CN108724943A

CN108724943A - 用于墨喷流的流体动力偏转的方法和设备

Info

Publication number: CN108724943A
Application number: CN201810360309.XA
Authority: CN
Inventors: 布鲁诺·巴贝特
Original assignee: Dover Europe SARL
Current assignee: Dover Europe SARL
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2018-11-02
Also published as: US10589518B2; FR3065394B1; US20180304619A1; FR3065394A1; EP3392043A1

Abstract

本发明首先涉及一种连续喷墨打印机的打印头，该打印头包括：布置在至少一个喷流喷射喷嘴(30，30₁‑30_n)的两侧上的第一储存器(12)和第二储存器(22)，第一储存器和第二储存器连接到喷流喷射喷嘴；以及第一装置(16，16₁‑16_n)，其用于将第一压力施加到第一储存器的或来自第一储存器的墨；第二装置(26，26₁‑26_n)，其用于将第二压力施加到第二储存器的或来自第二储存器的墨；用于控制这些第一装置和这些第二装置的装置，其被编程为施加这2个压力之间的可变差值。

Description

用于墨喷流的流体动力偏转的方法和设备

技术领域

本发明涉及打印机或打印机的打印头，该打印机或打印机具有连续倾斜的墨喷射器，潜在地设置有多喷嘴液滴发生器。它特别针对打印头或连续喷墨打印机，其中根据新原理实现液滴的分选。

背景技术

连续喷墨(CIJ)打印机在各种产品的工业编码和标记的领域是众所周知的，例如用于直接在生产线上并且以高生产量标记条形码、食品上的保质期(use-by-dates)、或电缆或管道上的参考或距离标记。这种类型的打印机也存在于某些装饰领域，其中工艺的图形打印可能性被利用。

这些打印机具有几个典型的子组件，如图1所示。

首先，通常相对于打印机3的主体远离的打印头1通过柔性脐缆2连接到该打印机的主体，该柔性脐缆将头部的操作所需的液压和电连接组件合在一起同时为头部提供便于在生产线上集成的灵活性。

打印机3的主体(也称为控制台或机柜)通常包含三个子组件：

-控制台的下部(区域4’)的墨回路，该墨回路一方面能够在稳定的压力下以合适的质量向头部供应墨，另一方面能够接管不用于打印的喷流的墨，

-位于控制台上部(区域5’)的控制器，该控制器能够产生动作的顺序并且执行处理，从而能够激活墨回路和头部的不同功能。控制器5可以包括例如微型计算机或微处理器和/或一个(或多个)电子卡和/或至少一个嵌入式软件，其编程确保墨回路4和打印头1的控制。该控制器使打印指令能够传输到头部并控制系统的马达和阀，以便管理用墨和/或溶剂供应回路以及从头部回收墨和空气的混合物。该控制器为此被编程，

-接口6，该接口为操作者提供了实施打印机以及了解其操作的装置。

换句话说，机柜包括2个子组件：在上部中的电子设备、电源和操作者接口；以及在下部中的将标称质量的加压墨供应给头部的墨回路以及未被头部使用的墨的回收凹部。

图2示意性地表示CIJ打印机的打印头1。该打印头包括液滴发生器60，该液滴发生器被供应有由墨回路加压的导电墨。

该发生器能够通过称为喷嘴的小尺寸孔发射至少一个连续喷流。在位于喷嘴出口上游的周期性刺激系统(未示出)的作用下，喷流被转换成一连串规则的尺寸相同的液滴。当液滴7无意于用于打印时，它们被引导至凹槽62，该凹槽将液滴回收，以便使未使用的墨再循环并将液滴送回到墨回路中。沿着喷流放置的设备61(充电和偏转电极)能够根据指令对液滴充电并使它们在电场Ed中偏转。然后液滴偏转它们从液滴发生器喷射的自然轨迹。用于打印的液滴9避开凹槽并沉积在打印支撑件8上。

该描述可以应用于所谓的二元连续喷墨(CIJ)或多偏转连续喷墨打印机。二元CIJ打印机配备有头部，该头部的液滴发生器具有多个喷流，喷流的每个液滴可以仅朝向2个轨迹取向：打印或回收。在多偏转连续喷墨打印机中，单个喷流(或多个间隔开的喷流)的每个液滴可以在与从一个液滴到下一个液滴的不同充电指令对应的各种轨迹上偏转，由此实现沿着作为偏转方向的方向的打印区域的扫描，打印区域的另一方向的扫描通过打印头和打印支撑件8的相对位移覆盖。通常，元件被布置成使得这2个方向是基本上垂直的。

连续喷墨打印机的墨回路一方面能够将受调节的加压墨以及可选的溶剂供应到头部1的液滴发生器，另一方面能够产生用于回收不用于打印并接着从头部返回的流体的凹部。

墨回路还能够管理消耗品(从储存器中分配墨和溶剂)以及控制和保持墨的质量(粘度/浓度)。

最后，其他功能与用户舒适度和自动接管某些维护操作以保证无论使用条件如何都能持续运行相关。这些功能包括用溶剂冲洗头部(滴液发生器、喷嘴、凹槽)，辅助预防性维护，例如更换有限寿命部件，特别是过滤器和/或泵。

这些不同的功能由打印机的控制器激活和排序，功能的数量越多并且复杂程度越高，这些功能就越复杂。

由充电和偏转电极61实施的电压是高的。电压可以达到一个kV的量级，从而需要使用“高压”类型的装置。这种分选设备因此具有制造成本并需要特定的维护；此外，该设备体积庞大。而且，从电气观点来看，使用的流体必须是导电的。并且必须能够估计由液滴嵌含的电荷以及液滴本身的形状，电荷的分离优选地在没有伴随液滴的情况下进行。

也已知使用布置在喷嘴的出口处的加热装置实现喷流的偏转的可能性，如例如文献US 2003/0043223中所述。这种技术实施起来很复杂，因为它需要在每个喷嘴周围形成遍及喷嘴的加热电阻。而且，所获得的偏转角度不足以对液滴进行正确分选。

因此，问题在于找到一种新的装置和新的方法，以便以更简单、更便宜和体积更小的方式在打印头的出口处对液滴进行分选。

发明内容

本发明首先涉及一种连续喷墨打印机的打印头，该打印头包括：优选地对称地布置在至少一个喷流喷射喷嘴两侧上的第一储存器和第二储存器，第一储存器和第二储存器连接到所述喷流喷射喷嘴；以及第一装置，其用于将第一压力施加到第一储存器或者施加到第一储存器的或来自第一储存器的墨；以及第二装置，其用于将第二压力施加到第二储存器或者施加到第二储存器的或来自第二储存器的墨；这2个压力能够彼此不同，或替代性地彼此相等然后彼此不同(或者这2个压力之间的差值随时间而变化)。

2个储存器之间的压力差使得能够为由喷嘴产生的喷流形成特定的取向。

本发明还涉及连续喷墨打印机的打印头，该打印头包括：通过通道连接到至少一个喷流喷射喷嘴的储存器(或单个储存器)，所述通道和喷嘴之间的接合部包括非零曲率半径；以及用于将作为时间的函数的可变压力施加到储存器或者施加到所述储存器的或来自所述储存器的墨的装置。

优选地，该曲率半径R_c介于0.5D_b到1.5D_b之间，其中D_b表示喷嘴的出口直径。

无论本发明的实施例如何，由此首先产生流体动力偏转，然后实现打印液滴和进行再循环的液滴之间的分选。

这样的打印头不需要施加到充电电极然后施加到第二偏转电极的高电压，这样的电极没有被实施。该打印头也不需要喷嘴板下游的分选系统。

这样的打印头也不需要在喷嘴出口处实施加热电阻。

因此，根据本发明的设备也比现有技术中已知的结构简单得多。

根据一个实施例，用于施加压力的装置(无论是根据本发明的包括一个或单个储存器还是2个储存器的打印头)包括：压电装置或热装置或机械装置，其用于将第一压力施加到第一储存器或者施加到所述第一储存器的或来自所述第一储存器的墨；以及可选的压电装置或热装置或机械装置，其用于将第二压力施加到第二储存器或者施加到所述第二储存器的或来自所述第二储存器的墨。

这些装置的激活可以由打印机的控制器来控制。

根据一个特定的实施例，这些装置(例如压电装置)布置在储存器的或打印头的形成有喷嘴或多个喷嘴的一侧上，或者布置在相反侧上。

指令装置可以使得能够相继地或者交替地向2个储存器或者向2个储存器的或来自2个储存器的墨施加(或设置成或被编程为施加)不同的压力，然后向两个储存器或者向所述2个储存器的墨施加相同的压力。在具有单个储存器的结构的情况下，指令装置使得能够向该储存器或者向所述储存器的或来自所述储存器的墨施加(或设置成或被编程为施加)可变压力。

不管所考虑的实施例如何，该储存器或每个储存器可以通过至少一个导管和/或至少一个腔室连接到喷嘴。

例如，该储存器或每个储存器可以通过腔室、然后通过柱室、然后通过导管连接到喷嘴。

根据实施例，第一装置能够将第一压力施加到将第一储存器连接到喷嘴的导管或腔室，和/或第二装置能够将第二压力施加到将第二储存器连接到喷嘴的导管或腔室。

根据本发明的打印头可以包括多个喷流喷射喷嘴以及与每个喷嘴相关联的装置，以便：

-将第一压力施加到第一储存器的一部分(或施加到第一储存器的或来自第一储存器的墨)，将第二压力施加到第二储存器的一部分(或施加到第二储存器的或来自第二储存器的墨)，这两个压力彼此不同；

-或(具有一个储存器的实施例的情况)将可变压力施加到储存器或储存器的一部分(或施加到储存器的或来自储存器的墨)。

优选地，位于直径D_b的喷嘴的入口处的流体部分具有高度H_c，H_c/D_b介于0.5到1.5之间，这有助于喷流的有效偏转。

进一步优选地，导管的对位于喷嘴的入口处的流体进行输送的部分具有曲率。

本发明还涉及一种喷墨打印机，该喷墨打印机包括根据本发明的打印头、用于为该打印供应墨和/或溶剂的装置、以及用于回收未用于打印的墨的装置。优选地，这种打印头不包括充电电极，也不包括偏转电极，这种电极未被实施。优选地，该喷墨打印机也不包括位于喷嘴板下游的分选系统。

本发明还涉及一种用于操作如上文和本申请的其余部分中所述的连续喷墨打印机的打印头的方法，从而形成具有可变偏转的墨喷流，该可变偏转取决于施加到储存器的压差或施加到储存器的或来自所述储存器的墨的压差。

本发明还涉及一种用于操作连续喷墨打印机的打印头的方法，该打印头包括优选地相对于喷流喷射喷嘴对称地布置的第一储存器和第二储存器，每个储存器连接到该喷流喷射喷嘴。

不同的压力被施加到2个储存器或者施加到这2个储存器的或来自这2个储存器的墨，两个压力之间的压力差是可变的，由此产生从喷嘴出来的墨喷流的偏转。

本发明还涉及一种用于操作连续喷墨打印机的打印头的方法，该打印头包括通过通道连接到至少一个喷流喷射喷嘴的储存器(或单个储存器)，所述通道和喷嘴之间的接合部包括非零曲率半径，在该方法中，压力变化被施加到储存器或施加到该储存器的或来自该储存器的墨，由此产生从喷嘴出来的墨喷流的偏转。

根据一个实施例，如上所述，使用压电装置或热装置或机械装置获得施加到储存器的不同压力或施加到储存器的压力变化。

喷嘴的偏转可以在3°至10°之间，相对于从喷嘴出来的喷流的轴线是不偏转的。

喷流从喷嘴的的输出速度可以为10m/s的量级，或介于2m/s到15m/s之间。

在两个储存器的情况下，在将不同的压力施加到2个储存器或者施加到这两个储存器的或来自所述2个储存器的墨之后，可以将相同的压力施加到两个储存器或者施加到这两个储存器的或来自所述两个储存器的墨，由此产生无偏转的喷墨。

具有位于喷嘴的两侧上的两个储存器的实施例提供了如下优点：能够使液体(例如清洁液体比如溶剂)从储存器中的一个流动到另一个而不供应喷嘴，并且因此不会在运输大碎片(或尺寸与喷嘴直径相当的碎片)的情况下阻塞喷嘴。与具有一个储存器的实施例不同，液体(例如溶剂)由喷嘴排空，如果存在大的碎片(在上述意义上)则该喷嘴可以被阻塞。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的示例性实施例，在附图中：

-图1表示已知的打印机结构，

-图2表示CIJ型打印机的打印头的已知结构，

-图3表示根据本发明的一个方面的打印头的截面图，该截面是沿着平行于平面YZ并且包含喷嘴的Z轴线的平面形成的，

-图4表示使用具有根据图3的结构的打印头时液滴的产生和偏转，

-图5表示由压电装置产生的压力变化，压力变化是施加到这些装置的振动的振幅的函数，

-图6A和图6B表示根据本发明的另一个打印头的截面图和俯视图，

-图7表示根据图6A和图6B的打印头的替代方案的俯视图，

-图8A和图8B表示根据本发明的另一个打印头的截面图和俯视图，

-图8C表示根据本发明的打印头连同墨供应储存器一起的截面图；

-图9A表示根据图8A和图8B的打印头的替代方案的俯视图，

-图9B表示根据图8A和图8B的打印头的替代方案连同墨供应储存器一起的俯视图；

-图10A至图10C和图11A至图11B表示根据本发明的打印头的模拟和测试结果，

-图12A至图12B表示与根据本发明的打印头有关的其他方面，

-图13A和图13B表示根据本发明的打印头的其他模拟结果，

-图14A表示根据本发明的另一个方面的打印头的截面图，该截面是沿着与平面YZ平行并且包含喷嘴的Z轴线的平面形成的，

-图14B至图14G表示根据本发明的打印头的其他实施例的截面图和俯视图，

-图15表示可以应用本发明的喷墨打印机的结构，

-图16表示打印机的功能视图。

在附图中，类似或相同的技术元件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图3和图4中示出了根据本发明的打印头的示例的结构及其操作。

打印头包括布置在喷射喷嘴30的流动轴线的两侧上的第一储存器12和第二储存器22，第一储存器和第二储存器各自通过导管14、24连接到喷射喷嘴。两个储存器由用于使用泵从打印机的主储存器供应墨的回路(例如FR-2954216中所描述的类型)供应。

与打印头相关联的其他元件可以是以上关于图1和图2描述的那些元件。

优选地，2个储存器及其导管14、24(或者更一般地：使得能够将墨从每个储存器输送到喷射喷嘴30的流体回路)对称地布置(对于图中所示的系统来说并且一般地对于下面给出的那些系统来说是如此)和/或一个和另一个相对于喷射喷嘴30的流动轴线对称。于是，从几何和流动的观点来看与平面OXZ平行的平面是对称平面。

在替代方案中(附图中未示出)，2个储存器相对于喷射喷嘴30的流动轴线以不对称的方式布置。于是，在下面或在本申请中提到的针对对称结构的参数或操作条件，特别是容积、距离和压力被调整以获得不对称结构的期望操作。

在导管14、24内部的流动方向有利地大致垂直于喷射喷嘴30的流动轴线。在替代方案中，这些导管14、24可以相对于垂直于喷嘴的流动轴线的该方向具有倾斜。

在储存器中的或者在所述储存器的或来自所述储存器的墨中的压力的作用下，喷流被形成，该喷流可以从直线轨迹偏转或不偏转，其中该直线轨迹的轴线41是喷射喷嘴30的对称轴线。喷流所遵循的方向是2个储存器中的压力之间的差的函数。系统的流体动力学(事实上：表面张力的作用)导致液滴32、34从喷流形成，由此液滴可以是偏转的或不偏转的。该偏转不是由电场对液滴中所含电荷的作用引起的，不是由喷嘴出口处的加热作用引起的，也不是由气流引起的。特别地，该系统没有实施任何充电电极或任何偏转电极以作用于从喷嘴30出来的墨段的路径或作用于液滴32、34。该系统没有在喷嘴的出口处实施加热装置。该系统也没有实施以偏转为目的而产生气流的装置。因此，与已知系统相比，该系统大大简化了。

回收凹槽37可以收集不偏转的液滴32，而偏转的液滴34将被用于在打印支撑件150上进行打印。凹槽本身连接到用于回收墨的液压回路370。根据另一个实施例，可以回收的是偏转的液滴，而不偏转的液滴可以用于打印。

P1表示储存器12中的或者所述储存器的或来自所述储存器的墨中的压力，并且P2表示储存器22中的或所述储存器的或来自所述储存器的墨中的压力。

当P1＝P2时，形成的喷流不发生偏转，并且仅产生其轨迹在喷嘴的轴线41上对准的液滴。

当P1≠P2时，形成的喷流偏转，并且仅产生其轨迹相对于喷嘴的轴线偏转的液滴。

当以相继的方式，压力满足等式P1＝P2然后彼此不同(P1≠P2)时，与喷嘴的轴线41对准的喷流的发射然后相对于喷嘴的轴线偏转的喷流的发射相继发生。

因此可以在一定的时间t1期间，使喷流沿一个方向取向(例如用于打印)，并且在另一时间t2期间，使喷流沿另一方向取向以使墨再循环。

更一般地，首先对2个储存器或者所述2个储存器的或来自所述储存器的墨施加静压力，这使得能够产生在喷嘴的轴线41上对准的优选地连续的喷流。对一个和/或另一个储存器施加压力变化将能够使喷流相对于其在轴线41上对准的初始轨迹偏转。

根据一个特定实施例，每个储存器中的或者所述2个储存器的或来自所述储存器的墨中的压力及其变化可以由压电装置或致动器16(16’)、26(或26’)产生。这种类型的装置可以通过以下各项来控制：

-例如介于5V到50V之间的几十伏的量级的激活电压；

-和/或例如介于50kHz到500kHz之间的一个或多个高频率；相比之下，使用电磁阀获得的频率最高可达1kHz。

如图3所示，压电装置或致动器16(或16’)形成在储存器12的上壁上方(或形成在储存器12下方并且可选地在通道14下方)，而压电装置或致动器26(或26’)形成在储存器22的上壁上方(或形成在储存器22下方并且可选地在通道24下方)。

由每个压电装置或致动器产生的压力遵循曲线，该曲线是施加到这些装置的振动的振幅的函数，该曲线在图5中被示出：在振幅的特定临界阈值Ac以下，压力变化不大并且保持稳定(事实上，对于A<A_C，A和P_R之间的关系是增大的，但是具有在图5中不可见的轻微的斜率)。在该阈值以上，非线性机制出现并且压力作为振幅A的函数而增大。

因此，通过对装置16(16’)、26(26’)施加不同振幅的振动，可以例如在两个储存器之间产生压力差。例如，压电装置16优选地以超出非线性机制出现的阈值Ac的方式被激活，而压电装置26以保持在该阈值以下的方式被激活。利用了激活的压电装置16(16’)、26(26’)的非线性模式的这种操作模式对于这些装置的实施是优选的，因为它使得能够增强对这些相同的装置施加电压所产生的结果。

因此，通过该系统可以在储存器之间或者在所述2个储存器的或来自所述储存器的墨之间产生压力差，这导致在喷嘴的出口处形成的喷流的偏转。

为了加强这种效果，致动器或每个压电元件可以以其共振频率工作，这对于有利于更大的变形幅度是优选的。

在替代方案中，无论是本实施例还是下面描述的那些实施例，装置16、16’、26、26’中的每一个可以是：

-热激活装置或致动器；例如，电阻被布置在希望进行加热的位置处，例如在储存器和喷射30之间的墨路径上；

-或者电容器或形成电容器的装置，其气隙的区域位于希望加热墨的位置(容积类型的加热，利用墨是电阻性的事实)。在另一个实施例中，无论是本实施例还是下面描述的那些实施例，可以实施：机械致动器或装置，墨处于希望对其施加压力的位置例如在柔性部件或部分中；以及例如形成夹钳或虎钳的装置，从而使得能够对该柔性部件或部分施加脉冲，以便使其收紧然后松开。

在本说明书的其余部分中，装置(用于施加压力)可以理解为致动器(用于施加压力)。

无论哪个实施例，对第一储存器12或者对所述第一储存器的或来自所述储存器的墨施加压力的第一装置与对第二储存器22或者对所述第二储存器的或来自所述储存器的墨施加压力的第二装置是不同的，因此能够将不同的压力施加到所述两个储存器或者施加到它们的墨(或施加到来自所述储存器的墨)，并且储存器12和储存器22之间的或者它们的墨(或来自所述储存器的墨)之间的压力差可以是可变的。如图4所示，当装置26未被激活时，装置16(16’)的激活导致喷流沿着方向44偏转；相反，当装置16(16’)未被激活时，装置26(26’)的激活导致喷流沿着方向42偏转。在两种情况下，激活意味着施加振幅大于阈值Ac的振动以触发非线性机制。

本发明能够使喷流相对于喷嘴的轴线41偏转可以是几度的量级的角度，例如介于3°到10°之间的角度。这对于连续喷墨打印机的应用来说是足够的。

图6A和图6B中示出了打印头结构的另一个示例。图6A是沿着与三直角的标记OXYZ的平面OYZ平行的平面实现的该结构的截面图，其中X轴线垂直于该图而定向。

附图标记12和22进一步表示2个储存器，沿着平行于平面OXY的平面取向的两个腔室52、62通入到所述2个储存器中。这些腔室中的每一个具有例如：

-介于400μm到4mm之间的长度L(沿着Y轴线测量)；

-和/或介于200μm到1mm之间的深度l(沿着X轴线测量)；

-和/或介于100μm到50μm之间的高度h(沿着Z轴线测量)。压电装置16、26可形成在腔室52、62的上壁上方，以产生压力变化，这能够使喷流偏转，如上面关于附图3至图5所解释的(在该附图和下面的附图中，还提及在设备的下部的装置16’、26’；下文中将不系统地对该替代方案进行参考，但应该理解的是它由下面描述的不同结构覆盖)。因此这里压力被施加到来自每个储存器的墨。每个储存器可以从外部经由导管121、221被供应。

这些腔室中的每一个后面跟着高度为H+H_c的圆柱形柱室54、64(该柱室沿着Z轴线定向)，其通过第一弯曲部连接到相应的腔室52、62。

最后，高度为H_c的导管56、66(平行于Y轴线定向)将每个圆柱形柱室54、64与长度为h_b(该长度沿着Z轴线或沿着流动轴线41测量)的喷嘴30的入口孔连接。该导管56、66本身也通过第二弯曲部连接到相应的圆柱形柱室。

喷嘴30具有例如介于几个10μm到100μm之间的直径D_b(在平面OXY中测量，也就是说在垂直于Z轴线或垂直于轴线41延伸的平面中测量)。

优选地，H_c/D_b介于0.5到1.5之间：当流体从导管56或66流到喷嘴30时，该条件允许流体以令人满意的方式改道(或者替代地：允许流体的流动从平面OXY偏转到轴线41或Z轴线)。当从导管56、66流到喷嘴30时流体以90°的角度偏转；墨的流动线路的这种曲率放大了喷嘴两侧上的墨流之间的任何压力差，并有助于喷流的非常有利的偏转。必须指出的是，连续喷流由于其动能和/或其惯性而确实难以偏转(比个体液滴要难偏转得多)；介于0.5到1.5之间的比率H_c/D_b对于这种偏转非常有利。

图6B示出了图6A的结构的俯视图。如在该图6B中可以看出的，储存器12、22和腔室52、62沿着X轴线具有相同的深度。在该图中，示出了布置在两个储存器之间的单个喷嘴30以及能够将墨从这些储存器输送到喷嘴30的所有装置50、56、62、66。

图7是前述结构的替代方案的另一俯视图，其中沿着平面OYZ的截面与图6A的截面相同；根据该替代方案，也可以具有沿着平行于X轴线的轴线对齐的多个喷嘴30₁、30₂、……30_n(例如：n＝2或8、或16、或32、或64……)。这里同样，在穿过喷射喷嘴30₁-30_n的孔并且平行于平面OXZ的对称平面的每一侧上，单个储存器12、22通入到腔室52、62中，腔室52、62通入到相应的导管56、66中。

在图7的结构中，压电装置(或如上所述的热激活装置或机械激活装置)16₁、16₂、16₃……、16_n、26₁、26₂、26₃……、26_n可以形成在腔室52、62的上壁上方，一对压电装置16_i，26_i与喷嘴30_i相关联，装置16_i，26_i布置在该喷嘴两侧上，以激活基本上沿着平行于OY的轴线通向所述喷嘴的腔室52、62的部分。因此沿着轴线OX一方面具有一系列压电装置16₁、16₂、16₃……、16_n，并且另一方面具有一系列的压电装置26₁、26₂、26₃……、26_n。

图8A和图8B中示出了根据本发明的另一打印头结构。图8A是沿着与三直角的标记OXYZ的平面OYZ平行的平面形成的该结构的截面图，X轴线垂直于该图而定向。

附图标记12和22进一步表示直接形成在喷嘴30上的2个储存器。压电装置16、26可以形成在每个储存器的上壁上方，以实现压力变化，这能够使喷流偏转，如上面关于图3至图5所解释的。

每个储存器具有高度H_c。喷嘴30具有例如介于几个10μm到100μm之间的直径D_b。

优选地，H_c/D_b介于0.5到1.5之间：当流体从储存器12、22流到喷嘴30时，该条件使得流体能够以令人满意的方式改道。原因和优点与上面解释的相同(上述界限之间的该比率非常有利于流体在从导管56、66流到喷嘴30时以90°角度偏转；墨的流动线路的这种90°的曲率放大了喷嘴两侧上的墨流之间的任何压力差，并有助于喷流的非常有利的偏转)。

图8B表示图8A的结构的俯视图。如在该图8B中可以看到的，储存器12、22沿着X轴线具有相同的深度。在该图中，表示了布置在两个储存器之间的单个喷嘴30。

但是，如图9A所示，该图是沿着平面OYZ的截面与图8A的截面相同的结构的另一俯视图，也可以具有沿着平行于X轴线的轴线对齐的多个喷嘴30₁、30₂、……30_n(例如：n＝8、或16、或32、或64……)。这里同样在喷嘴30₁-30_n沿着其对齐的轴线的每一侧上存在单个储存器12、22。因此，整个设备相对于平行于OXZ并且经过喷嘴沿着其对齐的轴线的平面具有对称性。

在图9A的结构中，压电装置16₁、16₂、16₃……、16_n、26₁、26₂、26₃……、26_n可以形成在每个储存器12、22的上壁上方，一对压电装置16_i、26_i与喷嘴30_i相关联，装置16_i、26_i布置在该喷嘴两侧上，以激活基本上沿着平行于OY的轴线通向所述喷嘴的每个储存器12、22的部分。

这里同样，每个储存器具有高度H_c，每个喷嘴具有例如介于几个10μm到100μm之间的直径D_b；优选地，H_c/D_b介于0.5到1.5之间，具有与上述相同的技术原因和优点。

图8C和图9B分别示出了与图8A和图9A中相同的设备以及例如通过液压回路12b、22b(图8C)连接到储存器12、22的供墨储存器12a、22a。在图9B中，类似的液压回路12b、22b可以将供墨储存器12a、22a连接到储存器12、22。

相同或相似的供墨储存器12a、22a可以通过相同或相似的液压回路12b、22b连接到图3、图4或图6A至图7的储存器12、22或连接到图11A至图12A、图14A至图14G或图6A至图7的储存器12。

在上述实施例中，压电激活装置16、26被示出在储存器12、22中的每一个上方或在腔室52、62上方或在打印头上方。在替代方案中，这些装置可以布置在相反侧上，例如在导管56、66下方，如图3、图6A，图8A中的虚线所示。其上定位有相应装置的下壁的厚度适合于这些装置的存在。

根据图8A和图8B的结构，已经执行了模拟，其结果在图10A至图10C中示意性地示出。

储存器12被加压(2至3巴)，储存器22被关闭。喷嘴30是墨的唯一出口。喷流以平均速度v_b＝10m/s从喷嘴流到大气压下的空气中。

在图10A中示出了当两个储存器12、22之间的压力不相同时从喷嘴30流出的喷流的状态。因此实际上可以获得喷流的偏转，其中偏转的喷流的流动方向与喷嘴30的轴线41之间的偏转的角度为几度，如上面关于图3至图5所解释的那样。

图10B中示出了储存器12(储存器22被关闭)中的、然后是喷嘴30中的以及喷嘴的出口处的空气中的速度分布。观察到储存器中的速度的抛物线分布。喷流在空气中的速度(约10m/s)略低于其在喷嘴的出口处的值。这种差异尤其是由于空气阻力造成的。此外，还可以清楚地看出，速度分布逐渐偏转到图的左侧部分。

图10C示出了曲线，该曲线作为相对于喷嘴的轴线41的距离的函数给出了在喷嘴30的入口处(曲线I)、在喷嘴的中间(曲线II)以及在喷嘴的出口处(曲线III)的墨的速度。

曲线I相对于喷嘴的轴线41的不对称性反映了一个储存器中的压力大于另一个储存器中的压力的事实。结果是在喷嘴30的出口处相对于喷嘴的轴线不对称的速度分布(曲线III)，其导致喷流的偏转。在喷嘴30的入口处的完全抛物线速度分布将产生与喷嘴的液压轴线41对齐的喷流。

对于在喷嘴出口处的约10m/s的喷流速度，喷流的偏转角度为约3.25°。

图11A和图11B示出了本发明的另一个方面，图11B是图11A的一部分的放大图。这些图示出了图8A和图8B的结构在上面关于图10A至图10B已经提到的条件下的静压力场。从这些图中可以看出，压力在导管中逐渐减小，并且在空气中几乎变为零。在由字母A表示的角区域中，其对应于储存器12连结喷嘴30的区域，压力为负。因此该区域可能受到空化现象的影响，这是喷流不稳定的根源。为了限制该问题，优选在空腔12和喷嘴30的入口之间产生具有非零曲率半径(曲率中心位于设备的外侧，而不是位于储存器12一侧)的接合部，如图11B中的虚线31所示。在特定结构(图12A)的构架中呈现的该结果可以转置到每个其他结构(图3、图6A至图6B、图7、图8A、图8B：在这些其他结构中，一方面通道14、24或56、66或储存器12、22和另一方面喷嘴30之间的接合部因此也可以具有非零曲率半径，其具有与这里描述的相同的优点)。

根据示例性实施例，图12A的结构具有以下几何特性：

L_c＝125μm(导管的长度)；

d_c＝50μm(导管的高度)；

h_b＝50μm(喷嘴的高度)；

d_b＝50μm(喷嘴的直径)；

L_zm＝15μm(死区的长度)。

对于比如图12A的结构，图12B示出了对于喷嘴仅在一侧被供应的替代方案，作为喷嘴的部分31的曲率半径R_c的函数的偏转角度。墨具有870kg/m³的密度ρ，粘度μ＝0.004Pa.s，表面张力σ＝0.023N/m，空气的性质为1.2kg/m³的密度ρ以及粘度μ＝0.001Pa.s。

通过改变喷嘴入口速度的值(例如连续地2m/s到8m/s)，连续墨喷流能够实现8.5°的角度分隔开的两个方向。8m/s的连续喷流具有相对于喷嘴的几何轴线8.5°的角度(见图13A)。速度在100μs的时间内过渡到2m/s，使得能够形成其方向几乎与喷嘴的液压轴线的方向重合的液滴。

一个有针对性的目的是能够间歇性地分选液滴，也就是说，在一定时间内，使喷流沿一个方向取向(例如为了进行打印)，并且在另一时间内，使喷流沿另一个方向取向(例如为了使墨再循环)。

为了从连续喷流中获得液滴，喷流被分解成不太长的喷流部分，其最终在表面张力的作用下变成液滴。

用图12A的结构实施的方法的示例可以如下：

●墨喷流以8m/s的速度连续喷射；该喷流被偏转并由凹槽(没有示出)收集；

●喷射速度在100μs的时间内减少，喷流然后基本上沿着喷嘴的轴线；

●新的喷流以8m/s的速度喷射同时被偏转。

在图13A中示出的建模(该结构是图12A的结构)使得能够将图形设置为8.25°的喷流的流体动力学偏转角度。在离喷嘴出口5mm的距离处，差分偏转典型地为750μm，这使得能够容易地设置凹槽喙部以收集连续喷流并且允许在连续喷流中形成的液滴(间歇的)传递到打印支撑件。

图13B表示作为时间的函数的速度变化的示例以获得如上所述的效果。这里，最大速度为约6m/s，然后在约100μs大幅降低。

如上所述，比如图12A的包括喷嘴的部分31的曲率半径R_c的结构可以应用于仅在一侧供应喷嘴的替代方案。

因此，图14A所示的仅包括一个储存器12的结构也能够执行作为该储存器中的压力的函数的喷流的偏转。

在该实施例中，打印头仅包括一个储存器12和一个喷射喷嘴30，它们通过导管14连接在一起，该导管优选地具有基本上垂直于喷嘴30的自然流动轴线的流动方向。储存器由用于使用泵从打印机的主储存器供应墨的回路(例如FR-2954216中所述类型)供应。

与头部相关联的其他元件可以是以上关于图1和图2描述的那些元件(然而，优选地没有电荷电极并且没有偏转电极，因为偏转如上所述通过压力差获得，所以这样的电极不是必需的。在喷嘴板下游的分选系统也不是必需的)。

喷嘴30和导管14之间的接合部31具有非零曲率半径，其曲率中心位于设备的外侧，而不是位于导管14一侧。

在储存器12中的压力变化的作用下，喷流被形成，该喷流可以偏转或不偏转直线轨迹，轴线41是喷射喷嘴30的对称轴线。喷流所遵循的方向是储存器12中的压力的函数。系统的流体动力学(实际上：表面张力的作用)导致液滴从喷流形成，由此液滴可以是偏转的或不偏转的。这里同样，偏转不是由电场对液滴中所含电荷的作用引起的，不是由喷嘴出口处的加热作用引起的，也不是由气流引起的。特别地，该系统没有实施任何电荷电极或任何偏转电极以作用于从喷嘴30出来的墨段的路径或作用于液滴。该系统没有在喷嘴的出口处实施加热装置。该系统也没有实施以偏转为目的而产生气流的装置。因此，与已知系统相比，该系统大大简化了。

以类似于上面关于图4描述的方式，回收凹槽37使得能够收集不偏转的液滴，而偏转的液滴将被用于在打印支撑件上进行打印。凹槽本身连接到用于回收墨的液压回路370。根据另一个实施例，可以回收的是偏转的液滴，而不偏转的液滴可以用于打印。

因此可以在一定的时间t1期间，使喷流沿一个方向取向(例如为了进行打印)，并且在另一个时间t2期间，使喷流沿另一个方向取向以回收墨。

更一般地说，首先将静压力施加到储存器12，这使得能够产生在喷嘴的轴线41上对准的优选地连续的喷流。施加压力变化将能够使喷流相对于其在轴线41上对准的初始轨迹偏转。

储存器12中(或者所述储存器的或来自所述储存器的墨中)的压力变化可以由压电装置16产生，该压电装置可以通过如上所述的激活电压和/或频率得到控制。

如图14A所示，压电装置16、16’可形成在储存器12的上壁上方和/或来自所述储存器12的墨穿过其流通的液压回路的任何部分(例如通道14)上方，和/或储存器12和/或可选地通道14下方。压力变化因此可以施加到容纳在储存器12中的墨或施加到来自该储存器的墨。

由压电装置产生的压力遵循图5所示的曲线，该曲线是施加到这些装置的振动的振幅的函数。

因此，通过对装置16或16’施加可变振幅的振动，可以在储存器12中产生压力差。例如，压电装置16或16’以超出非线性机制出现的阈值Ac的方式被激活，然后保持低于该阈值。

因此，通过该系统可以在储存器12中(或者相对于从储存器到出口喷嘴30的墨流通方向位于储存器12下游的墨流通回路的一部分，但在出口喷嘴30的上游)产生压力变化，其交替地导致在喷嘴的出口处形成的喷流的偏转然后导致在喷嘴的轴线上对准的喷流。

这里再一次，本发明使得喷流相对于喷嘴的轴线41偏转可以是几度的量级的角度，例如介于3°到10°之间。这足以应用于连续喷墨打印机。

如果部分31的曲率半径R_c介于0.5D_b到1.5D_b之间，其中如上所述D_b表示喷嘴的直径，则以比如图14A的结构的情况下的偏转作用更为灵敏。

可以用图14A的结构产生比如图3、图4、图6A至图9中的每一个的结构。因此，在图14B至图14G中示出了分别与图3、图4、图6A至图9对应的结构，该结构沿着与平面OXZ平行的位于略微超出喷嘴30的位置的平面在一侧被截断。图3、图4、图6A至图9的附图标记在图14B至图14G中表示与图3、图4、图6A至图9中相同的元件，并且上面关于这些图3、图4、图6A至图9给出的解释也适用于这些图14B至图14G。类似地，关于各种参数H、H_c、D_b、H_c/D_b、h_b已经针对图3、图4、图6A至图9中的每一个给出的指示在此也适用。在这些图中，喷嘴30与导管56或腔室12之间的接合部31(在图14B和图14E中可见)具有非零曲率半径，其曲率中心位于设备的外侧，而不位于导管14一侧。特别地：

-H_c/D_b优选地介于0.5到1.5之间，具有与上述相同的技术原因和优点；

-和/或出于上面已经指出的原因，部分31的曲率半径R_c优选地介于0.5D_b到1.5D_b之间，其中D_b如上所述表示喷嘴的直径。

根据本发明的设备通过图中未示出的墨储存器供应墨。可以实施各种流体连接装置以将该储存器连接到根据本发明的打印头，并且用于回收来自回收凹槽的墨。完整回路的示例在US 7 192 121中进行了描述并且可以与本发明结合使用。

不管设想的实施例如何，激活装置16、26、16₁-16_n、26₁-26_n(或诸如上述热激活装置或机械激活装置的其他装置)以产生墨喷流以及激活用于泵送凹槽的装置的指令由控制装置(也称为“控制器”)发送。也正是这些指令能够使加压墨沿打印头的方向流动，然后根据要在支撑件8上打印的图案产生喷流。这些控制装置例如是以电回路或电子回路或处理器或微处理器(被编程为实施根据本发明的方法)的形式实现。

该控制器还控制打印机特别是凹槽的泵送装置以及不同流体(墨、溶剂、气体)路径上的阀门的打开和关闭。控制装置还可以确保数据的记忆，例如一个或多个储存器中的墨水平的测量数据以及潜在的处理。

在图1中表示了可以实施上述一个或多个实施例的喷墨打印机的主要区块的总体结构。该打印机包括控制台300、特别包含用于调节墨和溶剂的回路以及用于墨和溶剂的储存器(特别是通过凹槽回收的墨被带到的储存器)的隔室400。通常，隔室400位于控制台的下部。控制台的上部包括指令和控制电子设备以及可视化装置。控制台通过脐缆203液压地且电力地连接到打印头100。

未示出的龙门架使得能够将打印头安装成面对沿着箭头所体现的方向移动的打印支撑件8。该方向垂直于喷嘴的对齐轴线。

图16中示出了可应用本发明的打印机的流体回路400的示例。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联。还示出了头部1和脐缆203。

使该回路400与可移除的墨盒130和溶剂盒140相关联，该溶剂盒也是可移除的。

附图标记410表示主储存器，其可以收集溶剂和墨的混合物。

附图标记110表示能够从溶剂盒140中抽出并潜在地储存溶剂并将由此抽出的溶剂供应到打印机的其他部分的一组装置，无论它涉及为主储存器410供应溶剂或清洁还是维护机器的一个或多个其他部件。

附图标记310表示能够从墨盒130抽出墨并且提供如此抽出的墨以供应主储存器410的一组装置。从该图中可以看出，根据这里描述的实施例，向主储存器410并从装置110发送溶剂，经过这些相同的装置310。

在储存器410的出口处，由附图标记220整体表示的一组装置使得能够对从主储存器中抽出的墨加压并且将其发送到打印头1。根据一个实施例，在此示出通过箭头250也可以通过这些装置220将墨输送到装置310，然后再次输送到储存器410，这使得墨能够在回路内再流通。该回路220还能够清空盒130中的储存器并清洁盒130的连接部。

该图中表示的系统还包括用于回收从打印头，更确切地说是打印头的凹槽7(图2)或用于冲洗头部的回路返回的流体(墨和/或溶剂)的装置500。这些装置500因此布置在脐缆203的下游(相对于从打印头返回的流体的循环方向)。

如图16所示，装置110还能够使溶剂直接发送到这些装置500，而不经过脐缆203或经过打印头1或经过回收凹槽。

装置110可以包括至少3个平行的溶剂供应源，一个供应到头部1，第二个供应到装置500并且第三个供应到装置310。

上述每个装置都配备有比如阀优选地电磁阀的装置，这使得可以将有关的流体定向到所选择的目的地。因此，从装置110开始，可以将溶剂专用地发送到头部1，或者发送到装置500或发送到装置310。

上述装置500、110、210、310中的每一个可以设置有能够处理相关流体的泵(分别为第一泵、第二泵、第三泵、第四泵)。这些不同的泵确保不同的功能(它们各自装置的功能)并因此彼此不同，即使这些不同的泵可以具有相同或相似的类型：这些泵中没有一个确保这些功能中的2个功能。

特别地，装置500包括泵(第一泵)，该泵使得能够泵送如上所述从打印头回收的流体并将其发送到主储存器410。该泵专用于回收来自打印头的该流体并且物理上不同于专用于墨转移的装置310的第四泵或专用于在储存器410的出口处对墨加压的装置210的第三泵。

装置110包括能够泵送溶剂并将其发送到装置500和/或装置310和/或打印头1的泵(第二泵)。

这种回路400由上述控制装置控制，这些装置通常包含在控制台300(图16)中。

Claims

1.一种连续喷墨打印机的打印头，包括：布置在至少一个喷流喷射喷嘴(30，30₁-30_n)的两侧上的第一储存器(12)和第二储存器(22)，所述第一储存器和所述第二储存器连接到所述喷流喷射喷嘴；以及第一装置(16，16₁-16_n)，所述第一装置用于将第一压力施加到所述第一储存器的或来自所述第一储存器的墨；第二装置(26，26₁-26_n)，所述第二装置用于将第二压力施加到所述第二储存器的或来自所述第二储存器的墨；用于控制这些第一装置和这些第二装置的装置，所述用于控制这些第一装置和这些第二装置的装置被编程为施加这2个压力之间的可变差值。

2.根据权利要求1所述的打印头，所述第一装置和所述第二装置中的每一个包括压电装置(16，26，16₁-16_n，26₁-26_n)或热装置或机械装置。

3.根据权利要求2所述的打印头，所述第一装置和所述第二装置中的每一个布置在所述储存器或所述打印头的形成有所述喷嘴或多个喷嘴(30，30₁-30_n)的一侧上，或布置在相反侧上。

4.根据权利要求1或2所述的打印头，包括指令装置(3)，所述指令装置用于相继地将不同的压力施加到所述2个储存器的或来自所述2个储存器的墨，然后将相同的压力施加到所述两个储存器的或来自所述两个储存器的墨。

5.根据权利要求1或2所述的打印头，每个储存器通过至少一个导管(56，66)和/或至少一个腔室(52，62)连接到所述喷嘴。

6.根据权利要求1或2所述的打印头，每个储存器通过腔室(52，62)、然后通过柱室(54，64)、然后通过导管(56，66)连接到喷嘴。

7.根据权利要求5所述的打印头：

-所述第一装置能够将第一压力施加到将所述第一储存器连接到所述喷嘴的所述导管或所述腔室；

-所述第二装置能够将第二压力施加到将所述第二储存器连接到所述喷嘴的所述导管或所述腔室。

8.根据权利要求1或2所述的打印头，包括：

-多个喷流喷射喷嘴(30₁-30_n)；

-以及与每个喷嘴相关联的第一装置(16，26，16₁-16_n)和第二装置(26₁-26_n)，所述第一装置和所述第二装置用于将第一压力施加到所述第一储存器的或来自所述第一储存器的墨以及将第二压力施加到所述第二储存器的或来自所述第二储存器的墨，这2个压力彼此不同。

9.根据权利要求1或2所述的打印头，位于直径D_b的喷嘴(30，30₁-30_n)的入口处的流体部分具有高度H_c，H_c/D_b介于0.5到1.5之间。

10.根据权利要求1或2所述的打印头，所述导管的对位于喷嘴(30，30₁-30_n)的入口处的流体进行输送的部分具有曲率(31)。

11.一种喷墨打印机，包括根据权利要求1或2所述的打印头、用于为打印提供墨和/或溶剂的装置(220，410)以及用于回收未用于打印的墨的装置(500，410)。

12.一种用于操作连续喷墨打印机的打印头的方法，所述打印头包括布置在喷流喷射喷嘴的两侧上的第一储存器(12)和第二储存器(22)，所述储存器中的每一个连接到所述喷流喷射喷嘴，在所述方法中：

-第一压力被施加到所述第一储存器的或来自所述第一储存器的墨；

-以及不同于所述第一压力的第二压力被施加到所述第二储存器的或来自所述第二储存器的墨；

-所述第一压力和所述第二压力之间的差值是可变的，由此产生从所述喷嘴出来的墨喷流的偏转。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述喷流的相对于从所述喷嘴出来同时不偏转的喷流的轴线的偏转介于3°到10°之间。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，来自所述喷嘴的喷流的出口速度介于2m/s到15m/s之间。

15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，在对所述2个储存器的或来自所述2个储存器的墨施加非零压力差之后，对该墨施加零压力差，由此相继地产生不偏转墨喷流然后是偏转喷流。