电磁阀的制作方法

专利名称：电磁阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，特别地，本发明涉及高速电磁线圈类型的阀、结合有所述阀的喷墨打印机以及操作喷墨打印机的方法，最好是利用所述阀的方法。
背景技术：
喷墨打印机是非触式打印机，其中油墨的液滴从一个或多个喷嘴孔中被喷射出以便于渐进地在相对于该喷嘴移动的基片上形成印刷图像。一种形式的喷墨打印机包括通常为油墨容器或瓶的油墨源，所述油墨源被增压到0.1到2巴，特别是约1巴。压力是通过例如对瓶或容器中的油墨上方的空气空间增压而产生的。油墨被供给到打印头中的喷嘴孔，油墨通过所述喷嘴孔以一系列液滴的形式被喷射到所述基片的表面上。通过每个喷嘴孔的油墨的流动由电磁阀控制。通常，这样一种阀包括轴颈连接的电磁柱塞(或动铁芯)，用于在轴向延伸的电动线圈中轴向移动。所述柱塞的远端位于阀头腔室中，油墨通过所述阀头腔室从所述容器流动到喷嘴孔。当通过所述线圈供给电流时，这产生了作用在柱塞上以使其轴向移动从而打开或关闭从所述阀头腔室到喷嘴孔的内腔入口的磁场。通常，磁场用于克服盘簧的偏压缩回所述柱塞以便于在所述阀头腔室与喷嘴孔之间产生流动路径。当电流不再流入线圈中时，磁场停止并且柱塞在弹簧的偏压下返回以便于关闭通向喷嘴孔的流动路径。通常，多个喷嘴孔以一排或多排的形式形成于板(即，喷嘴板)中，并且每个喷嘴孔由一个独立的电磁阀为其服务，以使得油墨的液滴可独立地从一个或多个喷嘴孔中喷射出来。通常，通过歧管从容器中向所述阀供应油墨，所述歧管用于流出油墨流并使得每个阀之间的油墨流均等。喷嘴孔排通常与基片行进的方向横向对齐，因此阀的同步操作将使得一排墨点被打印在所述基片上。
阀被操纵以便于在所述基片上的期望位置处将墨点沉积在所述基片上，从而在所述基片上形成五、七、八或更多元素的墨点光栅图象。通过打印头中各个阀打开的适合的时限，可在所述基片上形成字母数字或其他图像以在所述基片上打印日期、产品批号、标识语、条形码或其他图像。如果期望的话，可以阵列的方式组合若干打印头以便于在所述基片上打印较宽的图像，并且打印头中的喷嘴孔排列可与所述基片的移动方向成角度，以便于释放比其中打印头垂直于所述基片的行进线对齐的情况中更密集的液滴。
为了方便起见，术语“按需型滴墨的喷墨打印机”通常是指喷墨打印机类型的。
通过改变所述阀保持打开的持续时间可容易地改变打印点的尺寸，因此可改变容许流过喷嘴孔的油墨量。通过改变打印头中阀的操作顺序以使得液滴以适当的顺序从适当的喷嘴中被喷射出以形成期望的图像可容易地改变所打印的图像的形式。图像和打印点尺寸的所述改变可通过在适当的程序或操作系统下操作的计算机或微处理器容易地控制。所述“按需型滴墨的喷墨打印机”是商业上广泛使用的并且在广范围的基片上打印广范围的可视或不可视机器可读的图像方面具有广泛应用。
然而，当所述基片经过打印头的行进速度增加时，达到了这样一点，在该点处阀不能在充足的速度下被操纵以便于在充足的频率下喷射出液滴以形成没有产生任何失真的期望图像。通常，当前用在喷墨打印机头中的电磁阀的操作速度的限制低于800到1000Hz。当在制造商方面增加压力以从给定的产量或包装线中增加生产量时，存在对于能够在大于此的速率下将点打印在基片上的增加需求。
在称作脉冲喷射打印机的喷墨打印机的替换形式中，压电晶体或其他转换器被施加于喷墨腔室壁上或构成喷墨腔室壁的一部分，所述喷墨腔室壁具有用于喷嘴孔的油墨入口和油墨出口。当向所述转换器施加压力时，转换器扩展或弯曲并引起喷墨腔室容积方面的变化。这导致油墨液滴从腔室中被喷出并且通过喷嘴孔排出。通过施加于转换器上的电脉冲的频率的电子控制，可在非常高的比率下使得所述转换器弯曲，因此所述打印头可在高达15kHz以上的频率下供应打印点。然而，通过喷嘴孔中喷射的油墨的容量取决于所述转换器弯曲的程度。这可通过改变施加于转换器上的电脉冲的振幅而改变。然而，每种类型的转换器都只在最佳操作脉冲振幅的狭窄百分比，通常加或减50％内始终如一地操作，因此使用市场上可买到的脉冲喷射打印机只能获得有限范围的打印点尺寸。这限制了给定脉冲喷头可使用的应用数量。
在国际专利申请No.PCT/SE97/01007中已提出了生产一种用于“按需型滴墨的喷墨打印机”的电磁线圈类型的阀，要求所述阀可在高达3kHz的频率下操作。这样一种阀包含轻量组件以便于减小所述柱塞的惯性，从而使其在线圈中行程的每个尽头可迅速地加速和减速。为了实现这一点，柱塞是用两个组件构成的，即，一个组件是用电磁材料制成的，因此通过线圈的电流所产生的磁场可使其移动，以及用于所述柱塞远端的第二个轻量塑料组件。这样一种结构是复杂并且昂贵的。而且，我们已经发现，包括这样一种阀设计的打印头没有打印出可接受的图像例如，在阀的高频操作下，打印点不均匀并且在打印头所打印的每个初始点周围有许多小的星星点点。
我们已提出了一种形式的阀，所述阀可在高达8kHz以上的速度下操作并且还可用在“按需型滴墨的喷墨打印机”中以在令人惊异的点尺寸和操作频率的广范围上打印尺寸均匀的液滴。而且，与用在“按需型滴墨的喷墨打印机”中的传统电磁阀设计相比较，本发明的阀可更为简洁并且具有更小的组件。这允许在阀操作过程中不会产生过热的情况下在高打印速度下实现高清晰度打印。这样一种阀能使得“按需型滴墨”技术用在高速应用中，这是迄今为止脉冲喷射打印头可考虑的唯一的打印头的工艺可变形式。

发明内容
因此，本发明提供了一种用于控制流体从中通过的流动的阀机构，所述机构包括轴颈连接的柱塞部件，所述柱塞部件用于在管状部件之内在静止位置和操作位置之间轴向往复运动，所述管状部件在当电流通过所述线圈时在由所述线圈产生的磁场的影响下支撑电动线圈；偏压装置，所述偏压装置用于当未向线圈施加电流时朝向其静止位置偏压柱塞，所述柱塞的远端延伸到具有通向喷嘴孔的出口内腔的阀头腔室中，所述柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头腔室经由所述内腔到喷嘴孔的流体流动路径，其特征在于a.柱塞是用具有大于1.2Teslar的饱和通量密度的电磁材料制成的；并且
b.从阀头腔室通向喷嘴孔的内腔具有5∶1或以下的长度与直径比率；以及c.喷嘴孔具有80微米或更小的直径。
为了方便起见，在文中词语“远端”和“近端”将分别用于表示位于相对于流过所述阀的油墨或其他流体的流动的下游和上游的组件的那个部分。
本发明的阀是“按需型滴墨的喷墨打印机”中的特殊应用，所述“按需型滴墨的喷墨打印机”将在1kHz以上的落滴产生频率下操作。为了方便起见，在下文中将根据用于这样一种应用中的阀来描述本发明。
在电磁阀的现有设计中，不可能在超过1kHz的速度下长时间地操作所述阀。我们认为这是由于以下事实而导致的，即，用以制成柱塞的材料的滞后作用在施加于所述材料上的磁场中的改变导致所述材料变得磁性饱和，因此不再能够响应施加于所述材料上的磁场中的改变。使用具有大于1.2Teslar，最好是大于1.4Teslar，特别是1.4到1.8Teslar的磁饱和通量密度的材料，即使在超过3kHz或更大，例如高达9kHz的频率下长时间操作之后，也可使得柱塞在没有变得磁性饱和的情况下连续响应施加于所述材料上的磁场中的改变。而且，线圈/柱塞组合还具有高电磁感应系数，例如9毫亨或更多，所述线圈可在柱塞上施加高驱动力，进而增强柱塞对于流过线圈的电流中的改变的反应率。由于与使用传统构成材料的情况相比较，给定驱动电流可在给定尺寸的柱塞上施加更大的力，因此这些特性允许使用更小的柱塞，即，更小质量的柱塞。这些特性产生了这样一种柱塞，所述柱塞可通过较低驱动电流在其行程的末端被迅速地加速，从而减小阀操作期间所产生的热量。
我们还发现最好将线圈与柱塞之间的间隙减小到最小值，以便于将线圈与柱塞之间的磁耦合损失减小到最小值。这增强了所述柱塞对于施加到线圈的电流中的改变的反应并且减小了线圈中驱动所述柱塞所需的电流幅度。在文中所提出的电磁阀的传统设计中，线圈被缠绕在塑料或其他线轴上，然后所述线轴被安装在构成柱塞在其中往复运动的内腔的管上。这导致所述线圈的内面与所述柱塞的外面之间的2mm或以上的径向缝隙的形成。从本发明的另一个方面中，最好将线圈直接形成在如下所述的柱塞在其中往复运动的管状部件壁上或其中，从而将该径向缝隙减小到小于1mm。
喷嘴孔通常由来自于阀头腔室的出口内腔的开口端提供。所述内腔可由通向阀头腔室的毛细管出口提供，或由喷墨打印机喷嘴中按照惯例使用的类型的钻石喷嘴中的内腔提供。所述钻石可被设于阀机构安装于其上的喷嘴板中的内腔的远端中。应该理解的是，例如当所述钻石喷嘴以使其近端面基本与所述喷嘴板的近端面齐平的方式被设于喷嘴板中的内腔中时，例如在那里它构成了阀头腔室的全部或部分远端壁，钻石喷嘴可提供来自于阀头腔室的出口内腔和喷嘴孔。
我们已经发现，如果保持在阀头腔室与喷嘴孔之间的内腔中的流体的容量过多的话，流体具有充足的惯性以减弱当所述阀在高频下操作所需的柱塞的快速运动。这使得所述流体在超过1kHz的操作频率下不规律地从喷嘴孔中流出。令人惊异的是，如果内腔的长度1小于内腔直径d的5倍，例如是内腔直径的0.5到5倍的话，在柱塞的驱动之间保持在内腔中的油墨的容量被充分地减少，因此它可迅速地响应柱塞的驱动。
在柱塞在超过1kHz的频率下被驱动的情况下，我们已经发现，如果内腔的长度与直径比率减小到低于1.5∶1的话，尽管液滴形成的频率低于具有甚至更小的出口喷嘴的长度与直径比率的脉冲喷射打印机在没有导致喷射液滴的情况下操作的频率，也可发生喷嘴孔处的液滴的喷射。因此最好内腔的长度与直径比率为2∶1到4∶1。尤其优选的是长度与直径比率小于3∶1，最好是2∶1到3∶1。为了减少内腔中油墨的容量，我们已经发现喷嘴孔的直径应小于80微米，最好是约为40到60微米。令人惊异的是，内腔的长度与直径比和喷嘴孔尺寸的这些组合的使用减少了来自于喷嘴中的卫星滴的形成以及减少了柱塞运动上的减震作用，并且能够在超过1kHz(特别是2kHz或更高)的频率下始终如一地产生广范围尺寸的液滴。
在传统的阀设计上，一个问题是，在阀已空转了一定持续时间之后，期望液滴的非理想的形成。这归因于喷嘴孔处的油墨的蒸干，并且必须采取许多步骤以降低这一点。我们已经发现，使用上述内腔和喷嘴孔尺寸具有令人惊异的减少非理想初始液滴形成的效果。我们认为这是由于阀机构中的油墨的蒸干中的减少所导致的。而且，我们已经发现，使用2∶1到5∶1的长度与直径比率能够实现对于来自于喷嘴孔的液滴的喷射的方向性的控制。在按需型滴墨打印头的传统设计中，内腔的长度与直径比率通常约为10∶1。令人惊异的是，减小内腔的长度不会导致来自于喷嘴孔的液滴的喷射的方向性的损失。
令人惊异的是，我们已经发现，为了形成柱塞的长度部分内的内腔并因此减小柱塞的质量而去除一部分柱塞的内腔不会在明显的程度上影响柱塞的磁特性，因此柱塞磁性地运转，好像它是实心部件。例如，轴向内腔可被形成为在适合材料的实心杆中钻出的封闭端。这样的柱塞结构形式比PCT申请No SE97/01007中所述的复杂的双组件结构更简单。从柱塞中去除的金属量取决于多个因素，例如，形成的中空柱塞所要求的强度、克服弹簧的偏压使得柱塞移动所需的磁力、以及在柱塞的行程的每个末端所需的加速度和减速度。然而，当柱塞位于其完全缩回位置中时，所述内腔不会较大地延伸到柱塞的位于线圈内的部分中。我们已经发现，如果所述内腔较大地延伸过该点的话，所述线圈与所述柱塞之间的磁耦合，以及在柱塞延伸冲程的初始处朝向其延伸位置驱动所述柱塞的力减小了。
从柱塞中去除材料减小了其质量以及柱塞的惯性。然而，去除材料将必然减小可由线圈施加于所述柱塞的磁力，从而导致柱塞不能被施加于其的磁场充分地加速。我们已经发现，使用具有如上所述具有高饱和通量密度的材料构成柱塞可抵制这个问题。柱塞/磁组合最好具有高磁感应系数，通常为9毫亨以上。
用作柱塞材料的适合材料包括能磁化的铁或不锈钢，特别是那些包含40到55％镍的铁和镍，尤其是包含45到50％镍和55到50％铁的那些。如果期望的话，也可少量存在诸如铬或铝等其他材料。目前使用的优选材料是具有超过1.6Teslar，例如1.8Teslar以上，饱和通量密度的那些材料。优选材料还具有低于0.25安培/米的矫顽力和超过50,000，例如100,000以上的渗透性。目前使用的优选材料包括在Permenorm5000和Vacofer SI商标下出售的那些合金范围。在使用高Teslar材料时，最好提供具有抗腐蚀外层或表面的柱塞。
如果期望的话，也可使用复合材料，诸如聚合物或烧结或熔结陶瓷或硅基质，所述复合材料具有分散于其中的适合铁磁或其他能磁化的材料颗粒或所述复合材料可被修正以使其具有期望的高饱和通量密度和/或磁感应系数。例如，可用具有不同特性的材料的叠层来形成柱塞以获得期望的总磁性特性。
所述柱塞通常包括通常为圆柱形的部件，所述圆柱形的部件是用适合的磁性材料制成的并且是线圈中的滑动配合或所述线圈被支撑于其中或其上的管状部件。所述柱塞可具有最好与线圈的管状支撑的内部截面相同的任何适合的长度和截面。然而，以可行得通的尽可能低的质量构成所述柱塞，以增强柱塞对于施加于线圈的电流方面改变的反应速度。因此，所述柱塞中可具有如上所述的轴向内腔。或者，所述柱塞可以其中包含适合的铁磁材料的聚合体、陶瓷获取其他基质的方式被构成。然而，特别优选的是，用具有小于2.5mm，特别是1mm的直径和不大于3∶1的长度直径比率，最好是约5∶1到10∶1的软铁磁材料将所述柱塞构成为整体固体，以使得柱塞在所述线圈的管状支撑部件中自由地滑动。
因此，在一个优选实施例中，本发明提供了简洁的、重量轻的电磁阀，其特征在于，所述柱塞具有小于2.5mm(特别是1mm)的直径，并且具有不大于3∶1的长度直径比率，最好是约5∶1到10∶1。
便利地，通过机加工、轧制或挤压期望的合金以形成具有期望尺寸和形状的材料长度而构成柱塞。在用于构成所述阀的柱塞的优选材料的机加工期间，材料的磁性可受到影响。因此最好使得所制造的柱塞经受一定形式的后期成形处理以便于恢复磁值。所述处理包括热处理或机械冲击处理，所述处理会导致材料晶体组成中的变化。使用简单的试错法可容易地确定后期成形处理的最佳形式。
所述柱塞的远端可设有塑料或橡胶端面，当其靠在阀头腔室的横向端壁上时所述端面形成不漏水密封。如果期望的话，所述端壁可设有一个或多个通常与阀头腔室的入口到出口内腔同心的直立圆周肋或密封部件以便于增强柱塞的端面与阀头腔室的端壁的密封接合。然而，在内腔由一段毛细管提供的情况下，所述管的端部可伸到阀头腔室中以提供柱塞的远端表面与之相接合的环形密封表面。通过简单的试错法可容易地确定密封布置的最佳形式，并且如果期望的话可使用密封布置的两种或多种形式的组合。例如在横向端壁的模塑期间使用任何适合的技术可形成凸起的肋或其他密封布置。令人惊异的是，我们已经发现，柱塞远端上和/或它与之相接合的阀头腔室面上的环形凸起密封肋的使用具有减小来自于喷嘴孔的卫星滴的形成的效果，特别是在所述阀在超过1kHz的频率下操作时。
所述阀机构具有线圈，电流从所述线圈中穿过以产生作用在柱塞上的磁场。所述线圈可具有传统设计和结构并且用于当电流流过线圈时产生移动所述柱塞所需的磁场。所述线圈最好是适合的线缠绕在适合线轴上的单一绕组，所述线轴可被移除并且所产生的自由线圈被封装在适合的树脂中以提供具有中央轴内腔的径向简洁线圈，所述内腔提供所述柱塞在其中往复运动的管状部件。如果期望的话，线圈可被缠绕两种或多种线，因此在沿线圈的轴向上的不同点处可被施以不同的电流。为了方便起见，在下文中将根据具有一对用以连接于电流源的连接器的单一线圈描述本发明。
然而，如上所述，我们更希望线圈与柱塞之间的径向间隙最小化以便于使得线圈与柱塞之间的磁耦合最优化。这可通过将线圈直接缠绕在所述柱塞在其中往复运动的管状部件上而实现，其中在线圈的线与使用金属管的管状部件之间具有薄绝缘接触面。或者，可通过将裸线卷缠绕在绝缘管状部件上然后通过在所卷绕的线圈上施加树脂或其他粘合剂的保持涂层将所述线圈保持在适当位置中而形成线圈。或者，所述线圈可被缠绕在心轴上，所述线圈被移除然后被封装在适合的树脂中，所述树脂之后形成所述柱塞在其中往复运动的管状部件的壁。在特定优选实施例中，所述管状部件是用陶瓷材料制成的，例如制成为陶瓷烧结管。可通过例如通过铜或银导体或轨迹气相沉积或电沉积将导体轨迹沉积在烧结管的表面上或被蚀刻、机加工、激光切割或以其他方式形成于陶瓷管外表面中的槽中而形成所述线圈。或者，可以铜、银、金或其他传导轨迹的方式将线圈形成在挠性电路板上，然后所述挠性电路板被卷绕在心轴上以形成包含所述线圈的圆柱形管状部件。与传统电磁线圈中的2mm或更大的间隙相比较，在所有的设计中线圈之间的减小通常被减小到小于1mm，通常小于0.5mm，例如100到200微米的径向尺寸。间隙中的所述减小导致在将柱塞磁性地连接于所述线圈的更大的有效性，从而导致更低的能量消耗和柱塞对于施加于线圈的电流方面改变的更大的反应速度。所述结构还导致所述柱塞在其中往复运动发线圈和管状部件的整体结构。从而简化结构和所述阀的装配，并且能够获得更简洁的结构。而且，由于在本发明的阀中通常需要较小的驱动力以移动柱塞，因此通常可用独立线层或其他导体构成线圈。这进一步有助于形成简洁结构。
如果期望的话，支撑所述线圈的管状部件可纵向延伸以提供阀头腔室的径向壁。在这样的结构的一个实施例中，管状部件被形成为一端被封闭以形成阀头腔室的横向末端壁的圆柱形管，所述壁由其自由端提供了喷嘴孔的内腔刺破。可通过使用自动化技术将硅或陶瓷部件电蚀刻或激光蚀刻到高精确度而容易地构成所述组件。
本发明的阀机构最好用于与多个分别具有一个或多个离散喷嘴孔的紧密相邻的阀机构协同操作，从而形成能够同时向基片上提供多个流体点以形成二维图像的阵列型打印头。可通过将所述阀的出口端安装在喷嘴板上形成所述阵列，其中通过所述板的内腔提供从阀的阀头腔室到喷嘴孔的出口内腔。通常，钻石喷嘴被设在喷嘴板中以提供从阀头腔室和喷嘴孔两者中的内腔。在一个特定优选实施例中，喷嘴板设有一系列直立管，每个都与通过板的一个内腔互相对准。所述管用作所述阀的线圈的管状部件支撑并且柱塞在所述管中往复运动。邻近于喷嘴板的管的远端部分或喷嘴板中的内腔的近端部分用作所述阀机构的阀头腔室。所述阵列可使用自动化技术由陶瓷或硅材料构成，并且喷嘴孔可由设定在通过喷嘴板内腔中的钻石喷嘴提供或通过使用激光在喷嘴板的封闭端内腔的端部中形成适合的喷嘴孔提供。所述组件可在能够实现阀结构小型化的非常小的比例下构成，所述阀结构小型化有助于在待打印的基片上打印小打印点，通常是直径小于60微米的，增强打印图像的清晰度。
最好为每个阀机构提供用于其线圈的金属外壳。这不仅用作由其中的线圈所产生的磁场的返回路径，而且还用作磁屏，以便于减小由一个线圈所产生的磁场和相邻阀机构的线圈所产生的磁场之间的串扰。通常，所述金属外壳是用μ金属、铝或不锈钢制成的并且还用作所述阀机构的组件的刚性外壳。因此，所述外壳通常可为圆柱形形状的并且可在其每个端部处径向向内卷曲以保持端片并使得线圈沿轴向卷曲在另一个上，一个端片支撑轴向流体入口，另一个端片限定出阀头腔室并且支撑构成腔室与喷嘴孔之间的出口内腔的轴向毛细管或钻石喷嘴。或者，如上所述，金属外壳的远端可在喷嘴板支撑直立管状部件处被卷曲或固定于喷嘴板。
本发明的阀机构最好还包括一种朝向其静止位置偏压柱塞的装置，尤其是弹簧。通常，所述弹簧为压缩弹簧并且用于将柱塞偏压在内腔到喷嘴孔近端处的入口上，以使得柱塞的静止位置处于阀关闭位置中。当将电流施加于线圈时，这与弹簧的偏压相对并将柱塞的远端移动得远离内腔入口以便于打开所述阀头腔室到喷嘴孔的流动路径。然而，应该理解的是，静止位置可为阀打开位置，而操作位置为阀关闭位置。为了方便起见，在下文中将根据静止位置为阀关闭位置的情况描述本发明。
弹簧部件被预拉伸，预拉伸吸收了弹簧压缩行程的例如50-80％，这是由于我们已经发现，所述预拉伸能使得在柱塞的移动期间弹簧在弹簧压缩的剩余部分上施加克服柱塞移动的恒定偏压力。我们已经发现，由于所述弹簧可容易地被装配在阀头腔室的尺寸中并且将有助于在阀机构的装配期间自动定心，因此圆锥形弹簧的使用是特别有利的，而传统圆柱形盘簧就不能做到这一点。而且，圆锥形弹簧的使用减小了弹簧的质量和惯性，更有助于弹簧大于柱塞移动的快速反应。使用被预拉伸到所述弹簧最后两圈的圆锥形盘簧是特别优选的，这是由于我们已经发现，所述弹簧迅速地反应于所述柱塞的移动，并且预拉伸能够使得弹簧在弹簧的小辅助压缩上施加重大的偏压力。
然而，应该理解的是，偏压效应可被交替地施加，或者除由所述弹簧施加以外，可通过向线圈施加与柱塞的移动相反的电流而施加。如下所述的，可使用传统技术和软件在电子开关的控制下施加所述相反电流。
本发明的阀还包括阀头腔室，其中所述柱塞的远端与从所述阀腔室延伸到到喷嘴孔的内腔相互协作以打开和关闭用于流体到喷嘴孔的流动路径。该阀腔室可为上述金属外壳的简单圆柱形延伸的形式的，以便于在阀阵列或用于线圈的管状支撑部件的邻近阀之间提供磁屏。例如通过卷边操作将用于将轴向延伸的内腔支撑于喷嘴孔上的横向端壁固定于所述外壳，以便于在线圈的远端形成关闭的腔室。或者，如上所述，所述管状支撑部件可轴向延伸得超过线圈以便于形成所述阀头腔室的侧壁。横向端壁可与所述管状支撑部件整体形成或被固定于所述管状支撑部件，并且例如通过激光器使得喷嘴孔形成于所述端壁中。
通向阀头腔室的出口可由轴向延伸的管提供，其近端穿过横向端壁并且其远端形成喷嘴孔或设有喷嘴孔。在由轴向延伸的管，例如不锈钢毛细管，提供出口的情况下，这可用于将阀组件安装在喷嘴板或其他支撑部分上。或者，用以在线圈周围提供磁屏的金属外壳可设有用于安装所述阀机构的凸缘或其他装置。在阀机构包括如上所述的从喷嘴板处横向延伸的管状线圈支撑部分的情况下，这些支撑部分和喷嘴板提供了用于将所述阀机构安装和固定在期望位置中的装置。
在本发明的一个优选实施例中，所述阀机构被安装在具有多个喷嘴内腔的喷嘴板上，所述喷嘴内腔基本同时在一个操作中形成，因此喷嘴板具有无需使用钻石喷嘴的整体结构。使用广范围的技术可容易地构成这样一种简单的整体喷嘴结构并且可避免与多喷嘴打印头中钻石喷嘴的未对准有关的问题。在这样一个优选实施例中，例如在内腔被切除或被形成在阀机构将被安装于其上的板中的同时，在阀的操作基础上油墨通过其喷射出的喷嘴孔和内腔被形成为整体结构。例如，通过激光器、电铸或蚀刻、针刺法或其他技术将内腔/喷嘴孔形成在喷嘴板中。为了获得通向内腔的期望长度，喷嘴板可为50到400微米厚。在该厚度下，喷嘴板可为金属形式的或被安装在适合的支撑部件中以提供刚性并且机械坚固的喷嘴板组件的其他箔形式的。我们已经发现，通过将喷嘴内腔同步地形成在多喷嘴喷嘴板中，使得由于内腔相互未对准所导致的问题最少化了。
我们还已经发现，通过对于内腔形成技术的选择，可使得所述内腔的壁足够光滑以减小流动分离和内腔壁与流过所述内腔的流体之间的分界面处的旋涡的形成。而且，所述技术还可用于形成喷嘴板上的其他零件，这增强了所述阀的操作。例如，金属箔的电铸或蚀刻可用于在板中形成内腔/喷嘴孔并且还可用于在通向喷嘴孔的内腔的入口周围形成凸起缘或脊。这在柱塞的远端面与喷嘴板之间提供了局部的压力点，从而当柱塞处于阀关闭位置中时有助于流体密封的形成。或者，在针被用于形成金属箔中的内腔的情况下，这将导致所述箔变形屏形成所述内腔的钟形入口，这将有助于流体从阀头腔室中平滑地流入到内腔中。所述针刺透所述箔还可使得所述箔表面和内腔的内壁光滑，所述内腔的内壁是由于所述针表面滑过箔材料而构成的。同样地，使用激光器在金属、陶瓷和塑料箔中形成内腔也可形成内腔壁的光滑表面，尤其是在激光束以极短的周期，通常小于1毫微秒，脉动的情况下，从而减少材料内腔缘周围沉积物的形成，已在形成喷嘴内腔时将所述沉积物从板中去除了。
所述组件可被形成在非常小的尺寸上，这能够实现阀结构的小型化。最好以如上所述的内腔通过其形成的金属、陶瓷或其他箔的形式提供喷嘴板，并且最好以其中的内腔与所述阀的柱塞的远端互相对准的方式安装所述板。在这种情况中，所述阀头腔室可被独立地形成在箔的表面中或位于阀线圈支撑部件与喷嘴板之间的中间板中。然而，我们已经发现，如果所述中间板形成有连续腔室的话，油墨或其他流体流向各个内腔和喷嘴孔的流动被增强，所述连续腔室为打印头组件中的所有阀提供了组合阀头腔室。在这样一种结构中，每个柱塞的远端面与喷嘴板中的对准内腔之间的密封提供了流过每个喷嘴内腔和孔的适当隔离。
如果期望的话，喷嘴板上的凸起的密封肋或区可用挠性材料构成以缓冲柱塞的端面对于喷嘴板的冲击。在柱塞的端面未支撑橡胶或类似垫的情况下所述变形还可有助于流体密封的形成。如果期望的话，由柱塞的端面支撑的垫可用经历冷蠕变或在偏压弹簧将柱塞推到阀关闭位置中的载荷下变形的材料构成。所述蠕变可形成延伸到喷嘴板中喷嘴内腔的近端部分中的乳头状突起或其他突出部分。在柱塞往复运动的基础上，该突出部分重复地擦拭喷嘴内腔近端部分的至少首端部分并且去除可能已沉积在内腔壁上的固体沉积物，这有助于在所述阀的静止期之后减少最初的落滴变形。为了帮助该突出部分的操作，与使用针构成喷嘴板中的内腔时可发生的一样，通过喷嘴板的内腔入口的口可为钟形的。
可通过任何适合的装置将流体供给到阀头腔室中，例如通过腔室侧壁中的一个或多个径向入口。或者，可使得流体沿轴向流过线圈中的部分或前部柱塞，以使得流体润滑所述柱塞在线圈中的移动并且还可用于冷却高电流负载和/或阀的高操作频率下的线圈。这样，线圈的管状支撑部分中的内腔可具有通常为环形的截面，而所述柱塞可具有正方形或六边形的截面，沿所述柱塞具有构成轴向流体流动路径的轴向扁平部分、槽或凹槽。在这种情况下，所述阀机构的近端可具有用于将流体沿轴向供应到所述柱塞和线圈之间的空间中的轴向入口。
这样一种阀能够在高频，通常为2到9kHz下操作，并且发现所述阀作为电磁阀在按需型滴墨打印头中的特别应用。在所述应用中，所述阀最好尽可能地小和简洁以便于减小打印头的总尺寸和所述阀机构部件的惯性。所述阀可被合并在任何适合形式的按需型滴墨的喷墨打印机中已控制油墨通过所述打印机的喷嘴孔的流动。如上所述，所述阀机构可被合并在形成阵列式打印头的简洁结构中，所述阵列式打印头在用以确定每个阀的打开时间和阀的打开顺序以便于打印期望图像的计算机的控制下操作。所述计算机可在传统的方式下操作。然而，如下面所述的，所述计算机可用于实现打印机操作控制中的许多其他功能。
因此，从另一个方面中，本发明提供了一种“按需型滴墨的喷墨打印机”，其特征在于，由本发明的阀调节通过打印机的喷嘴的油墨流动。
为了方便起见，已根据阀机构的所述使用描述了本发明。然而，应该理解的是，需要小的、高速阀的任何地方都可使用本发明的阀机构，例如在化学或生物分析和其他处理中的试剂测定量的配量中，特别是在药剂的评定中或诊断试验或分析中。本发明的阀还可用于在样品的可靠性验证中施加预定量的试剂方面。
令人惊异的是，我们已经发现，在高频下向长绒织物，例如地毯和毡状或织造织物施加油墨液滴能够在不需使用非常高粘度油墨的情况下实现染料与纤维之间的令人满意的施加。因此，迄今为止，代替具有超过250Cps粘度的油墨被认为是实现纤维的良好染色所必需的，我们已经发现，使用在大约2kHz的频率下施加的60到120Cps的油墨可获得良好的效果。使用低粘度油墨可使用较小的喷嘴孔实现打印，这增加了打印在织物上的图案的精确度。还可使得操作者从更广泛的范围内选择油墨并且在更低的油墨压力下操作打印机，这减少了对于打印机的专门修正和出现组件故障的危险。
许多织物，织造的和非织造的都具有这样的表面，所述表面存在通常垂直于织物平面的纤维自由端。所述织物包括毡状材料，其中随意地，在有诸如粘合剂的结合剂存在的情况下，随意定向块中的纤维被压缩；用由多个独立纤维制成的绳股织成的材料，其中所述织物的表面已被刷、梳理、磨光或处理以便于从所述绳股中分离一些纤维以形成材料的绒毛状表面，例如拉绒尼龙；用固有绒毛状的材料，诸如针织或织造安哥拉毛、美利奴或开斯米山羊毛或、棉毛巾织物制成的织成材料；以及地毯类型的材料，诸如天鹅绒、丝绒和簇绒地毯，其中绳股和纤维的各个长度被打结、缝纫、胶合或固定于板部件，通常为网状衬背板，从而绳股和纤维的自由端形成了通常垂直于衬背板的平面延伸的绒头，或者其中绳股和纤维的环被形成得通常垂直于衬背板的平面延伸并且所述环的自由端用于形成绒头。为了方便起见，在文中术语“起绒织物”将用于表示所有这种类型的材料，即，独立的纤维或绳股包括以下纤维组通常垂直于材料的平面延伸以给材料提供起绒效果的表面。
通常希望在起绒织物的表面上形成图案或图像，例如彩色图案。这可通过在制造织物时将不同颜色、织纹或其他材料的羊毛绳股或其他材料交织在织物中而实现。然而，这是困难的并且耗时的，尤其是在图案较为复杂和/或期望多种颜色和织纹的情况下更是困难的并且耗时的。在商品材料，诸如花纹地毯的大批生产中，这种使用多个不同绳股的方法变得越来越不经济。
因此已经提出，用中立或均匀颜色的纤维或绳股制造起绒织物，并且在已织成或制造出织物后向起绒纤维上施加颜色。所述颜色通常是通过任何适合的打印技术施加的油墨。所使用的一种打印技术是使用按需型滴墨类型的打印机的喷墨打印技术。通常在所要着色的纤维的重量的300到400％的比率下施加油墨并且油墨需要基本均匀地渗透由独立纤维制成的绳股。如果使用在25℃下具有约10Cps粘度的非常易流动的油墨(如喷墨打印机中通常使用的)的话，它将冲刷绳股的长度并在绒毛的基部形成强着色，而留下不适当染色的绒毛顶部，并且将发生色料少量渗透到绳股中的情况。因此必须增加油墨的粘度以确保所述油墨在足够慢的速率下冲刷纤维，从而油墨均匀地渗透到绳股中并且将发生覆盖各个纤维表面的情况。绒毛越长，问题就越大。对于长起绒织物，即，具有大约2mm以上绒毛长度的织物来说，必须使用在25℃下具有约250到500Cps粘度的油墨。
所述粘稠油墨难于通过传统喷墨打印机的非常细小的喷嘴孔喷出，并且需要远超过打印机为其设计的压力的压力。而且，如果在这样高的压力下施加低粘度的油墨的话，它将以高动力射流的发生从喷嘴中流出，并且使得各个绳股完全，因此阻止所述油墨接触绒毛中的其他绳股。因此随着绒毛的长度和密集度增加，通常使用具有较大孔的喷嘴。因此，对于具有3mm以上绒毛长度的地毯来说，必须使用粘度为大约300Cps的油墨，大约2巴的压力以及通常为500微米的喷嘴直径，以使得可以充足的量喷射出粘稠油墨以获得油墨在各个绳股上的期望加载。
虽然使用用于高粘度油墨的大直径喷嘴能够使得油墨被沉积在绒毛的绳股上以实现各个绳股和纤维的基本均匀的着色，但是从喷嘴中流出的液滴的尺寸太大了，从而导致打印图案中清晰度方面的可看出的损失。而且，液滴的尺寸还导致施加于绒毛上的相邻液滴之间的相互接触，从而在液滴为不同颜色的时造成混色。
令人惊异的是，我们已经发现，使用在大于1kHz的频率下操作的按需型滴墨打印头，尤其是包含本发明阀的打印头可减小被打印的液滴的尺寸和通过较小喷嘴孔喷射出液滴所需的压力。这减少了混色的问题并且增强了打印图像或图案的清晰度。而且，我们已经发现，可从打印图案中省略掉独立的打印液滴，因此可在图像中打印出空白区域，所述空白区域是看不到的但是所述空白区域用于在打印的绳股中提供用作防止混色的屏障的间隙。所述间隙也可被打印为限定出打印有不同颜色的区域边缘的黑线，这增强了打印图像或图案的可感知的清晰度。
因此，从另一个方面中，本发明提供了一种方法，所述方法用于，使用“按需型滴墨的喷墨打印机”将图像形成成分施加于起绒织物，其特征在于，所述打印机在至少1kHz的落滴产生频率下操作。最好，起绒织物具有至少2mm的绒毛长度，并且打印机在小于3巴，尤其是1.5到2.5巴的压力下操作。
特别优选的“按需型滴墨的喷墨打印机”是使用本发明阀以控制油墨流过各个喷嘴孔的一种打印机，并且喷嘴孔具有250到600微米，尤其是约500微米的直径；并且其中电磁阀的柱塞具有小于2.5mm的直径。我们还已经发现，使用这样的打印机能够独立控制图像的打印点，因此可获得精确的打印点套印。因此可增强颜色范围和可获得的强度。因此这样一种打印机能够获得色调的无限缩放。
本发明可适用于向任何起绒织物上施加任何形式的图像。然而，本发明尤其适用于施加水和/或溶剂基油墨成分以在长绒毛织物上形成花纹图像，当从用以形成织物绒毛表面的绳股或纤维固定于其上的板部件的底表面测量时，所述长绒毛织物具有约2到5mm的绒毛长度。所述起绒织物可为天鹅绒或编织绒毛地毯，但是为了方便起见，将根据在簇绒地毯上打印多彩图案描述本发明的该方面，在所述簇绒地毯中，使用粘合剂将包含多个独立纤维的绳股固定于网状的衬背板。所述地毯可通过任何适合的技术制成，并且可在绳股已被固定于衬背板之后在地毯制造期间适用本发明，或者可在已在独立颜色打印操作中制造了地毯之后适用本发明。如上所述，绳股是用中立纤维制成的，例如是用天然水洗羊毛纤维制成的，可随意地混有一种或多种天然彩色聚合物纤维，例如聚酯或聚酰胺纤维。如果期望的话，可对所述纤维或用所述纤维构成的绳股进行一次或多次处理，以使得所述纤维呈现出可接受施加于其上的油墨成分的特征。所述纤维、它们形成为绳股、所述纤维或绳股的处理以及所述地毯的形成都可为通常在制造簇绒地毯的情况中所使用的那些。
为了方便起见，在下文中将根据在绒毛被形成在网状编织聚丙烯衬背板上之后不久将油墨施加于天然水洗羊毛纤维簇绒地毯的情况描述本发明。
在优选实施例中，本发明的该方面，打印机是这样的其中用于控制流体流向喷嘴孔的流动的电磁阀机构包括轴颈连接的柱塞部件，所述柱塞部件用于在当电流通过所述线圈时在由所述线圈产生的磁场的影响下在电动线圈之内在静止位置和操作位置之间轴向往复运动，所述柱塞的远端延伸到具有出口喷嘴内腔的阀头腔室中，所述柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头腔室经由所述内腔的流体流动路径，其特征在于
a.柱塞是整体结构的，并且是用这样一种软电磁材料制成的，所述电磁软材料具有大于1.4Teslar，最好约为1.6到1.8Teslar的饱和通量密度、小于0.25安培/米的矫顽力和超过10,000的相对磁导率；并且b.从阀头腔室通向喷嘴孔的喷嘴内腔具有8∶1或以下的长度与直径比率，最好是1.5∶1到5∶1，特别是2∶1到4∶1。
在本文中词语“软磁性”用于表示当线圈中的电流停止时所述材料失去了由线圈在其中诱发的磁场，和保持其磁力的永磁体形成对比。
具有高磁通量饱和密度的材料的使用能够使得柱塞在不产生过热的情况下对线圈所产生的磁场中的改变迅速地作出反应。柱塞材料的低矫顽力还有助于在低施加线圈电流下当电流通过线圈时所产生的场的影响下在柱塞中所诱发的磁场的迅速升高和回落。这样，联同所述材料的高渗透性，能够使得在线圈和柱塞之间迅速地产生高磁驱动力。因此，在不需要向线圈施加高驱动电流，如迄今为止所必需的，通常超过20安培的情况下，线圈可使得柱塞被迅速地加速。这又减小了当线圈使得柱塞移动时所产生的热量。低矫顽力还允许通过反转线圈中的电流方向迅速地产生反向磁力。如下所述的，当柱塞到达其行程的任一末端或两个末端时，该翻转力可用于放慢柱塞的移动。
而且，我们已经发现，阀的上述设计可被控制在打开位置中，以便于在基片上长期打印连续线，所述连续线具有相当于至少三个独立打印点的长度。使用传统电磁阀，我们认为必须脉冲线圈的电流，从而在基片上形成油墨的重叠垫。实际上由于施加于线圈的用以使得柱塞从初始静止位置移动到阀完全打开位置中的高电流，这经常导致阀烧坏。我们已经发现，将柱塞保持在阀打开位置中所需的流过线圈的电流幅度令人惊异地低，通常低于用于使得柱塞最初离开其静止位置所需电流的80到50％。通过施加具有足以使得柱塞从其静止位置移向阀打开位置的初幅的电流脉冲，而后将所述幅度减小到用于剩余脉冲的较低值，可长时期保持阀打开，从而在基片上打印油墨线。
而且，通过减小喷嘴内腔的长度，减小了横过喷嘴的压降，使得在喷嘴孔处实现更快的溢出流速。令人惊异的是，可在没有引起液滴喷射，即，液滴在喷嘴孔处分裂为多个小液滴的情况下实现这一点。这可在给定长度的航迹中在给定的油墨压力下实现液滴的高频产生。
在传统的按需型滴墨的喷墨打印机中，响应于来自于计算机或微处理器的信号触发每个电磁阀的操作，所述信号确定哪一个阀被打开以及何时被打开以打印期望图像。我们已经发现，使用软件控制阀的操作具有多个其他明显的益处，即，可使得本发明的阀在高频，迄今为止按需型滴墨打印头可考虑的，下释放高质量打印图像。
因此，使用软件校准所述阀以使其在特定条件下通过喷嘴孔释放一致的油墨液滴是尤其有利的。使用传统设计的电磁阀，必须通过物理地调节柱塞的轴向行程而补偿所制造的阀尺寸和材料方面的小变化，从而当柱塞离开与阀头腔室的横向端壁或通向喷嘴孔的管之间的密封接合时改变所形成的流动路径的尺寸。这将影响从喷嘴孔喷射出的打印点的尺寸，并且校准程序的目的是，在相同的打印条件下从打印头的所有喷嘴孔中获得统一的液滴尺寸。传统设计的电磁阀在用于线圈的管状支撑部分的内腔中包括止动器，所述止动器在柱塞的缩回期间提供对于轴向移动的物理限制。在这样一种传统阀设计中，例如通过将所述止动器形成为管状支撑部分中的刚性推入配合或螺丝配合，以使得所述止动器可在管状部件的内腔中轴向移动以获得期望气隙，可调节柱塞的近端与所述止动器之间的气隙。气隙的所述调节是乏味并且耗时的，并且易于出现操作者误差。
我们已经发现，软件可用于在柱塞的缩回中在柱塞移动暂停处设定特定点。通过对于软件参数的简单修正，例如通过键盘输入所述参数的新值，可容易地调节该点。可非常精确地实现所述调节并执行对于多组打印条件的校正，以使得可确定获得给定液滴尺寸所需的电流脉冲尺寸和持续时间并例如以机器可读编码的方式将其储存在磁盘上、存储器芯片的查阅表上或其他储存媒介上，以便于所述阀的将来使用。与电磁阀的传统设计中止动器的螺丝调节可获得的校正相比较，可简单地并且在液滴尺寸的更小增量下实现所述校正。
在执行所述校正时，液滴被打印在基片上，同时在标准条件下并且在施加于线圈的给定的电流脉冲幅度和持续时间下操作所述阀。通过任何适合的装置检查打印点并且升高或降低电流脉冲的幅度和/或持续时间以实现期望的点尺寸。可人工地执行所述过程。然而，最好通过使用CCD照相机，电荷耦合器照相机或其他检查装置检查打印点并将该打印点的形状与所需打印点的参数进行比较而自动地执行所述程序。可使用适合的程序控制计算机执行所述比较和对于电流脉冲的随后调节。通过使用CCD阵列或照相机并将该打印点特征与保存在查阅表中的打印点特征而监控打印点的直径和圆度以及期望打印点附近星星点点的存在是特别优选的，所述保存在查阅表中的打印点特征用以识别为了获得期望的打印点特征而需要向施加于线圈的电流脉冲施加的校正。可通过试错法确定例如用于增加和减少法的打开时间的所述阀机构操作中的最佳变化。然后将变化的这些最佳值储存在查阅表或其他储存媒介中以提供用于评定打印点和打印头操作时间的参数。
用以检查当其喷射出时的油墨液滴和/或打印点并用于修正施加于阀的线圈的电流的CCD照相机或阵列和计算机的使用在图像打印期间阀在线操作期间也可使用。因此，计算机可制定有用于在柱塞行程的每个端部处减速柱塞的移动的程序。我们已经发现，由于柱塞与阀头腔室到喷嘴孔之间的内腔的入口处的密封部件的强烈撞击，这减少了来自于喷嘴的油墨的溅泼。软件的使用也可用于补偿由于温度变化或其他原因所导致的油墨粘度中的波动；施加于打印头阵列中的同时操作的不同线圈电压中的变化；以及用于补偿操作状态中的其他变化，例如不同油墨的使用，这要求施加于阀的线圈的电脉冲的形式和尺寸的变化。软件的使用还可用于将阀保持在打开位置中以打印连续的油墨线而不是通过当前打印头操作技术所获得的系列重叠点；以及用于在阀的一段静止时期之后改变用于从喷嘴孔中喷出初始液滴的阀的打开时间。
在所有的情况中，根据来自CCD照相机和其他机构的信号通过计算机修正阀的操作，所述信号用于检查和监控当其喷射时油墨液滴和/或打印点并且用于将所观察的液滴或打印点与保存在计算机的存储器或其他存储媒介中的参数相比较，以确定，即使有的话，对于施加于线圈的电流需要何种修正，以便于获得期望的打印点。
因此本发明提供了在与用于观察施加于基片上的油墨或其他流体的打印点的机构相组合的计算机的控制下操作的打印头，所述计算机编制有程序以检查所观察的打印点与期望点之间的差异并且提供对于施加于线圈的电流的校正以保持期望的观察打印点的参数。
所述组合可在打印机的操作期间在线地监控和校正打印点质量。迄今为止，都是由打印机的操作者客观地观察打印质量并人工地施加对于打印机操作的校正。使用在线软件以实现对于打印质量的监控和校正的能力对于操作者是大有裨益的，并且实际上可实现对于打印质量波动方面的即时校正。
可使用传统的软件和硬件技术和设计实现所述监控和校正。可连续地监控打印点质量并根据三个或多个连续点的平均值进行校正。或者，可间或例如每秒钟或可在阀的每20次操作的间隔下监控打印点质量，并且一旦打印点偏离用于表示打印点质量的一个或多个参数的5％以上时，就进行校正。
通常，打印点质量的监控用于施加用以改变阀打开时间的信号。
应该理解的是，可从外部源中，而不是从打印点的在线扫描中，提供用以指示需要阀的操作的一些变化的信号。因此，传感器可监控打印机的操作温度和/或供给到阀的油墨温度，这是由于所述温度将影响油墨的粘度和喷射能力。
或者，所述传感器可监控从独立电源中施加于阀机构的电压，例如当同时操作多个阀时所发生的电压降落；特定阀在打印操作期间静止的时间阀操作的频率等。这些传感器可访问一系列查阅表，之后如果监控到所述参数从预定最佳值改变的话。设定减少打印点质量瑕疵所需的打开时间的变化。
独立地监控来自于每个喷嘴的打印点质量是优选的。然而，如果期望的话，可集体地监控来自于喷嘴组的打印点质量。
在对于按需型滴墨的喷墨打印机中阀的操作的传统通过计算机控制中，由于迄今为止所需要的是，由计算机指示何时打开和切断所述阀以打印期望尺寸的打印点，因此简单的一位信号用于打开和切断所述阀。然而，在打印机的操作期间根据许多相关因素独立地改变每个阀的操作的能力要求传输比简单的打开和切断指令更为复杂的信号。我们已经发现，最好以字节形式传输信号，以使得所传输的信息量可适应所期望的操作参数的改变。因此，例如，字节形式传输的使用提供了256个可行的阀打开时间的等级。通过提供其中具有256个独立地址的查阅表，使得每个打印点中沉积的油墨量可在精细分级范围上改变，计算机从中控制打印机操作的查阅表可指示出所选择的阀打开时间。使用“按需型滴墨打印头”可打印真实的灰度等级图像，这是迄今为止没有考虑过的。字节信号传输的使用可传输对于给定操作参数变化的更广泛的选择值并迅速地精确地作出反应，进一步增强打印头的操作速度和精确度。因此，连同在广范围尺寸和速度下的恒定质量点的高频打印可使得本发明“按需型滴墨的喷墨打印机”的用途扩展到迄今为止尚未考虑的使用领域，同时保持打印点尺寸的灵活性，这使用其他形式的打印机是不能轻易实现的。


下面将仅以示例的方式并参照附图描述本发明的优选实施例和在在线软件控制下它的操作，其中图1是本发明阀的轴向截面图；图2是包含图1的阀阵列的按需型滴墨喷墨打印头的轴向截面图；图3是图2的打印头的喷嘴板的平面图；图4是与用于监控打印点质量的CCD照相机及计算机相组合的图2的阵列的框图，所述计算机用于确定为了补偿所观察到的打印点中的质量偏离而需要对于施加于图1的阀的线圈的电脉冲的频率、形式、修正和幅度哪一方面的变化；图5到图7示出了图1的阀的结构中的变化；图8示出了图2的打印头的另一种形式；图9示出了适合于根据本发明的那个方面用于使用软件对所述阀进行校准电磁阀的示意图；图10示出了用在本发明该方面中的设备的示意图；图11到13示出了图10的设备的另一种形式；
图14和图15示意性地示出了其中施加于线圈的电流被修正以使得柱塞在其行程的任一末端减速的阀和打印机；以及图16示出了所施加的电流脉冲的形式。
具体实施例方式
图1的阀包括柱塞1，所述柱塞作为用于在不锈钢管2中沿轴向往复运动的关闭的自由滑动配合被轴颈连接。管2具有形成于其外表面上并且支撑缠绕于其上的线圈3的薄绝缘涂层或套(未示出)。在图4中所示的计算机20的控制下从电源(未示出)中向线圈3供应电流。止动器4被安装在管2的近端处以限制柱塞1在管2中的轴向缩回。线圈3被装在金属圆柱形外壳5中。
上述组件被安装在支撑外壳10中，所述支撑外壳10轴向延伸得超过线圈的远端并且具有用于支撑钻石喷嘴12的横向端壁11。在图1中所示的实施例中，外壳10具有轴向延伸的内环形壁13，所述内环形壁13构成柱塞的远端延伸到其中的阀头腔室14的径向壁。柱塞1的远端支撑末端橡胶或其他密封垫15，所述密封垫15以密封接合的方式抵靠在钻石喷嘴12的近端面上。如图1中所示的，预拉伸圆锥形弹簧16将柱塞1偏压得与钻石喷嘴的表面密封接合，即，静止或阀关闭位置。
柱塞1是用具有1.6Teslar的饱和通量密度的铁磁性合金，诸如波曼诺(Permenorm)铁镍合金5000或螺丝的软磁性铁磁性合金)制成的。为了减小柱塞1的质量，可具有从其远端延伸的填塞(blind)内腔。然而，当柱塞处于其静止位置中时，该内腔将不会延伸得超过图1中所示的A-A线。柱塞最好具有小于3mm，通常是大约1mm的直径，以及大约5∶1的长度直径比。例如，图1中所示的钻石喷嘴中的内腔具有2∶1到3∶1的1∶d比，并且喷嘴孔具有60微米的直径。
在1巴的压力下，油墨被供给到围绕壁13的油墨通路17并且通过径向口18进入到阀头腔室。如图1中所示的，当柱塞处于其静止位置中时，密封垫15与钻石喷嘴12的表面密封接合，因此防止油墨流过喷嘴孔。为了增强垫15与钻石喷嘴12之间的密封，最好为所述钻石喷嘴的近端面设有一个或多个凸起的环形密封肋(未示出)。这具有当所述阀在高频，通常超过1到2kHz下操作时减小卫星滴的形成的令人惊异的效果。
所述阀可在1到超过8kHz的频率下操作，以便于通过控制电流在线圈3中流动的长度和电流脉冲施加于线圈上的频率而产生20到150微米的尺寸范围内的恒定尺寸的液滴。
如上所述，所述阀最好与其他阀一起用在阵列中以构成横向延伸到其上将被打印图像的基片的行进线处的打印头。在图2和图3中示出了这样的阵列。在该示例中，外壳10的终端部11设有槽形喷嘴板30，所述喷嘴板30支撑喷嘴12并用作形成油墨流动路径17的歧管，所述油墨流动路径17用于从喷嘴板每个端部处的油墨引入喇叭口31通过入口18向阵列中的阀的各个阀头腔室14中供应油墨。所述阵列设有连接器32，独立供应的电流可通过连接器32被供给到每个阀中的线圈3中。在这样的阵列中，外壳4用于减小阵列中相邻阀之间的电磁互扰。
所述阀和阵列可通过加工适合的金属部件而制成。然而，所述结构的一个替换形式是将管2形成为如图5中所示的陶瓷或硅部件40。线圈41可被形成在切割于管40外表面中的槽42中，因此减小了线圈与轴颈连接于管中的柱塞43之间的气隙。线圈41可为缠绕在槽42中的线圈；或可为通过任何适合的装置被沉积在槽42中的导体轨迹。如果期望的话，所述组件可被涂覆以聚合物以保持和保护槽中的线圈。取代刚性陶瓷或硅支撑管，所述管40可设有挠性支撑媒介板，例如适合的纤维填充聚合物等，在其上形成有铜或其他导体轨迹。然后该支撑媒介被卷成圆柱体以构成用以将线圈支撑在其内面或外面上的圆柱形支撑部分。在这样的设计中，管40可轴向延伸以构成阀头腔室的径向壁44并且管的远端开口端被钻石喷嘴45封闭。整个组件可被装在不锈钢或其他管46中，所述管46用于支撑所述组件并且提供作为线圈的屏蔽的磁通量回路。管46的端部可被向内折起以便于将管40、线圈42和钻石喷嘴45固定在适当位置中。
代替上述结构形式，可通过用硅或陶瓷烧结或其他材料构成喷嘴板50而如图6中所示的那样形成阀组件。该板在沿板50的期望间隔处设有钻石喷嘴51。板50设有直立管状部件52，所述管状部件52构成图5阀设计的管40。线圈53被缠绕或以其他方式形成在直立管状部件52上，并且完成了图5中所示的阵列。阀头腔室54是由管状部件的末远端部分构成的并且可设有径向油墨入口，以使得油墨可流入到阀头腔室中。柱塞55被轴颈连接在管状部件52中以便于在线圈53的影响下沿轴向往复运动。取代形成相对于阀头腔室的关闭远端的钻石喷嘴，板50可被提供为连续延伸的板以便于相对于直立管状部件52构成关闭端部。这些关闭的端部可例如被激光器穿透，以构成从中穿过的内腔和喷嘴孔。
取代阀头腔室14或54的径向油墨入口，油墨可从油墨入口中轴向流过柱塞1或55流入到管状部件2或52与柱塞1或55之间的轴向延伸空间中。为了形成越过柱塞的轴向通路，管状部件2或52中的内腔可具有椭圆或多边形的截面，并且柱塞1或55具有环形截面。然而，优选的是，形成具有轴向扁平部分的柱塞1或55，如图7中所示的，所述扁平部分在柱塞和管状部件的环形截面内腔之间提供轴向通路。
如上所述，由计算机20响应于CCD照相机或阵列21或其他传感器22控制阀的操作，所述CCD照相机或阵列21或其他传感器22检测打印点的阵列和/或也影响打印点质量的诸如温度、电压、阀的操作频率等其他因素。因此，计算机20确定图2阵列中的哪个阀被打开以及打开多久，从而在穿过打印头24的基片23上的期望位置处打印期望尺寸的落滴。在缓慢操作频率下，例如1kHz以下，这通常可产生被打印在基片上的良好质量的打印点。然而，当频率增加时，例如2kHz以上，打印点的质量可能受到以下破坏，例如由于阀的突然关闭而导致卫星滴的形成。计算机可通过从CCD阵列中检测到所述卫星滴被形成并导致施加于线圈的电流脉冲形状改变而反应到这一点，从而减小在其行程的每个末端处的柱塞的移动，以便于通过使得柱塞软着陆于钻石喷嘴表面或阀头腔室的端壁而减小阀的突然关闭。或者，计算机可通过参照查阅表25而减小阀的打开时间而反应于在高频下打印的指令，所述查阅表具有在一定的操作频率范围内的操作时间方面减小的列表。同样地，控制打印头操作的软件可检测阀何时已空转了任意长度的时间并且通过另一个查阅表提供信号以增加用于由所述阀打印的初始点的阀的打开时间，从而补偿所述阀中和/或喷嘴孔处的油墨的干燥。在这种情况中，计算机与查阅表之间的信息最好被转换为字节级的信号，以使得可在一个信号中容纳高达256个可行的阀打开时间的等级和操作频率。
图2的打印机可通过具有10∶1、8∶1、4∶1和0.5∶1的长度直径比的喷嘴内腔和2kHz的驱动电流频率下操作。在10∶1比率下，通过内腔供给油墨以实现恒定打印点尺寸所需的压力约为10巴。然而，对于用在“按需型滴墨打印头”中来说所述压力太高了，并且会导致部件的破损。如果将压力减小到更可接受的水平，例如3巴，通过打印头的油墨的流率不足以提供用以形成恒定液滴的油墨，因此打印点具有不均匀的尺寸，并且还存在由于阀不从容器中获得油墨而导致的漏点。
在比率为8∶1的情况下，将油墨供给到喷嘴内腔中以获得均匀的打印点尺寸和质量所需的压力为5巴，这是按需型滴墨的喷墨打印机的部件的操作能力的上限。
在比率为4∶1的情况下，打印机在1.5到2.5巴的油墨压力下连续操作并且可在低于1kHz到7kHz的线圈驱动电流频率下可打印恒定的点。
在比率为0.5∶1的情况下，甚至在不会引起油墨喷溅和连同期望主点一起形成多个小打印点的0.1巴的油墨压力下，打印机也不能操作。
下面将仅通过解释的方式描述在在线软件控制下，在具有3mm绒毛长度的地毯起绒织物上打印图像时，如图8中所示的按需型滴墨打印头的优选形式的使用。
图8中所示的打印机是图2中所示的打印头的修正形式，其中喷嘴板100形成有多个穿通其的内腔101，所述内腔101具有1000微米的长度和500微米的直径。所述板是用不锈钢制成的，而所述内腔是通过针刺或通过激光钻出每个孔而形成的。或者，内腔101可通过电蚀刻构成，所述技术也可用于形成围绕通向每个内腔101的入口的凸起环形脊102。该箔喷嘴板被夹在两个不锈钢支撑板103和104之间。板104是由独立混合室105构成的，所述独立混合室105遍布形成于板100中的所有内腔101。或者，腔室105也可被形成在板100中。
包含在支撑外壳111中的阀组件110被固定于板101、103和104，其中所述组件中的阀机构中的每个柱塞都与内腔101相互对准。所述阀机构包括缠绕在支撑管112上的线圈，其中的柱塞113是自由的滑动配合。每个线圈都由不锈钢外壳114围绕，所述外壳114被朝向夹在外壳111与板104之间的有孔支撑板115折弯以便于定位和固定每个阀机构，其中通过所述孔突出的柱塞与喷嘴板100中的内腔101相互对准。用于线圈的电接触是从来自于计算机控制电源(未示出)的多触点插头和插座供应的。用于每个阀机构110的阀头腔室是由独立混合室105提供的，所述独立混合室105从板的每个端部被供以油墨。
柱塞113是用具有1.6Teslar的饱和通量密度、0.2a/m的矫顽力和100,000的相对导磁率的铁磁性合金制成的。所述合金是在Permenorm5000的商标下出售的45/55Ni/Fe合金，并且每个柱塞具有2mm的直径和7.5mm的长度。喷嘴内腔和钻石喷嘴的喷嘴口具有300微米的直径和2∶1到3∶1的1∶d比。
在1.5巴的压力下，具有250cps粘度的油墨被供给到混合室105中，并且当向线圈112施加电流而使得柱塞113缩回时进入到内腔101中。
所述阀可在1到超过8kHz的频率下操作，以便于通过控制电流在线圈112中流动的长度和电流脉冲施加于线圈上的频率而产生250到500微米的尺寸范围内的恒定尺寸的液滴。
图8的打印头用于通过500微米的喷嘴孔供应具有300cps粘度的油墨以便于中立羊毛纤维有色簇绒地毯的绒毛上施加不同的有色油墨。打印头在2kHz的频率下操作，以便于实现绒毛中达到纤维的基本均匀的着色。打印图像的不同颜色之间的分界线被清晰地限定，并且图像的倾斜度是出色的。在另一个操作中，打印头被制定为在两种颜色的分界处部打印墨点，以使得在不同颜色区域之间出现混色的危险最小化。
下面将参照图9到图13描述使用软件对于电磁阀的校正。
图9示出了适合于与本发明方法结合使用的电磁阀10的示意图。阀910包括柱塞920、管930和线圈940。柱塞920包括铁磁性材料(或任何其他磁性的材料)并被接收在管930中以便于可沿所述管的轴线自由移动。通过向线圈940施加电流，例如可朝向所述管的打开端推动所述柱塞，所述电流在所述管内产生磁场，所述磁场使得磁动力作用在所述柱塞上。施加于线圈的电流脉冲的时限和频率可由计算机(未示出)控制。所述电磁阀还包括返回机构(未示出)，诸如弹簧，用于在所述柱塞已完成其行程的整个范围之后使得所述柱塞返回到其原始位置。
实际上，打印头将包括已正方形或长方形排列的方式布置的矩阵。图10示出了所述打印头矩阵220中的两个示范性阀210a、210b。与每个阀相连接的是阀控制装置215a、215b，每个所述阀控制装置都与中央计算机系统230相通。通过从中央计算机系统230到每个阀控制装置215a、215b的控制脉冲的传输而控制每个阀的操作。所述阀控制装置对中央计算机系统起反应，因此中央计算机系统能够改变阀保持打开的时间。阀的该可控改变能够产生沉积在基片250上的期望尺寸的墨滴。
打印头可在制造时被校准任何在其操作期间以周期性间隔被校准。所述中央计算机系统指示打印头产生落滴的预定矩阵。该测试矩阵被沉积在测试基片上并且可检查印刷图像以确定印刷图像与原始测试矩阵的相互关系。如果印刷像素的尺寸与原始测试矩阵的相应像素尺寸的比率在阈值之外的话，那么可指示各个阀控制装置改变阀被打开的时间。如果印刷像素太小的话，那么将增加阀打开时间(通过增加更多时间或通过用合适常数乘以阀打开时间)。同样地，如果印刷像素太大的话，那么将减少阀打开时间。用于确定印刷像素太小或太大的的阈值可依印刷基片的特性和/或所述打印头将使用的应用而改变。
由于印刷像素尺寸中的变化将取决于阀中的机械变化，因此阀可对于像素的一个尺寸或在阀操作速率的给定范围内令人满意地操作。因此，在像素尺寸的范围上和阀所使用的阀速率下可能需要重复校准。每个阀所需的校准因数的范围可被储存在查阅表中，或者可确定一个或多个等式以使得有关校准因数可被计算出，以给出期望的阀操作速率和像素尺寸。
在替换实施例中，图像装置240可辅助地连接于计算机控制系统并与之对齐，从而观察打印头矩阵打印于其上的基片的区域。当测试矩阵被打印在基片上时，图像装置能够将所述图像转换成可被传输到中央计算机系统的电信号。在任何必需的图像处理(数字化、过滤等)之后，中央计算机系统可将印刷图像与储存在中央计算机系统中的原始测试矩阵相比较，可为每个像素确定像素尺寸的比率，并且如果需要的话可为每个阀计算校准因数。然后中央计算机系统可将校准因数和与需要校准的阀相连接的阀控制装置相通。
所述阀控制装置接收从中央计算机系统中收到的翻译信号和执行信号。容易理解的是，可如此装备所述阀控制装置，即，使得每个阀都具有专用控制装置或使得多个阀可由一个控制装置控制。
在一个优选实施例中，所述阀控制装置包括现场可编程门阵列(FPGA)。FPGA包括存储器和逻辑元件，所述逻辑元件可由使用者设定以提供期望的功能性。
在该优选实施例中，所述FPGA和相关的装置用于控制16个阀的线性阵列。参照图11，阀610a、610b、......、610p由包括FPGA616、电可擦可编程序只读存储器(BEPROM)617、RAM618、可编程序只读存储器(PROM)619以及输入/输出部分622、624、626的阀控制装置控制。FPGA616与阀610a、610b、......、610p、EEPROM617、RAM618和PROM619中的每个相连接。所有这三个输入/输出部分622、624、626与FPGA相连接。当FPGA被加电时，它从PROM619中下载其内部配置数据，然后紧接着已从PROM619中被下载的次序。EEPROM617储存包括查阅表的数据范围，所述查阅表包括与每个阀相关的数据、专属于阀控制装置和FPGA的数据、状态信息等。FPGA将从EBPROM中下载该数据然后通过将零值写入到RAM的每个存储位置中而初始化RAM618。然后FPGA将等待接收来自于一个输入部分的打印数据或其他指令。输入/输出部分622与计算机控制系统相连接并且输入/输出部分624可用于连接于另一个阀控制装置(见以下所述)。输入部分626提供用于协调打印处理的一系列脉冲。当阀阵列被打印在基片上时，基片通常在阀的下面移动。供应到输入部分626的系列脉冲可从施加于设备的轴的编码器中产生，所述设备使得基片相对于阀移动。
图12示出了多个记录器的示意图，当从PROM619中下载FPGA结构数据时，所述记录器形成有FPGA。第一记录器631用于向EEPROM617中写入和从EEPROM617读出并且当从EEPROM中读出初始化数据时也使用第一记录器631。第二记录器632从计算机控制系统中接收打印数据，诸如待打印的文字数字式字符或位图或用于开始打印程序的信号。第二记录器632还将打印数据写入到RAM中并用于在发动阶段初始化RAM。第三记录器从计算机控制系统中接收结构数据，诸如控制可施加于打印头的倾斜度的数据。第四记录器634从RAM中接收打印数据并将其传到第五记录器635，所述第五记录器635使用打印数据操作阀610。
期望的印刷图像(可包括文字数字式字符)被键入到计算机控制系统中，然后该图像被转换成可与阀控制装置相连的光栅数据。阀610可在不同的时期操作以便于提供16级灰度图像的出现。这样可以包括4位字光栅的形式为每个阀供应打印数据，其中4位字的数值确定将由阀产生的灰度。打印数据由第二记录器接收并写入到RAM 618中。RAM以16排的形式局部布置，其中每个阀对应于一排。存在多个列，每列都对应于一个时间槽。每个光栅扫描也对应于一个时间槽，并且所述时间槽由轴编码器向FPGA供应脉冲的频率确定。
当打印数据在FPGA处被接收时，第二记录器为每个阀翻译灰度数据，从保持在得意记录器中的查阅表中获得为了产生期望的灰度每个阀必须被打开的时间。理论上，每个阀应打开被保持相同时间以便于产生相同的灰度，但是每个阀中的机械改变将导致每个阀具有略微不同的特征。用以说明这些差异的校准因数被保存在查阅表中。然后阀时间被写入到RAM中，所述RAM使用所需要的许多列以储存所有的光栅。写入指示器被设于所述数据的第一列。每个存储位置都为相关的阀和时间槽保持灰度数值。
当下一个轴编码器脉冲被接收时，由写入指示器指示的RAM列被读出以观察16个阀中的哪一个需要被操纵，即，哪个存储位置具有非零记录。在存储位置已被读出之后，所述列中的所有存储位置都被写满零。
然后将这些阀的同一性，以及阀将被保持打开的时间传输到第四记录器，所述第四记录器可在阀时间上执行进一步的操作以校正高速下或阀的后步工序之间的长时期下的阀操作。然后将阀时间传到第五记录器，所述第五记录器计算与阀时间相等的阀编码器脉冲的数量。然后将所述阀打开与阀编码器脉冲的数量相等的时间周期。
由于阀610为机电装置，因此它们的尺寸提供了对于可获得的打印分离度的局限性。通常，每个阀都可被设在离邻近阀大约4mm的偏移处。如果更大的分离度，即，需要更小的像素分离，然后可使得矩阵倾斜以使得所述阀在一个轴线中靠拢。这样做的缺点是，如果不对印刷光栅作出校正的话，将以倾斜的方式打印出期望图像。
可使用用以向印刷光栅数据提供倾斜的RAM有利地提供所述校正。在灰度数据已被转化为阀打开时间，而不是将阀数据写入到纵列中时，写入数据可在多个列上方偏移，例如，如果期望倾斜角为45°的话，用于第一阀的阀打开时间应被写入到由写入指示器指示的纵列中，用于第二阀的阀打开时间应被写入到由写入指示器指示的下一个纵列中，依此类推，以使得阀打开时间在期望的倾斜角度下被写入到RAM中。
通常使用80μs和250μs之间的阀打开时间可提供16级灰度。已经发现通过提供第一时期的第一电压而初始打开阀并且提供另一个时期的低于第一电压的第二电压以保持阀打开是有利的。这减少了阀保持打开得比提供期望灰度所需的时间长的可能性，导致降低打印性能。已经发现施加大约80μs的36V脉冲和施加所述阀保持打开的剩余时间的大约5V的第二脉冲是特别有利的。
在另一个优选实施例中，参照图11所描述的阀控制装置和阀将被共同布置在一个电路板650上。然后多个电路板可以串联的方式被连接并被物理地布置在竖直阵列中以使得所述阀可将二维矩阵沉积在打印基片上。在这种情况中(见图14)，一个板650a将通过串联的输入/输出部分622被连接于计算机控制系统230并且通过串联的输入/输出部分624被连接于第二板。第二板650b将通过串联的输入/输出部分622被连接于第一板并且通过串联的输入/输出部分624被连接于第三板650c，依此类推。当输入/输出部分624没有连接部分时，串联链中的最后的板可检测其位置。在给串联链中的最后的板加电时指定其地址为0并将该地址传输到前面的板中，而后指定其地址为1。该过程继续进行，其中地址值增加直到每个板都具有指定的地址。然后第一板650a将向计算机控制系统报告其地址，以使得所述系统知道所连接的板的数量。所述系统将给板的地址加上任何与板相关的前缀。最好16个板连接在一起以提供16×16的打印矩阵。
该优选实施例中所使用的FPGA是Xilinx Spartan II XC2S100，由于其结构是由从启动中的PROM中下载的数据确定的，因此所述Xilinx Spartan II XC2S100是优选的。这样一种FPGA可由更便宜的装置，其中FPGA是硬连线的，例如通过喷吹熔合形成逻辑元件，而不是可通过软件构成的代替。
应该理解的是，用以校准电磁阀的射束技术适合于与任何类型的电磁阀结合使用要求可用在使用电磁阀的任何应用中。然而，对于其中部件的小尺寸使得极片位置和其他部件的人工调节困难和不精确的本发明的简洁高速阀来说，该技术是特殊应用。
如上所述，软件和计算机控制可用于在其任何一个或者两个行程远端处减速柱塞的移动以减少由于柱塞相对于其座过大撞击而使油墨从喷嘴孔溅射。
根据本发明的另一个方面，提供一种操作电磁阀的方法，该方法包括使电动线圈通电以产生磁场以便能够在线圈内往复驱动柱塞，其中控制磁场以便在柱塞接近其至少一个移动末端时使柱塞的速度降低。可利用多种方式实现磁场的控制。
在一个优选实施例中，可控制磁场以便在柱塞接近其关闭位置时使柱塞的速度降低，从而当阀关闭时减小冲击。可控制磁场以使柱塞的速度降低，磁场抵抗由返回装置在柱塞上施加的作用力。现将操作图14至图20描述这样一种操作该阀的方法。
图14示出了适用于该操作阀的方法的电磁阀710的示意图。阀710包括柱塞720、管730和线圈740。柱塞720包括一种铁磁性材料(或者其他任何磁性材料)并且被接收在管730内以能够沿着管的轴线自由移动。通过在线圈740上施加电流可使柱塞被推动，例如被推向管的开口端，电流在管内产生磁场，磁场使得磁动力作用在柱塞上。被施加在线圈上的电流脉冲的时限和频率可由计算机(未示出)控制。电磁阀还包括用于在柱塞已经完成其全行程范围后使柱塞返回其初始位置返回机构(未示出)，诸如弹簧。
按照惯例，电流以单一方波的形式(或者以具有陡坡的三角形波的形式)被供给使线圈通电，以提供柱塞朝向管的关闭端的迅速加速。类似地，在柱塞已经到达其在管内的最大行程后，电流迅速减小以使作用在柱塞上的磁力快速减小。由于任何磁力将对抗由返回机构施加在柱塞上的作用力，因此这是有利的，从而磁力越大，则柱塞的返回时间越慢。
但是，已经证实，在电磁阀的一些高速应用中，诸如它们用在喷墨打印机内，特别是用在“按需型滴墨”喷墨打印机内，增加磁力施加在柱塞上和从柱塞上去除材料的速率能够对阀的操作产生不良影响。
图15示出了用在一种按需型滴墨喷墨打印机内的电磁阀710的示意图。处于关闭位置的柱塞720被接收在喷嘴孔750的一端上以密封喷嘴。管730在其开口端伸出以形成腔室760，腔室760包括入口770，油墨可通过入口770被供给。通过将电流施加在线圈上为线圈740通电以沿着管将柱塞推向管的关闭端。柱塞的移动启封喷嘴孔的端部，使油墨流过喷嘴孔。在从柱塞上去除磁动力(MMF)后通过从线圈740上去除电流，返回机构(未示出)使柱塞返回其关闭位置以使柱塞用于密封喷嘴孔。密封的一些形式或者挡板可被施加在喷嘴孔上和/或柱塞的端面上以增强柱塞和喷嘴孔之间的密封，以便当柱塞处于其静止位置时减小油墨进入喷嘴孔的可能性。
希望返回机构使柱塞快速返回到其关闭位置以避免喷嘴过长时间保持打开状态；这样尽可能地断开线圈740上的电流脉冲是重要的。柱塞在管和腔室内的往复移动被控制以使被精确控制的墨滴将从被设置在基片(未示出)上的喷嘴孔喷出。当以高频(通常为2至4kHz)操作该阀时，由于线圈被通电的方法而以这样的高速操作可产生问题。
线圈的通电使得柱塞经受一种快速加速直至其移动受到管端部的阻止。仅管内的流体的阻尼作用和由返回机构施加的作用力对抗由线圈通电所导致的柱塞的移动。
柱塞的移动的突然性使得卫星滴形成在被打印在基片上的预定液滴周围。相信，当柱塞从其静止位置移离时，柱塞的快速加速导致这些卫星滴的形成，并且由于管内的流体所提供的有限流体阻尼而使该问题被加剧。另外，已经发现，如果由返回装置作用在柱塞上的作用力太大并且如果当柱塞返回到其静止位置施加在柱塞上的磁力最小，柱塞对喷嘴孔的入口的冲击可使柱塞或者喷嘴的结构受损(或者使设置在喷嘴或者柱塞上的任何密封装置受损)。
通过改变推动柱塞的方法可减小产生这样的卫星滴的可能性。不是如上所述利用方波(或者三角形波)电流脉冲为线圈通电，而是一种比较渐进的方式将电流提供给线圈。类似地，如果适当地控制线圈断电的方式，接着使得柱塞的减速不是很突然，应该能够进一步减小由于柱塞对喷嘴孔入口的冲击而导致的问题。相信在除了喷墨打印以外的应用中当电磁阀以很高的速度被干燥时也可能发生类似的问题。
可以一种基本上为三角形脉冲(在时域中可是对称的或者非对称的)、基本上为高斯脉冲、基本上为正弦脉冲或者其他一些能够减小柱塞的初始加速和最终减速的非方波脉冲的形式提供电流。电磁阀的精确性和其被打开的速率将决定柱塞的突然加速和减速是否对电磁阀的操作产生不良的影响。
图16a示出了一种通常用于使线圈通电的典型三角形波的图表。图16b示出了根据本发明方法用于使线圈通电的三角形波的图表。可以看出，在图16b中所示的波形的第一部分中的波的梯度小于图16a的波形中的相应部分。这确保柱塞以较慢的初始速率加速离开其静止位置，减小形成卫星滴的可能性。也可注意到，在波形的后部中具有较大的电流以使施加在柱塞上的磁力用于阻尼柱塞的移动，缓解返回机构的作用。应该理解的是，准确波形将取决于其他因素，例如电磁阀的特性和结构、其工作速度及其应用等，并且图16b中所示的波形仅是示例性的。
可利用试验确定一种用于特定应用的适合的或者最佳的波形或者波形组。图16c中示出了被发现是一种优选的波形。已经发现，最好在第一时间段中提供第一电压初始打开阀并且为了使阀保持打开在另一个时间段中提供低于第一电压的第二电压。这减小了阀在比提供所期望的灰度需要的时间长的时间内保持打开，这会降低打印性能，的可能性。已经发现，最好在80微秒的时间内提供36V的脉冲并且在使阀保持打开的剩余时间内提供大约5V的第二脉冲。
在在喷墨打印中的电磁阀高速操作中，可利用与计算机控制系统相连的CCD(电荷耦合器件)摄像机监测被沉积在基片上的墨滴以确定形成问题卫星滴的数量和它们形成的频率。可利用计算机分析所收集的数据，计算机可改变电流脉冲，因此可减少形成卫星滴的数量。计算机可从存储在存储器中的脉冲范围中选择电流脉冲并且显示减少卫星滴形成的特定电流脉冲的可能性。
在一个优选实施例中，阀控制装置包括利用图12中所示电路的现场可编程门阵列(FPGA)。FPGA包括存储器和由使用者配置的逻辑元件以提供所需的功能。
权利要求
1.一种用于控制流体从中通过的流动的阀机构，所述机构包括轴颈连接的柱塞部件，所述柱塞部件用于在管状部件之内在静止位置和操作位置之间轴向往复运动，所述管状部件在当电流通过所述线圈时在所述线圈所产生的磁场的影响下支撑电动线圈；偏压装置，所述偏压装置用于当未向线圈施加电流时朝向其静止位置偏压柱塞，所述柱塞的远端延伸到具有通向喷嘴孔的出口内腔的阀头腔室中，所述柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头腔室经由所述内腔到喷嘴孔的流体流动路径，其特征在于a.柱塞是用具有大于1.2Teslar的饱和通量密度的电磁材料制成的；并且b.从阀头腔室通向喷嘴孔的内腔具有5∶1或以下的长度与直径比率；以及c.喷嘴孔具有80微米或更小的直径。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述柱塞是用具有大于1.4的饱和通量密度的材料制成的。
3.如权利要求2所述的阀，其特征在于，所述柱塞是用具有大于1.6的饱和通量密度的材料制成的。
4.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述柱塞是用具有低于0.25安培/米的矫顽力和超过50,000的渗透性材料制成的。
5.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述内腔具有1.5∶1到5∶1的长度与直径比率。
6.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述内腔具有2∶1到4∶1的长度与直径比率。
7.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述内腔具有40到60微米的直径。
8.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述柱塞具有小于2.5mm的直径和5到15mm的长度。
9.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述内腔具有形成于其中的内部轴向腔。
10.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述喷嘴孔形成在箔喷嘴板中，所述箔喷嘴板支撑安装于其上的多个阀，每个喷嘴孔都与阀机构的柱塞相互对准。
11.如前述权利要求10所述的阀，其特征在于，通过喷嘴板将所述喷嘴内腔和所述喷嘴孔构成为一单个部件。
12.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述线圈被缠绕或直接形成在所述柱塞在其中移动的管状部件上。
13.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述阀头腔室的远端壁具有一个或多个直立区域，用以在所述柱塞的相对端面和远端壁之间提供增强的密封。
14.如权利要求13所述的阀，其特征在于，所述密封的区域是由基本与通向喷嘴内腔的入口同心的一个或多个肋提供的。
15.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述线圈是缠绕在管状支撑部件上的独立绕组。
16.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，金属容器被提供为线圈的磁性返回路径。
17.如权利要求16所述的阀阵列，其特征在于，所述金属容器围绕阵列中的各个线圈。
18.如前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述柱塞与管状部件不具有相同的截面，因此轴向流体流动路径被形成在所述管状部件与所述柱塞之间。
19.一种基本如前文中关于附图所描述并如在任一个附图所示的阀。
20.一种按需型滴墨的喷墨打印机，其中油墨从容器向喷嘴孔的流动是由前述权利要求中任一项中所述的阀调节的。
21.一种操作如权利要求20所述的按需型滴墨的喷墨打印机的方法，其特征在于，所述阀在大于1kHz的频率下操作。
22.一种使用按需型滴墨的喷墨打印机将图像形成成分施加到起绒织物上的方法，其特征在于，所述打印机在至少1kHz的落滴产生频率下操作。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述起绒织物具有至少2mm的绒毛长度并且打印机在小于3巴，特别是1.5到2.5巴的压力下操作。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述按需型滴墨的喷墨打印机是如权利要求20所述的打印机。
25.一种用于使用按需型滴墨的喷墨打印机在起绒织物上打印图像的方法，其中用于控制流体流向喷嘴孔的流动的电磁阀机构包括轴颈连接的柱塞部件，所述柱塞部件用于在当电流通过所述线圈时在由所述线圈产生的磁场的影响下在电动线圈之内在静止位置和操作位置之间轴向往复运动，所述柱塞的远端延伸到具有出口喷嘴内腔的阀头腔室中，所述柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头腔室经由所述内腔的流体流动路径，其特征在于a.柱塞是整体结构的，并且是用这样的软电磁材料制成的，所述软电磁材料具有大于1.4Teslar的饱和通量密度、小于0.25安培/米的矫顽力和超过10,000的相对磁导率；以及b.从阀头腔室通向喷嘴孔的喷嘴内腔具有8∶1或以下的长度与直径比率。
26.如权利要求20所述的按需型滴墨的喷墨打印机与适合于控制打印机的操作的计算机相组合，其特征在于，所述计算机适合于与用于观察施加于基片上的油墨或其他流体的打印点的机构相组合的，所述计算机编制有程序以探测所观察的打印点与期望的打印点之间的差异并且提供对于施加于调节流体流向喷嘴孔的流动的阀的线圈的电流的校准以保持期望的观察的打印点的参数。
27.如权利要求26所述的用于操作打印机的方法，其特征在于，所述计算机被编制有程序以便于以字节信号操作。
28.如权利要求26所述的用于操作打印机的方法，其特征在于，使用所观察的和期望的打印点的参数的比较来校准所述阀的性能，以便于提供一个或多个实现期望的打印参数所需的阀操作的变化记录。
29.一种用于使用参照图9到13所描述的软件校准电磁阀的方法。
30.如权利要求26所述的用于操作打印机的方法，其特征在于，所述计算机修正所述阀的操作，使得在其接近所述柱塞的行程的任一末端或两个末端处使得所述柱塞减速。
31.一种用于操作参照图14到16所描述的按需型滴墨的喷墨打印机的方法。
32.如权利要求26至31中任一项所述的方法，其特征在于，所希望的参数被存储在一个或者多个查阅表中以与所观察的参数对比。
33.一种操作电磁阀的方法，该方法包括使电动线圈通电以产生磁场以便能够在线圈内往复驱动柱塞，其中，控制磁场以便在柱塞接近其至少一个移动的末端时使柱塞的速度降低。
全文摘要
一种利用能够以高频操作并且可被制成一紧凑单元的某些材料制造的电磁阀。柱塞(1)是由一种饱和磁通密度大于1.2特斯拉，最好大于1.6特斯拉的电磁材料制成，从阀头腔室(14)通向喷嘴孔(12)的孔道具有小于5∶1，最好在2∶1至4∶1之间的长度与直径的比率，并且喷嘴孔(12)的直径为80微米或者更小。以及一种操作设有这样一种阀的按需型滴墨喷墨打印机的方法。
文档编号F16K31/06GK1605002SQ02824912
公开日2005年4月6日 申请日期2002年10月15日 优先权日2001年10月13日
发明者D·A·霍恩斯内尔, M·B·托林, A·勒彻赫, O·J·普里梅, M·J·福克斯, C·M·巴特斯 申请人:威尔勒国际有限公司