及
[0073]图5示出在推进器的端侧之下的理论上计算出的压力分布。
【具体实施方式】
[0074]首先要领会的是，在不同地描述的实施形式中，相同的部件配设有相同的附图标记或相同的构件名称，其中，包含在整个说明书中的公开内容能够按照意义地转用到具有相同的附图标记或相同的构件名称的相同的部件上。在说明书中所选择的位置说明，例如上、下、侧向等也参照直接描述的以及示出的附图并且在位置改变时按照意义地转用到新的位置上。
[0075]以下综合性地描述附图。
[0076]根据图1和图2，根据本发明的用于喷墨打印机的打印头I具有至少一个供墨通道2和至少一个用于将墨水从供墨通道2喷出的喷嘴3。
[0077]在打印头I中能够设有多个彼此平行地设置的并且在长度上延展的墨水通道，在所述墨水通道中，如从图1中可见，以规则的间距设置有喷嘴3和可运动的推进器6。各墨水通道、喷嘴3和推进器6在此如以下说明的墨水通道2、喷嘴3和推进器6地构造或设置。墨水通道2用于为喷嘴3供墨。
[0078]墨水能够连续地流过墨水通道2,以便避免墨水的沉淀。在墨水通道2中的压力降以有利的方式是非常低的，这能够通过墨水通道的尽可能大的横截面来达到。[0079]喷嘴3位置固定地设置在供墨通道2的侧壁4上并且在供墨通道2中设有一个在与喷嘴的流入口相对置的两个返向点、即一个返向点(Ul)和一个返向点(U2)之间往复运动的推进器6。喷嘴3能够可更换地设置在侧壁4上，例如喷嘴3可以拧入到供墨通道2的侧壁4中。为了能够经受住墨水的磨蚀性的颜料，喷嘴3可以由陶瓷、硬金属、玻璃等制成。
[0080]喷嘴3的具有流入口 5的端侧7能够构成为与供墨通道2的侧壁4的和墨水接触的内表面8面齐平。通过喷嘴3在其内部的端侧7上与墨水通道2的内壁的齐平的实施方式，尽可能少地干扰墨水流并且避免沉淀。喷嘴3的纵向中轴线a在此可以垂直于供墨通道2的表面8延伸。
[0081]推进器6的与推进器6的端侧9相对置的部段能够与被加载朝向喷嘴3方向作用的复位力的、可运动的推进器杆10固定连接。能够借助于致动器将推进器6从喷嘴拉回。作为用于操纵推进器的致动器可以设有机电式致动器、例如以与推进器杆10连接的衔铁11的形式，所述衔铁与能够围绕铁心13缠绕的线圈12配合作用。推进器6能够被吸引磁铁的衔铁11向上拉。在此，在图1中配设有附图标记14的弹簧张紧，所述弹簧在致动器不通电的状态下重新向下压推进器6。当推进器6接近喷嘴3或者当衔铁11接近铁心13时，出现由径向的薄膜流引起的强烈衰减，并且阻止推进器6或衔铁11激烈撞击到存在于推进器与喷嘴或供墨通道的内壁之间的墨水或墨水薄膜上，并且以此提高推进器6和致动器的使用寿命。在吸引磁铁的位置处，也可设想用于推进器的其它驱动类型，例如以压缩空气式或压电式的致动器的形式。
[0082]推进器杆10能够至少部分地在空心轴15中平行于导向轴或空心轴15的纵向中心线可运动地被引导，其中，在导向杆10和空心轴15之间可以设有径向环绕的密封件16。
[0083]如从图1和2中可看出，导向轴15能够从墨水通道2的与喷嘴3相对置的分界壁17突出到墨水通道2中。通过密封在导向轴15与推进器6之间的过渡部能够阻止墨水可能侵入到导向轴15中。导向轴15能够设计为细长的，以便在墨水通道中导致尽可能小的流动阻力。在此特别有利的是，导向轴或空心轴15具有平滑的和/或倒圆的表面。导向轴或空心轴15例如能够具有圆形的、椭圆形的或类似的横截面。
[0084]陶瓷部件或由与推进器材料不同的材料构成的部件能够嵌入到推进器端面9中，以便在存在研磨性颜料的情况下获得端面9的更长的使用寿命。
[0085]如从图3中可见的是，喷嘴3的流入口 5可以锥形地、以朝向排出口 18方向渐缩的漏斗形式构成。在此，喷嘴3的排出口 18可以构成为圆柱形的。此外，喷嘴3可以具有为喷嘴3的最大直径d的多倍的、然而至少为两倍的长度L。
[0086]以优选的方式，喷嘴3的流入口 5设置在侧壁4的与推进器6相对置的区域中，所述区域位于泵室内部并且在一个方向上限定该泵室。
[0087]在每个喷墨打印头中存在必需的抽吸作用，所述抽吸作用通过假想的泵室19说明并且能够由圆柱形的空间区域形成，所述圆柱形的空间区域通过推进器端面9的直径dl和推进器端面到内部的喷嘴端面的或到流入口 5的端侧的间距al限定。然而所述空间区域不必强制性地是圆柱形的。
[0088]泵室19是发生体积变化的空间。如在仅用于说明泵室的作用原理的图4所示出的，泵室19总是具有两个开口 20和21，其中一个开口用于进入，而一个开口用于放出。在再填充周期期间，推进器6向上移动并且墨水穿过入口 20和出口 21流动到泵室19的空间中。在喷出周期期间，推进器6向下运动并且墨水穿过入口 20和出口 21从泵室19的空间流出。
[0089]为了打印头I能够喷出液滴，通过泵室的出口 21流出的墨水必须比通过泵室的入口 20回流到墨水通道2中的墨水更多。对于将墨水吸入到泵室19中而言适用相反的条件。在图4中用图像说明这点，其中，在将墨水吸入或者从泵室19中喷出时，推进器6的运动方向和墨水的流动方向在图4中通过箭头表示。通过不同粗细的箭头应表示不同量的流入或流出的墨水。
[0090]当推进器6运动时，墨水从泵室19中挤出或者吸入。推进器运动同时造成在泵室19中的体积变化和压力变化。在此，如从图5中可见，沿着推进器半径!构成压力分布曲线。
[0091]在该压力分布曲线具有其最大值或最小值的位置，根据图3产生具有所谓的滞留半径rs的圆柱形分界面22。在该分界面22之外，墨水流入墨水通道中或者从墨水通道中流出，在该分界面22之内，根据推进器6的运动方向，墨水从喷嘴流出或流入到喷嘴中。滞留半径rs与推进器6的运动方向和速度、与推进器6到喷嘴的间距al以及与半径r处和在半径ri处的压力有关。由此产生在推进器6向上和向下运动时沿两个方向流动的墨水体积。
[0092]喷嘴3的流入口 5能够直接设置在泵室19的出口 21上。在该实施形式中，喷嘴3的流入口 5设置在侧壁4的与推进器6相对置的区域中，所述区域在推进器6运动时通过在墨水构成的分界面22内部的、在墨水中与此相联系的压力分布曲线来限定。
[0093]图5示出在推进器6之下的理论上计算出的与半径相关的压力分布曲线。滞留半径rs位于压力具有最大值的位置。
[0094]在市售的喷墨打印头中，沿流动方向的长度L通常这样设计，使得在喷嘴中的墨水体积大致等于液滴体积。因为在用于结构打印机的打印头中的喷嘴直径必须大于市售的喷墨打印机头中的喷嘴直径，以便达到所要求的液滴体积，所以毛细压力明显更小，并且在再填充周期期间，更多的墨水通过喷嘴3被抽吸回到泵室19中。出于该原因，喷嘴的长度L明显扩大，以便喷嘴在再填充周期期间不能完全排空并且空气到达泵室19中。
[0095]喷嘴的长度L由圆柱形部分的长度11和锥形部分的长度12组成。为了清晰起见最后要指出的是，为了更好地理解根据本发明的设备的结构，所述设备或其组件部分地不按比例地和/或放大地和/或缩小地示出。
[0096]为了清晰起见最后要指出的是，为了更好地理解根据本发明的设备的结构，所述设备或其组件部分地不按比例地和/或放大地和/或缩小地示出。
[0097]在本发明的一种优选的实施形式中，多个供墨通道6在打印头中彼此平行地纵向
(der Lange nach)对齐，在这些供墨通道中，多个具有喷嘴通道和流入口 5的喷嘴3优
选分别以相同的间距设置在供墨通道壁上。第一机构23，如至少一个致动器或至少一个致动器及至少一个弹簧设置用于使推进器端侧9或推进器6运动，所述第一机构将推进器端侧9限制于在各返向点(U1、U2)之间运动。外部的第二机构、如真空泵，所述真空泵例如在经由至少一个墨水输送管线与打印头连接的墨水中间舱中，并且所述泵设置在液面之上的空气空间中，所述第二机构设置用于给供墨通道2中的墨水加载相对于环境空气压力的负压。外部的第三机构、如循环泵例如设在墨水中间舱中，所述第三机构将墨水优选持续地泵送通过所述至少一个墨水输送管线和打印头的供墨通道。
[0098]在打印方法的一种优选的实施方案中，在喷嘴的排出口处的喷嘴内直径为300 μ m的情况下，对供墨通道2中的墨水加载在相对于周围环境压力大于零至优选5mbar的范围中的负压。但是例如也可以使用其它负压，其中，墨水压力的值按照数值不允许选择为小于毛细压力，以便确保没有空气穿过喷嘴被抽吸到供墨通道中。为了理解起见，“在相对于周围环境压力大于零至优选5mbar范围中的负压”是指在低于周围环境压力的大于零至5mbar的范围中的压力。
[0099]在一种优选的实施形式中，每时间单位通过供墨通道泵送的墨水输送量“X”与在打印运行期间最多能够通过所有喷嘴喷出的墨水量的总和相比大了匹配于系统的确定的因数，其中，总是适用下述规则:墨水压力必须与毛细管压力相组合地这样调整，使得没有空气穿过喷嘴通道被吸入到供墨通道中，并且使得没有墨水从喷嘴通道不期望地排出。
[0100]推进器6在供墨通道2中不密封地设置在墨水通道壁上，其中，推进器外边缘沿垂直于喷嘴轴线的方向到供墨通道的侧壁的间距优选大于Imm并且更优选地大于3mm。
[0101]在打印头设备的一种优选的实施方案中，推进器6具有优选在3.0至5.0mm之间的外直径。在此，喷嘴3具有优选在200至350 μ m之间的内直径。
[0102]在打印方法的一种优选的实施形式中，在返向点(Ul)处的方向变换具有优选直至
1.1kHz的频率并且更优选地直至1.0kHz的频率。如果推进器外直径选择得较小，则可以以高得多的频率进行打印。
[0103]在打印方法中，在返向点(Ul)处的推进器/喷嘴-间距保持大于零并且优选直至100 μ m,并且在返向点(U2)处的推进器/喷嘴-间距保持大于250 μ m并且优选直至400 μ m0
[0104]所述方法应用在用不同粘度的墨水打印中，其中优选适用:墨水具有n=50-100mPa.sec的粘度η和/或用于打印的墨水具有颜料尺寸直至10 μ m的颜料，其中，墨水包含优选直至5 μ m的颜料尺寸。具有比所述n=50_100mPa.sec的粘度η更低或更高的粘度的墨水和/或具有比IOym更大的颜料尺寸的墨水原则上同样可以使用，只要能够确保优化的打印稳定性。
[0105]如果在打印过程中使用具有颜料的墨水，所述颜料具有颗粒尺寸“g”，则不言而喻地，在返向点处的至少一个推进器/喷嘴-间距至少应选择为大于相应的颗粒尺寸“g”，以便避免推进器与可能存在于喷嘴表面上的颜料的碰撞。
[0106]如果推进器端侧9从起点出发向流入口运动，则在喷嘴的流入口的区域中出现体积变化和压力变化，并且确定的墨水量和因此墨滴尺寸从喷嘴喷出。主液滴从喷嘴中喷出，但是根据打印方法，随着主液滴附加地或多或少地不期望的小的液滴、即所谓的卫星(Satelliten)随着主液滴喷出。
[0107]在本发明的其它实施形式中，多个打印头能够以交错的或任意其它的布置结构来装配并且在此这样设置，使得在打印过程中打印头的至少一个喷嘴与另一打印头的至少一个喷嘴沿至少一个方向重叠，和/或使得打印头的喷嘴行的喷嘴相对于另一打印头的喷嘴行的喷嘴彼此相对移动了确定的喷嘴间距。
[0108]如果各喷嘴彼此相对移动，则可以达到更高的液滴密度并因此达到更高的图像分辨率。[0109]在本发明的另一种实施形式中，其中各打印头在打印过程中沿副扫描方向Y和主打印方向X运动，打印头的喷嘴行可以彼此平行并且以关于副扫描方向Y的一个角度倾斜地调整，以便在打印头的各个喷嘴之间沿主打印方向X的喷嘴间距具有一个喷嘴间距Y，从而沿主扫描方向X能够以比打印头的原始分辨率更高的分辨率来打印。
[0110]本发明应该理解为不限于在示例和附图中的打印头设备的实施形式。
[0111]附图标记列表
[0112]I 打印头
[0113]2 供墨通道
[0114]3 喷嘴
[0115]4 侧壁
[0116]5 流入 口
[0117]6 推进器
[0118]7 喷嘴的端侧
[0119]8 表面
[0120]9 推进器端侧或端侧
[0121]10推进器杆
[0122]11 衔铁
[0123]12 线圈
[0124]13 铁心
[0125]14 弹簧
[0126]15空心轴
[0127]16密封件
[0128]17分界壁
[0129]18喷嘴的排出口
[0130]19 泵室
[0131]20 入口
[0132]21 出口
[0133]22分界面
【权利要求】
1.用于喷墨打印机的打印头(1)，其中，所述打印头(I)具有至少一个供墨通道(2)以及至少一个带有喷嘴通道和流入口(5)的喷嘴(3)，其中，墨水能够通过所述流入口(5)从供墨通道(2)被挤压到喷嘴通道中并且能够从该喷嘴通道喷出，其中，所述喷嘴(3)位置固定地设置在供墨通道(2 )的侧壁(4 )上，并且所述至少一个喷嘴(3 )配设有具有位于供墨通道(2 )中的推进器端侧(9 )的推进器(6 )，所述推进器端侧与流入口( 5 )间隔开地相对置，其中，所述打印头(I)包括第一机构用于使所述推进器端侧(9)在供墨通道(2)中在一个与喷嘴(3)的流入口( 5)最小地间隔开的返向点(Ul)和一个与喷嘴(3)的流入口( 5)最大地间隔开的返向点(U2)之间运动，其特征在于，所述第一机构将推进器端侧(9)的运动限制于在各返向点(Ul、U2)之间的运动，并且设有第二机构用于给供墨通道(2)中的墨水加载相对于环境空气压力的负压。
2.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，在所述最小间隔开的返向点(Ul)处，在推进器端侧(9)和流入口(5)之间的间距大于零。
3.如权利要求1和2之一所述的打印头，其特征在于，推进器外边缘到所述供墨通道(2)的侧壁(4)沿垂直于喷嘴轴线的方向大于零、优选大于Imm并且更优选大于3mm。
4.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，存在多个喷嘴(3)，并且每个喷嘴(3)配设有一个推进器(6)。
5.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，至少在所述至少一个喷嘴(3)的情况下，没有侧壁(4)连同所述喷嘴(3)构造成一件式的，并且所述至少一个喷嘴(3)的包围流入口(5)的端侧(7)构成为与供墨通道(2)的侧壁(4)的和墨水接触的内表面(8)面齐平。
6.如上述权利要求·之一所述的打印头，其特征在于，所述至少一个喷嘴(3)的纵向中轴线(a)垂直于供墨通道(2)的表面(8)延伸。
7.如权利要求1至6之一所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴的流入口(5)设置在所述侧壁(4)的与推进器(6)相对置的区域中，该区域通过在推进器运动时在墨水中形成的圆柱形分界面来限定。
8.如权利要求7所述的打印头，其特征在于，所述推进器(6)的与推进器(6)的端侧(9)相对置的部段与被加载朝向所述喷嘴(3)方向作用的复位力的、可运动的推进器杆(10)固定连接。
9.如权利要求8所述的打印头，其特征在于，所述推进器杆(10)能够至少部分地在空心轴(15)中平行于空心轴(15)的纵向中心线可运动地被弓丨导，其中，在导向杆(10)与空心轴(15)之间设有径向环绕的密封件(16)。
10.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴(3)的流入口(5)锥形地、以朝向排出口(18)方向渐缩的漏斗的形式构成。
11.如权利要求10所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴(3)的排出口(18)构成为圆柱形的。
12.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴(3)具有为喷嘴的最大直径(d)的多倍的、然而至少为两倍的长度(L)。
13.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴(3)由陶瓷、硬金属或经表面处理的钢制成，和/或所述推进器的端侧至少部分地由陶瓷、硬金属或经表面处理的钢形成。
14.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，所述推进器(6)具有优选在3.0至5.0mm之间的外直径。
15.如上述权利要求之一所述的打印头，其特征在于，喷嘴具有优选在200至350μ m之间的内直径。
16.用于实施打印过程的方法，具有下述步骤: 一提供具有供墨通道(2)、推进器(6)以及带有喷嘴通道和流入口(5)的喷嘴(3)的打印头，所述流入口(5)形成所述喷嘴通道到供墨通道(2)的连接； 一用墨水填充所述供墨通道(2 )， 其特征在于，墨水至少在不应打印的时间段期间，所述供墨通道(2)至少在喷嘴(3)的流入口(5)的区域中被加载相对于环境空气压力的负压，由此即使在没有闭锁体的情况下也阻止墨水从喷嘴通道流出，并且为了喷出墨水，所述推进器(6)的端侧(9)从起点出发向流入口(5)运动。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述推进器(6)的端侧(9)向流入口(5)运动仅直至第一返向点(U1)，其中，该第一返向点(Ul)与流入口(5)间隔开，从而即使在第一返向点(Ul)处也不发生供墨通道(2)的闭锁。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在达到所述返向点(Ul)之后，所述推进器(6)的端侧(9)远离流入口(5)朝向第二返向点(U2)运动，所述第二返向点形成用于下一个打印周期的起点。
19.如权利要求18所述的方法，`其特征在于，所述起点的和下一个返向点(Ul)的位置这样选择，使得推进器行程喷出预定的墨水量和因此预定的液滴尺寸。
20.如权利要求16至19之一所述的方法，其特征在于，在所述推进器端侧(9)为了喷出墨水从起点向流入口( 5)运动的工作步骤中，从在推进器(6)的端侧(9)和带有喷嘴(3)的侧壁(4)的与推进器端侧(9)相对置的区域之间的滞留区域出发朝向喷嘴(3)的流入口(5)方向挤压墨水，其中，同时在供墨通道(2)内部的墨水能够向外、亦即超出推进器外边缘地流出。
21.如权利要求16至20之一所述的方法，其特征在于，所述墨水通过供墨通道(2)泵送，优选持续地泵送。
22.如权利要求17至21之一所述的方法，其特征在于，所述推进器(6)在返向点(Ul)处的方向变换具有优选直至1.1kHz的频率并且更优选直至1.0kHz的频率。
23.如权利要求17至22之一所述的方法，其特征在于，在所述返向点(Ul)处的推进器/喷嘴-间距保持大于零并且优选直至100 μ m。
24.如权利要求17至23之一所述的打印方法，其特征在于，在所述返向点(U2)处的推进器/喷嘴-间距为大于250并且优选直至400。
25.如权利要求16至24所述的用于以不同粘度的墨水打印的方法的应用，其中，优选适用:具有n=50_100mPa-sec的粘度η和/或以具有直至10 μ m的颜料尺寸的颜料的墨水来打印，其中，所述颜料尺寸包含优选直至5 μ m。
26.如权利要求16至25之一所述的方法，其特征在于，利用所述打印头将三维的形状、线、结构施加到至少一个具有平滑的和/或粗糙的区域的表面上。
【文档编号】B41J2/04GK103826858SQ201280036261
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月11日 优先权日:2011年7月22日
【发明者】F·奥贝泰格 申请人:杜斯特摄影技术股份公司