CN104245330A - 油墨的再循环 - Google Patents

Abstract

一种设备包括喷墨组件，喷墨组件具有喷墨喷嘴，当油墨从喷嘴排出到基板上时，油墨以额定流率流过每个喷墨喷嘴。当油墨不从喷嘴排出时，油墨保持在与喷嘴中的油墨弯月面特性相关联的额定负压下。该设备还包括再循环流路，每个流路具有喷嘴末端和与喷嘴末端隔开的另一位置，在喷嘴末端，流路通入喷嘴之一，而所述另一位置要经受低于额定负压的再循环压力，使得油墨以再循环流率从喷嘴再循环通过流路。每个再循环流路在喷嘴末端和另一位置之间具有流体阻力，使得由施加在流路的另一位置处的再循环压力产生的流路喷嘴末端处的再循环压力足够小，以至于当油墨被排出时，低于额定流率的流率的任何降低小于阈值，或者当油墨不排出时，额定负压的变化小于阈值，或者两者。

Description

油墨的再循环

相关申请的交叉引用

本专利申请按照35U.S.C.119要求于2012年3月5日提交的美国临时专利申请No.61/606709、于2012年3月5日提交的美国临时专利申请No.61/606880的优先权日的权益。这些临时申请的全部内容作为引用并入本文。该申请通过引用合并了与本专利申请同一天提交的美国申请序列号[[09991-0295001]]的全部内容。

技术领域

本说明书涉及油墨的再循环。

例如，油墨在喷墨设备的喷嘴处的特征可在打印作业之间流逝的时间内改变。当首先针对随后的打印作业开始喷墨时，排出的墨滴的特征可以与由新鲜油墨形成的随后墨滴不同。喷嘴附近的再循环油墨可保持油墨新鲜，并准备用于在打印作业之间流逝的时间内喷射。包括一系列喷嘴开口或孔口的喷嘴板通常是油墨在从打印头组件排出之前碰到的最后元件。喷嘴板包含喷嘴管，其贯穿喷嘴板的厚度延伸，并终止于喷嘴板的暴露表面。

发明内容

总体上，在一方面，一种设备包括喷墨组件，喷墨组件具有喷墨喷嘴，当油墨从喷嘴排出到基板上时，油墨以额定流率流过每个喷墨喷嘴。当油墨不从喷嘴排出时，油墨保持在与喷嘴中的油墨弯月面特性相关联的额定负压下。该设备包括再循环流路，每个流路具有喷嘴末端和与喷嘴末端隔开的另一位置，在喷嘴末端，流路通入喷嘴之一，而所述另一位置要经受低于额定负压的再循环压力，使得油墨以再循环流率从喷嘴再循环通过流路。每个再循环流路在喷嘴末端和另一位置之间具有流体阻力，使得由施加在流路的另一位置处的再循环压力产生的流路喷嘴末端处的再循环压力足够小，以至于当油墨被排出时，低于额定流率的流率的任何降低小于阈值，或者当油墨不排出时，额定负压的变化小于阈值，或者两者。

实施方式可包括以下一个或多个特征。额定负压是由喷嘴处的流体形成的弯月面压力的大小的十倍。额定负压介于水的10-40英寸(inwg)之间。再循环流路将流体从喷墨组件引导至外部流体储器中。流体阻力限定在喷嘴再循环板中。流体阻力均包括限定在喷嘴再循环板中的V形通道。

流体阻力均为5(达因/平方厘米)/(立方厘米/秒))。再循环流路将喷墨组件内的一部分流体引导远离喷墨喷嘴。再循环流率为额定喷射流率的10％。V形通道的长度是通道制造公差的第一倍数。V形通道的宽度是通道制造公差的第二倍数。第一倍数远大于第二倍数。V形通道弯曲部的曲率半径足够大，以防止弯曲部处的流体反射。该设备还包括从再填充室延伸的第二再循环流路，来自再填充室的第二再循环流路具有第二流体阻力。喷嘴末端和另一位置之间的流体阻力处于第二流体阻力的±50％内。再填充室限定在喷墨组件的主体中。该主体包括碳。第二再循环流路将流体引导出喷墨组件。喷墨组件还包括组合的再循环歧管。组合的再循环歧管与再循环流路和第二再循环流路流体连通。额定负压经由组合的再循环歧管施加。喷嘴的再循环流路和第二再循环流路平行地流体连接。该设备还包括喷嘴再循环板(具有V形通道的流体阻力限定在其中)、喷嘴板、下伸板和轴环。喷嘴再循环板定位在喷嘴板和下伸板之间，组合的再循环歧管定位在轴环和下伸板之间。电刷与组合的再循环歧管接触。

总体上，一方面，选择用于喷墨组件的喷墨喷嘴的再循环流路的再循环流率，并选择要施加到再循环流路的最大外部压力。设计再填充流阻器(resistor)，其具有流体阻力以提供与喷嘴的喷嘴再循环流率之和类似的、来自再填充流阻器的流体流率。

实施方式可包括以下特征中的一个或多个。喷嘴的喷嘴再循环流路平行地连接。来自再循环流阻器的流体流路平行地连接到来自喷嘴的喷嘴再循环流路。最大外部压力介于10-40inwg之间。

总体上，一方面，喷墨组件的喷墨喷嘴中的一部分流体从喷嘴流过再循环路径，到达与喷墨组件分离的储器。

实施方式可包括以下一个或多个特征。所述一部分流体以从喷嘴排出的流体流率的10％的速率流动。流体的第二部分被引导通过再填充流阻器，已流过再填充流阻器的流体的第二部分被引导出喷墨组件。流体的第二部分被引导至再填充流阻器，在其上游，所述流体部分被引导通过再循环路径。流过再填充流阻器的流体的第二部分的流率处于来自喷墨组件的喷嘴的流率之和的±50％内。流过再填充流阻器的流体的第二部分与来自喷墨组件的喷嘴的流率之和的组合流率为10μcc/sec。

总体上，一方面，非线性通道形成在喷嘴再循环板中，每个通道的一端通入喷嘴中，每个通道的另一端连接到延伸出喷嘴再循环板的流体路径。

实施方式可包括以下一个或多个特征。每个非线性通道的长度是通道制造公差的第一倍数。非线性通道的宽度是通道制造公差的第二倍数，第一倍数远大于第二倍数。

总体上，一方面，一种设备包括板和形成在该板中的V形油墨再循环路径，至少一部分油墨喷射喷嘴从板的一个表面延伸穿过所述板，到达板的另一表面，每个路径具有通入对应油墨喷射喷嘴一部分中的一端以及联接到所述板外侧的油墨再循环路径的第二端。

这些和其它特征、方面及它们的组合可表示为执行功能的系统、部件、设备、方法、装置或步骤、做事的方法，以及以其它方式表示。

从说明书和权利要求书中，会明白其它特征、方面、实施方式和优点。

具体实施方式

图1A-1C示出打印头组件的等轴测视图。

图1D-1H是打印头组件的视图。

图2是打印头组件内的流体连接的示意图。

图3A-3E是轴环的顶视图、侧视图、左端视图、右端视图和底视图。

图4A-4D是歧管的顶视图、底视图、左侧截面图、右侧截视图。

图4E是电刷的侧视图。

图4F是喷墨阵列模块内的部件布置的示意图。

图5A-5C是喷嘴再循环歧管的顶视图、大的顶视图以及进一步放大的顶视图。

图6A和6B是喷嘴板的示意性透视图。

图7是下伸板、喷嘴再循环板和喷嘴板的透视图。

图8A和8B是穿过打印头组件的油墨流的示意性透视图。

具体实施方式

如图6A所示，喷嘴板600具有喷嘴开口601。喷嘴板600具有面向打印介质604的暴露表面603，每个喷嘴开口位于暴露表面603，在打印期间，来自每次喷射的墨滴从喷嘴开口朝向基板排出。

如图6B所示，用于每次喷射的喷嘴开口位于喷嘴板600中的喷嘴管607的末端。在墨滴不从喷嘴开口排出时，油墨保持在喷嘴管中，以使喷嘴准备用于随后喷射小滴。然后，喷嘴管中的油墨形成油墨170的弯月面605，以在喷嘴管607内限定液气界面606。弯月面605可具有位于喷嘴开口的外边缘691和由负压导致的凹表面693，负压在喷嘴上游施加到油墨170，以防止油墨从喷嘴开口泄漏。(我们通常使用术语喷嘴与术语喷嘴管互相替换)。弯月面605在喷嘴开口601的直径608范围内延伸，并定位在喷嘴开口601的喷嘴管607内，远离暴露表面603。例如，当挥发溶剂609经由弯月面605的液气界面606从油墨蒸发掉时，可包括颜料和溶剂的油墨可在喷嘴开口601和喷嘴管内干燥或经受其它特性变化。保持在其中并流过喷墨阵列模块各部件的油墨还经受颜料的沉淀以及不利地影响打印质量和喷墨阵列模块的维护的其它特性变化。为了减少这些效应，油墨可连续地再循环，同时喷墨阵列模块处于操作中或处于静止状态。为此，可例如在单独泵送室2201(图4F和8A)上游，在喷墨阵列模块16A(图1E)的再填充室191(图1E、4E和8A)处实施再循环。若干油墨阵列模块可装配在打印头组件10中。

与包含在单独泵送室2201内的油墨相比，再填充室191容纳更大体积的油墨170。再填充室191处的再循环油墨有助于防止油墨170的较重颜料在那儿沉积。再填充室191处的再循环有助于确保具有特定特性(例如，粘性、温度、溶解气体量)的油墨输送至单独泵送室2201以用于喷射。此外，脱气器可布置在再填充室上游，以从供给到再填充室191的油墨中去除气体。如此，具有十分低的溶解气体含量的油墨可被供给到泵送室2201，以用于喷射。再填充室191处的再循环油墨170还便于更换油墨，因为再填充室再循环流路提供了用于从打印头组件10主动移除(使用从外部源120施加的背压)再填充室191中的油墨170以使新的油墨引入打印头组件10的流体路径。在不存在再循环流体路径的情况下，在将新的油墨引入打印头组件10之前(假设打印头组件10在更换油墨之间未拆卸)，需要从喷嘴249冲刷掉特定的油墨。油墨的再循环还有助于清洁(priming)和恢复。可通过将喷射流体引入打印头中使得喷射流体的弯月面形成在打印头的一个或多个喷嘴处来清洁包含空气的空打印头。清洁总体上指的是在喷嘴处准备弯月面。

除了再填充室处的再循环油墨，保持在其中并位于喷嘴249(墨滴从中排出)上游的再循环油墨170有助于例如在油墨实际上不喷射时，确保新鲜油墨保持在喷嘴249中，新鲜油墨具有与再填充室191中的油墨相同的特性(例如，粘性、温度和溶剂含量)。例如，再循环有助于确保从喷嘴开口250喷射的第一小滴在不喷射的一段时期之后具有与在不喷射的时期之前和之后喷射的其它小滴相同的质量、大小和特性。这允许更好的喷射性能。

例如，在没有再循环的情况下，当油墨空气界面606处的油墨170弯月面605在向大气的界面处损失挥发溶剂609时，包含挥发溶剂的油墨在喷嘴249中干燥。当油墨暴露于空气时，一些油墨可经由弯月面605处的油墨空气界面606吸收空气。该吸收可导致在打印头组件10内形成气泡，当这些气泡堵在打印头组件10的油墨通路中时，会使打印头不能工作。

当喷墨不从喷嘴开口排出小滴时，为了使保持在喷嘴管中的油墨再循环，提供再循环路径，该再循环路径的一端通入喷嘴管中，而另一端引导至油墨的再循环供给。下面，我们描述这种喷嘴再循环路径。应注意，如图7所示，喷嘴管607不仅包括位于喷嘴板内的部分，而且还包括位于喷嘴再循环板20内的共轴部分，喷嘴再循环路径的至少一部分设置在喷嘴再循环板中，如下更详细所述。

假设由于形成有喷嘴的主体中的空间限制，来自喷嘴管的这种再循环路径不是普通的。给紧密隔开的喷嘴包含再循环路径还可在喷射之间产生串扰(下面更详细说明)。再循环还可降低喷射的效率，因为其从喷嘴管抽吸一些油墨，并降低喷嘴管中的油墨压力，这会减少从喷嘴开口以小滴排出到打印基板上的喷射流体量。再循环流动还可干扰喷嘴处的弯月面压力，导致喷嘴对再循环压力中的波动的敏感性提高。

当油墨经由每个喷嘴排出到基板上时，油墨以额定流率流动。当油墨没有从喷嘴排出时，油墨保持在与喷嘴中的油墨弯月面特性相关联的额定负压下。每个流路具有喷嘴末端(在喷嘴末端，流路通入喷嘴之一)和与喷嘴末端隔开的另一位置，所述另一位置经受低于额定负压的再循环压力，使得油墨以再循环流率从喷嘴经由流路再循环。每个再循环流路在喷嘴末端和另一位置之间具有流体阻力，使得流路的喷嘴末端处的再循环压力(源自在流路的另一位置施加的再循环压力)足够小，以至于当油墨排出时，低于额定流率的流率上的任何降低小于阈值，或者当油墨不排出时，额定负压的改变小于阈值，或者两者。

在一些喷墨头中，油墨170立即在喷嘴板21上游的再循环结构中分为两个路径。路径之一将油墨导向至喷嘴板21，从那儿排出油墨。另一路径给油墨提供流出打印头组件10，进入外部油墨储器110的路径。

选择用于喷墨组件的喷墨喷嘴的再循环流路的再循环流率，并选择要施加到再循环流路的最大外部压力。设计再填充流阻器，其具有流体阻力以提供与喷嘴的喷嘴再循环流率之和类似的、来自再填充流阻器的流体流率。喷墨组件的喷墨喷嘴中的一部分流体从喷嘴流过再循环路径，到达与喷墨组件分离的储器。

在图1A中，喷墨打印头组件10具有油墨入口11和油墨出口12。油墨入口11经由管联接器109和管道111连接到外部油墨储器110，使得油墨储器110给油墨入口11供给油墨107(在箭头103指示的方向上)。外部油墨储器110经由管联接器105和管道112也连接到油墨出口12，并接收来自油墨出口12的返回油墨(在箭头101指示的方向上)。外部油墨储器110经由真空连接121连接到真空源120。真空源120可对油墨储器110中的油墨施加真空压力。

打印头组件10包括由两个半部分9和7形成刚性壳体13，它们(在组装时)封装打印头组件10的部件。可制成刚性壳体13的两个半部分的材料示例包括热塑性塑料。油墨入口11经由环形弹性支撑件156进入壳体13，当两个半部分匹配时，环形弹性支撑件占据在形成于壳体13上壁上的圆孔1001中。

类似地，油墨出口12经由弹性环形支撑件155离开壳体13，当两个半部分配合时，弹性环形支撑件155占据在形成于壳体13上壁上的圆孔1004中。壳体13的底部1006具有位于两端的向内突出边缘1008，向内突出边缘匹配位于轴环14相对两端的对应沟槽1010。轴环14的底表面1012使用粘合剂1014连接到组合的再循环歧管15。组合的再循环歧管15是与轴环分离的部件，并结合两个再循环系统的流路。下面描述再循环系统的细节。

组合的再循环歧管15使用粘合剂(比如环氧树脂)固定到层压件23，层压件包括不锈钢下伸板17和不锈钢喷嘴再循环板20。再循环板20的底表面1018则粘合地连接到喷嘴板21。轴环、再循环歧管、下伸板、再循环板和喷嘴板均具有相同的周界大小和形状。

轴环14、组合的再循环歧管15、下伸板17、喷嘴再循环板20和喷嘴板21共同形成喷嘴板组件221。轴环和组合的再循环歧管15可由碳制成，而喷嘴板21可以是由镍制成的电铸板。

轴环14包括两个突起140和141。突起140具有两个通孔142和143，两个螺钉130和131可延伸穿过两个通孔142和143，而突起141具有单个通孔144，螺钉133可延伸穿过单个通孔144。螺钉130、131和133允许打印头组件10与其它打印头组件一起安装在打印杠1016上，或者其它支撑件上。壳体13可沿接缝150分为两半。例如，位于组件顶部的多触头电连接器157可接收信号电缆的匹配连接器，以将信号运载至打印头组件的致动元件或从打印头组件的致动元件运载信号，致动元件用于触发油墨从每个喷墨口的喷射。使用三个安装螺钉、管联接器105和109以及电连接器157，整个打印头组件可易于作为独立组件从打印杠1016移除，以用于维护、存储或更换。

如图1B所示，在打印头组件内，四个喷墨阵列模块16A-16D布置成两对，每对安装在轴环14中的对应的长矩形槽161和162中。槽161和162由壁163分开，壁163沿轴环14的长度延伸。每个阵列模块包括两个柔性电路166，两个柔性电路连接到安装于支撑在壳体13内的电路板158上的电路。加热线165可选地包含在一些打印头组件10中。加热线165可用于加热供给到每个喷墨阵列模块16A-16D的油墨107。

如图1C所示，油墨入口11在壁163中的通孔200处通过管道1100和联接器1105连接到轴环14。油墨出口12在轴环14的壁163中的通孔122处经由联接器1110和管道1115连接到轴环14。来自再循环歧管的第二返回件1421形成为轴环14中的水平通道。四对柔性电路166连接到布置于板158上的电路171。

图1D示出打印头组件10的横截面端视图。集成电路180安装在每个柔性电路166上。铝夹184横跨每个喷墨阵列模块16A-16D的长度(进出附图平面)。螺钉185位于铝夹184的每一端，螺钉具有定位在夹具184上方的螺钉头186。每个阵列模块16A-16D包括电刷190，再填充室191限定在电刷190中。用于阵列模块16A-16D的所有四个再填充室191流体连接起来。电刷190夹在加强板210、211与空腔板212和213之间(图1F和4F更清楚示出)。图1E示出打印头组件的下左部的放大视图(以矩形标记出)。

图1E示出两个阵列模块16A和16B。下伸器192限定在模块的每个喷嘴的电刷190中。下伸器192包括将孔口1641连接到位于电刷190底边缘1640的孔口1642的90度弯曲部。下伸器192作为下伸器194延伸穿过组合的再循环歧管15。组合的再循环歧管具有上表面1510和下表面1515。喷嘴再循环返回歧管193和再填充再循环流阻器42限定在组合的再循环歧管15的上表面1510中(图4A)。总共八个再循环返回歧管19限定在下表面1515中，图1E示出其中五个。图1F示出图1E的下中部的放大视图。

限定在组合的再循环歧管15中的下伸器194将下伸器192的一端连接到限定在下伸板17中的下伸器220。图1G示出图1F的下左部的放大视图。

图1G示出喷嘴板组件221的一部分的底视图(从喷嘴板21观察)。喷嘴板组件包括轴环14、组合的再循环歧管15、下伸板17、喷嘴再循环板20和喷嘴板21。喷嘴板21包含许多喷嘴开口250。喷嘴板21中的每个喷嘴开口250的直径小于其上方的任何截面。附图的顶部示出限定在组合的再循环歧管15的下表面1515中的再循环返回歧管19。歧管15下方是下伸板17，许多下伸器220和上伸器230限定在下伸板17中。空隙240(还称为“胶吸器(glue sucker)”)通过在组装期间保持胶水在再循环歧管15和下伸板17之间挤出而充当粘合剂控制特征。下伸器220与喷嘴再循环板20中的端口22对准。下伸板17粘合地结合到喷嘴再循环板20，以形成层压件23。喷嘴再循环板20中的端口22经由V形喷嘴再循环流阻器或通道24连接到与下伸板17中的上伸器230对准的端口232，连接到再循环返回歧管19。有相等数量的下伸器220和上伸器230，下伸器220的总数量匹配喷嘴开口250的总数量。换言之，每个喷嘴开口250具有其自身专属的喷嘴再循环流阻器24。例如，喷嘴再循环流阻器24是流体通道。元件231是属于其它喷嘴250(布置为进出图1G的附图平面)的其它V形喷嘴再循环流阻器24的横截面。输送到再循环返回歧管19的油墨经由油墨出口12离开打印头组件10。

图1H示出喷嘴板组件221的类似视图，但是没有喷嘴板21。每个V形喷嘴再循环流阻器24经由端口22连接到相应喷嘴开口250，而流阻器24的另一端连接到端口23，端口23经由下伸板17中的上伸器230将油墨引导到再循环返回歧管19。

在油墨被引导至与相应喷嘴开口250相关联的单独的泵送室2201之前，油墨170经由油墨入口11进入打印头组件10，流过轴环14中的通孔200，流入组合的再循环歧管15的槽45，流过通孔44(图4A)，进入再填充室191(图4E)。来自泵送室的油墨可从特定喷嘴开口250喷射出，或者油墨不从喷嘴开口250喷射出，而是引导通过用于该特定喷嘴开口250的喷嘴再循环流阻器24，并在与离开再填充再循环流阻器42(与再填充室191相关联)的油墨组合之前返回再循环返回歧管19，并经由油墨出口12引导出打印头组件10。

图2示出打印头组件10内的流体连接。来自储器110的油墨进入油墨入口11，并通过油墨供给件(包括管道1100和联接器1105)传递到再填充室191。再填充再循环流阻器42的一端串联地连接到再填充室191，而再填充再循环流阻器42的另一端连接到导向油墨出口12的流体路径。再填充室191将油墨170并行地供给到打印头组件10的所有泵送室2201。在一些打印头组件中，有1024个泵送室。每个打印头组件中的泵送室的总数量等于打印头组件中的喷嘴开口的总数量。每个泵送室2201与其对应喷嘴开口250之间的流体流路独立于将其它泵送室连接到它们相应喷嘴的其它流体流路。换言之，有与喷嘴一样多的来自泵送室2201的独立的平行流体流路。在每个泵送室2201和每个喷嘴开口250之间有到喷嘴再循环流阻器24的入口。结果，从再填充室191到喷嘴开口250的每个流体路径具有特定的喷嘴再循环流阻器24。所有喷嘴再循环流阻器串联连接到再循环返回歧管19。在所有返回油墨经由油墨出口12被引导出打印头组件10之前，离开再循环返回歧管19的油墨与从再填充室191返回的油墨汇合。

图3A-3D示出轴环14的细节。壁163中的通孔200接收从油墨入口11经由联接器1105向下流过管道1100到达通孔200的油墨。通孔200不会笔直延伸穿过轴环14。确切地，位于轴环14顶表面1011上的通孔200开口偏移位于轴环14底表面1012上的通孔200开口，如图3D所示的横截面。类似地，接收来自再循环返回歧管19和再填充再循环流阻器42的油墨的通孔122的顶和底表面开口也偏移，如图3C所示。进入通孔122的油墨在经由油墨出口12离开打印头组件10之前流过联接器1110，进入管道1115。位于轴环14任意侧上的沟槽1010(如图3B所示)用于接合壳体13上的突出边缘1008。顶通道1020允许插入筒式加热器(通常为长圆杆形状)。筒式加热器可用于加热包含在每个阵列模块16A-16D内的油墨107。下通道1030提供可插入用于温度感测的热敏电阻的空间。轴环14中的槽161和162可均容纳两个喷墨阵列模块(16A-16D)。

经由通孔200进入轴环14的油墨的流路如下：在离开轴环14的底表面1012时，油墨被引导进组合的再循环歧管15中的槽45中。槽45延伸穿过组合的再循环歧管15的整个厚度1525(图4C所示)。在组合的再循环歧管15的底表面1515上有从槽45分叉出的四个额外通道1521-1524。每个通道1521-1524由喷墨阵列模块16A-16D之一使用。引导进槽45中的油墨均匀地分布在这些分支的每一个中，并被输送到喷墨阵列模块16A-16D。在这些分支之一的末端是通孔44，该通孔竖直地通向再循环歧管15的顶表面1510。流过通道1521-1524的油墨经由通孔44离开组合的再循环歧管15的顶表面1510。

如图1B和1D所示，喷墨阵列模块16A-D安装在槽161和162内。每个阵列模块包括电刷190(图4E所示)，再填充室191限定在电刷190中。当阵列模块16A-D组装在轴环14的槽161和162中时，电刷190的底边缘1640停留在组合的再循环歧管15上。图4E的剖面部分暴露电刷190的子表面特征。当喷墨阵列模块的电刷190组装在轴环14的槽161或162内并接触组合的再循环歧管15的顶表面1510时，位于电刷190边缘1640上的通道1530的开口与组合的再循环歧管15的通孔44对齐。如此，离开再循环歧管15的顶表面1510的油墨进入电刷190的通道1530中，并向上引导进油墨再填充室191中。

当油墨进入再填充室191时，三个可能流路是可能的。一些油墨沿第一流路，流出图4E的附图平面，进入包含泵送室2201的空腔板212中。一些油墨沿第二流路径，流入附图平面，进入空腔板213中。这些流路均将油墨输送到喷嘴开口250或喷嘴再循环流阻器24。

第三可能流路将油墨输送到再填充再循环流阻器42。该油墨部分经由通道1540离开再填充室191。通道1540具有位于电刷190边缘1640的开口，并与位于再循环歧管15的顶表面1510中的通孔414对准。通孔414在组合的再循环歧管15的底表面1515上连接到限定在底表面1515上的四个分支1541-1544之一。四个通孔414均连接到四个分支1541-1544的相应一个。当安装在槽161或162内时，每个阵列模块(16A-16D)使用四个分支之一来使油墨从再填充室返回储器。所有四个分支1541-1544在形成再填充再循环歧管420一部分的槽43处连接。槽43延伸穿过再循环歧管15的整个厚度1525，并连接到再填充再循环流阻器42的一端。再填充再循环流阻器42的另一端连接到通孔412，通孔412与轴环14中的通孔122对准。

图4F示出电刷190、加强板210和211、限定出泵送室2201的空腔板212和213、隔膜1740和1741以及具有定位在每个泵送室2201上的压电元件的压电板1750和1751的横截面视图。压电元件对泵送室2201中的油墨施加力，油墨流过空腔板中的侧开口([0295001]描述了关于流路的更多细节，其全部分内容作为引用并入本文)，返回电刷190，进入与特定泵送室对应的相应孔口1641。孔口1641通向下伸器192，下伸器192包括90度弯曲通道(图1E和1F和4F所示)，具有限定在电刷190边缘1640中的离开孔口1642。离开孔口1642设定在组合的再循环歧管15上，以与下伸器194对齐。在每个喷墨阵列模块中有两排孔口1642，这些孔口排与限定在组合的再循环歧管15中的两个对应下伸器430排对齐。

在泵送室2201中加压的油墨现在经由延伸穿过的下伸器430进入组合的再循环歧管15的顶表面1510，到达组合的再循环歧管15的下表面1515。然后，油墨向下流过下伸板17中的下伸器220，进入喷嘴再循环板20中的端口22。在端口22，油墨可朝向喷嘴板21向下引导或者通过施加到组合的再循环歧管15和喷嘴再循环板20的真空被抽吸，在V形流体通道24中流动。流向喷嘴板21的油墨离开打印头组件10，并从喷嘴开口250排出到打印介质。进入V形流体通道24的油墨流入向上通向下伸板17中的上伸器230的端口23中。图7更详细地示出这两个可能流路。离开层压件23的下伸板17中的下伸器220的油墨170进入喷嘴再循环板20的端口22。油墨170的部分171继续向下流过喷嘴板21的喷嘴管249，并在喷嘴管249内形成弯月面605，与喷嘴板21的喷嘴开口251的暴露侧有一定距离。油墨170的部分172传导通过限定在喷嘴再循环板20内的V形喷嘴再循环流阻器或通道24。再循环通道24在喷嘴再循环板20的顶表面和底表面上敞开。换言之，再循环通道24的高度与喷嘴再循环板21的厚度相同。下伸板17定界通道24的上部，而喷嘴板21定界再循环通道24的下部。油墨的部分172到达端口23，并在离开打印头组件10的流路上进入再循环返回歧管19(图4B)之前向上传导至下伸板17中的上伸器230。油墨中的溶剂可再次供给到喷嘴处的油墨，同时包含在喷嘴处的油墨中的溶解空气可通过扩散减小，返回到新鲜油墨。油墨不必在喷嘴处物理地更换，以受益于正好在喷嘴之后的油墨的再循环。

端口23的直径2405小于端口22的直径2404。再循环返回具有更低的流率，所以端口23的直径2405可以更小。端口22的直径匹配构成整个下伸器结构的堆叠中的其它部件开口(例如，下伸板17中的下伸器220)。流入流体通道24中的油墨量与流入喷嘴开口250中的油墨量的比率由施加到喷嘴再循环板20的背压确定。换言之，在喷射通路(从端口22至喷嘴开口250)和再循环回路(从端口22至流体通道24)之间有压差。弯月面压力通常为水的1英寸(inwg)，再循环压力通常为10至30inwg，使比率通常为10至30:1之间。总体上，所述比率可大于10。由再循环回路引入的再循环流动的存在可被看作打印头组件的整体喷射中的寄生损失。这种寄生损失的表现可包括输送至喷嘴开口250的油墨的低速度以及输送至喷嘴开口的墨滴质量的降低(由于一些油墨在端口22转移进流体通道24中)。滴质量的实际大小以及速度减小受到喷射流体通路和再循环回路之间的压差变化影响。此外，再循环回路的存在还可增加喷射之间的串扰。尽管每个喷射具有其自身的再循环流阻器，再循环流体流平行地行进，且在不同喷射之间不串联，但是能量仍向下行进通过再循环流阻器到达再循环歧管，然后从再循环歧管向下通过不同再循环流阻器而返回到不同喷射。结果，在不同喷射之间仍存在流体路径，在没有再循环结构的情况下，其是不存在的。效率损失和串扰可通过减少进入再循环系统(歧管)的声能量来最小化。

减少再循环回路中的再循环流和流体通道的尺寸减轻了对压差控制的需求，还减少了喷射之间串扰的效应。

由于制造精度的限制(例如，表示为±x mm的蚀刻偏差)，具有精细流体通道的更小再循环通路在流体阻力和得到的再循环流方面经受更大的变化。例如，对于具有10微米宽度的流体通道，±1微米的蚀刻偏差或公差将导致其宽度变化10％。与具有1000微米宽度的更宽流体通道相比，±1微米的蚀刻偏差将仅导致其宽度变化0.1％。此外，喷嘴再循环板20与下伸板17的粘合剂结合以形成层压件23可导致粘合剂材料无意地沉积在薄的再循环通道内，堵塞油墨流体经由这些通道的进入。

总体上，非线性通道形成在喷嘴再循环板中，每个通道的一端通入喷嘴，每个通道的另一端连接到延伸出喷嘴再循环板的流路。该设备包括板和形成在板中的V形油墨再循环路径，至少一部分油墨喷射喷嘴从板的一个表面延伸到板的另一表面，每个路径具有通入对应油墨喷射喷嘴一部分中的一端以及联接到所述板外侧的油墨再循环路径的第二端。

当我们使用术语流体阻力时，我们广义上包括例如当流体流过通道时作用在流体上的力。在一些情况下，流体阻力可由作为通道的长度和横截面面积的函数的参数表示。在一些示例中，流体阻力随着通道长度的增加而增加，流体阻力随着通道的横截面面积的增加而减小。

为了使喷嘴再循环歧管朝向这种制造偏差的敏感性最小，流体通道的长度可最大(例如，达到制造公差的100倍)。如上所述，通道的流体阻力是通道的横截面面积和长度的函数。特别地，流体阻力与通道长度成正比例，与通道横截面面积成反比例。通过增加流体通道的长度到制造公差的大比例(从而增加通道的流体阻力)，那么(横截面面积的)宽度可尽可能大(这减小了通道的流体阻力)地选择为例如制造公差的五倍，使得长度和横截面面积的乘积产生期望的流体阻力。通常，流体通道的高度由制成喷嘴再循环歧管板的不锈钢板的坯料厚度确定。总体上，与±15微米的蚀刻偏差或公差相比，不锈钢板的厚度可制造成例如±8微米的更严格公差。

V形通道24的宽度2401可以是75微米。该尺寸由材料厚度确定。假设部件如何制造，材料厚度通常不小于51微米。如图5C所示，尽管位于特定排52中的端口22和23竖直地对齐，但是一排的端口22的位置与相邻排的端口22的位置有偏移2402。两排孔口沿电刷长度彼此偏移孔口之间间隔的一半的距离。V形通道的取向还在排之间交替改变。在一个排53中，V形通道的尖端2410朝向V形通道的敞开端2412的右侧，而在相邻排52中，V形通道的尖端2410朝向V形通道的敞开端2412的左侧。该布置有助于保存喷嘴再循环歧管板上的空间。通道24的V形弯曲部的角度2401通常介于40°-60°之间，例如为50°。总体上，角度2401越大，流体通道24越长。端口之间的表面空间(land space)确定角度，更小量的表面空间会产生更大的角度。对于5°的角度增加，流体通道的长度减小0.2mm。通道的曲率半径2402介于0.10mm和0.2mm之间，例如为0.12mm。过小的曲率半径(或过尖的角部)会导致流体在流体通道内反射，产生流体压力反射。通道的V形结构有助于增加表面与通道面积比，优化喷嘴再循环板20上用于放置流体通道的可用有限面积。对于给定量的流体阻力，降低表面与通道面积比会减少施加到喷嘴再循环板20以与下伸板17结合来形成层压件23的粘合剂(例如环氧树脂)量。流体通道的间距与端口22(由此，喷嘴开口250)之间的间隔相同。进入上伸器230的油墨流入限定在组合的再循环歧管15的底表面1515中的再循环返回歧管19中，其用于特定排的上伸器。在一些情况下，在容纳四个喷墨阵列模块的打印头组件中有八排喷嘴开口250(每个喷墨阵列模块利用两排喷嘴开口)。所有八个再循环返回歧管19通过垂直通道410和411连接。垂直通道410和411均具有敞向组合的再循环歧管15的顶表面1510的相应通孔412和413。通孔412和413定界喷嘴再循环返回歧管193的两端，通孔412与轴环14中的通孔122对准。如先前所述，进入通孔122的油墨在经由油墨出口12离开打印头组件10之前流过联接器1110，进入管道1115。通孔412还使来自再填充再循环歧管的油墨与来自喷嘴再循环返回歧管的油墨重新组合。

使用平行连接的并由来自单个外部真空源120的背压(即，额定负压)驱动的两个再循环回路、喷嘴再循环回路和油墨再填充室再循环回路意味着需要小心控制油墨在更大的油墨再填充室中的再循环，以防止通过油墨再填充室再循环回路在支撑于喷嘴板21的喷嘴开口250处的墨滴的弯月面压力中产生不想要的压力波动。总体上，油墨从喷墨组件中以额定流率排出。在再循环流路的喷嘴末端处经历的再循环压力足够小，以至于当油墨排出时，低于额定流率的流率中的任何减小都小于阈值，或者当油墨不排出时，额定负压的变化小于阈值，或者两者都有。总体上，在再填充室再循环中不存在任何额外流体阻力的情况下，喷嘴再循环所需的压力为油墨再填充室再循环所需压力的5至10倍。在再填充流阻器设计成提供与来自所有喷射的喷嘴再循环流量之和类似的流量之前，首先选择喷嘴再循环率和所需压力。当再填充再循环流阻器42引入来自油墨再填充室191的返回油墨与油墨出口12之间时，流阻器42可设计成适当流量可维持在易于产生并由外部真空源120控制在±20％内的压力下。组合的再循环流量(来自再填充室和来自所有喷嘴再循环流路)为约喷射流量的10％或10cc/sec。保持再循环流率为约最大喷射流量的10％确保了再循环对弯月面压力的影响最小。处于x％至y％范围内的再循环流率也是有用的。因此，通过将恰当的流体阻力插入油墨再填充室再循环回路中，在两个再循环回路中拖拉流体所需的压力可平衡化。换言之，通过确保在每个再循环回路中的流体阻力大约相等，或者位于彼此的50％内，单个真空源可施加在喷嘴再循环回路和油墨再填充室再循环回路两者上大致相等拖拉的大压力。再循环通路可具有例如5(dyne/cm²)/(cm³/sec))的高阻力。例如，介于水的10-40英寸(inwg)的真空(还称为再循环压力)可由真空源120在不影响油墨在喷嘴开口250处的弯月面压力的情况下拖拉。这种再循环压力比较容易(便宜)产生，并且高阻力使流率对压力波动不太敏感，使得精度控制没有必要。所有喷嘴再循环流量之和大约等于再填充再循环流量。换言之，再填充阻力大致等于所有喷嘴阻力的等同并行阻力。

图8A示出概括打印头组件10内的油墨170的各流路的示意图。油墨170经由油墨入口11进入打印头组件10，并引导至轴环14中的通孔200。通孔200敞向组合的再循环歧管15中的槽45。槽45敞向限定在组合的再循环歧管15的下表面1515上(详细见图4A-4D)的四个通道1521-1524(图8A仅示出1521)。每个通道1521-1524终止于通孔44，通孔44竖直地敞向再循环歧管15的顶表面1510。通孔44与喷墨阵列模块16A的电刷190中的开口1530对准。打印头组件10可容纳四个喷墨阵列模块16A-16D(图8A仅示出喷墨阵列模块16A的一部分)。开口1530通向油墨再填充室191。油墨170可经由开口1540传导出再填充室191。开口1540与通孔414对准，通孔414敞向限定在组合的再循环歧管15的下表面1515上的通道1541。通道1543通向连接到再填充再循环流阻器42、限定在歧管15的顶表面1510的槽43(图8B示出更多细节)。再填充再循环流阻器42终止于通孔412，通孔412与轴环14中的通孔122对准。然后，油墨170经由通孔122流到油墨出口12，离开打印头组件10。油墨170穿过开口1540，进入通道154、槽43和再填充再循环流阻器42的油墨路径是与再填充室的再循环相关联的流路。

在油墨再填充室191，一些油墨170横向地(进出图8A的附图平面，图8A仅示出流出附图平面的油墨)流过限定在加强板211上部中的类似通路，流到具有单独泵送室2201的空腔板213。当油墨由与泵送室2201(未示出)相关联的压电元件喷射时，油墨170在经由孔口1641进入电刷190之前(更多细节，见图4E)被迫离开泵送室的下部，进入限定在加强板211中的孔口340。油墨170在进入组合的再循环歧管15中的下伸器194(图1E)之前，通过电刷190的下伸器192中的90度弯曲部。然后，油墨170穿过下伸板17中的下伸器220，到达喷嘴再循环板20中的端口22。在此，一些油墨170传导至喷嘴板21中的喷嘴开口250，而一些油墨在油墨传导至喷嘴板17中的上伸器230之前穿过V形通道24，到达端口23，上伸器230与限定在组合的再循环歧管15的下表面1515中的再循环返回歧管19对准(见图4B)。然后，油墨170在经由油墨出口12从打印头组件10排出之前，通过通道411和193传导至通孔412。上述低流量高阻力再循环系统通过利用喷墨阵列模块16A-D的喷嘴堆叠件(喷嘴板21、轴环14、下伸板17)共有的层压结构来实施。额外层(即，喷嘴再循环板20)插入喷嘴板21和阵列模块16A-D的其它部分之间，其包含再循环通路(一个用于每个喷射)并给再循环歧管提供端口。

其它实施方式也处于下列权利要求中。

Claims (32)

1.一种设备，包括：

喷墨组件，具有喷墨喷嘴，当油墨从所述喷嘴排出到基板上时，油墨以额定流率流过每个喷墨喷嘴，当油墨不从所述喷嘴排出时，油墨保持在与喷嘴中的油墨弯月面特性相关联的额定负压下；

再循环流路，每个流路具有喷嘴末端和与喷嘴末端隔开的另一位置，在喷嘴末端，流路通入喷嘴之一，而所述另一位置要经受低于额定负压的再循环压力，使得油墨以再循环流率从喷嘴再循环通过所述流路，

每个再循环流路在所述喷嘴末端和所述另一位置之间具有流体阻力，使得由施加在流路的另一位置处的再循环压力产生的所述流路喷嘴末端处的再循环压力足够小，以至于当油墨被排出时，低于额定流率的流率的任何降低都小于阈值，或者当油墨不排出时，额定负压的变化小于阈值，或者两者都有。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述额定负压大于由流体在相应喷嘴处形成的弯月面压力大小的10倍。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述额定负压介于水的10-40英寸(inwg)之间。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述再循环流路将流体从所述喷墨组件引导到外部流体储器。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述流体阻力限定在喷嘴再循环板中。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述流体阻力均包括限定在所述喷嘴再循环板中的V形通道。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述流体阻力均为5(达因/平方厘米)/(立方厘米/秒))。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述再循环流路将所述喷墨组件内的一部分流体引导远离所述喷墨喷嘴。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述再循环流率为额定喷射流率的10％。

10.如权利要求6所述的设备，其中：

V形通道的长度是所述通道制造公差的第一倍数；

V形通道的宽度是所述通道制造公差的第二倍数；以及

所述第一倍数远大于所述第二倍数。

11.如权利要求6所述的设备，其中，所述V形通道的弯曲部处的曲率半径足够大，以防止所述弯曲部处的流体反射。

12.如权利要求1所述的设备，还包括：

从再填充室延伸的第二再循环流路，来自所述再填充室的第二再循环流路具有第二流体阻力，其中，所述喷嘴末端和所述另一位置之间的所述流体阻力处于所述第二流体阻力的±50％内。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述再填充室限定在所述喷墨组件的主体中。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述主体包括碳。

15.如权利要求12所述的设备，其中，所述第二再循环流路将流体引导出所述喷墨组件。

16.如权利要求14所述的设备，其中，所述喷墨组件还包括组合的再循环歧管。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述组合的再循环歧管与所述再循环流路和所述第二再循环流路流体连通。

18.如权利要求16所述的设备，其中，所述额定负压经由所述组合的再循环歧管施加。

19.如权利要求12所述的设备，其中，所述喷嘴的再循环流路和所述第二再循环流路平行地流体连接。

20.如权利要求16所述的设备，其中，所述喷墨组件还包括：

喷嘴再循环板，构成V形通道的流体阻力限定在所述喷嘴再循环板中；

喷嘴板；

下伸板；以及

轴环，其中：

所述喷嘴再循环板定位在所述喷嘴板和所述下伸板之间；

所述组合的再循环歧管定位在所述轴环和所述下伸板之间；以及

电刷与所述组合的再循环歧管接触。

21.一种方法，包括：

选择用于油墨组件的油墨喷嘴的再循环流路的再循环流率；

选择施加到所述再循环流路的最大外部压力；以及

设计再填充流阻器，所述再填充流阻器具有流体阻力，以从所述再填充流阻器提供与用于所述喷嘴的喷嘴再循环流率之和类似的流体流率。

22.如权利要求21所述的方法，其中，用于所述喷嘴的喷嘴再循环流路平行地连接。

23.如权利要求22所述的方法，其中，来自所述再填充流阻器的流体流路平行地连接到来自所述喷嘴的喷嘴再循环流路。

24.如权利要求21所述的方法，其中，所述最大外部压力介于10-40inwg之间。

25.一种方法，包括：

使喷墨组件的喷墨喷嘴中的一部分流体从所述喷嘴流过再循环路径，到达与所述喷墨组件分离的储器。

26.如权利要求25所述的方法，其中，所述一部分流体以从所述喷嘴排出的流体的流率的10％的速率流动。

27.如权利要求26所述的方法，还包括：

将所述流体的第二部分引导通过再填充流阻器；以及

将已流过所述再填充流阻器的所述流体的第二部分引导出所述喷墨组件，其中，所述流体的第二部分被引导到所述再填充流阻器，在所述再填充流阻器上游，所述一部分流体被引导通过所述再循环路径。

28.如权利要求27所述的方法，其中，流过所述再填充流阻器的所述流体的第二部分的流率处于来自所述喷墨组件的喷嘴的流率之和的±50％内。

29.如权利要求28所述的方法，其中，流过所述再填充流阻器的所述流体的第二部分与来自所述喷墨组件的喷嘴的流率之和的组合流率为10μcc/sec。

30.一种方法，包括：

在喷嘴再循环板中形成非线性通道；

每个所述通道的一端通入喷嘴中；以及

每个所述通道的另一端连接到延伸出喷嘴再循环板的流体路径。

31.如权利要求30所述的方法，其中：

每个非线性通道的长度是通道制造公差的第一倍数；

每个非线性通道的宽度是通道制造公差的第二倍数；以及

所述第一倍数远大于所述第二倍数。

32.一种设备，包括：

板，油墨喷射喷嘴的至少一部分从所述板的一个表面延伸穿过所述板，到达所述板的另一表面；以及

形成在所述板中的V形油墨再循环路径，每个路径具有通入对应油墨喷射喷嘴的所述部分中的一端以及用于联接到所述板外侧的油墨再循环路径的第二端。