降低溶剂消耗的打印头或喷墨打印机的制作方法

文档序号:11577367阅读:169来源:国知局

本发明涉及打印机的打印头或设有多喷嘴液滴生成器的二元连续喷墨打印机。更具体地,本发明涉及一种打印头或一种二元连续喷射打印机,在该二元连续喷射打印机中,溶剂的消耗接近于到达打印基材的墨中包含的溶剂的量。



背景技术:

连续喷射打印机包括墨液滴生成器和用于分离由生成器产生的液滴的轨迹以及将该液滴引导到打印基材或者到回收檐槽的装置。

液滴生成器包括喷嘴,该喷嘴沿着喷嘴的对齐轴线x在喷嘴板上对齐。在打印过程中,这些喷嘴以连续的方式沿垂直于喷嘴板的方向z喷出墨喷射流。在连续喷射打印机当中,可区分为偏转连续喷射打印机和二元连续喷射打印机。在偏转连续喷射打印机中,在对打印基材的一位置进行打印的过程中由喷嘴形成的液滴被偏转或者不被偏转。对每个打印位置以及对每个喷嘴而言,是对垂直于打印基材的移动方向的区段进行打印。偏转的液滴被以下述的方式偏转:考虑到待打印的图案,该液滴将碰撞处于必须碰撞的被打印区段的部分上的打印基材。不偏转的液滴被回收檐槽回收。偏转的连续喷射打印机通常包括几个喷射喷嘴,但每个喷嘴能够根据待打印的图案对基材的每个打印位置打印数个在打印区段上扩散的像素。在二元连续喷射打印机中,来自喷嘴的墨对每个打印位置仅打印一个像素。根据待打印的图案,所考虑的像素不接纳任何液滴或者接纳一个或多个液滴。因此,为了良好的打印快速性,喷嘴板包括大量的喷嘴(例如64个),使得能够同时打印与喷嘴同样多的像素。不用于打印的液滴被回收檐槽回收。这种打印机和连续打印头已被广泛地描述过了。关于喷射流的形式、该喷射流形成液滴发生的分散、液滴的偏转,尤其还可以参考属于本申请人的专利的“背景技术”段落。例如,专利us8,540,350(fr2952851)描述了一种用于避免来自彼此相邻的喷嘴的喷射流之间的不协调(diaphony)的方法。还可以参考在专利us7,192,121(fr2851495)中描述的关于喷射流发生分散的位置的现有技术,该发生分散的位置取决于由喷射流分散形成的液滴是否用于碰撞打印基材或者不碰撞打印基材。

在连续喷射打印机中,使用液态的墨。这些墨包括溶剂,墨的成分被溶解在该溶剂中。所期望的是:在墨被置于打印基材上之后,该墨快速地干涸。

出于这个原因,所使用的溶剂为挥发性的。最常使用的溶剂是也被称为“mek”的甲基乙基酮、丙酮,或者替代地是诸如例如乙醇之类的醇。然而,使用挥发性溶剂导致了缺陷。因为该溶剂是挥发性的,所以溶剂以蒸气的形式从墨逸散。

专利申请wo2012/038520提供了用于克服由在喷射流周围存在溶剂蒸气所引起的缺陷的装置。除了可凝结在喷射流流转所在的腔的壁上的第一部分的蒸气之外,第二部分经由用于打印的液滴离开所穿过的腔的槽而离开该腔。该第二部分与环境空气混合,因此污染了该环境空气。这种污染可能导致环境质量的标志被拒绝。当溶剂浓度超过某阈值时,空气变得不适于呼吸。最后,如果浓度高,空气-溶剂混合物有可能爆炸。

专利申请wo2012/038520所提供的解决方案与本发明相似,涉及二元连续喷射打印机。在这些打印机中,大约为10%的一小部分墨被引导到打印基材。这意味着由喷嘴喷出的绝大部分的墨被引导到回收檐槽。因此,不同的喷射流在一起形成了被引导到回收檐槽的液幕。仅被喷嘴喷出的墨的一小部分以被引导到打印基材的液滴的形式离开了该幕。这些液滴经由平行于喷嘴的对齐方向的槽离开腔。该槽的长度略大于喷嘴板的相互距离最远的喷嘴的分隔距离。移动到回收檐槽的液幕具有速度vj。由于粘性效应,该幕周围的空气被沿与喷射流相同的方向一同带动。

与液体直接接触的空气被以基本等于vj的速度一同带动。在径向地移动离开喷射流的过程中,空气的速度下降,直至到达下述的边界为止:在该边界处该空气的速度相对于速度vj为低。

因此,所谓的“边界”层的厚度是液体-空气边界相隔的距离,并且在该边界处空气不再被液体带动。

专利申请wo2012/038520所提供的解决方案首先在于使用其施密特系数接近于1的墨。这具有下述效果:由墨散发的溶剂蒸气实际上保持被限制在边界层的内部。

该解决方案之后在于安置回收檐槽的顶端,以使得不仅回收不用于打印的偏转的液滴,而且还回收处于被发现在喷射流幕两侧的两个边界层中的带有溶剂蒸气的空气。为此,优选地,从顶端到平面xz的距离小于喷射流在顶端处的偏转的差值减去边界层的厚度。喷射流在顶端处的偏转的差值是沿着垂直于平面xz的轴线y测量的,平面xz与在该顶端处偏转的液滴的位置之间的距离。

专利申请wo2012/038520给出了公式,该公式能够根据喷嘴板与顶端之间的距离l、数字系数α(介于3到5之间,一般为3)、等于2.10-5m2.s-1的空气的运动粘度νa以及喷射流的速度vj计算出边界层的厚度δ2。这同一篇文件还说明了如何沿垂直于平面xz的方向y调整檐槽的位置。为了补偿喷射流流转所在的腔内部的压力损失,基本在喷嘴处喷射出具有与被檐槽吸取的空气的流率相同的或者极微小地大于该流率的流率的空气流。喷射出的空气的大部分在回收檐槽处被吸取,小部分经由打印液滴的出口槽离开。因此在喷射流流转所在的腔中维持了过压,该过压阻止将附随液滴(satellitedrop)或灰尘引入到该腔中。

但是该解决方案不是令人满意的并且不能够最大程度地回收在打印头的喷射流流转所在的腔中存在的溶剂蒸气。此外,该解决方案限制了所采用的墨的施密特系数。



技术实现要素:

本发明的主题是下述的设备与方法:该设备与方法一方面使得能够最大程度地回收在打印头的使喷射流在其中流转的腔中存在的溶剂蒸气。本发明还具有最大程度地降低经由使用于打印的液滴通过的槽逸散到所述腔的外部的溶剂蒸气的量的目的。相对于专利申请wo2012/038520,本发明还使得能够减少对所采用的墨的施密特系数的限制。

本发明的主题首先是一种二元连续喷射打印机的打印头,该打印头包括:

-用于使喷射流流转的腔,

-用于在所述腔中产生多个墨喷射流的装置,

-用于将所述喷射流中的一个或多个喷射流的用于打印的液滴或部段与不用于打印的液滴或部段分离的装置,

-槽,该槽在腔的外部敞开并且使得墨的用于打印的液滴或部段能够离开,

-用于不用于打印的液滴或部段的回收檐槽。

总体来说,腔在侧向可由壁界定,该壁被称为侧壁。

被称为上部壁的壁和被称为下部壁的壁沿着喷射流的流动方向对该腔进行界定。

侧壁可被布置在由多个喷射流所限定的平面的两侧并且至少部分地平行于该平面。

根据本发明的第一方面,檐槽可包括:

*第一部分,该第一部分包括檐槽中的用于液滴的入口槽,该第一部分的宽度沿檐槽中的液滴流转的方向逐渐变小,该第一部分的表面形成了用于不用于打印的液滴的碰撞表面;

*限制部或弯曲部,第一部分从檐槽中的用于液滴的入口槽向上(或向下)倾斜直到限制部,例如从檐槽中的用于液滴的入口槽倾斜直到通过了用于喷射流的出口槽的平面;

*第二部分,该第二部分用于从限制部排出流体混合物(由液滴在碰撞表面上的碰撞产生的液体与气体的混合物)。

因此,不用于打印的喷射流的液滴或部段被输送到檐槽,在该檐槽中,在液滴碰撞在碰撞表面上之后,空气流将由于檐槽的第一部分的几何结构而促进对墨的吸取,之后将墨携引至将形成止回元件的限制部。

优选地,第二部分具有从弯曲部变宽的宽度。

檐槽的第二部分可从限制部倾斜。如果第一部分从檐槽中的用于液滴的入口槽倾斜直到弯曲部,则檐槽的第二部分可沿相反的方向倾斜。2个部分使在檐槽中从该檐槽的入口以及从由喷射流限定的平面流转的液滴分开。换言之,如果第一部分从用于液滴的入口槽倾斜直到通过了用于喷射流的出口槽的平面,则檐槽的第二部分可从限制部倾斜,同时随着到限制部的距离增大而远离所述平面。

有利地,檐槽的第一部分的形成了用于偏转的液滴的碰撞表面的表面至少部分地为凸状的。

本发明还涉及一种用于操作根据本发明的打印头或使该打印头进行打印的方法,在该方法中,用于打印的墨的液滴或部段被输送到出口槽,而不用于打印的液滴或部段被输送到其被吸取所在的尤其具有前述的优点的檐槽。因此,可在打印方法过程中实施本发明。

根据本发明的可与上述的第一方面结合采用或不结合采用的第二方面,可设置下述的装置:该装置用于将气体喷射到腔中,并且该装置用于使该气体在腔中沿用于在所述腔中产生多个墨喷射流的装置的方向流转,之后使该气体流转到檐槽。

因此,能够产生空气的流转,该空气的流转将使得能够将溶剂蒸气甚至从腔的位于边界层外部的区域引领到檐槽。

在大多数的情况下,经由喷射管被喷射的气体将会是空气,但可以喷射另一种气体,尤其是氮气。

之后气体可在腔中以上升的方式沿上部壁的方向流转到用于在所述腔中产生多个墨喷射流的装置,之后以下降的方式流转到檐槽和/或腔的下部壁。

所喷射的气体被沿将使得能够在所述腔中产生多个墨喷射流的装置的方向进行引导。在气体流被这些装置阻挡的作用下,以及由于偏转的(或不用于打印的)喷射流的空气牵引效应,气体之后被沿与喷射流相同的方向向下游带动,并且由于存在于檐槽的入口处的低压,该气体被抽取到该檐槽中。因此,虽然如此,但不在边界层内部的溶剂蒸气仍被带回到檐槽。根据发明人,这些未在边界层中发现的蒸气具有两个来源:

-第一个来源源于下述事实:溶剂分子在用于产生多个喷射流的装置与檐槽之间进行联系的行程的期间从边界层逸散;

-第二个来源源于被檐槽回收的液滴与檐槽的壁相碰撞或相撞击的作用。在与该壁相碰撞的作用下,带有蒸气的气体被沿着檐槽的外部驱动,并且最初包含在液滴中的物质与环境的交换表面显著地增大。

由于沿朝向用于产生多个喷射流的装置的方向抵达的气体的牵引效应以及由这些气体产生的涡旋,出于一个原因或另一个原因从被檐槽回收的蒸气中逸散的所有蒸气被带回到檐槽。

带有可能从回收檐槽逸散的溶剂蒸气的空气将首先被喷射的气体流带动到喷嘴板。

这些蒸气的至少一部分返回到回收檐槽。另一部分在腔中回转一圈或多圈。可以注意到的是,如果腔中的溶剂蒸气压力上升,则被檐槽吸纳的蒸气的量也增加,使得腔中的蒸气压力具有基本保持不变的趋势。

可以注意到的是,所关注的采用其施密特系数接近于1的墨是为了限制在边界层内部的溶剂的主要部分。由于本发明,从该边界层逸散的蒸气被回收。

因此,减少了对施密特系数的值的限制,因此该值可被选定为高的值,例如5或者严格地被选定为大于1并且小于5。

用于将气体喷射到腔中的装置可包括管,该管呈现为至少部分地面对檐槽,或者呈现为相对于一平面(p0)在腔的侧部侧向地界定檐槽的面,该平面是由用于使液滴进行打印的喷射流的路径限定的。

在之前的情况下,随着管出现于腔中,优选地,腔的侧壁之间的距离(b)小于腔的上部壁与管的最接近于该上部壁的点之间的距离。

在变型中,用于将气体喷射到腔中的装置包括管,该管出现在腔中同时穿过下部壁。

也是优选地,在根据本发明的打印头中,被喷射到腔中的气体的沿用于产生多个墨喷射流的装置的方向的路径比沿着垂直于平面(p0)的方向的路径更长,该平面是由用于打印的喷射流的路径限定的。

由用于使液滴进行打印的喷射流的路径限定的平面(p0)在腔中将入口与用于将气体喷射到该腔中的装置以及檐槽或檐槽的入口分隔开。相似地,出口槽被布置在檐槽与用于将气体喷射到该腔中的装置的在腔中的入口之间。

用于将气体喷射到腔中的装置可使得能够沿着至少部分地垂直于平面(p0)或至少部分地平行于该平面的方向喷射气体,该平面是由用于打印的喷射流的路径限定的。

被引入到腔中的气体的偏转表面可被设置在来自于用于将气体喷射到腔中的装置的气体的路径上。

例如,该偏转表面为立柱的表面或障碍部的表面或者引导部的表面,该表面被布置在被引入到腔中的气体的路径中。

因此,本发明还涉及一种二元连续喷射打印机的打印头,该打印头包括:

-用于使喷射流流转的腔,该腔由侧壁、上部壁和下部壁界定,

-用于在所述腔中产生多个墨喷射流的装置,

-用于将所述喷射流中的一个或多个喷射流的用于打印的液滴或部段与不用于打印的液滴或部段分离的装置,

-穿过下部壁的槽,该槽在腔的外部敞开并且使得墨的用于打印的液滴或部段能够离开,

-用于对不用于打印的液滴或部段进行回收的檐槽。

打印头进一步包括用于将气体喷射到腔中的管,该管出现在该腔中同时穿过了下部壁。

在变型中,打印头包括管,该管用于沿着至少部分地垂直于平面(p0)的方向喷射气体,该平面是由用于打印的喷射流的路径限定的,立柱或偏转表面或偏转障碍部使得能够以上升的方式沿上部壁的方向对由此经由该管被引入腔中的气体进行引导。

所引入的气体将在腔中沿用于在所述腔中产生多个墨喷射流的装置的方向流转,之后该气体流转到檐槽,因此根据上文所说明的产生了空气的流转。相似地,上文关于牵引效应所描述的抵达腔的带有溶剂蒸气的气体也适用于这里。

该打印头可包括上文关于本发明的第一方面所描述的特征中的一个或多个和/或上文关于本发明的第二方面所描述的特征中的一个或多个。

无论实施例为何,有利地,在外部敞开的槽可具有从腔的内部到外部发散的形状。

本发明还涉及一种操作如上文所说明的或在本说明中的打印头或者使该打印头进行打印的方法,在该打印头中,墨的用于打印的液滴或部段被输送到槽,而不用于打印的液滴或部段被输送到檐槽,在该檐槽处,该不用于打印的液滴或部段被抽取;在这些不同的阶段期间,气体在腔中流转到用于在所述腔中产生多个墨喷射流的装置,之后流转到檐槽。

因此,可在打印方法过程中实施本发明。

无论所考虑的根据本发明的设备或方法的实施例为何,用于将用于打印的所述喷射流中的一个或多个喷射流的液滴或部段与不用于打印的液滴或部段分离的装置可包括至少一个电极,该至少一个电极被紧靠这些壁中的一个壁形成或者被形成在这些壁中的一个壁中。

至少一个电极可与所考虑的壁的表面平齐。因此,不用于打印的液滴或部段被至少一个电极在液滴上的静电效应偏转。

优选地,檐槽的入口槽被布置在这些电极中的至少一个电极所紧靠形成的或者被形成在其中的壁的底部处。

有利地,至少一个电极所紧靠形成的壁的一部分远离由多个喷射流限定的平面。

根据本发明的打印头或方法可包括或包含以下特征中的一个或数个:

-檐槽的入口槽的边缘可直接定位成与槽的边缘中的一个成直线,这优化了不用于打印的液滴的回收;

-和/或用于回收不用于打印的液滴的檐槽可具有下游壁或下游部分,该下游壁或下游部分的一部分位于腔内部;

-和/或腔的侧壁可被布置在由多个喷射流限定的平面(p0)的两侧并且被布置为至少部分地平行于该平面;

-和/或侧壁之间的距离(b)小于腔的上部壁与管的最接近于该上部壁的点之间的距离;

-和/或本发明的回收檐槽的顶端位于距平面xz一距离l处,该距离小于或等于喷射流在该顶端处的偏转减去在该顶端处偏转的喷射流周围的边界层的厚度的差;该顶端使得能够不仅改善对不用于打印的墨的回收,而且能够改善对存在于包围这些喷射流的边界层内部的蒸气的回收。

根据本发明的设备或方法使得能够降低逸散到二元连续喷射打印机的打印头外部的溶剂蒸气的量。

根据另一个方面,喷射到腔中的气体的动态压力被调整,以使得气态流的矢量速度的合量被沿方向z沿上游到下游的方向引导。因此,气态流未对用于打印的液滴的轨迹造成任何扰动,该用于打印的液滴的轨迹循着与其离开的喷嘴的轴线z重合的轨迹。事实上,气态流将“馈给(feed)”喷射流幕;压力效应(喷射的气体的)将或多或少地等于或将补偿抽吸效应。气态流不引起任何扰动。

附图说明

现将参照附图对本发明的实施例的示例进行说明,在附图中:

图1示出了打印头的示意性等角投影视图(cavalierview),该视图主要示出了打印头的位于喷嘴的下游的部件;

图2a示出了根据本发明的方面的打印头的腔的示意性截面,该截面是沿着平行于平面yz的并且包含喷嘴的轴线中的一条轴线z的平面截取的;

图2b示出了图2a的结构的变型;

图3示出了根据本发明的方面的打印头的腔的截面视图,截面是沿着平行于平面yz的并且包含喷嘴的轴线中的一条轴线z的平面截取的;

图4示出了根据本发明的打印头的另一个实施例以及对空气在该打印头中的流转进行的仿真;

图5示出了根据本发明的打印头的实施例的腔的细节;

图6示出了喷墨打印机的主要单元;

图7示出了本发明可应用于的喷墨打印机的结构。

在附图中,相似的或相同的技术元件由同样的附图标记指示。

具体实施方式

在下文参照图1对打印头的总体结构进行说明。

打印头包括液滴生成器1。该生成器包括喷嘴板2,在该喷嘴板上沿着轴线x(被包含在附图的平面中)对齐有总数为n的喷嘴4,该喷嘴的第一喷嘴为41,最后的喷嘴为4n。

第一喷嘴和最后的喷嘴(41,4n)是彼此离得最远的喷嘴。

每个喷嘴具有喷射流的射出轴线,该射出轴线平行于与喷嘴板和之前提到的轴线x垂直的方向或者轴线z(位于图1的平面中)。第三轴线y垂直于两条轴线x和z中的每一条,两条轴线x和z在图1的平面中延伸。

在附图中可见喷嘴4x。每个喷嘴与加压激励室液力连通。液滴生成器包括与喷嘴一样多的激励室。每个室均配备有例如压电晶体的致动器。在文件us7,192,121中描述了激励室的设计的示例。

装置或分选单元6位于喷嘴板的下游,该装置或区分单元使得能够将用于打印的液滴与不用于打印的喷射流的液滴或部段分离。

用于打印的由喷嘴喷出的液滴或喷出的喷射流的部段在穿过了出口槽17之后循着沿喷嘴的轴线z的轨迹并且将与打印基材8碰撞。该槽在腔的外部敞开并且使得墨的用于打印的液滴能够离开;该槽平行于喷嘴的对齐方向x,喷嘴的轴线的方向z穿过该槽,该槽位于与喷嘴板2相对的面上。该槽具有至少等于第一喷嘴与最后的喷嘴之间的距离的长度。

在本申请的其余部分以及权利要求中,术语“腔”指示下述的空间的区域:在该空间的区域中,墨在喷嘴板2与用于打印的液滴的出口槽17之间,或者在喷嘴板与回收檐槽之间流转。事实上,喷嘴板2形成了腔的上部壁。

不用于打印的由喷嘴喷出的液滴或喷出的喷射流的部段被装置6偏转并且被回收檐槽7回收,之后再次进行循环。檐槽沿方向x具有至少等于第一喷嘴与最后的喷嘴之间的距离的长度。

在下文参照图2a至图4以更为详细的方式对根据本发明的各个方面的打印头结构的各个示例的截面视图进行了说明。将首先对这些不同的实施例的共通的方面进行说明。这些截面是沿着平行于平面yz的并且包含喷嘴4的轴线z的平面截取的。每个截面在沿着方向x(垂直于图2a至图4中的每一个的平面)从第一喷嘴41到最后的喷嘴4n的距离上保持呈现为同一形状。在这些附图中,仅示出了腔5,喷射流在该腔中流转。

p0指示通过了喷嘴4x并且平行于平面xz的平面。该平面垂直于图2a至图4中的每个并且通过了沿着x对齐的所有的喷嘴。该平面还通过了槽17。在图3中示出以虚线对该平面进行绘制。

腔的上部部分由壁2界定,该壁还形成或包括喷嘴板,或者包括喷嘴。腔的下部部分由下部壁21界定,该下部壁横向于槽17,以及横向于檐槽7的一部分。壁9和10沿着轴线y限制了侧向范围。

腔在平面p0的一侧另外包括侧壁9,优选地,该侧壁平行于平面p0并且毗邻喷嘴板2。位于平面p0的另一侧的壁10面对壁9。因此,腔被这2个壁9和10界定在平面p0的两侧。按照惯例,平面p0的壁10与檐槽7所处于的一侧被称为该平面的第一侧,另一侧(壁9所处于的)被称为第二侧。

壁10沿着方向x具有端部,该端部是与喷嘴板2毗邻的。在接近于喷嘴板2的部分中并且在优选地略大于第一喷嘴41与最后的喷嘴4n之间的距离的长度上,该壁可包括槽14,该槽将使得能够抽取沉积在喷嘴板上或在该喷嘴板附近的墨。

回收檐槽7、70的入口槽位于该壁10的底部处,以使得能够回收偏转的液滴,以使得该偏转的液滴不穿过槽17。

檐槽可被安置为通过管13与槽14进行液力连通,该管出现于檐槽中并且相对于平面p0位于壁10的后方。

用于分选并偏转不用于打印的液滴的装置6在壁10上是齐平的。这些装置主要包括电极。该电极被连接到在图中未示出的上电装置。

优选地,壁10与平面p0之间沿着垂直于平面p0的方向y所测量的距离从板2开始首先是不变的;这对应于壁10的基本平行于p0的第一部分101。

之后,在比第一部分101离板2更远的第二部分102中,从壁10的倾斜点61开始,壁10与平面p0之间的距离随着远离喷嘴板而增大。

该结构使得壁10在腔的位于喷嘴4x附近的第一部分处能够接近于平面p0并且与该平面平行,在该第一部分处,即使当位于路径上的更下游处的液滴被偏转以进入到回收檐槽7中时,液滴的该路径也几乎不改变。

这在图2a至图4中可见,其中,液滴的路径被偏转到檐槽7、70:喷射流的上部部分不偏转或者仅极轻微地偏转,而从壁10的倾斜点61开始,喷射流几乎呈直线地愈加移动远离平面p0。这可被称为静电场区域的下游的喷射流的弹道(ballistic)路径。

壁10的下部部分和相对于平面p0位于壁10的后方的壁12的下部部分面对着壁11限定出管或檐槽7、70,该管或檐槽用于排出将不用于打印的液滴。

优选地,壁10和12相互毗邻,附图标记18指示这两个壁10和12的接合线;该线平行于或基本平行于方向x。它们构成了檐槽的上部壁。

壁11形成了檐槽的下部壁。沿液滴在管7、70中流转的方向,该下部壁包括最上游的第一部分111和最下游的第二部分112。

潜在的管13可出现在上部壁12中并且将回收檐槽7、70液力连接到管141,该管液力连接到槽14。

附图标记28指示壁11的部分111与112的接合线;该线平行于或基本平行于方向x和线18。

最上游的部分111在下部壁11的管7、70的入口处终止于端部部分15,有利地,该端部部分构成了该最上游的部分的顶端(或顶点)。这是表面11的最接近于平面p0的点。

优选地,该顶端15还形成了壁16的一部分,该壁平行于平面p0并且形成了包围或界定出口槽17的壁中的一个壁。换言之,檐槽的最上游的点直接与腔的出口槽17成直线。这使得能够优化对液滴的回收:由于这种构造,任何偏转的液滴(即使是轻微偏转的)都将被檐槽回收。

槽17构成了腔5的开口,用于打印的液滴穿过该开口。在图3中,示出了使喷嘴4x的轴线具体化的虚线。该轴线通过了槽17的中心。

腔的另一个壁由壁21构成:该壁基本平行于板2,但在腔5中离该板最远。换言之,该壁位于出口槽17的一侧。该壁的端部可形成槽17的面对上文已提及的壁16的入口边缘。

基本垂直于壁21的壁210与壁16界定了出口槽17:液滴在离开槽17并且被压在打印基材8上之前将在这2个壁之间流转。

在变型中,如图2a中的虚线所示,壁16和210相互远离。这种漏斗的形状使得能够避免捕获或拦截可能在腔5的出口处轻微偏离其轨迹但仍可被引导到打印基材的液滴。壁16和210的该形状可被应用到在本申请中描述的腔的实施例的其它模式或示例。

最后,附图标记211指示腔的外表面,槽17的出口出现到该外表面中。

这些腔的运行的示例如下。

通过打印头喷射连续的墨喷射流。该喷射流的偏转由电极6控制,以根据待打印的图案和基材8的位置产生用于打印或不用于打印的液滴。

用于打印的液滴沿着轴线z(在平面p0中)移动并且穿过槽17。

不用于打印的液滴被从轴线z(或从平面p0)偏转,并且该液滴沿着将其引到碰撞檐槽7、70的下部壁11的轨迹。

因为檐槽被连接到低压源,所以碰撞过壁11的这些液滴的墨随空气经由檐槽离开腔5。

此外,管13和槽14可在喷嘴板2处保持略低的压力。这种低压使得能够吸纳通过毛细作用沉积在喷嘴板2上的墨。

在图2a中,示出了本发明的实施例的具体的方面。

附图标记70指示回收檐槽,该回收檐槽例如为从根据文件wo2012/038520的教导的现有技术已知的类型。泵送装置(在图中未示出)可被连接到檐槽,以抽取进入到该檐槽中的墨。

侧管20使得腔5能够被安置为与超压源(未示出)连通。

该管20的壁中的一个为壁21;面对第一壁并且与该第一壁平行的第二壁22与壁9再接合,该壁中的开口使得管能够出现于腔5中。因此,管20被侧向地布置在腔的底部,即,该管被沿着轴线z布置在与板2相对的一侧。该管也被侧向地布置在与檐槽70出现所在的侧相对的一侧。该管20将使得能够使如由箭头2001所示的空气或气体的流沿腔5的以及基本平行于壁21的方向流转。

在腔中还设有装置27,该装置将使得流2001在到达槽17上方的空间之前能够从该流的基本平行于壁21的初始轨迹偏转。因此,该气态的流将上升到腔的上部部分,即上升到板2。在示出的实施例中,这些装置27例如包括障碍部,诸如板或(在这里为)立柱,流2001将遇到该障碍部并且该障碍部将使得该流能够被如上文指示地偏转。第一壁21可在槽17之前终止于该障碍部。

立柱27在图的平面中具有基本为矩形或正方形的形状。该立柱在管20的一侧由平行于平面p0的面24界定。d指示壁24的平面与壁9之间的距离。该距离d小于壁9与平面p0隔开的距离。

立柱27的上部部分由基本平行于喷嘴板2的平的部分25形成。

最后,平行于平面p0的部分或壁26形成了槽17的与壁16相对的壁。该壁26位于已在上文描述过的壁210的延伸部中。喷射流在离开槽17并且被压在打印基材8上之前在这些壁16、26之间流转。

壁16和26位于平面p0的两侧。可注意到的是,位于表面11之下的部分111可以是可沿着方向y侧向地移动的,以在操作开始时使顶端15更好地定位(这也可以是对于图3的构造的情况)。在所有的情况下,在运行中,优选地,壁16和26位于距平面p0相等的距离处。

该腔的运行可以如下:气态的喷射流2001经由管20被输送到腔5。因此,进入到腔5中的空气被装置27的壁24偏转并且被沿喷嘴板2的方向引导到腔的上部部分。首先,空气在壁9附近循着上升的路径,之后在下游在包围喷射流的边界层内部循着下降的路径。

这些效果对腔的某些构造而言是有利的:如果“a”指示沿着z测量的在壁9和20之间的交点与喷嘴板2之间的距离,“b”指示沿着y测量的壁9与壁10之间的距离,则a>b的情况有利于上文所描述的效果,同时使得能够产生涡旋;如果a<b,则只能以更大的难度来产生涡旋(有空气直接冲击喷射流幕的风险)。

在图2a中示出了气体的流转,该通过弯曲的箭头具体化的流转在腔中实现并且该流转是由用于喷射气体的装置20以及用于使气体流偏转的装置27产生的。该图示出了下述事实:气体将在腔5内部描绘出涡旋,该涡旋趋于使空气集中于被偏转的喷射流的轨迹附近。

因此,处于远离被偏转的喷射流的轨迹的蒸气被带回到该轨迹,并且之后被檐槽70吸纳以及被如图2a中箭头2002所示地排出。

由气体在腔5中的流转产生的气态涡旋是稳定的,结果是所有用于打印的液滴相对于轴线z被以同样的量进行偏转。因此,打印液滴在打印基材上相对于彼此的位置将会是独立于偏转值的。潜在的偏转足够地小,以使得液滴继续穿过槽17而不碰撞壁16和26。

在腔运行的期间,通过泵送装置(在图中未示出)对檐槽70的出口处施以抽吸。此外,通过泵送装置(在图中未示出)对管20的入口处施以正压(以使得空气流2001流转)。

因此,在腔的一点处或者在腔的中心区域51中能够得到等于或接近于外部压力pext的压力。根据施加于檐槽70的出口处和管20的入口处的压力值,该中心区域51的位置和体积可以改变。

该区域的存在是有利的,因为:如果腔中的压力小于外部压力,则空气将进入到腔5中并且扰乱喷射流的流;如果腔中的压力大于外部压力,则空气将离开腔5同时带动溶剂蒸气一起离开该腔。

腔中的空气流将围绕具有接近于外部压力pext的压力的区域51流转。

在图2b中示出了图2a的结构的变型,其中例如沿外表面211行进的管213经由产生于壁21中的孔201出现在腔5中。该管213使得腔5能够被安置为与超压源(未示出)连通。

该管213将使得能够使如由箭头214所示的空气或气体的流沿腔5的以及基本平行于壁9的方向流转。

该腔的运行可以如下:气态的喷射流214经由管213被输送到腔5。因此,空气进入到腔5中并且被沿喷嘴板2的方向引导到腔的上部部分。首先,空气在壁9附近循着上升的路径,之后在下游在包围喷射流的边界层内部循着下降的路径。没必要存在诸如装置27(在图2b中以虚线示出)的装置,因为气体流一进入到腔中就从该腔的底部流转到顶部。

在腔运行的期间,通过泵送装置(在图中未示出)在檐槽70的出口处施以抽吸。此外,通过泵送装置(在图中未示出)在管213的入口处施以正压(以使得流214流转)。

上文参照图2a描述的其它的方面也适用于图2b的结构(气体的流转、气态的涡旋、在腔的一点处或在腔的中心区域51中压力等于或接近于外部压力pext)。

图3示出了根据本发明的实施例的另一个具体的方面的打印头的示意性截面。该图3的实施例不包括出现于腔中的管20。

在该图中,可见檐槽7包括第一部分71,该第一部分开始于檐槽中的用于液滴的入口槽处,该第一部分的截面或宽度随着远离平面p0和板2而减小(优选地是逐渐减小)。这使得能够对在檐槽中流转的空气流赋予从檐槽的入口增加的速度。

该第一部分71具有朝向图的底部或向平行于平面xy并且通过了出口槽17的平面倾斜的管的形状。

第二部分72从第一部分71沿被檐槽7回收的液滴的流转方向继续延伸。优选地,该第二部分的截面或该第二部分的宽度随着远离平面p0和靠近板2而增大。该形状使得能够产生文丘里效应。在檐槽的该部分中流转的空气流具有减小的速度。在本发明的范围内该第二部分的截面或该第二部分的宽度可以是不变的,但是则不会产生文丘里效应。

檐槽在该第二部分72中具有朝向图的顶部或朝向喷嘴板的平面倾斜的管的形状,以减小设备的尺寸:该第二部分72朝向图的底部倾斜将导致喷嘴板2与外表面211之间的距离增大,槽17的出口产生于该外表面中。因此,寻求在2个部分71与72之间具有小于或等于90°的平均角度。

例如是在垂直于界定出檐槽的壁10、11、12中的一个壁的表面的平面中对管7的截面或宽度进行测量的。对不同部分的截面进行计算以使得檐槽产生大约为150毫巴的或者在50毫巴到500毫巴之间的压力差。

在位于第一部分71与第二部分72之间的区域中以及在该区域附近,管7形成了弯曲的部分或限制部或弯曲部38,其使得能够避免墨的液滴返回到腔5并且将限定檐槽的倾斜度改变的区域,该限制部38形成了檐槽的离板2的平面最远的部分。

第一部分71的截面逐渐减小将首先使得能够以良好的效率捕获形成了檐槽的入口和具有最宽截面的部分的部段中的液滴。之后在该第一部分中,液滴被携引至壁11,该液滴将被压在该壁上,这将形成二相的空气-液体混合物,之后该混合物被抽取到限制部38,该限制部通过其弯曲的形状和其狭窄性(介于50μm到300或400μm之间的宽度)将使得该混合物不能够返回到第一部分71。

有利地,下部壁11的第一部分111处于距喷嘴板2的平面一距离d处,该距离在到平面p0的距离减小时减小。这同样地适用于壁10的位于线18的上游的部分。换言之,表面111(10)上的点越接近于平面p0,则该点也越接近于板2的平面。该部分111界定了位于表面111上方的以及墨在散布在壁111上之前所通过的体积。优选地,该体积至少部分地基本为凹形的,这有利于捕获被压在该表面111上的液滴。表面10的面对该体积的部分首先基本是平的,之后是弯曲的,以与轴线18再接合。

附图标记112指示下部壁11在管7中的最下游的部分。在示出的实施例中,如上文所说明的,檐槽在第二部分中具有朝向图的顶部倾斜的管的形状,该部分112处于距喷嘴板2的平面一距离d处,该距离在到平面p0的距离增大时减小。这同样地适用于壁12的位于线18的下游的部分。换言之,表面112(12)上的点越接近于平面p0,则该点也越远离板2的平面。优选地,该部分112形成了下部壁11的基本为平的部分。表面12的面对该平的部分的部分首先在线18附近轻微地弯曲,之后基本为平的。

在位于线18与28之间的区域中以及在该区域附近,管7形成了限制部38,该限制部将使得能够避免墨的液滴返回到腔5。在该示例中该限制部38由限制檐槽的宽度之后改变该檐槽7的倾斜方向的定向形成,该限制部首先在第一部分71中向下倾斜,之后在第二部分72中向上倾斜。檐槽的沿上文所说明的方向的最小的截面或宽度位于该限制部38中。

该腔的运行在上文进行了描述,但在线18和28附近形成的限制部38使得能够避免液滴返回到腔5。在上文参照对结构的描述提及了图3的示例的关于运行的其它关注点。

在变型中,属于刚刚参照图3进行描述的类型的但具有参照图2a所描述的结构的檐槽具有用于喷射气体的侧管20。在图4中示出了这种实施例。

在进一步的变型(未示出)中,属于刚刚参照图3进行描述的类型的但具有参照图2b所描述的结构的檐槽具有用于经由腔的底部喷射气体的管。

在结构具有气体的侧喷射部以及具有属于参照图3描述的类型的檐槽的情况下,发明人执行了仿真。为此,发明人选择了腔5中的空气的入口的情况,以得到涡旋并且应用软件。该软件利用了分解,将腔体积按照某种网格分解为有限元。得到了所关注的在网格元内部的流率值和流状态。在当前的情况下,与在平面xz处的矢量速度的方向相关的限制增加了:该限制为,包含平面xz的一部分的有限元中的气体的矢量速度的分量明显大于垂直于该平面的分量。打印液滴的方向被扰动的可能性最小。以这种方式,沿着y的空气流扰动喷射流的路径的可能性最小。

图4示出了这种仿真的结果。可以看到:在管20的出口处的气体被朝向腔的上部部分偏转,沿着壁9流转,与喷嘴板2再接合,之后被带回到檐槽7。

空气完全围绕接近于外部压力(大气压力)的点或压力区域流转。

如根据图2a和图4将理解的,在腔中产生的空气的流转使得能够将存在于腔中的溶剂蒸气与偏转的墨的流一起带回到檐槽。管20被定位在腔的底部处、在槽17这一侧使得能够得到被喷射的气体的路径,该路径首先在腔中上升到板2,之后下降到檐槽7。

如图5所示,无论檐槽的形状为何,有利地,其顶端位于距平面p0一距离l处,该距离小于或等于喷射流在该顶端处的偏转(沿着轴线z)减去围绕在该顶端处偏转的喷射流的边界层的厚度δ的差值d。

根据本发明的设备由在图中未示出的墨的贮液器来供应墨。可应用各种流体连接装置,以将该贮液器连接到根据本发明的打印头,以及以对来自于回收檐槽的墨进行回收。在us7192121中描述了完整的线路的示例,并且该示例可与本发明结合使用。

无论所设想的实施例为何,用于启动用于产生墨喷射流的装置41-4n和檐槽的泵送装置、和/或用于将气体输送到腔中的装置的指令是由控制装置(也被称为“控制器”)发送的。也是这些指令将使得能够使墨在压力下沿装置41-4n的方向流转,之后以根据基材8上待打印的图案产生喷射流。这些控制装置例如是以处理器或微处理器的形式实现的,该处理器或微处理器被编程以实施根据本发明的方法。

该控制器驱动装置41-4n、打印机的泵送装置和尤其是檐槽,以及驱动用于将气体输送到腔中的装置和/或在不同的流体(墨、溶剂、气体)的路径中的阀门的打开和关闭。控制装置还可确保对数据(例如在一个或多个贮液器中的墨液位的测量数据)进行存储以及对该数据进行可能的处理。

在图6中示出了可实施上文描述的实施例中的一个或多个的喷墨打印机的主单元。打印机包括控制台300、隔室400以及用于墨与溶剂的贮液器(尤其是,被檐槽回收的墨被带回到的贮液器),该隔室尤其包括用于调控墨与溶剂的线路。总体上,隔室400在控制台的下部部分中。控制台的上部部分包括命令与控制电子器件以及可视化装置。控制台通过脐带式管线203被液力连接以及电气连接到打印头100。

未示出的台架(gantry)使得能够使打印头面对打印基材8安装,该打印基材沿着由箭头具体化的方向移动。该方向垂直于喷嘴的对齐轴线。

液滴生成器包括喷嘴和属于根据上文所描述的实施例中的一个的类型的腔。

本发明尤其关注于腔中的空气或气体流率为高的应用,因为高空气流率导致了溶剂逸散的所有更高的风险。

例如,流率可以为大约数百l/h,再例如处于50l/h或100l/h到500l/h之间,进一步地例如大约为300l/h。这些值尤其适用于喷嘴板具有64个喷嘴的情况,但本发明还适用于喷嘴板具有较少数量的喷嘴(例如32个)的情况,或者喷嘴板具有更多数量的喷嘴(例如128个)的情况。喷射流的速度可介于5m/s到20m/s之间,例如该速度大约为15m/s。

在图7中示出了可应用本发明的打印机的流体线路400的示例。该流体线路400包括多个装置410、500、110、220、310,该多个装置各自与特定的功能相关联。还示出了打印头1和脐带式管线203。

其中该线路400与可移除的墨盒130和也是可移除的溶剂盒140相关联。

附图标记410指示主贮液器,该主贮液器使得能够接纳溶剂与墨的混合物。

附图标记110指示使得能够从溶剂盒140抽汲溶剂和可能地存储该溶剂以及将由此被抽汲的溶剂提供到打印机的其它部件的装置的组,该装置的组涉及对主贮液器410供应溶剂,或对机器的其它部件中的一个或多个进行清洗或维护。

附图标记310指示使得能够从墨盒130抽汲墨并且提供由此被抽汲的墨以供应主贮液器410的装置的组。如在该附图中可见的,根据这里所展现的实施例,将溶剂输送到主贮液器410以及从装置110输送溶剂通过了这些同样的装置310。

在贮液器410的出口处,整体上由附图标记220所指示的一组装置使得能够对从主贮液器抽汲的墨加压并且将该墨输送至打印头1。根据这里通过箭头250示出的实施例,还能够由这些装置220将墨输送至装置310,之后再输送至贮液器410,这使得墨能够在线路内部再循环。该线路220还使得能够使盒130中的贮液器流空以及对盒130的连接器进行清洗。

在该附图中示出的系统还包括用于回收从打印头返回的流体(墨和/或溶剂)的装置500,更准确地,该流体是从打印头的檐槽7或从打印头的清洗线路返回的。因此,这些装置500被布置在脐带式管线203的下游(相对于从打印头返回的流体流转的方向)。

如在图7中可见的,装置110还可使得能够将溶剂直接地输送至这些装置500,而不通过脐带式管线203或打印头1或回收檐槽。

装置110可包括至少3个相同的溶剂供应部,一个供应至打印头1,第二个供应至装置500,第三个供应至装置310。

上文所描述的装置中的每一个设有诸如阀(优选地是电磁阀)的装置,该装置使得能够将所关注的流体定向至选定的目的地。因此,能够将溶剂从装置110仅输送至打印头1,或者输送至装置500或输送至装置310。

上文所描述的装置500、110、210、310中的每一个可设有泵,该泵使得能够处理所关注的流体(分别为:第一泵、第二泵、第三泵、第四泵)。虽然这些不同的泵可以是同一类型的或者是相似类型的,但这些不同的泵确保了不同的功能(该泵的各自的装置的功能)并且因此彼此不同(换言之:这些泵中没有泵确保了这些功能中的2个功能)。

特别地,装置500包括泵(第一泵),该泵使得能够如上文所说明的对从打印头回收的流体进行泵送并且将该流体输送至主贮液器410。该泵专用于回收来自于打印头的流体,并且物理上不同于专用于对墨进行输送的第四泵送装置310或专用于在贮液器410的出口处对墨进行加压的第三泵送装置210。

装置110包括泵(第二泵),该泵使得能够泵送溶剂以及将该溶剂输送至装置500和/或输送至装置310和/或输送至打印头1。

这种线路400由上文所描述的控制装置进行控制,这些装置被总体地容纳在控制台300内(图6)。

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