液滴沉积装置的制作方法

专利名称：液滴沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨式打印机，更具体地说，涉及一种需要滴液的喷墨式打印机。
背景技术：
现已不再简单地将喷墨式打印机视为办公用打印机。现今，其多功能性还体现在其可用于数字印刷和其他工业市场。在打印头中包含有超过500个的喷嘴十分常见，并且可以预测在不久的将来，包含有超过2000个喷嘴的“页宽”打印头也即将问世并且用于商业中。这些大型打印头发展的趋势将是静止打印头，并且每分钟能够打印超过120张具有相片级图像的A4纸张。
喷墨打印头的喷嘴直径通常小于50微米，并因此会受到墨水和纸张纤维中污物微粒的堵塞。采用各种诸如剥离、擦除和清洗之类的常规维护方法和技术可以去除这些堵塞物。采用扫描打印头，通过众所周知的图像处理或打印常规程序可能会掩盖喷嘴堵塞物，直到采用维护工序才进行清除。
页宽数字打印每分钟可以打印大约100张彩色页面，因为没有扫描，通过喷射位于阻塞喷嘴位置处的不同喷嘴不可能掩盖喷嘴的堵塞物，并因此在任何出现问题的时候，都需要采用常规维修解决。由于常规维修需要花费几分钟时间才能完成，这将导致少打印几百页的损失，还不算在维修期间有几百英尺长的纸张从打印头下面通过所造成的损失。
很显然，打印头尽可能长时间避免堵塞很重要，这可确保打印时间最长，纸张浪费最小。
有人提议在墨水进入打印头之前先过滤墨水，这仍是一个很明智的方法。然而，即使使用了过滤装置，会堵塞喷嘴的大体积微粒，或者空气还是可能进入到喷射室中。
当然也可以通过减小过滤装置的孔隙尺寸来阻挡越来越小的微粒。这也可以很好地理解为较小的孔隙尺寸又可能导致压力增大的液滴不能通过过滤装置。
在WO00/38928的现有技术中，提供一种打印头结构，其中墨水以大约十倍于最大喷射速率的容积流速不间断地流过喷嘴。这种通向喷射喷嘴的打印头的喷射端口与通道的纵轴形成有90°度角。可以发现这种上游过滤装置的流速可以减少污物微粒或空气泡堵塞喷嘴的可能性。然而，特别是使用很“脏”的墨水或由于某种原因过滤装置失灵时，仍有污物进入喷嘴的可能。
本发明提供的一种液滴沉积装置，其可以寻求增加维修工序的时间，并可以解决其他一些问题。

发明内容
根据本发明所提供的一种液滴沉积装置，其包括至少一个在其液体入口和液体出口之间延伸的喷射室、并包括位于液体入口和液体出口之间的喷射端口、以及具有接收用于从其喷嘴出口喷射出的喷射室液体的入口、作用于所述喷射室以用于给流过喷射室的喷射液体施加压力的致动器装置、以及设置成邻接所述喷射端口入口，用于阻止在所述液体入口和液体出口之间流动的所述喷射液体中的颗粒进入所述端口的装置。
在优选
具体实施例方式
中，提供一种液滴沉积装置，其包括至少一个各在其液体入口和液体出口之间延伸的喷射室，并包括位于液体入口和液体出口之间的喷射端口、并具有接收用于从其喷嘴出口喷射出的喷射室喷射液体的到入口的斜面边缘。
优选地，可以选择斜面的结构和尺寸以及沿通道且通过端口的液体流速(其优选为在8至30倍的最大液滴喷射量)，这样可以将污物微粒留在喷嘴中的可能性减少到令人满意的程度。
优选地，通道为一个相互彼此平行延伸以形成排列的相似通道。
优选地，斜面具有相对于通道底部有10°至70°的入口角度，并且在可选结构中，斜面入口的内径一直延伸到至少一个喷射室侧面的上方。
在本发明的第二具体实施方式

中，设置有至少一个各在其液体入口和出口之间延伸的喷射室，并包括位于液体入口和液体出口之间的喷射端口，并具有接收用于从其喷嘴出口喷射出的喷射室液体的入口、以及设置在所述的喷射室和所述喷射入口之间，用于阻止在所述液体入口和液体出口之间流动的喷射液体中的颗粒进入所述端口的过滤装置。
优选地，喷射板中的孔隙比盖板的端口小2至10倍。
优选地，所述过滤装置是多孔板，并形成所述至少一个喷射室的壁面。更优选地是，过滤装置形成多个所述至少一个喷射室的壁面。
在本发明的另一方面，其提供一种液滴沉积装置，其包括在其液体入口和液体出口之间延伸的伸长喷射室、提供用于液体沿喷射室长度方向以速度VT流动的液体供给装置、位于液体入口和液体出口之间，并与喷射室长度方向成直角方向上的喷射端口、所供液体中的颗粒在喷射端口方向上具有漂移速度VD，其中设置有一个与喷射室和喷射端口交叉处的液体入口相对的挠曲面，其可用于使流入喷射端口的喷射室中的颗粒产生偏斜。
有益地是，挠曲面与喷射室长度方向的角度大于tan-1(VD/VT)，并且优选地大于tan-1(2(VD/VT))，并且挠曲面与喷射室长度方向的角度小于tan-1(VT/VD)，并且优选地小于tan-1(1/2(VT/VD))。
有意义地是，挠曲面分别定义为在喷射端口和喷射室的正交曲面之间的斜面。


参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明，本发明的上述和/或其它方面和优点将得到更加清晰地理解。其中图1是根据现有技术的双端打印头；图2是根据现有技术的通流打印头；图3是根据现有技术的通流打印头；图4是图3中通流打印头的分解透视图；图5是图3和4中盖板和喷嘴板的展开图；图6是描述根据本发明打印头中喷射液体中包含的微粒的轨迹的示意图。
图7是描述根据本发明的盖板的展开图；图8是描述通流因数和进入图6和7中的盖板的20μm(微米)微粒的百分数之间关系的示意图；
图9是描述在通道一个边界下面延伸的斜面；图10是根据本发明第二具体实施方式

的打印头的示意图；以及图11是根据本发明第三具体实施方式

的打印头的示意图。
具体实施方式

在根据如图1所示的现有技术的打印头中，众所周知其具有双端通道，墨水从两个管道2和4中供给，并且从形成在位于通道6中心的喷嘴板10上的喷嘴8中喷射出。通道采用含有金刚石的圆锯在压电陶瓷块和特殊的PZT(压电换能器)中锯成。PZT(压电换能器)在与延长方向成直角的方向上极化，并且与限制通道的壁面的表面平行。独立的电极5通过恰当的方法形成于壁面的任何一面，并且通过接线盒7与驱动芯片(未示出)相连。在壁面的相对面上电极之间施加电场时，壁面发生剪切变形以便给通道中的墨水施加压力。这个过程已广为人知，例如这里可以参考EP-A-0 200703和EP-A-0 278 590，以及其他的一些应用。
在如图2所示的现有技术的另一打印头中，端口12形成于模压压电基底中。设置喷嘴板14容纳喷嘴16。墨水通过中心入口18供给喷射室20，并且通过位于喷射室相对端的端口22可以排除。要注意地是，在这种规格中，墨水可以随意地通过各个喷射室20进行循环，从而达到清洁的目的。
端口12是锥形形状，有助于从模块中取出压电材料。因此，端口的角度相当尖锐，并通常小于5°。
在如图3所示的现有技术的另一打印头中，喷嘴板24连结在盖件26上，盖件还进一步连结在限制喷射室的壁面28上。盖件具有连接喷嘴30和喷射通道28的直边端口29。墨水从形成于底座部件36中的管道32和34中流过通道。管道32作为墨水入口，同时位于通向墨水入口的通道的相对端的管道34作为出口管道。甚至在打印期间，墨水也会流过通道。
墨水流动增加了污物微粒或颗粒留在墨水中，而不进入喷嘴的可能。然而，可以发现污物微粒仍有机会能够进入喷嘴中。
不希望受理论的限制，申请人认为由于重力和对污物微粒或空气泡的喷射影响可能会导致污物微粒进入喷嘴。其中打印头安排成向下喷射比液体具有更高密度的污物微粒，在重力的影响下，有向喷嘴漂移的趋势。如果打印头安排成垂直向上喷射空气泡，其具有比液体要低的密度，有向喷嘴漂移的趋势。作用在喷射通道的助力器产生朝喷嘴方向的墨水运动，并且任何污物或空气由于这种墨水运动同样推向喷嘴，甚至当助力器水平排列用于喷射时，也是如此。
总体上说，通过简单地去除盖板，不可能避免污物微粒的滞留，因为盖件是用于使喷嘴的结构稳定的。其中所采用的喷嘴板是隔离的，并发现不可能存在严密的墨水高通流或可以提供足够的硬度以便当激励而不弯曲时，在喷射室中保持一定的压力。
因此，问题仍然是要避免或减少污物微粒陷在墨水喷射端口的可能性。
参照图3至11，将对通过本发明所解决问题和方法进行详细地说明。
在图3和4的打印头中，墨水通过中心入口32供给到形成于压电材料块28中的两排通道40和42中。墨水在进入打印头之前先经过预过滤，以便去除所有的大颗粒，为了减少喷嘴堵塞的机会，并以十倍于最大打印速率的速度通过通道进行循环。不打印的墨水随后流过出口端34到准备再次循环的贮液器中。
通道40和42通常具有75微米的宽度，300微米的高度。盖子上的孔直径为100微米。打印头可以打印的液滴在3pl和50pl之间，这时频率为6.2KHz，这也意味着通过喷嘴的最大流速为3.1×10-10m3/s。以此10倍的速率，墨水沿通道的速度为0.14m/s。
与通流相关的雷诺数νρD/μ可以用液压直径D＝4A/P的特征长度来估计。式中A为通道横截面积，而P是其周长。因此，墨水的黏度为10Cp，密度为900kg/m3时，雷诺数为1.4。温度变化对雷诺数的影响很小。
雷诺数提供了速率相对于粘性效应的惯性的指数。雷诺数低于1，表示当壁面受激励时，在喷嘴处墨水中的悬浮的颗粒可能以同样的压力在与表面垂直的通道中流动。即雷诺数高于1，表示惯性效应占主导，当壁面受激励时，颗粒不太可能偏离。在这种情况中，雷诺数正好为1，墨水沿通道的流动动量是十倍于最大打印速率的速度也不可能阻止颗粒进入喷嘴而引起堵塞。
图5的箭头VT和VD分别表示墨水沿墨水通道的流动和朝着喷嘴的有效漂移速度。漂移速度相当于通过盖孔区域进入喷嘴的最大流速，从而在最大的打印速率时，漂移速度为0.039m/s。VT和VD之间的高比率意味着颗粒不太可能偏斜进入喷嘴，并且只有那些已在通道底部的颗粒将会偏斜进入喷嘴。在VD是VT的29％的情况中，很重要的是那些微粒因此从通道底部的相当大的区域中偏斜进入通道。
图6和7描述了由于漂移速度VD的作用，微粒44朝喷嘴的运动。如上所述，通过喷嘴的最大流速为V，漂移速度可以计算得VD＝V/πd2/4。污物微粒的中心最初在离通道底部s的距离，向下漂移r＝dVD/VT的距离。式中s大，r小，微粒避免进入喷嘴，如果s小，r大，微粒进入喷嘴。如果s和r同等，微粒将撞击盖孔的边缘。
如图6所示，端口边是直的，并且根据现有技术，任何撞击壁面或端口边缘的微粒会增加进入喷嘴的可能。一旦微粒出现，并进入端口里，如果没有进一步的诸如反冲、或清洗之类的维修工序，墨水的流速VT不可能单独清除掉微粒。
如在图7中可以发现，根据本发明第一具体实施方式

，在端口边提供一个深度为c的斜面以增加微粒不进入喷嘴的可能。如图7所示，任何撞击斜面的微粒，其中VT大于VD，可能使微粒向后运动进入通流。然而，微粒撞击孔的非斜面部分(或如图6所示的无斜面的情况中，在孔的边缘)可能停止在喷嘴中，而引起堵塞。可能引起微粒进入喷嘴的s的临界值可以定义为满足s小于r-c的任何值。
穿过高度为h的通道，微粒趋向于均匀分布，因此s的值在p/2至(h-p/2)之间。微粒进入系数因此可以定义为f＝[(r-c)-(p/2)]/(h-p/2)图8分别显示微粒进入的百分数和通流因数以及斜面深度之间的关系。
可以发现，20微米的斜面深度和45°的斜面角，以及十倍于最大打印速率的墨水循环速率将很大程度上减少微粒进入的可能，同时仍然可以采用可接受的循环速率。
可以发现斜面角度与板面的关系很重要。当角度很小或很大时，与斜面部分的深度或长度无关，穿过盖板的端口能有效地起作用，好像没有斜面存在一样。
优选地，斜面角度大于tan-1(VD/VT)并小于tan-1(VT/VD)。更优选地是角度大于tan-1(2(VD/VT))并小于tan-1(1/2(VT/VD))。
斜面有益于减少对位于打印头上游以阻挡微粒的过滤装置的需要。这意味着过滤装置可以制造成较低规格以减少成本，也可以制造成具有较大的孔隙，从而可以减少穿过孔隙时的压力损失。
优选地，斜面深度大于1/2的平均微粒尺寸，更优选地是大于或等于平均微粒尺寸。实际应用中，过滤装置用在打印头的上游，斜面将大于1/2的孔隙尺寸，并且优选地是大于或等于孔隙尺寸。
斜面角度和深度可以是如图9所示，入口边延伸到一个通道边界的下方，图9示出了喷嘴30的截面图。
同样也可能调节端口的一边以减少如可选的具体实施方式

的图中所描述的堵塞可能性。在此具体实施方式

中，只有端口的下游边是斜面，并且可以发现还能进一步减少堵塞的可能性。优选地，斜面的角度为小于45°，更优选地是小于30°以有助于使微粒排出。斜面的角度应该相对于盖板平面不小于tan-1(VT/VD)。在这两个具体实施方式

中，优选地，为了便于制造，端口为矩形。
端口中的孔采用诸如蚀刻、烧蚀、打孔等之类的合适技术形成。仔细地控制这些技术，或进一步采用蚀刻或烧蚀技术以形成斜面。
在图11的可选具体实施方式

中，多孔过滤层设置在盖板和喷射室之间，过滤层中孔隙的尺寸正好可以阻挡微粒进入喷嘴区域。可以令人惊奇地发现，这个多孔板不会显著地降低打印头的效率。
在盖板中孔隙60的直径尺寸大约为100微米。可以发现过滤层中孔隙的尺寸在10微米和50微米之间，以提供最佳的喷射。虽然不需要以10倍的最大打印速率，但墨水仍然需要连续地流过喷射室。
过滤层为进一步层压到并且基本延伸到整个盖板表面的板。多孔形成于与盖板的端口相对应的位置。这些孔可能遍布在相当大的区域以方便排列对正。盖板可以由任何合适的，与墨水相容的材料形成，可以发现聚酰亚胺特别适合。过滤孔可以通过烧蚀、蚀刻或其他任何合适的方法制成。
虽然本发明参照液体中的污物和颗粒进行了说明，但是其也同样适用于容纳在液体中的气泡，并具有相同的限定技术效果。
公开于此说明书中的任何特征(包括权利要求中的内容)和/或显示于附图中的内容可以与其它公开和/或显示的特征独立地或组合地进行结合。
权利要求
1.一种液滴沉积装置，包括至少一个在其液体入口和液体出口之间延伸的喷射室，包括位于液体入口和液体出口之间的喷射端口、并具有接收用于从其喷嘴出口喷射出的喷射室液体的入口；作用于所述喷射室以用于给流过喷射室的喷射液体施加压力的致动器装置；以及设置成邻接所述喷射入口，用于阻止在所述液体入口和液体出口之间流动的所述喷射液体中的污物进入所述喷射端口的装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述颗粒包括空气泡。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述装置包括到所述喷射端口入口的斜面边缘。
4.一种液滴沉积装置，包括至少一个在其液体入口和液体出口之间延伸的喷射室，包括位于液体入口和液体出口之间的喷射端口、并具有接收用于从其喷嘴的出口喷射出的喷射室喷射液体的到入口的斜面边缘。
5.根据前述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于所述喷射室是一个通道。
6.根据权利要求3至5中任何一项所述的装置，其特征在于所述斜面相对于喷射室的轴线方向具有在20°至70°的角度。
7.根据权利要求3至6中任何一项所述的装置，其特征在于所述斜面延伸到至少一个喷射室一面的上方。
8.根据权利要求3至7中任何一项所述的装置，其特征在于所述斜面设置成邻接所述端口的下游边缘。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述装置包括设置在所述喷射室和所述端口之间的过滤装置。
10.一种液滴沉积装置，包括至少一个各在其液体入口和液体出口之间延伸的喷射室，包括位于液体入口和液体出口之间的喷射端口，并具有位于液体入口和液体出口之间的喷射端口，还具有接收用于从其喷嘴出口喷射出的喷射室液体的入口，以及设置在所述喷射室和所述喷射端口入口之间，用于阻止在所述液体入口和液体出口之间流动的喷射液体中的颗粒进入所述端口的过滤装置。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述颗粒包括空气泡。
12.根据权利要求9至11中任何一项所述的装置，其特征在于所述过滤装置为多孔板，并形成所述至少一个喷射室的一个壁面。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述过滤装置形成多个所述至少一个喷射室的壁面。
14.根据前述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于所述喷射液体在墨水入口和墨水出口之间是以1至30倍的最大液滴喷射速率流动。
15.根据前述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于所述喷射液体在墨水入口和墨水出口之间是以1至10倍的最大液滴喷射速率流动。
16.根据前述任何一项权利要求所述的装置，还包括与各喷射室相关联用于实现从喷射室的喷嘴喷射液体的致动器装置。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述致动器装置还进一步包括至少限制所述喷射室的压电壁面部分。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于所述压电壁面以剪切模式运行。
19.一种液滴沉积装置，包括在其液体入口和液体出口之间延伸的伸长喷射室、提供用于液体沿喷射室长度方向上，速度为VT流动的液体供给装置、位于液体入口和液体出口之间，并与喷射室长度方向成直角方向上的喷射端口、所供液体中的颗粒具有在喷射端口方向上的流速VD的漂移速度，其中设置有一个与在喷射室和喷射端口交叉处的液体入口相对的挠曲面，以用于使流入喷射端口的喷射室中的颗粒产生偏斜。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述挠曲面与喷射室长度方向的角度大于tan-1(VD/VT)，并且优选大于tan-1(2(VD/VT))。
21.根据权利要求19或20所述的装置，其特征在于所述挠曲面与喷射室长度方向的角度小于tan-1(VT/VD)，并且优选小于tan-1(1/2(VT/VD))。
22.根据权利要求19至20中任何一项所述的装置，其特征在于所述挠曲面分别定义为在喷射端口和喷射室的正交表面之间的斜面。
全文摘要
一种具有墨水流过墨水喷射室以及通向喷嘴的墨水喷射端口的喷墨打印机，其具有例如在喷射室和喷射端口的交叉处的斜面的挠曲面，以便阻止颗粒进入端口。
文档编号B41J2/14GK1551834SQ02817372
公开日2004年12月1日 申请日期2002年9月4日 优先权日2001年9月7日
发明者罗伯特·哈维, 斯蒂芬·坦普尔, 霍华德·约翰·曼宁, 坦普尔, 约翰 曼宁, 罗伯特 哈维 申请人:萨尔技术有限公司