CN1155473C - 打印头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于在多个喷射区(4)处从液体中喷射质料的喷射装置，其中的多个喷射区排列成行，喷射装置具有一组沟槽(11)，在工作中，液体经这些沟槽流入到位于沟槽开口端的对应喷射区中、或从该喷射区流走。在各个喷射区中布置一个喷射电极(7)，在工作中，由该喷射电极来产生一个电场，从而使质料从所述液体中喷射出。设置通向各喷射电极的一条导电路径(12)，用于在工作中向喷射电极(7)输送电压。各个沟槽(11)之间是相互隔绝的；且导电路径(12)在各沟槽的基本全部长度范围内都是与沟槽分隔开的。

Description

打印头
技术领域
本发明涉及一种用于从液体中喷射质料的装置，更具体来讲，本发明涉及这样一种装置：其所采用的方法基本上属于文献WO-A-93-11866中所描述的类型，该文献所公开的内容结合到本文中作为参考资料。在上述的专利说明书中，例如是在打印过程中，在打印头中实现颗粒的凝聚或富集，然后，凝聚的颗粒从喷射区喷射到打印基片上。
背景技术
在点阵打印机的情况下，可在一行或多行中排列多个墨腔(cell)，每个墨腔中都包括一个喷射区。本发明致力于为这种装置设计一种新型的结构，以改善其工作并增强其可操作性，在这一点上，可参考由本申请人申请的在先专利公开文件WO-A-97-27058、WO-A-9727056、WO-A-9727057和WO-A-98-32609。
在这些在先专利说明书中，公开一种点阵打印机，在这种打印机中，在一组分隔脊板之间形成多个相邻的墨腔。在每个墨腔中都设置有另外一个脊板，该脊板上形成有一个喷射突竖，该突竖构成质料的喷射区。例如在文献WO-A-98-32609的图2中，侧盖伸过各个墨腔的顶部，从而封闭这些墨腔的顶部。在侧盖的后方，要被输送到打印头中的流体被储留在蓄液器或汇流总管中，并根据各个具体喷射区/墨腔喷射量的不同，而流入到靠近喷射区的各个单独墨腔中。
这种打印机的喷射机理至少在部分上是属于静电型的，其部分地依赖于喷射区对颗粒的静电排斥力来进行工作，从而就可能导致这样的情况出现：受电泳喷射机制的影响，色素颗粒(也叫着色油墨)会从某个正在执行喷射的墨腔飞射向并不进行喷射的相邻墨腔。另一个困难在于：由于电泳作用的效果，电场中的带电颗粒存在着撞击到电极表面上的趋势。虽然流体流经这些沟槽时产生的剪切力会驱使颗粒远离电极表面，但这需要剪切力能大于电泳力，且需要带电颗粒能在其他颗粒堆积到它们上之前就已经离开电场。为了提高打印性能和打印头的长期可靠性，希望能减弱或消除在沟槽中流动的电泳颗粒的不利效果。为了减小电泳力的影响，在美国专利US 5754199中提出一种解决方案，在该方案中，首先将喷射执行电极邻近其它电极的电压升高，从而驱使其它的油墨颗粒受电泳效应作用而移向该喷射电极。这样作的目的对如下的事实作一些预补偿：即当向某喷射区施加驱动信号时，油墨颗粒会从加电的活化电极处移走。但这种解决方案会对打印速度造成限制。
发明内容
根据本发明，本文设计一种用于在多个喷射区处从液体中喷射质料的喷射装置，该装置包括一个打印头，该打印头具有：一组沟槽，在工作中，液体经各个沟槽流入到位于沟槽开口端的对应喷射区中、或从该喷射区中流走，每个沟槽都是两个相协作的沟槽中的一个，所述相协作的沟槽中的一个用于向一对应的喷射区输送液体，而所述相协作的沟槽中的另一个用于将用过的液体从该喷射区排走，因而所述相协作的沟槽的两个沟槽具有共同的开口端；布置在各个喷射区中的喷射电极，并且，在工作中，由所述喷射电极来产生一个电场，从而使质料从液体中喷射出；以及通向各喷射电极的导电路径，用于在工作中向所述喷射电极输送电压；其特征在于：所述沟槽之间是相互隔绝的，且在导电路径的基本全部长度范围内，所述沟槽与所述导电路径是分隔开的。
在文献WO97/27058所公开的打印头设计中，在油墨沟槽的大部分长度范围上，各沟槽之间都是相互连通的。同样，根据该文献中的设计，在沟槽中油墨流动路径的全部长度上，电极都是与油墨相接触的。这样进行设计的后果是在油墨颗粒上作用一个电泳力，该电泳力将油墨颗粒推向喷射电极。如果所采用的流体流速足够大，则剪切力的大小就足以防止颗粒逐渐堆积到电极结构上。但是，采用这样高的流速在实际应用中是不现实的。在本发明中，通过确保各沟槽之间相互隔绝而提供一种更好的解决方案；且在沟槽的基本全部长度区间内，导电路径都是与沟槽分隔开的，这样就减小电泳力，从而只需较小的剪切力就可以避免颗粒堆积到电极上。小剪切力所需要的流动速度也相应降低。本发明同样也实现US 5754199中的发明目的，但并不需要复杂的驱动信号，而该复杂驱动信号如上文所述那样是会限制打印速度的。
借助于这样的结构，除了在紧邻喷射区的位置处除外，导电路径是与沟槽隔绝开的，该隔绝可用来减小或避免电泳效应的影响，而电泳效应会造成颗粒在沟槽壁上堆积，如果颗粒在沟槽壁上堆积，则反过来就会降低流到喷射区的质料流量。
每个沟槽优选是各对相协作的沟槽中的一个，成对沟槽中的一个用于向对应的喷射区输送液体，而另一个沟槽用于将用过的液体从该喷射区排走，因而成对沟槽具有共同的开口端。这对沟槽中的每一个都具有一个纵向轴线，这两条轴线被设置成相互成一个角度，从而使得流体可从打印头两侧相应地输送到喷射区和从喷射区排走，所述导电路径基本上是沿一中分线设置，所述中分线等分所述沟槽轴线间形成的所述角度。沟槽也可以是沿一对棱柱体的边缘形成的，其中的棱柱体由一个形成喷射区的部件分隔开。
优选的是，各个单独沟槽之间是通过一组壁板而相互分隔开的，且优选是用一对侧盖来封闭沟槽顶部的大部分长度而实现各单独沟槽的隔绝，每个侧盖对相应一侧的沟槽来说是共同的，且这对侧盖与所述壁板相接合。
在沟槽的开口端，第一脊板将各个喷射区相互隔开。优选是用一些凸起来构成喷射区，且这些凸起是由第二脊板形成的，所述第二脊板位于那些将喷射区相互分隔开的脊板之间，所述的形成喷射区的第二脊板上的凸起的宽度较小，且在其两侧形成位于所述的分隔喷射区的第一脊板之间的液体流动通道。为了能使形成喷射区的第二脊板与所述的分隔喷射区的第一脊板相互分隔开，在所述形成喷射区的第二脊板侧面的至少大部分长度区间内设置隔板，所述隔板与所述的形成喷射区的第二脊板、所述的分隔喷射区的第一脊板、或它们二者制成一体。第一和/或第二脊板和隔板优选是由一个位于棱柱体之间的部件形成的，所述沟槽就形成在该棱柱体上。
借助于这样的结构，相比于上文中的现有结构，各个沟槽的长度增大，且通过设置封闭各个沟槽的侧盖，实现各沟槽之间的流体隔绝。
优选对所述隔板进行金属敷涂来形成引向喷射电极的导电路径。
优选是，每条导电路径都这样进行布置：使得它们在工作时，在其基本全部长度范围内都不与流体相接触。各条导电路径可被设置成：在工作中，仅在对应于喷射区的区域上是与流体接触的。
附图说明
下面将参照附图对根据本发明的装置的一个示例进行描述，在附图中；
图1是一个轴测视图，其从前方的一个侧面示出部分喷墨打印头；
图2是一个也从前方观察所得到特写轴测图；
图3是一个该打印头的纵向剖视图；
图4是一个打印头的轴测图，其示出连接到其两侧的支撑体；以及
图5是另一个轴测图，其示出连接到支撑体上的侧盖。
具体实施方式
图1和图2示出打印头1上各个独立墨腔2的结构，各个独立的墨腔2由分隔脊板3隔开，且每个墨腔都包括一个喷射区，其中的喷射区是由在对应脊板5的端部上形成的一个凸起4所限定，其中的脊板5基本上位于两侧形成墨腔的或分隔喷射区/墨腔的脊板3之间的中央位置处。
喷射电极7是通过在分隔墨腔的脊板3和形成凸起的脊板5的表面上选择性地进行金属敷涂而形成的。各个支承凸起的脊板5都与相邻的分隔墨腔的脊板用隔板6分隔开(由于图1和图2是轴测透视图，所以各个墨腔2中的隔板6在图1和图2中只能看到其中的一个)，各个隔板的表面也同样进行金属敷涂，从而形成从打印头的后方通向对应喷射电极7的导电路径或线路12(这方面内容在图3中表示得最为清楚)
从图1和图2可清楚地看出，在各个墨腔的前方，脊板5是一个锐角楔形，并在其前缘上支承喷射区凸起4，如图所示，分隔墨腔的脊板3也被制成楔形，但其锥角较大。
如图4中所清楚表示的那样：在壁板8之间形成流体的输送和排走沟槽11，该沟槽分别用来向墨腔2输送流体和将流体从墨腔2中排走，并部分地形成墨腔2，各个壁板8是在一个支撑体9上整体形成的，其中的支撑体9当从打印头的端部来观察时基本上为三角形。壁板8被布置成与分隔墨腔的脊板5对齐，从而形成在壁板全部长度范围内延伸的沟槽11。图5示出封闭壁板8之间形成的沟槽11的侧盖10。
形成喷射区的凸起4的确切形状取决于应用条件、打印头所要采用的流体、以及工作条件等指标。在图示的实施例中，凸起4是简单的三角形，或者是在脊板5前缘上形成的竖突件，但厚度是减薄的。在图示的示例中，脊板3和5、竖突件4、隔板6、壁板8以及侧盖10都是用陶瓷质料制成的。
应注意到：通过沿打印头(见图3)的中央、远离流动沟槽11地设置导电迹线或路径，所述沟槽就与导电路径12在其差不多整个长度上相分隔开，导电路径与沟槽只是在喷射区相互接触，也就是说只是在导电路径形成电极7的位置处接触。
对于一种沟槽宽度为100微米、且喷射电极区每侧长度为10毫米的打印头，沟槽中央处的流速一般为0.01米/秒。对于喷射电压脉冲为1000伏量级的情况，平均起来计算，如果某个沟槽受到驱动的次数远比其周围沟槽多的话，则就会在喷射电极之间的油墨中产生强度一般为5×104V/m的电泳电场。作用在油墨颗粒上的电泳力一般将为10-13，由此引发的电泳速度将在10-5m/s左右。流经沟槽的油墨将在颗粒上产生5×10-13牛顿的剪切力。由于该剪切力显著大于电泳力，所以任何被推涌到沟槽壁面上的颗粒都会被沿沟槽流动的流体带走。这就使得最靠近沟槽的颗粒能在约0.1秒内通过各个电极的起始20微米长度。这一事实的意义在于：由于静电屏蔽，且因为颗粒是以约每两秒一层的速度被推挤到电极上，颗粒否则就会在起始20微米内沉积在电极上。在另一层颗粒敷积在电极上之前，最靠近沟槽壁面的颗粒已被卷送过电极的起始20微米长度，这样就能消除颗粒的沉积。

Claims (12)

1.一种用于在多个喷射区处从一液体中喷射质料的喷射装置，该装置包括一个打印头，该打印头具有：
一组沟槽，在工作中，液体经各个沟槽流入到位于所述沟槽开口端的一对应的喷射区中、或从该喷射区流走，每个沟槽是两个相协作的沟槽中的一个，所述相协作的沟槽中的一个用于向一对应的喷射区输送液体，而所述相协作的沟槽中的另一个用于将用过的液体从该喷射区排走，因而所述相协作的沟槽具有共同的开口端；
布置在各个喷射区中的喷射电极，并且，在工作中，由所述喷射电极来产生一个电场，从而使质料从所述液体中喷射出；和
通向各喷射电极的导电路径，用于在工作中向所述喷射电极输送电压；
其特征在于：
所述沟槽之间是相互隔绝的，且在所述导电路径的基本全部长度范围内，所述沟槽与所述导电路径是分隔开的。
2.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于：所述沟槽具有纵向轴线，所述纵向轴线被设置成相互成一个角度，从而使得流体从两侧相应地输送到喷射区和从喷射区排走，所述导电路径基本上是沿一中分线设置，所述中分线等分所述沟槽轴线间形成的所述角度。
3.根据权利要求2所述的喷射装置，其特征在于：所述沟槽是沿一对棱柱体的边缘形成的，所述棱柱体由一个形成所述喷射区的部件分隔开。
4.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于：所述独立的沟槽是通过一组壁板而相互分隔开的，且通过封闭所述沟槽顶部的大部分长度而实现所述独立的沟槽的隔绝。
5.根据权利要求4所述的喷射装置，其特征在于：所述独立的沟槽在其顶部的大部分长度上通过一对侧盖来封闭，每个侧盖对相应一侧的沟槽来说是共同的，且所述侧盖与所述壁板相接合。
6.根据权利要求4或5所述的喷射装置，其特征在于：在所述沟槽的开口端，第一脊板将各个喷射区相互隔开。
7.根据权利要求6所述的喷射装置，其特征在于：凸起由第二脊板形成，并位于所述的将各个喷射区相互隔开的第一脊板之间，所述的形成喷射区的第二脊板的凸起的宽度较小，且在其两侧形成位于所述的分隔喷射区的第一脊板之间的液体流动通道。
8.根据权利要求7所述的喷射装置，其特征在于：为了将所述的形成喷射区的第二脊板与所述的分隔喷射区的第一脊板相互分隔开，在所述的形成喷射区的第二脊板侧面的至少大部分长度区间内设置隔板，所述隔板与所述的形成喷射区的第二脊板、所述的分隔喷射区的第一脊板、或它们二者制成一体。
9.根据权利要求8所述的喷射装置，其特征在于：所述第一和/或第二脊板和隔板是由一个位于棱柱体之间的部件形成，所述沟槽形成在该棱柱体上。
10.根据权利要求9所述的喷射装置，其特征在于：对所述隔板进行金属敷涂而形成引向所述喷射电极的导电路径。
11.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于：每条导电路径被布置成：在工作时，在其大体全部长度范围内都不与流体相接触。
12.根据权利要求11所述的喷射装置，其特征在于：每条导电路径被设置成：在工作中，仅在对应于喷射区的区域上与流体接触。
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