具有改进的溶剂回收回路的喷墨打印机的制作方法
本发明涉及连续喷墨打印机，尤其但不是仅涉及设置有多喷嘴液滴生成器的二元(binary)喷墨打印机。其目的尤其在于改进用于这些打印机的墨和溶剂回收回路。
背景技术：
连续喷墨打印机包括：
-墨滴生成器，
-使得由生成器生成的液滴的轨迹分开并朝着打印支撑件指引液滴的轨迹或将液滴的轨迹指引到收集器的装置。
图1示出了喷墨打印机中的主要模块。按照已知的方式，打印机包括控制台300、具体包含墨和溶剂调节回路的隔间400、以及用于墨和溶剂的容器。一般来说，隔间400位于控制台的下部。控制台的顶部包括控制和仪表电子元件以及显示装置。控制台通过脐带200水力地和电地连接到打印头1。未示出的龙门架用于安装面对打印支撑件800的打印头。打印支撑件800沿着由箭头表示的方向运动。该方向垂直于喷嘴的对齐轴线。
液滴生成器包括沿着喷嘴对齐轴线x在喷嘴板上对齐的喷嘴。在打印期间，这些喷嘴沿着垂直于喷嘴板的z方向连续地喷射墨喷流。连续喷墨打印机包括偏离式喷墨打印机和二元连续喷墨打印机。在打印位于打印支撑件上的一定位置所花费的时间期间，在偏离式连续喷墨打印机中从喷嘴形成的液滴可以或可以不偏离。对于每个打印位置且对于每个喷嘴，垂直于打印支撑件的运动方向的片段被打印。考虑到待打印的图案，偏离的液滴被偏离，使得这些液滴将在打印片段的要求部分上撞击打印支撑件。未偏离的液滴回收于收集器或沟槽中。偏离式连续喷墨打印机通常包括几个喷射喷嘴，但是根据待打印的图案，每个喷嘴可打印分布于打印片段上、用于支撑件上的每个打印位置的数个像素。
在二元连续喷墨打印机中，来自喷嘴的墨仅打印用于每个打印位置的一个像素。考虑的像素不接收任何液滴或者根据待打印的图案接收一个或数个液滴。因此，对于高的打印速度，喷嘴板包括大量喷嘴，例如64个，以能够使得每个喷嘴同时打印一个像素。不要求用于打印的液滴回收于收集器中。已经泛泛地描述了这种打印机和连续喷墨打印头。
下面参照图2描述用于二元连续喷墨打印机的打印头的一般结构。
示出的头包括液滴生成器11。整数n个喷嘴4在喷嘴板2上沿着x轴线在第一个喷嘴41和最后一个喷嘴4n之间对齐。
第一个喷嘴和最后一个喷嘴(41，4n)是在它们之间具有最大间距的喷嘴。
每个喷嘴具有平行于z方向的喷流发射轴线或垂直于喷嘴板和上述x轴线的轴线(位于图2的平面中)。第三轴线y垂直于x轴线和z轴线中的每个，x轴线和z轴线两者在图2的平面中延伸。
每个喷嘴与增压激励室水力连通。液滴生成器包括用于每个喷嘴的一个激励室。每个室设置有致动器，例如压电晶体。
激励室的示例设计在文档us7192121中描述。
在喷嘴板的下游存在分类装置或分类模块6，分类装置或分类模块6将用于使用于打印的液滴与不用于打印的液滴或喷流片段分开。图2示出了穿过缝隙17的墨滴的轨迹a以及朝着收集器7指引的墨滴的轨迹b。
更确切地说，由喷嘴发射且将用于打印的液滴或喷流片段沿着喷嘴的z轴线跟随轨迹a，然后在已经穿过出口缝隙17(在图2中以虚线示出)之后撞击打印支撑件8。该缝隙打开到腔的外部，待打印的墨滴通过该缝隙离开；该缝隙平行于喷嘴对齐的x方向，喷嘴的z方向轴线穿过该缝隙，该缝隙位于与喷嘴板2的相反的面上。该缝隙的长度至少等于第一个喷嘴和最后一个喷嘴之间的距离。
由喷嘴发射且不意在用于打印的液滴或喷流片段被装置6偏离(这些液滴或喷流片段跟随诸如轨迹b的轨迹)，并回收于收集器7中然后回收。收集器沿着x方向的长度至少等于第一个喷嘴和最后一个喷嘴之间的距离。
例如，可参考描述了避免来自彼此相邻的喷嘴的喷流之间的串扰的方法的文档us8540350(fr2952851)，尤其是关于喷流的形成和打断喷流以形成液滴的信息以及关于液滴的偏离的信息。还可参考在专利us7192121(fr2851495)中描述的现有技术，该专利描述了取决于通过打断喷流形成的液滴是将撞击还是将不撞击打印支撑件的喷流打断位置。
液态墨用于连续喷墨打印机。这些墨包含溶剂，墨的成分溶解在该溶剂中。期望的是，一旦墨已经沉积在打印支撑件上，则墨应该快速地干燥。这是使用的溶剂是挥发性的原因。
最频繁使用的溶剂是被称为“mek”的甲基乙基酮，丙酮或例如诸如乙醇的醇类。然而，存在与挥发性溶剂的使用相关的缺点。由于溶剂是挥发性的，所以溶剂以蒸汽的形式从墨中逃离。
申请wo2012/038520包括克服由喷流周围存在蒸汽压力导致的缺点的装置。除了蒸汽的可在喷流循环所在的腔的壁上冷凝的第一部分之外，第二部分通过腔中的缝隙离开到达该腔的外部，打印所需的液滴将穿过该缝隙。该第二部分与环境空气混合，因此环境空气被污染。这种污染可导致环境质量认证被拒。当溶剂浓度超过给定的阈值时，空气变得不适合于呼吸。最后，如果浓度升高，则空气-溶剂混合物可能会是爆炸性的。
与本发明类似，在申请wo2012/038520中公开的方案关注于二元连续喷墨打印机。在这些打印机中少部分的墨(大约10％)朝着打印支撑件指引。这意味着由喷嘴发射的墨中的绝大部分朝着收集器指引。不同的喷流一起形成朝着收集器指引的液幕。由喷嘴喷射的墨中只有一小部分离开该幕，以液滴的形式朝着打印支撑件指引。这些液滴穿过平行于喷嘴对齐方向的缝隙从腔离开。该缝隙的长度稍微大于使喷嘴板上彼此之间具有最大距离的喷嘴分开的距离。液幕朝着收集器以速度vj运动。由于粘性，导致该幕周围的空气沿着与喷流相同的方向被夹带着。
与液体直接接触的空气以约等于vj的速度被夹带着。随着与喷流的径向距离增加，空气速度减小，直到达到空气速度与速度vj相比较小的限制。因此，所谓的“边界层”的厚度是液态空气边界与空气不再由液体夹带着的限制之间的距离。
由申请wo2012/038520公开的方案首先包括使用具有约为1的施密特系数的墨。这具有如下效果：由墨发射的蒸汽溶剂几乎完全限制在边界层内。
然后该方案包括放置收集器的顶端，以不仅回收不用于打印的偏离液滴，而且回收包含溶剂蒸汽的空气，该溶剂蒸汽容纳在位于喷流幕的每一侧上的两个边界层内。如果从顶端到xz平面的距离小于喷流在顶端处的偏差与边界层的厚度之差，则这是可行的。喷流在顶端处的偏差是沿着垂直于xz平面的y轴线在xz平面与偏离作业在顶端处的位置之间测量的距离。
申请wo2012/038520给出了如下公式，该公式用于根据喷嘴板和顶端之间的距离l、在3和5之间通常是3的数值系数α、等于2×10-5m2/s的空气运动粘度νa以及喷流的速度vj来计算边界层的厚度δ2。该文档还描述了如何沿着垂直于xz平面的方向y调节收集器的位置。与由收集器吸入的气流相同或者比该气流稍微多一些的气流，大致在喷嘴的水平面注入，以补偿喷流循环所在的腔内部的压力损失。空气平行于喷流且沿着相同的流动方向注入。因此，注入的空气中的大部分在收集器处吸入，小部分通过打印液滴出口缝隙离开。因此在喷流循环所在的腔内维持的正压抵抗卫星式液滴或灰尘进入该腔中。
然而，该方案不令人满意，不能回收存在于打印头的喷流循环所在的腔中最大量的溶剂蒸汽。该方案还限制了使用的墨的施密特系数。
该方案也不适合于高流动，例如每小时大约数十升或数百升的流动。
然而，高流动导致导管中和打印头中更高的冷凝风险。
申请wo2013/173200描述了墨和溶剂回收回路的示例，其中，通过收集器吸入的墨和气体被指引到增压墨容器中，在增压墨容器中墨由于重力而沉积。
在该容器中存在于墨上方的气体穿过开口进入溶剂容器，然后进入冷凝器。溶剂蒸汽的冷凝物由于重力而从冷凝器下落到溶剂容器中。从中去除了冷凝物的气体返回收集器中。可置于冷凝器本身中的加热器加热气体，以确保没有溶剂以液体形式存在于空气中。
再次，该方案不令人满意，不能回收存在于打印头的喷流循环所在的腔中最大量的溶剂蒸汽，该方案也不适合于高流动，例如每小时大约数十升或数百升的流动。
技术实现要素：
本发明意在优化用于连续喷墨打印机的挥发性溶剂的回收。虽然本发明可应用于偏离式连续喷墨打印机，但是本发明尤其适合于存在大量喷流例如至少16个或32个或64个喷流(多喷流打印头)的二元连续喷墨打印机，而偏离式连续喷墨打印机具有较少的喷流。“优化挥发性溶剂的回收”首先意味着回收例如存在于打印头的腔中的最大量的溶剂蒸汽，且最小化该回收所使用的能量。
为了实现该目的，本发明首先涉及一种用于回收包含在例如源于喷墨打印机的打印头中的腔的气流中的处于气化状态的溶剂或者可冷凝杂质的回路，该回路包括：
-双流热交换器，包括第一入口和第一出口之间的第一回路，所述第一回路用于例如来自所述腔的待处理气流，该交换器包括位于第二入口和第二出口之间的第二回路，
-冷凝器，具有入口和出口，所述入口沿着所述气流的循环方向流体耦合到所述交换器的第一出口，所述出口用于排出冷凝物和气体且流体耦合到双流交换器的第二入口，以将来自冷凝器的出口气体中的至少一部分运送到该交换器。
该回路的优点如下。冷凝器冷凝并因此回收包含在例如源于打印头的气流中的溶剂。该气流首先通过穿过交换器的第一回路，被来自冷凝器并在交换器的第二回路中循环且本身由第一流中的气体加热的气体冷却。因此，在冷凝器下游的溶剂蒸汽压力和气体温度使得溶剂压力远低于溶剂的饱和蒸汽压力。位于来自交换器的第二回路的出口处的气流可例如返回打印头中的气体入口；然后不存在如下风险：溶剂蒸汽将在打印头中的腔的内壁上冷凝，尤其是在打印头内部的大气温度高于冷凝器出口温度的情况下。此外，由于气体在封闭的回路中循环，所以更少的溶剂释放到外界。
本发明还涉及一种回收包含在例如源于喷墨打印机的打印头中的腔的气流中或者在该气流中气化的溶剂或可冷凝杂质的方法，该方法包括：
-使例如源于所述腔的气流在双流热交换器的第一回路中循环，双流热交换器包括第一入口和第一出口、用于第二回路的第二入口和第二出口，在所述交换器的入口处该流的温度是t1，在所述交换器的出口处该流的温度是t2，t2<t1；
-使从所述交换器输出的流在冷凝器中循环，气流在冷凝器的出口处处于温度t3，t3<t2；
-使来自冷凝器的出口的气流在所述交换器的第二回路中循环，在该第二回路的出口处该气流处于温度t4，t4>t3；该气流可注入到腔中。
这种方法可使用根据本发明和/或如上所述的回收设备或回路。
根据另一方面，一种回收包含在例如源于喷墨打印机的打印头中的腔的气流中或者在该气流中气化、处于气化状态的溶剂或可冷凝杂质的方法，使用根据本发明和/或如上所述的回收设备或回路：
不管使用的方法如何，有利地，蒸汽在双流热交换器中冷凝或在双流热交换器的位于冷凝器入口上游的出口处冷凝。因此，冷凝器的操作可以是最优的。
当气流再次注入到喷墨打印机的打印头的腔中时，气流可在该腔中循环，在该气流中朝着收集器或沟槽夹带着蒸汽。
注入到腔中的气流例如可在50l/h或100l/h和500l/h之间。
在根据本发明的方法和/或设备中：
-回收容器可连接到双流交换器的第一入口和冷凝器的出口。气流然后源于该容器，该容器还可收集液体，尤其是从冷凝器的流出的冷凝物。在应用于喷墨打印机的打印头的情况下，该容器是墨和溶剂回收容器；
-和/或，双流热交换器的第二出口可连接到喷墨打印机的打印头中的腔的入口；
-和/或，双流热交换器是被动型的和/或并流型的或对流型的或横流型的。
在根据本发明的方法和/或设备中，打印头除了包括用于喷流循环的腔之外还可包括以下组件：
-在所述腔中产生多个墨喷流的装置，
-使一个或数个所述喷流中的用于打印的第一液滴或片段与没有用于打印的第二液滴或片段分开的装置；
-位于腔外部的开口缝隙，用于使用于打印的墨滴或片段离开，
-用于回收没有用于打印的液滴或片段的收集器或沟槽。
根据一个有利的实施例，根据本发明的方法或设备的打印头的收集器或沟槽包括：
*第一部分，包括液滴进入收集器所经过的缝隙，该第一部分的宽度沿着液滴在收集器中循环的方向减小，该第一部分的一个表面形成偏离的液滴的撞击面；
*限制部，第一部分相对于由意在用于打印的喷流的轨迹限定的平面(p0)从收集器中的液滴入口缝隙一直倾斜到限制部；
*第二部分，用于从限制部排出气体或气体和液体的混合物。
有利地，收集器入口缝隙的一个边缘与所述缝隙的边缘中的一个边缘竖直对齐。
装置可设置为将来自双流热交换器的第二流的气体注入到腔中。
装置可设置为使第二流中的气体在腔中循环，优选地以上升的方式循环，到达在所述腔中产生多个墨喷流的装置，然后优选地以下降的方式到达收集器。例如，这些装置可用于首先沿着至少部分地垂直于由用于打印的喷流的路径限定的平面(p0)的方向注入气体。
或者，这些装置可用于沿着至少部分地平行于由用于打印的喷流的路径限定的平面(p0)的方向注入气体。
根据一个实施例，使气体在腔中循环到在所述腔中产生多个墨喷流的装置，然后循环到收集器的装置包括用于引入腔中的气体的至少一个偏转表面。
根据一个实施例，将气体注入腔中的装置包括导管或壁，导管至少部分地面对收集器打开，壁在腔中相对于由用于打印液滴的喷流的轨迹限定的平面(p0)侧向地界定收集器。
有利地，打开到腔外部的液滴出口缝隙的形状可从腔的内部朝着外部扩散。
根据本发明的喷墨打印机可包括打印头和如上所述的回收回路以及给打印头供应墨的装置。
根据本发明的喷墨打印机可包括：
-多喷流打印头；
-形成将发送到所述打印头的流体流尤其是墨和/或溶剂的装置；
–从所述打印头回收墨的装置，包括根据本发明的用于回收气化状态的溶剂的回路。
附图说明
通过下面参照附图给出的、本发明的示例实施例的细节的描述，本发明的其他优点将变得清楚，在附图中：
-图1是现有技术中已知的喷墨打印机的透视图。
-图2表示打印头的图解等距视图，主要示出了打印头的位于喷嘴下游的组件。
-图3是根据本发明的溶剂回收回路的示例的功能图解视图。
-图4a是根据本发明的应用于喷墨打印机的打印头的示例溶剂回收回路的视图。
-图4b-图6是在垂直于喷嘴板上的喷嘴对齐轴线的平面中，打印头中的腔的各个实施例的剖视图。
-图7示出了打印头的腔中空气循环的仿真。
-图8示出了根据本发明的打印头的一个实施例中腔的细节。
-图9示出了本发明可应用于其上的流体回路的示例结构。
具体实施方式
图3示出了根据本发明的回路100的一个示例。
在该回路中，双流型交换器30包括用于第一流在第一入口35和第一出口36之间循环的第一回路，以及用于第二流在第二入口37和第二出口39之间循环的第二回路。这两个流根据各自的温度发生热相互作用。如上解释的，由于第一流的温度高于第二流的温度，所以第一流被冷却同时第二流被加热。
第一流可以是来自连续喷墨(cij)打印机的打印头中的腔的溶剂流，尤其是来自收集器或沟槽的墨回收流。附图标记93指示将把该第一流通过交换器30的第一入口35运送到交换器30中的导管。
优选地，交换器是被动型的，在没有能量源的帮助的情况下操作。
例如，交换器可以是并流型的或对流型的或横流型的。
当交换器是并流型的时，两个流并行地布置并沿着相同的方向循环。在对流型交换器中流是并行的且沿着相反的方向。在横流型交换器中两个流彼此垂直。
交换器30的第一出口36通过导管38连接到例如基于珀尔帖单体(peltiercells)的冷凝器80的入口85。
冷凝器的例如连接到导管89的出口用于排出冷凝物，且还通过导管83连接到交换器30的第二入口37。该交换器的第二出口39用于排出处理的气体，例如第二出口39可通过导管31连接到打印头的腔的入口，以再次注入顺序地穿过交换器30中的第一回路、冷凝器8以及交换器30中的第二回路之后的气体。
被引入交换器30的第一回路中的气流包括空气和溶剂蒸汽，空气和溶剂蒸汽处于等于第一值t1的大致恒定的温度，该温度可以是环境温度，例如根据使用条件在5℃和45℃之间。在交换器30中的第一回路的出口36处，该混合物处于例如比t1小几摄氏度的温度t2(例如，t2可在2℃和40℃之间)，然后从交换器30的第一出口36通过导管38运送到冷凝器80的入口85。交换器30的出口的气流中的一部分(例如，按体积计算占5％至15％)可在交换器的出口处冷凝。然后气流可在交换器的出口处继续其路径，但是甚至在进入冷凝器之前，与在气流进入交换器中之前溶剂蒸汽的初始含量相比，气流具有更小的溶剂蒸汽含量。
在冷凝器80中气流的温度下降到小于t2的温度t3；例如，t3和t2之差的绝对值可在1℃和20℃之间(如果冷凝器不做任何事情，例如如果环境温度为0℃，则t3＝t2；还例如，对于处于环境温度例如等于15℃或20℃时的组件，则可能存在t3＝t2-5℃)。
实际上，优选的是，在冷凝器的出口处温度t3小于没有冷凝器的系统的最低温度，使得在返回路径中或在头中不存在冷凝。
由于提到的两个元件(交换器，冷凝器)中的温度降低，导致溶剂蒸汽中的大部分将冷凝。将理解的是，如果在交换器30的出口处已经发生第一次冷凝(即使大约百分之几的冷凝)，则冷凝器80更加有效。例如，如果溶剂蒸汽中的5％至15％已经在交换器30的出口处冷凝，则随后冷凝器80只需要冷凝溶剂蒸汽中的一部分(在本示例中按体积计算在95％和85％之间)。
然后，溶剂蒸汽冷凝物由于重力而从冷凝器的出口86流动。
冷凝器的出口且处于温度t3的气体通过导管83引到交换器30的第二回路的第二入口37。由于处于温度t1的第一流与处于温度t3的第二流之间的热交换，导致处于温度t1的第一流中的气体在交换器中被冷却到温度t2。温度t2在温度t1和t3之间。由于交换器80使温度从t2降至t3，所以交换器30的操作相应地更加有效。在交换器30的第二流的出口39处第二流的温度可以相当类似于或稍微低于第一流的入口温度t1。然后可使用交换器30的出口39的气体，具体地将气体带到打印头1的气体入口20。由于已经发生的冷凝，导致这些气体是干燥的，这避免了液滴在导管中和在头内冷凝；但是这些气体的温度也相当接近于打印头1的操作温度。此外，由于气流在整个系统中几乎封闭的回路中循环，所以没有外部空气添加进来。
如果交换器30是被动型的，则系统将不会立刻如上所述的最优地操作。将不会建立与上面所述的稳态类似的稳态，直到初始时期之后。
图4a表示在具有墨和溶剂回收回路100的打印机的环境中图3中的回路。如图4b-图8上一样，该图示出了上述的所有元件且还示出了打印头1，具体地，打印头1包括侧壁9，10、收集器7、打印头的空气入口20、形成喷嘴板的上壁2以及后壁21，在后壁21中形成缝隙17，墨滴在撞击打印支撑件800之前将穿过缝隙17。
图4a上的虚线a表示穿过缝隙17的墨滴的轨迹，虚线b表示朝着收集器7的墨滴的轨迹。
使液滴偏离且为一个或数个电极的形式的装置布置在位于喷嘴板的下游侧上的腔中，以使墨滴或片段偏离。术语“腔”指示空间中的区域，在该区域中，墨在上壁或喷嘴板与用于打印的液滴的出口缝隙17之间循环或者在喷嘴板与收集器7之间循环。腔由壁9，10侧向地限制。在图4b-图8上使用相同的附图标记，这些附图标记具有相同的技术含义。
图4a-图8中的每个上的头是多喷流打印头，例如包括至少16个或32个或64个喷流；头在垂直于xz平面并包含喷嘴4x的z轴线的平面中以剖视图表示(x、y、z轴线的方向与图2中的方向相同，x轴线是喷嘴对齐轴线(垂直于附图且从附图的平面向上定向)，z轴线平行于喷流的发射轴线，y垂直于x和z轴线两者，y和z在图4a-图8的平面中延伸)。在第一个喷嘴41和最后一个喷嘴4n之间的距离上，沿着x方向，剖面的表示形状保持不变。注意的是，n个喷嘴沿着x轴线(垂直于附图的平面)对齐，第一个喷嘴41和最后一个喷嘴4n彼此最远地远离。
每个喷嘴具有平行于z轴线、垂直于喷嘴板和上述x轴线的喷流发射轴线。
喷嘴4x可在每个图上看到。每个喷嘴与增压激励室水力连通。液滴生成器包括用于每个喷嘴的一个激励室。每个室设置有致动器，例如压电晶体。激励室的示例设计在文档us7192121中描述。
由喷嘴发射且将用于打印的液滴或喷流片段沿着喷嘴的z轴线跟随轨迹，并在已经穿过出口缝隙17之后撞击打印支撑件8。该缝隙打开到腔的外部，待打印的墨滴通过该缝隙离开；该缝隙平行于喷嘴对齐的x方向，喷嘴的z方向穿过该缝隙，该缝隙位于与喷嘴板2相反的面上。该缝隙的长度至少等于第一个喷嘴和最后一个喷嘴之间的距离。
在图4a中示出的回路中，由收集器回收的墨在包括一个或数个导管79和至少一个所谓的回收泵77的回收回路中循环。实际上，在该回收回路中循环的流体不仅包括墨而且包括含溶剂和空气蒸汽(例如通过液滴的流动夹带到收集器7中的空气)的气体混合器。
墨容器410置于回收回路的入口和出口处。不用于打印的墨滴与溶剂和空气蒸汽的气体混合物一起带到该容器中。因此，当使用设备时，该容器首先在其下部4101容纳处于液态的墨，并在位于液体的自由液面上方的部分4102中容纳气体混合物。
交换器的入口导管93可用于将该容器和第一入口35连接到交换器30，同时导管89将冷凝器80的出口86耦合到墨容器410(但是墨容器可以是除了容器410之外的不同的容器)，冷凝物带到墨容器410中。优选地，导管89构造成使得该导管的开口端始终浸入容纳在墨容器410中的墨中，即使当该容器中的墨的液位处于最低水平时也是如此。因此，这防止了压头损失，使得气体可输送到导管83的入口；压头损失可以以另一方式生成，例如通过在导管89中产生泄漏而生成。
导管31将交换器30的第二出口39耦合到打印头1中的气体入口20。导管79和31位于脐带200(图1)中，具有沿着相反方向的流(导管31中的流朝着头循环，导管79中的流远离头循环)。
回路100还可包括未示出的元件，例如至少一个泵，和/或一个或数个单向阀，和/或一个或数个阀，和/或一个或数个过滤器。这种元件的示例植入在上述专利申请fr2954216中和申请wo2014/154830中给出。
除了上述功能方面之外，还可行的是，不用于打印的墨和包含溶剂蒸汽的气体通过收集器7吸入；在容器410中回收所有事物，气体在上部4102中，而墨滴在重力作用下下落到容器的下部4101中。然后，包含空气和溶剂蒸汽的气体部分从墨容器410的部分4102通过导管93一直引到交换器30的第一回路的入口35。
然后，系统如上所述的操作，所有溶剂已经从注入到交换器30的第二回路中的气体去除且已经冷凝。
在冷凝器80的出口处，溶剂蒸汽冷凝物由于重力而流入导管89中，一直流到容器410的部分4101。在冷凝器80的出口86处蒸汽压力由于冷凝而降低。在导管93中然后在交换器30中以及在冷凝器中，并因此在容器410的出口与冷凝器的出口86之间，在包含蒸汽的空气中存在压头损失。其结果是：导管89中的压力p2小于容器410的顶部4101中存在的压力p1。这是如图4a所示的管道89中的溶剂液位90高于容器410中的墨的液位的原因。
交换器30的出口39的气体带到打印头1的气体入口20。这些气体在腔中循环，然后再次通过收集器7吸入，气体的循环以这种方式在封闭的回路中继续。由于回路是封闭的，所以用于容纳在打印头1的腔5中的气体的唯一可能的出口由意在用于打印的墨滴的出口孔17构成。
如上面已经描述的，打印头的腔可具有图4b中图解地示出的结构，但是如图5-图8所示，其他结构是可行的。
在这些图4b-图8中，p0是穿过喷嘴4x且平行于xz平面的平面。该平面垂直于图4b-图8中的每个且穿过沿着x对齐的所有喷嘴。该平面还穿过缝隙17的中心。该平面的绘图在这些图上以虚线示出。
腔的上部由壁2界定，壁2还形成喷嘴板或容纳喷嘴。腔的下部由下壁21和收集器7的一部分界定，缝隙17穿过下壁21。
壁9和10限制沿着y轴线的侧向延伸。
壁9位于平面p0的一侧上，优选地平行于平面p0且靠近喷嘴板2。壁10位于平面p0的另一侧上，面对壁9。因此，腔在平面p0的每一侧上由这两个壁9和10界定。按照惯例，平面p0的其上布置有壁10和收集器7的侧部被称为该平面的第一侧，另一侧(其上布置有壁9)被称为第二侧。
壁10的沿着x方向的端部靠近喷嘴板2。在喷嘴板2的靠近部分且在优选地稍微大于第一个喷嘴41和最后一个喷嘴4n之间的距离的长度上，该壁可包括缝隙14，墨可通过缝隙14吸入以沉积在喷嘴板上或靠近喷嘴板沉积。
在该壁10的底部，存在收集器7的入口缝隙，以回收已经偏离的液滴，使得这些液滴将不会穿过缝隙17。
收集器可通过导管13与缝隙14进入水力连通，导管13打开到收集器中且位于壁10的最远离平面p0的侧部上。
对不意在用于打印的液滴的选择和偏离的装置6与壁10平齐。这些装置主要包括电极。它们将连接到未在附图上示出的供电装置。
优选地，从板2沿着垂直于平面p0的方向y测量的、壁10和平面p0之间的距离首先是恒定的；其对应于壁10的大致平行于p0的第一部分101。
然后，在从壁10改变方向的点61开始且比第一部分101进一步远离板2的第二部分102中，壁10和平面p0之间的距离随着与喷嘴板的距离增加而增加。
在腔的靠近喷嘴4x布置的第一部分中，在液滴的路径几乎不变的区域中，该结构能够使壁10靠近平面p0，平行于平面p0，即使当进一步位于该路径的下游的液滴偏离以进入收集器7时也是如此。
这可在图4b-图8上看到，在图4b-图8中，液滴路径朝着收集器7偏离：喷流的上部不偏离，或者仅非常小地偏离，而从壁10改变方向的点61开始，喷流进一步运动，且几乎直线式进一步远离平面p0。
壁10的下部和与壁10相比进一步远离平面p0布置且面对壁11的壁12，限定液滴排出导管或收集器(或沟槽)7，从而排出将不用于打印的液滴。
优选地，壁10和12彼此相邻，附图标记18指明这两个壁10和12之间的结合线；该线平行于或大致平行于x方向。壁10和12形成收集器的上壁。
壁11形成收集器的下壁。壁11包括第一部分111和第二部分112，第一部分111沿着液滴在导管7中循环的方向位于最上游，第二部分112位于最下游。
附图标记28指明壁11的部分111和112之间的结合线；该线平行于或大致平行于x方向和线18。
导管13如果存在的话，则可打开到上壁12中，将收集器7水力地连接到导管141，导管141水力地连接到缝隙14。
下壁11的位于最上游的部分111终止于在端部部分15中导管7的入口，端部部分15有利地形成导管7的顶端(或顶点)。它是表面11上最接近平面p0的点。
优选地，该顶端15还形成壁16的一部分，壁16平行于平面p0并形成围绕或界定出口缝隙17的壁中的一个。换句话说，收集器的位于最上游的点与腔出口缝隙17对齐。这可优化液滴的回收：通过该构造，收集器将回收所有的甚至是稍微偏离的液滴。可注意的是，位于表面11下方的部分111可沿着y方向自由地侧向运动，使得在操作开始时更好地布置顶端15。这还可以是用于本申请中提出的其他构造的情况。
壁21大致平行于板2，但是在腔5中也最远离板2。换句话说，壁21位于与出口缝隙17相同的侧部上。该壁的一端210形成缝隙17的入口边缘，面对上面已经提到的壁16。
该壁210大致垂直于壁21和壁16，一起界定出口缝隙17：液滴在通过缝隙17离开且与打印支撑件800碰撞之前，将在这两个壁之间循环。
作为一种变型，界定缝隙17的壁彼此扩散，如图4b中的虚线所示。这种漏斗形状防止在腔5的出口处稍微偏离其轨迹但是仍可朝着打印支撑件指引的液滴的捕获或拦截。壁16和210的这种形状可应用于本申请中描述的腔的其他示例实施例。
最后，附图标记211指示腔的外表面，缝隙17打开到该外表面中。
下面给出这些腔的操作的示例。
打印头发射连续的墨喷流。该喷流的偏转由电极6控制，以根据待打印的图案和支撑件800的位置产生将用于或将不用于打印的液滴。
将用于打印的液滴(在平面p0中)沿着z轴线运动并穿过缝隙17。
将不用于打印的液滴从z轴线(或平面p0)偏离，且跟随轨迹，使得它们与收集器7的下壁11碰撞。
由于收集器连接到负压源，所以与壁11碰撞的这些液滴中的墨随着空气从腔5通过收集器离开。
此外，导管13和缝隙14可在喷嘴板2处保持稍微负的压力。该负压可吸收通过毛细作用沉积在喷嘴板2上的墨。
在图4b中的结构中，来自交换器8的气体通过导管20的一端引入腔的面对喷嘴板2的端部壁21中；出口缝隙17也形成在该后壁21中。在提出的示例中，收集器7形成在缝隙17的一侧上，而导管20的端部位于缝隙17的另一侧上。例如，收集器7的结构可如wo2012/038520中描述的，其便于容纳在边界层中的溶剂的吸收。
作为一种变型，可用于本发明的框架的打印头结构的另一示例在图5中示出，图5也是喷流循环所在的单独的腔5的剖视图，该剖面沿着平行于yz平面且包含喷嘴4的z轴线的平面形成。在第一个喷嘴41和最后一个喷嘴4n之间的距离上，沿着x方向，剖面的表示形状保持不变。
与之前的附图中的附图标记相同的附图标记指示相同的元件。
在图5中的结构中，气体通过位于腔的底部但是侧向布置的导管20进入。该侧向腔20能够在腔5和未示出的增压源之间连通。再次，收集器7的结构可类似于文档wo2012/038520中描述的结构。泵送装置可连接到收集器以吸入进入收集器的墨。
该导管20的壁中的一个是壁21；面对第一壁且平行于第一壁的第二壁22与壁9接合，在壁9中存在开口，导管通过该开口打开到腔中。因此，导管20侧向地布置在腔的底部，换句话说，位于沿着z轴线与板2相反的侧部。导管20还侧向地布置在与收集器7打开到的侧部相反的侧部上。该导管20将朝着腔5且大致平行于壁21运送循环空气或气流，如箭头2001表示的；根据上面所描述的，该流源于交换器30。
还在腔中设置装置27，以在流200到达缝隙17上方的空间之前，使流200从它平行于壁21的初始轨迹偏离。因此，该气流将朝着腔的顶部升起，换句话说朝着板2升起。在示出的实施例中，这些装置27例如包括障碍物，例如板或引导件或(在这种情况下)柱，流200将遇到该障碍物以如上所述的偏离。第一壁21可由缝隙17之前的该障碍物终止。
在附图的平面中，柱27的形状是大致矩形或正方形的。柱27在导管20的侧部上由平行于平面p0的面24界定。d指明壁9和壁21的平面之间的距离。该距离d小于将壁8与平面p0分开的距离。
柱27的上部由大致平行于喷嘴板2的平面部分25形成。
最后，平行于平面p0的部分或壁26形成缝隙17的与壁16相反的壁。该壁26沿着已经在上面描述的壁210的延长部分布置。喷流在从缝隙17离开并撞击在打印支撑件800上之前，在这些壁16，26之间循环。
因此，壁16和26布置在平面p0的每一侧上。如上所述，位于表面11下方的部分111可沿着y方向自由地侧向运动，使得在操作开始时更好地布置顶端15。在操作期间，壁16和26优选地位于距平面p0相等的距离处。
该腔可如下起作用：气体喷流200通过导管20指引到腔5。因此进入腔5的气体被装置27的壁24偏离，并朝着腔的顶部、朝着喷嘴板2指引。然后，气体跟随在壁9附近的向上路径和在围绕喷流的边界层内位于下游侧的向下路径。
对于一些腔构造，可促进这些效果：使得沿着z在壁9和20的交点与喷嘴板2之间测量的距离为a，沿着y在壁9和10之间测量的距离为b，然后条件a>b通过能够建立涡流而促进上述效果；如果a<b，则更加难以建立涡流(存在空气将直接撞击喷流幕的风险)。
图5表示气体循环，该气体循环通过弯曲箭头具体化、在腔中获得且由气体注入装置20和气体偏离装置27导致。该表示说明了空气将在腔5内形成涡流、将趋向于使气体聚集在偏离的喷流附近的事实；通过图4b中的结构获得相同的涡流效果。
因此，远离偏离的喷流轨迹的蒸汽朝着该轨迹返回，因此被收集器7吸收并排出，如图5中由箭头2002所示的。
通过气体的循环在腔5中生成的气体涡流是稳定的，因此将被打印的所有液滴从z轴线偏离相同的距离。因此，在打印支撑件上打印液滴相对于彼此的位置将与偏差值无关。偏差如果存在的话，会是足够的小，使得液滴将在不与壁16和26碰撞的情况下继续穿过缝隙17。
在腔的操作期间，通过泵或通过泵送装置(未在附图中示出)在收集器7的出口处施加吸力。此外，通过泵或通过泵送装置(未在附图中示出)在导管20的入口处施加正压力(以迫使气流200循环)。
因此，在腔中的中心点或区域51处，获得的压力可等于或近似于外部压力pext。该中心区域51的位置和体积可根据在收集器7的出口处和在导管20的入口处施加的压力值而改变。
该区域是肯定存在的，其原因是：如果腔内的压力低于外部压力，则空气将进入腔5并干扰喷流的流动；如果腔内的压力高于外部压力，则气体将从腔5逃离并将夹带着溶剂蒸汽。
腔中的气流将围绕处于接近外部压力pext的压力的区域51循环。
图6表示本发明可应用于其上的另一打印头结构的剖视图。
与之前的附图中的附图标记相同的附图标记指示与之前的附图中的元件相同或相对应的元件，且xyz坐标系如图2、图4a-图4b、图5上所示的定向。
与刚才已经参照图5描述的结构的主要区别在于：收集器的结构是向下弯曲的并包括肘部。
可在该图6上看到的是，收集器7包括第一部分71，第一部分71开始于进入收集器的液滴入口缝隙，第一部分71的剖面或宽度随着与平面p0和板2的距离增加而减小，优选地逐步减小。这可给与在收集器中循环的气流一定的速度，该速度从入口的另一边到收集器增加。
第一部分71处于在附图中向下倾斜或者朝着平行于xy平面且穿过出口缝隙17的平面倾斜的导管的形式。
第二部分72沿着回收于收集器7中的液滴的循环方向紧跟第一部分71。优选地，该第二部分的剖面或宽度随着与平面p0的距离增加而增加，且随着与板2的距离减小而增加。这种形状可产生文丘里效应。在收集器的该部分中循环的气流的速度减小。可行的是，在本发明的框架内，在第二部分中具有恒定的剖面，但是在这种情况下，将不存在文丘里效应。
在该第二部分72中，收集器处于朝着附图的顶部倾斜或者朝着喷嘴板的平面倾斜的导管的形状，以减小设备的尺寸；如果该第二部分72朝着附图的底部倾斜，则喷嘴板2和形成有缝隙17的出口的外表面211之间的距离将增加。因此尝试在两个部分71和72之间找到小于或等于90°的平均角。
例如，收集器7的导管的剖面或宽度可在垂直于界定收集器的壁10，11，12中的一个的表面的平面中测量。计算不同部分的剖面，使得收集器生成大约150毫巴或在大约50毫巴和500毫巴之间的压差。
在位于第一部分71和第二部分72之间的区域中和在该区域附近，收集器7的导管形成弯曲部分或限制部或肘部38，该限制部38将防止墨滴返回腔5并将限定收集器的倾斜方式改变的区域，该限制部38形成收集器的最远离板2的平面的那一部分。
第一部分71的剖面的逐步减小使得可有效地捕获位于形成收集器剖面的入口和最宽部分的剖面中的液滴。液滴然后运送到该第一部分中，到达壁11，液滴将撞击到壁11上，将形成两相空气-液体混合物，然后该混合物朝着限制部38吸入，由于限制部38的弯曲形状和狭窄性(例如宽度在50μm和300或400μm之间)，使得该混合物不能返回第一部分71。
有利地，下壁11的第一部分111位于与喷嘴板2的平面相距距离d处，距离d随着与平面p0的距离减小而减小。相同的情况应用于壁10的位于线18上游的那一部分。换句话说，随着从表面111(或10)上的点到平面p0的距离减小，该点与板2的平面的距离也减小。该部分111界定位于表面111上方的体积，墨在散布于壁111上之前穿过该体积。优选地，该体积至少部分地成凹形，这有利于撞击在该表面111上的液滴的收集。表面10的面对该体积的那一部分首先近似于平面，然后弯曲以遇到轴线18。
附图标记112指示在收集器7的导管中的下壁11的处于最下游的部分。在示出的实施例中，如上解释的，收集器的第二部分处于朝着附图的顶部倾斜的导管的形状，该部分112与喷嘴板2的平面相距距离d，距离d随着与平面p0的距离增加而减小。相同的情况应用于壁12的位于线18下游的那一部分。换句话说，随着从表面112(或12)上的点到平面p0的距离减小，该点与板2的平面的距离增加。优选地，该部分112形成下壁11的近似于平面的部分。表面12的面对该部分112的那一部分首先在接近线18处稍微弯曲，然后近似于平面。
防止墨滴返回腔5的限制部38形成在位于线18和28之间的区域中并靠近该区域。在本示例中，该限制部38起因于宽度的限制，然后是收集器7的倾斜方向的指向改变，即收集器7首先在第一部分71中向下倾斜，然后在第二部分72中向上倾斜。如上解释的，如上限定的收集器的最小剖面或宽度位于该限制部38中。
该腔的操作及其优点如上所述，但是形成在线18和28附近的限制部38防止液滴返回腔5。
在图6中，导管20的位置与图5中的情况相同，因此参考上面针对该导管的结构给出的解释及其产生的效果；作为一种变型，对于通过腔的底部注入气体来说，与图4b中示出的导管类似的导管也是可行的。
从处于上述的不同头结构的双流交换器30的第二导管出来的气流从打印头1通过导管20朝着腔5发送。
在由于喷流的空气夹带效应而建立的负压的作用下，该气流吸入打印头的腔中，到达喷嘴板2。因此，空气跟随沿着上游方向靠近壁9的路径，然后跟随沿着下游方向在围绕喷流的边界层内的路径；这是在图5中表示的通过箭头具体化的路径，每个箭头具体化在该箭头的位置空气的方向。因此，可理解的是，空气在腔5内形成涡流，该涡流使空气聚集在偏离的喷流轨迹附近。因此，远离偏离的喷流轨迹的溶剂蒸汽朝着该轨迹移动并被收集器7吸收。
注意的是，使用具有接近1的施密特系数的墨的优点在于将溶剂的主要部分限制在水力学边界层内。由于上述实施例，回收从该边界层逃离的蒸汽。这些实施例能够放宽对墨的施密特系数的限制，其原因是从边界层逃离的溶剂蒸汽回收于由于空气入口的特殊构造而形成的涡流中。因此，该系数可选择为高达较高的值，例如高达5或者大于1且小于5。
因此，由于腔的出口的气体几乎完全穿过收集器7，所以极少的气体通过意在用于打印的墨的出口孔17逃离。其结果是回收最大量的溶剂。
发明人针对使气体侧向注入并具有参照图6描述的类型的收集器的结构的情况进行了仿真。为了实现该仿真，他们选择腔5中的空气入口条件以获得涡流并使用
图7表示这种仿真的结果。可看到的是，在导管20的出口处的气体朝着腔的顶部偏离，沿着壁9循环，接合喷嘴板2，然后返回收集器7。
空气围绕处于接近外部压力(大气压力)的压力的点或区域循环。
如可在图5和7中看到的，在腔中生成的空气循环使存在于腔中的溶剂蒸汽与偏离的墨流一起朝着收集器移动。在腔的底部在缝隙17的一侧上的导管20的位置可导致注入的气体轨迹首先在腔中朝着板2上升，然后朝着收集器7下降。
如图8所示，不管收集器的形状如何，收集器的顶端有利地位于与平面p0相距距离l处，该距离l小于或等于喷流在该顶端处的偏差d(沿着z轴线)与围绕在该顶端处偏离的喷流的边界层的厚度δ之差。
根据本发明的设备通过未在附图上示出的墨容器被供应有墨。各种流体连接装置可用于将该容器连接到根据本发明的打印头，并用于回收源于收集器的墨。可与本发明结合使用的闭合回路的示例在us7192121中描述。
不管设想的实施例如何，通过控制装置(还称为“控制器”)发送用于激活装置41-4n以产生喷墨的指令、用于激活收集器泵送装置的指令、可能用于激活冷凝器80和/或交换器30和/或将气体发送到腔中的装置的指令。这些指令是使得墨在压力作用下朝着装置41-4n循环，然后根据将打印在支撑件800上的图案生成喷流的指令。例如，这些控制装置可以以被编程以实现根据本发明的方法的处理器或可编程电气或电子电路或微处理器的形式形成。
该控制器控制装置41-4n、打印机的泵送装置尤其是收集器、将气体发送到腔中的装置和/或打开和关闭位于不同流体(墨、溶剂、气体)的轨迹上的阀的装置。控制装置还可存储数据，例如用于容器中的一个或多个中的墨的液位的测量数据，并处理这些数据。
图1示出了可实现上述实施例中的一个或数个的喷墨打印机的主要模块。
这种打印机包括打印头1和给头供应打印墨的装置200，300，400。打印头连接到与上述回收回路类似的回收回路。
根据本发明的打印机可包括控制台300、具体包含墨和溶剂调节回路的隔间400、以及用于墨和溶剂的容器(具体地说，通过收集器回收的墨输送到其中的容器)。一般来说，该隔间位于控制台的下部。控制台的顶部包括控制和仪表电子元件以及显示装置。控制台通过脐带200水力地和电地连接到打印头1。
未示出的龙门架用于面对打印支撑件800安装打印头，打印支撑件800沿着由箭头具体化的方向运动。该方向垂直于喷嘴的对齐轴线。
液滴生成器包括喷嘴和根据上述实施例中的一个的类型的腔。
本发明可应用于其上的打印机的流体回路400的示例在图9中示出。该流体回路400包括多个装置410，500，110，220，310，每个装置与特定功能相关。还存在头1和脐带200。
该回路400与可去除的墨盒130和也是可去除的溶剂盒140相关。
附图标记410指明收集溶剂和墨的混合物的主容器。
附图标记110指明如下装置，该装置从溶剂盒140提取溶剂并能够储存溶剂，将因此而提取的溶剂提供给打印机的其他部件，要么给主容器410供应溶剂，要么清洁或维护机器的一个或数个其他部件。
附图标记310指明从墨盒130提取墨并提供因此而提取的墨以供应主容器410的所有装置。如可在该图上看到的，根据本文提出的实施例，这些相同的装置310用于将溶剂从装置110发送到主容器410。
在容器410的出口处，总体上被指定为附图标记220的一组装置给从主容器提取的墨施加压力，并将墨发送到打印头1。根据本文中由箭头250示出的一个实施例，还能够使用这些装置220以将墨发送到装置310，然后再次发送到容器410，这样能够使墨在回路内再循环。该回路220还用于排干盒130中的容器并清洁盒130的连接。
在该图上示出的系统还包括接收从打印头返回更确切地说从打印头的收集器7或头冲洗回路返回的流体(墨和/或溶剂)的装置500。因此，这些装置500布置在脐带200的下游(相对于从打印头返回的流体的循环方向)。具体地，这些装置500不仅包括图4a中的装置77，79，而且包括根据本发明的一个实施例的溶剂回收回路。
如可在图9中看到的，装置110还可用于直接将溶剂发送到这些装置500，而不必穿过脐带200或穿过打印头1或穿过收集器。
装置110可包括至少3个平行的溶剂供应器，其中一个供应到头1，第二个供应到装置500以及第三个朝着装置310供应。
上述装置中的每个设置有诸如阀尤其是电磁阀的装置，该装置可将关注的流体指引到选择的方向。因此，从装置110开始，溶剂可仅发送到头1或装置500或装置310。
上述装置500，110，210，310中的每个可设置有泵，以处理关注的流体(分别是第一泵、第二泵、第三泵、第四泵)。这些不同的泵执行不同的功能(它们的装置中的每个的功能)，因此彼此不同，即使这些不同的泵可以是相同类型或相似类型的泵，也是如此(换句话说，这些泵中没有泵执行这些功能中的两个功能)。
具体地，装置500包括泵送从如上解释的打印头回收的流体并将该流体指引到主容器410的泵(第一泵)。该泵对应于图4a中表示的泵77；该泵专用于来自打印头的流体的回收，与装置310的专用于输送墨的第四泵或者装置210的专用于给容器410的出口的墨增压的第三泵存在物理上的差异。
装置110包括泵送溶剂并将溶剂发送到装置500和/或装置310和/或打印头1的泵(第二泵)。
这种回路400通过上述控制装置控制且通常容纳在控制台300中。
在腔中的空气或气流高的应用中，本发明尤其有用，其原因是大气流引起了相应更高的允许溶剂逃离的风险。
例如，流可以是大约几十或几百升/小时(l/h)，例如在50l/h或100l/h和500l/h之间，例如大约300l/h。这些值尤其可应用于具有64个喷嘴的喷嘴板的情况，但是本发明还可应用于具有更少数量例如32个喷嘴的喷嘴板的情况或者具有更多数量例如128个喷嘴的喷嘴板的情况。喷流速度可以在5m/s和20m/s之间，例如喷流速度是大约15m/s。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！