CN115958890A - 一种喷墨打印头及打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及喷墨打印技术领域，具体公开了一种成本低且喷嘴不易堵塞的喷墨打印头及打印装置，该喷墨打印头包括控制单元以及至少一个喷墨单元，喷墨单元包括第一墨仓以及至少一个第二墨仓，第一墨仓用于接入外部供墨系统的加压墨水，且第一墨仓的壁面设有至少一个开孔；第二墨仓与第一墨仓邻接，且每个第二墨仓通过一开孔与第一墨仓连通，第二墨仓的壁面开设有与开孔对应的喷嘴，第二墨仓还与墨水回收墨路连通；控制单元包括安装在第一墨仓外侧的驱动IC、与驱动IC电连接的阀门驱动器以及收容于第一墨仓并与阀门驱动器连接的阀门，阀门在阀门驱动器的作用下封堵或打开开孔。

Description

一种喷墨打印头及打印装置
技术领域
本发明涉及喷墨打印技术领域，特别是涉及一种成本低且喷嘴不易堵塞的喷墨打印头及打印装置。
背景技术
喷墨打印设备的喷墨方式主要分为连续式喷墨(Continuous Inkjet)和按需喷墨(Drop on Demand)。连续式喷墨喷出的墨流是连续不间断的，墨水在供墨系统的压力作用下通过细小的喷嘴连续喷射并在振荡器的作用下分离成墨滴。控制系统根据打印信息选择性地对墨滴施加电荷，然后在墨滴通过偏转电场时根据墨滴带电荷量情况在电场作用下使得墨滴偏转后喷射到承印物表面的相应位置形成图文信息，同时使得不需要的墨滴直接进入回收装置。
按需喷墨方式主要包括了热泡式(Thermal Bubble Jet)和压电式(Piezoelectric Inkjet)两种喷墨技术。热泡式喷墨技术是依靠电阻发热的热量将打印头喷嘴附近的墨水气化，使墨水喷出，并在承印物上打印出目标图像或者文字；压电式喷墨技术则是利用压电器件机械变形产生对墨水的压力完成喷墨的过程。其中，压电式喷墨技术不用对墨水进行加热，降低了对墨水选择的要求，且压电式喷墨技术能够更精确地控制墨滴的大小，打印质量更容易控制，其对墨水的适应范围要比热泡式喷墨打印技术更广泛。目前，在户外广告喷绘、纺织印染、陶瓷建材、电子以及3D打印等工业领域广泛采用压电式喷墨打印头的喷墨打印设备进行图文打印，压电式喷墨打印头已成为工业喷墨打印头的主流选择。
然而，传统的压电式喷墨打印头对压电器件的性能要求很高，导致压电式喷墨打印头的成本较高，且喷墨打印头喷嘴处残余的墨滴易固结，造成喷嘴堵塞，需要频繁的清理或维修喷嘴，提高了设备的维护成本。
发明内容
基于此，有必要针对零部件性能要求高、成本高以及喷嘴处易出现墨滴固结堵塞的技术问题，提供一种成本低且喷嘴不易堵塞的喷墨打印头及打印装置。
一种喷墨打印头，该喷墨打印头包括控制单元以及至少一个喷墨单元，所述喷墨单元包括第一墨仓以及至少一个第二墨仓，所述第一墨仓用于接入外部供墨系统的加压墨水，且所述第一墨仓的壁面设有至少一个开孔；所述第二墨仓与所述第一墨仓邻接，且每个所述第二墨仓通过一所述开孔与所述第一墨仓连通，所述第二墨仓的壁面开设有与所述开孔对应的喷嘴，所述第二墨仓还与墨水回收墨路连通；
所述控制单元包括安装在所述第一墨仓外侧的驱动IC、与所述驱动IC电连接的阀门驱动器以及收容于所述第一墨仓并与所述阀门驱动器连接的阀门，所述阀门在所述阀门驱动器的作用下封堵或打开所述开孔。
在其中一个实施例中，所述开孔与其对应的所述喷嘴的连线垂直于第一墨仓上该开孔所在壁面。
在其中一个实施例中，所述开孔的孔径小于所述喷嘴的孔径。
在其中一个实施例中，所述第一墨仓上于所述开孔所在壁面的相对侧设有韧性膜片，所述阀门收容于所述第一墨仓并固定安装在所述韧性膜片上，所述阀门驱动器位于所述第一墨仓的外侧并固定连接在所述韧性膜片上；所述阀门驱动器在接收所述驱动IC发送的电信号时，控制所述韧性膜片产生位移以使得所述阀门打开或关闭。
在其中一个实施例中，当所述阀门的位移大于或等于开孔直径的四分之一时，所述阀门打开。
在其中一个实施例中，所述墨水回收墨路与外部形成有负压的墨水回收系统连通。
在其中一个实施例中，所述第一墨仓的壁面上于所述开孔的边缘设有泄墨凹槽。
在其中一个实施例中，还设有喷嘴板，所述喷嘴开设于所述喷嘴板上并对应所述开孔。
在其中一个实施例中，喷墨打印头还包括墨水供应墨路，所述墨水供应墨路用于与外部供墨系统连通并向所述第一墨仓接入加压墨水，所述第二墨仓位于所述第一墨仓的底部。
本发明还公开了一种打印装置，该打印装置包括上述喷墨打印头。
实施本发明的喷墨打印头及打印装置，向第一墨仓内接入外部供墨系统的加压墨水，墨滴喷射的动力由外部供墨系统的加压装置提供，喷墨压力的可调范围较大，相比于现有的压电式喷墨打印头具有更大的喷射动力，墨滴喷射速度和喷射距离超过现有压电式喷墨打印头，提高了打印头及打印装置的性能；对阀门处密封性要求较低，泄漏的墨滴可以通过具有负压的墨水回收墨路进行回收，避免了喷嘴处出现漏墨现象，且经由开孔泄漏进入第二墨仓的墨滴在墨水回收墨路的负压作用下保持流动，避免了墨水干燥或沉淀造成的喷嘴堵塞问题；对阀门密封性要求的降低也使得阀门驱动器的性能要求同步降低，有利于降低喷墨打印头的生产成本。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中喷墨打印头的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例中非密封结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
请参阅图1，本发明公开了一种成本低且喷嘴210不易堵塞的喷墨打印头，该喷墨打印头通过外部加压的方式来提供墨滴喷射的动力，相较于热泡式喷墨和传统的压电式喷墨方式，对墨水的要求较低，在保证喷墨正常进行的情况下，可在较大范围内调整喷墨压力，进而使得喷墨速度和喷墨距离得到显著提升。此外，本发明的喷墨打印头对阀门330处的密封性要求较低，在停止喷墨时，阀门330处泄漏的墨滴可以在负压作用下进行回收，避免了喷嘴210处出现漏墨现象，且泄漏的墨滴在负压作用下始终保持流动状态，避免了墨滴固结造成的喷嘴210堵塞问题，提高了喷墨打印头的性能。
具体的，该喷墨打印头包括控制单元300以及至少一个喷墨单元，喷墨单元包括第一墨仓100以及至少一个第二墨仓200，第一墨仓100用于接入外部供墨系统的加压墨水，即第一墨仓100为加压仓，压力大于或等于200kPa。其压力来自于打印头外部的供墨系统。打印头外部的供墨系统采用电动气泵加压，其压力调节范围较大，可以提供更大的墨水喷射动力，且对于粘度和张力较大的墨水同样适用，在较大喷射动力的情况下，喷墨的速率和喷墨距离显著提升，有助于改善打印装置的喷墨质量。第一墨仓100的壁面设有至少一个开孔110，开孔110提供了墨滴流动通道，开孔110孔径小于30um。第二墨仓200与第一墨仓100邻接，且每个第二墨仓200通过一开孔110与第一墨仓100连通，第二墨仓200的壁面开设有与开孔110对应喷嘴210，以使得经由一开孔110流出的墨水可以对应由一个喷嘴210流出，第二墨仓200还与墨水回收墨路400连通，本实施例中，第二墨仓200上距离喷嘴210的远端或第二墨仓200的侧面与墨水回收墨路400连通。
本实施例中，墨水回收墨路400与打印头外部施加有负压的墨水回收系统连通，负压经由墨水回收墨路400传递至第二墨仓200，第二墨仓200实际为负压仓，当喷嘴210处停止喷墨时，第一墨仓100内的墨水经由开孔110泄漏至第二墨仓200内，进入第二墨仓200内的多余墨水在墨水回收系统的负压作用下经由墨水回收墨路400进行收集，以避免墨水在喷嘴210处泄漏。控制单元300包括安装在第一墨仓100外侧的驱动IC310、与驱动IC310电连接的阀门驱动器320以及收容于第一墨仓100并与阀门驱动器320连接的阀门330，阀门330在阀门驱动器320的作用下封堵或打开开孔110，以控制打印头喷墨作业的进行与否。该驱动IC310为一IC芯片，用于控制喷墨打印头工作。
可以理解为，本实施例的喷墨打印头包括了至少一个第一墨仓100，每个第一墨仓100上设置有一个或多个开孔110，每个第一墨仓100通过各开孔110与一个或多个第二墨仓200连通，每个第二墨仓200上仅开设有一个喷嘴210，喷嘴210、第二墨仓200以及开孔110的数量一致，通过一个开孔110流出的墨水对应进入一个第二墨仓200内，并通过该第二墨仓200上的喷嘴210喷出。换言之，每个第一墨仓100内的墨水可以仅通过一个第二墨仓200上的喷嘴210喷出，也可以通过多个第二墨仓200上的喷嘴210进行喷射。
需要说明的是，为了避免在不需要喷墨时喷嘴210处出现墨水泄漏问题，墨水回收墨路400与形成有负压的外部墨水回收系统连通，此负压经由墨水回收墨路400直接传递到第二墨仓200，以使得喷嘴210处的墨水在负压的作用下不会产生泄漏。在多数情况下，此负压小于50mmH2O，即墨水回收墨路400与喷嘴210处的压力差小于50mmH2O，以改善打印头漏墨问题。
一实施例中，喷墨打印头还包括墨水供应墨路500，墨水供应墨路500用于与外部供墨系统连通并向第一墨仓100接入加压墨水，也就是说，外部供墨系统通过墨水供应墨路500向第一墨仓100提供加压墨水，墨水压力大于或等于200kPa。第二墨仓200位于第一墨仓100的底部，第二墨仓200的长度大于第一墨仓100的长度，且第二墨仓200与第一墨仓100的同一端齐平，第一墨仓100的竖截面呈矩形结构，第二墨仓200的竖截面呈图1所示的倒置L形结构，第二墨仓200包括开设喷嘴210的横部以及与横部垂直并连通的竖部，墨水回收墨路400连接于竖部并与第二墨仓200的内腔连通，墨水供应墨路500与墨水回收墨路400邻接并与第一墨仓100顶部的开口连通。当然，第一墨仓100也可以是墨水供应墨路500的一部分。第一墨仓100与墨水供应墨路500整体呈倒置L形结构，同样的，第二墨仓200与墨水回收墨路400整体呈倒置L形结构，第一墨仓100与第二墨仓200之间设有一分隔板，分隔板上开设有孔洞以形成开孔110。
进一步的，第一墨仓100上于开孔110所在壁面的相对侧设有韧性膜片600，阀门330收容于第一墨仓100并固定安装在韧性膜片600上，阀门驱动器320位于第一墨仓100的外侧并固定连接在韧性膜片600上；阀门驱动器320在接收驱动IC310发送的电信号时，控制韧性膜片600产生位移以使得阀门330打开或关闭。也就是说，第一墨仓100的顶板为韧性膜片600，该韧性膜片600在阀门驱动器320的控制下产生形变或位移，以使得阀门330在竖直方向上移动，从而封堵或打开开孔110，达到控制喷墨作业启停的目的。当驱动IC310控制阀门驱动器320将阀门330打开时，第一墨仓100中的加压墨水在压力作用下由开孔110喷出进入第二墨仓200，在此喷射压力作用下，墨水由喷嘴210喷出打印头。
本实施例中，阀门驱动器320为压电器件，通过控制压电器件两端的电压变化产生位移来开启或关闭阀门330。需要说明的是，本实施例中，压电器件带动韧性膜片600以及阀门330运动的方向垂直于第一墨仓100上开孔110所在壁面，即垂直于分隔板，这样，压电器件动作时所需要克服的阻力主要是由第一墨仓100中的加压墨水在开启和关闭阀门330时产生的压力和拉力。第一墨仓100中的墨水压力为大于或等于200kPa，普通的PZT压电陶瓷的硬度能达到250MPa以上，而压电器件所能承受的压力和拉力与其材料的硬度和变形量有关。阀门驱动器320的变形量大于或等于开孔110孔径的四分之一时即可开启或关闭阀门330，本实施例中，开孔110的孔径小于30um。由此可见，本发明的技术方案对阀门驱动器320的压电器件的性能要求不高，从而容易制造，降低了设备成本。
打印头还设有喷嘴板700，喷嘴210开设于喷嘴板700上并对应开孔110。具体的，第二墨仓200的底部设有喷嘴板700，该喷嘴板700与第二墨仓200的本体可拆卸的连接，且连接处进行密封设计。
开孔110与其对应的喷嘴210的连线垂直于第一墨仓100上该开孔110所在壁面，也可以理解为，当开孔110和喷嘴210均为圆孔时，每个开孔110与其对应的喷嘴210同心设置，以使得从开孔110喷出的墨水压力直接作用到喷嘴210上，以保证喷墨效果。进一步的，开孔110的孔径小于喷嘴210的孔径，即开孔110比喷嘴210小，以保证由开孔110喷出的墨水压力能够更集中地作用在喷嘴210的范围内。
一实施例中，当阀门330的位移大于或等于开孔110直径的四分之一时，阀门330打开。例如，设定开孔110的直径为d，当打开阀门330的位移距离h≥d/4时阀门330完全开启，以使得墨水通过，这样一来，阀门330的打开/关闭时的位移很小，对阀门驱动器320的性能要求不高。阀门330也可以是电热式微阀或者电磁式微阀。本实施例实际还提供了一种“非密封结构”，使得阀门330关闭时，仍有少量墨水进入第二墨仓200，这部分泄漏的墨水在墨水回收墨路400的负压作用下保持流动，以预防第二墨仓200以及喷嘴210处的墨水干燥或沉淀造成堵塞。
请参阅图2，第一墨仓100的壁面上于开孔110的边缘设有泄墨凹槽800。具体的，开孔110边缘均匀设有多个泄墨凹槽800，各泄墨凹槽800以开孔110中部为中心呈放射状分布，且阀门330在开孔110所在壁面上的投影落入各泄墨凹槽800围成的区域内，这样，当阀门330关闭时，避免了阀门330封堵泄墨凹槽800造成的墨水难以渗入第二墨仓200问题的发生，进而防止第二墨仓200和喷嘴210处墨水干涸堵塞，以保证喷墨的可靠性。需要说明的是，图2中虚线部分为被遮挡的部位，仅用于说明各部件的位置关系，并不限定部件的形状。
此外，本发明还公开了一种打印装置，该打印装置包括上述喷墨打印头，还包括为喷墨打印头提供墨水喷射动力的供墨系统，以及与墨水回收墨路400连通并用于提供负压以回收多余墨水的墨水回收系统。
实施本发明的喷墨打印头及打印装置，向第一墨仓100内接入外部供墨系统的加压墨水，墨滴喷射的动力由外部供墨系统的加压装置提供，喷墨压力的可调范围较大，相比于现有的压电式喷墨打印头具有更大的喷射动力，墨滴喷射速度和喷射距离超过现有压电式喷墨打印头，提高了打印头及打印装置的性能；对阀门330处密封性要求较低，泄漏的墨滴可以通过具有负压的墨水回收墨路400进行回收，避免了喷嘴210处出现漏墨现象，且经由开孔110泄漏进入第二墨仓200的墨滴在墨水回收墨路400的负压作用下保持流动，避免了墨水干燥或沉淀造成的喷嘴210堵塞问题；对阀门330密封性要求的降低也使得阀门驱动器320的性能要求同步降低，有利于降低喷墨打印头的生产成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种喷墨打印头，其特征在于，包括控制单元(300)以及至少一个喷墨单元，所述喷墨单元包括第一墨仓(100)以及至少一个第二墨仓(200)，所述第一墨仓(100)用于接入外部供墨系统的加压墨水，且所述第一墨仓(100)的壁面设有至少一个开孔(110)；所述第二墨仓(200)与所述第一墨仓(100)邻接，且每个所述第二墨仓(200)通过一所述开孔(110)与所述第一墨仓(100)连通，所述第二墨仓(200)的壁面开设有与所述开孔(110)对应的喷嘴(210)，所述第二墨仓(200)还与墨水回收墨路(400)连通；
所述控制单元(300)包括安装在所述第一墨仓(100)外侧的驱动IC(310)、与所述驱动IC(310)电连接的阀门驱动器(320)以及收容于所述第一墨仓(100)并与所述阀门驱动器(320)连接的阀门(330)，所述阀门(330)在所述阀门驱动器(320)的作用下封堵或打开所述开孔(110)。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述开孔(110)与其对应的所述喷嘴(210)的连线垂直于第一墨仓(100)上该开孔(110)所在壁面。
3.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述开孔(110)的孔径小于所述喷嘴(210)的孔径。
4.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述第一墨仓(100)上于所述开孔(110)所在壁面的相对侧设有韧性膜片(600)，所述阀门(330)收容于所述第一墨仓(100)并固定安装在所述韧性膜片(600)上，所述阀门驱动器(320)位于所述第一墨仓(100)的外侧并固定连接在所述韧性膜片(600)上；所述阀门驱动器(320)在接收所述驱动IC(310)发送的电信号时，控制所述韧性膜片(600)产生位移以使得所述阀门(330)打开或关闭。
5.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，当所述阀门(330)的位移大于或等于开孔(110)直径的四分之一时，所述阀门(330)打开。
6.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述墨水回收墨路(400)与外部形成有负压的墨水回收系统连通。
7.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述第一墨仓(100)的壁面上于所述开孔(110)的边缘设有泄墨凹槽(800)。
8.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，还设有喷嘴板(700)，所述喷嘴(210)开设于所述喷嘴板(700)上并对应所述开孔(110)。
9.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，还包括墨水供应墨路(500)，所述墨水供应墨路(500)用于与外部供墨系统连通并向所述第一墨仓(100)接入加压墨水。
10.一种打印装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的喷墨打印头。
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