專利名稱：微滴沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微滴沉積設(shè)備，具體而言，涉及噴墨打印機(jī)。
噴墨打印機(jī)已經(jīng)不再僅被視為辦公打印機(jī)，其多功能性體現(xiàn)在其現(xiàn)已應(yīng)用于數(shù)字出版和其它工業(yè)市場。包含有超過500個(gè)噴嘴的打印頭并非罕見。在不久的將來，包含超過2000個(gè)噴嘴的“頁寬”打印頭有望商用。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由于溫度可由位于噴頭外面的一個(gè)熱交換器控制，所以打印和不打印時(shí)通過打印頭的循環(huán)墨水都對微滴特性具有有益影響。
在WO00/38928中教導(dǎo)的進(jìn)一步改進(jìn)就是讓墨水連續(xù)地通過噴射腔室。這樣，通過以足夠高的流速降低空氣或污垢寄存在噴嘴中的可能性并且連續(xù)地將新鮮墨水供應(yīng)給噴射腔室來提高打印頭的可靠性。
由于這些大的“頁寬”打印頭的尺寸，當(dāng)全黑打印時(shí)，也就是說當(dāng)所有噴射腔室都以其最高速率打印時(shí)，大量墨水就會從噴頭噴出。為幫助將污垢沖出打印頭并保持噴頭在一恒定溫度，已建議，在現(xiàn)有技術(shù)的打印頭中使用約十倍最大打印速度的流速。
每個(gè)噴嘴都應(yīng)處于近似的壓力，優(yōu)選剛好低于大氣壓力，以最小化在沿著打印頭的長度上噴射特性的變化。
墨水從細(xì)長的入口和出口集流腔供應(yīng)給沿陣列長度延伸的噴射腔室，沿著集流腔的壓降是循環(huán)速率、集流腔尺寸和墨水特性的函數(shù)。
為了保持每個(gè)噴嘴處于恒定壓力，有必要根據(jù)通過噴頭的大流量墨水提供具有大水力直徑的入口和出口集流腔。
打印頭一般具有以線性陣列排布的噴嘴并通常在打印機(jī)器中被集中在一起，以使每個(gè)打印頭的線性陣列平行擺放。在這種排布方式下，紙張單次經(jīng)過打印頭就可能實(shí)現(xiàn)多色打印。紙張運(yùn)動的變化對從打印頭噴出的微滴的著陸位置具有最重大的影響，可能引起在打印出的圖像上出現(xiàn)可觀察到的瑕疵。
基材運(yùn)動變化的影響可通過將打印頭靠近在一起放置來減小。然而，入口和出口集流腔的大水力直徑通常有礙這樣做。
墨水是一種貴重的商品，與例如生物流體或用于制造電子元件的流體一樣，墨水是高價(jià)值流體，容納在大集流腔內(nèi)的噴射流體的量會阻礙打印頭在經(jīng)濟(jì)方面的有效性。
本發(fā)明的某些實(shí)施方案的目的在于尋求提供更小和更緊湊的集流腔。
由于打印頭的運(yùn)動引起墨水在集流腔中“晃動”，大集流腔容納大量墨水阻礙打印頭在掃描托架上的使用。大量墨水還增加打印頭的質(zhì)量，并因此增加掃描托架的成本。
因此，本發(fā)明的某些實(shí)施方案的目的在于尋求提供用于掃描或可移動托架的集流腔。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括入口集流腔、出口集流腔和與至少一個(gè)微滴沉積孔連通的流體腔室，所述流體腔室被多孔元件與至少一個(gè)所述集流腔間隔開，使用該設(shè)備時(shí)，所述入口集流腔和所述出口集流腔之間的流體流通過所述腔室，其中，通過多孔元件的壓降在所述流中為主要壓降。
優(yōu)選地，所述流體腔室被一多孔元件與所述入口集流腔間隔開，所述流體腔室與所述出口集流腔被同一個(gè)或不同的多孔元件間隔開。
有利地，以細(xì)長陣列排布的多個(gè)孔與所述流體腔室連通，并且所述入口和/或出口集流腔平行于所述細(xì)長的陣列延伸。
適合地，在所述流體腔室內(nèi)存在噴射腔室陣列，每個(gè)噴射腔室都與相應(yīng)的孔連通。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體腔室被所述噴射腔室陣列分為入口腔室和出口腔室，在所述入口和出口腔室之間存在平行通過所述噴射腔室的流體流。
另一方面，本發(fā)明包括微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括在陣列方向上間隔開的噴射腔室陣列，每個(gè)噴射腔室都與一微滴噴射孔連通；至少一個(gè)在陣列方向上延伸并與每個(gè)噴射腔室都連通的增壓腔室(plenumchamber)；以及在陣列方向上延伸并通過為流體提供阻力的元件與增壓腔室連通的入口集流腔；使用中，來自入口集流腔的流體流通過增壓腔室到噴射腔室，在入口集流腔中在陣列方向上存在充足的凈流，而增壓腔室中在陣列方向上基本沒有凈流。
還一方面，本發(fā)明包括一種將流體供應(yīng)給微滴沉積設(shè)備的孔的方法，該設(shè)備具有一行孔和一個(gè)與所述這行孔平行延伸的墨水供應(yīng)集流腔，所述方法包括以下步驟以基本平行于所述這行孔的流向在所述集流腔中供應(yīng)墨水，并且墨水體積大于將從孔中噴射的體積，使得所述墨水流過至少一個(gè)節(jié)流元件并進(jìn)入增壓腔室，其中，在所述增壓腔室內(nèi)的流體流動基本正交于所述這行孔。
優(yōu)選地，增壓腔室中流體的壓力由通向所述增壓腔室的端口控制。
又一方面，本發(fā)明包括包含在使用中被掃描的打印頭的打印設(shè)備，該打印頭包括在陣列方向上間隔開的噴射腔室陣列，每個(gè)噴射腔室都與墨水孔連通；與每個(gè)噴射腔室都連通的入口增壓腔室；在陣列方向上延伸并通過多孔元件與該入口增壓腔室連通的入口集流腔；與每個(gè)噴射腔室都連通的出口增壓腔室；在陣列方向上延伸并通過同一個(gè)或不同的多孔元件與該出口增壓腔室連通的出口集流腔；使用中，流體流動通過每個(gè)噴射腔室，入口和出口集流腔中在陣列方向上存在充足的凈流，而入口或出口增壓腔室中在陣列方向上基本沒有凈流。
適合地，壓力控制裝置與所述增壓腔室連通，用于控制所述孔處的壓力，該壓力控制裝置優(yōu)選地包括一對串連連接的流阻，所述流阻的中點(diǎn)與可控壓力源連接。
在本發(fā)明的一種形式中，提供一種微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括與用于微滴噴射的孔連通的流體腔室；用于控制所述腔室中流體壓力的裝置；沿其長度具有壓降的入口集流腔和出口集流腔；允許流體從所述入口集流腔流向所述腔室的供應(yīng)裝置；允許流體從所述腔室流向所述出口集流腔的排出裝置，其中，穿過所述供應(yīng)裝置或所述排出裝置的壓降大于沿著所述入口集流腔或所述出口集流腔的長度上的總壓降。
可使微滴從孔或噴嘴噴出的促動器可直接定位在流體腔室中?；蛘?，可提供一排包括促動器的噴射腔室，這些噴射腔室在流體腔室和孔之間連通。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，噴射腔室將流體腔室分為兩個(gè)獨(dú)立的腔室入口增壓腔室和出口增壓腔室。入口增壓腔室位于噴射腔室的上游，并且在供應(yīng)裝置和噴射腔室之間。出口增壓腔室位于噴射腔室的下游，并且在排出裝置和噴射腔室之間。入口增壓腔室和出口增壓腔室之間通過噴射腔室由流體連通。
促動器可以是，例如機(jī)電的、磁式的、熱式的或其它適合的形式。因?yàn)闄C(jī)電的促動器提供的電場可使得促動器的一部分發(fā)生變形；磁式促動器提供的磁場可使得驅(qū)動器的一部分發(fā)生變形；熱式促動器向流體提供的能量產(chǎn)生泡沫。
根據(jù)構(gòu)造而定的活動或非活動壁可限定噴射腔室。
用于控制腔室內(nèi)壓力的裝置可以是間接式的，因?yàn)樘峁┑饺肟诩髑坏膲毫η岸耸亲兓?。例如，所述裝置可以是一臺外部泵。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于控制腔室內(nèi)壓力的裝置是直接式的，因?yàn)橥ㄏ驂毫υ?、真空源或大氣的管道或端口直接與腔室連接。例如，構(gòu)成室一部分的隔膜的其它裝置也可選用。改變穿過供應(yīng)裝置或排出裝置的壓降的裝置還可用于控制腔室內(nèi)的壓力。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于控制壓力腔室內(nèi)的壓力的控制裝置包括一個(gè)如WO 03/022586中描述的惠斯通橋路(Wheatstone bridge)壓力控制裝置，在此通過引用的方式將其納入本申請。
當(dāng)噴射腔室將流體腔室分為入口增壓腔室和出口增壓腔室時(shí)，這種形式的壓力控制具有特定的用途，所述噴射腔室位于入口增壓腔室和出口增壓腔室之間且具有位于噴射腔室內(nèi)的孔。
所述惠斯通橋路包括對流體有阻礙作用的四個(gè)支路(arms)，所述四個(gè)支路為a)入口增壓腔室和孔之間的噴射腔室，b)孔和出口增壓腔室之間的噴射腔室，c)置于出口增壓腔室和外部壓力參考點(diǎn)之間的通道，以及d)置于外部壓力參考點(diǎn)和入口增壓腔室之間的通道。
惠斯通橋路中包括壓力參考點(diǎn)的支路周圍可存在流體流動，該流體流速為從孔噴射出的墨水的總流速的1倍左右。或高或低的其他數(shù)值也可是適合的。在一些情況下，在該點(diǎn)周圍會存在零流速。
供應(yīng)裝置可構(gòu)成腔室的一個(gè)側(cè)壁，還可定位于腔室內(nèi)，或定位于遠(yuǎn)離腔室的副腔室中或副腔室的一部分中。該供應(yīng)裝置優(yōu)選地沿腔室的長度供應(yīng)墨水，排出該供應(yīng)裝置的墨水優(yōu)選地沿供應(yīng)裝置的長度處于相同壓力。這樣會有利地沿腔室的長度提供恒定壓力。
通過供應(yīng)裝置供應(yīng)至腔室的流體流速優(yōu)選地大于能從孔噴射出的流體流速。優(yōu)選地，該流速為最大噴射流速的10倍左右，但根據(jù)不同情況，大于或小于該數(shù)值的其它流速也可是適合的，例如根據(jù)墨水中污垢或空氣的量、或當(dāng)墨水用于冷卻驅(qū)動回路時(shí)通過驅(qū)動回路耗散的熱量。
供應(yīng)裝置優(yōu)選由使流體在入口集流腔和腔室之間經(jīng)過時(shí)提供高壓降的材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施方案中，該材料可以是一種多孔材料，例如但不限于，燒結(jié)的陶瓷或金屬、織造的或有孔的纖維、或蝕刻、切割或電鑄成形的結(jié)構(gòu)，例如化學(xué)蝕刻箔。優(yōu)選地，孔尺寸為足以為流體提供過濾功能的尺寸?？壮叽鐑?yōu)選地小于50μm，更優(yōu)選地小于25μm。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，穿過供應(yīng)裝置的壓降沿其長度改變。這一點(diǎn)可通過例如改變孔尺寸或供應(yīng)裝置的橫截面積來實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，壓降由提供狹窄通道的結(jié)構(gòu)提供，所述結(jié)構(gòu)由例如層壓板形成。所述通道的橫截面積可在工作過程中通過如下方式調(diào)節(jié)例如加熱或冷卻通道周圍區(qū)域，或在通道內(nèi)沉積施加磁場時(shí)改變其外形的體積的材料。壓電陶瓷是適合材料的一個(gè)實(shí)例。
供應(yīng)集流腔中流體的壓力大于流體腔室中流體的壓力，存在顯著的壓降穿過供應(yīng)裝置。穿過供應(yīng)裝置的壓降大于在沿著集流腔的長度方向上的總壓降，并優(yōu)選顯著大于該總壓降。
排出裝置優(yōu)選地由使流體在腔室和出口集流腔之間經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生高壓降的材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)成。適合材料的實(shí)例包括那些被建議用于供應(yīng)裝置的材料，并且相同的材料都可適合地用于供應(yīng)裝置和排出裝置。由于孔尺寸不需要提供過濾功能，所以該孔尺寸可大于供應(yīng)裝置的孔尺寸。優(yōu)選地，當(dāng)供應(yīng)裝置和排出裝置的孔尺寸不同時(shí)，調(diào)整孔的數(shù)量以保持流阻相等。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，穿過排出裝置的壓降沿其長度改變。這一點(diǎn)可通過例如改變孔尺寸或供應(yīng)裝置的橫截面積來實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，由提供狹窄通道的結(jié)構(gòu)提供壓降，所述結(jié)構(gòu)由例如層壓板形成。該通道的橫截面積可在工作過程中通過如下方式調(diào)節(jié)例如加熱或冷卻通道周圍區(qū)域、或在通道內(nèi)沉積施加磁場時(shí)改變其外形的體積的材料。壓電陶瓷是適合材料的一個(gè)實(shí)例。
排出裝置和供應(yīng)裝置優(yōu)選地由相同的材料構(gòu)成，并且在一個(gè)實(shí)施方案中，它們可以是一個(gè)單獨(dú)的元件；該元件的一部分或多個(gè)部分提供供應(yīng)功能，并且該元件的一部分或多個(gè)部分提供排出功能。在另一個(gè)實(shí)施方案中，它們是兩個(gè)獨(dú)立的元件。
出口集流腔中流體的壓力低于流體腔室中流體的壓力，存在顯著的穿過排出裝置的壓降。穿過排出裝置的壓降大于在沿著該集流腔的長度方向上的總壓降，并優(yōu)選顯著大于該總壓降。
穿過供應(yīng)裝置和/或排出裝置的壓降優(yōu)選地大于穿過流體腔室的壓降，并優(yōu)選地顯著大于穿過流體腔室的壓降。
當(dāng)供應(yīng)裝置和/或去除裝置為管狀時(shí)，入口或出口集流腔可以是管道內(nèi)的孔。或者，它們可以是通過供應(yīng)和排出裝置與流體腔室隔離開的腔室。
優(yōu)選地從外部回路向入口集流腔供應(yīng)流體。例如，泵或可用于在墨水供應(yīng)集流腔中提供所需壓頭(pressure head)的其它方式，例如重力。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括入口集流腔、出口集流腔和與至少一個(gè)孔連通的流體腔室；所述流體腔室與所述入口集流腔和所述出口集流腔被至少一個(gè)向流體提供阻力并使所述流體從中經(jīng)過的元件隔開；在所述入口集流腔和所述出口集流腔之間，所述流體流動通過所述腔室，并且壓力控制裝置直接與所述流體室腔連通，用于控制在所述孔處的壓力。
打印頭可安裝在掃描托架上。
根據(jù)第三方面，提供一種微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)打印頭，該打印頭包括入口集流腔、出口集流腔和與至少一個(gè)孔連通的流體腔室。
所述流體腔室與所述入口集流腔和所述出口集流腔被至少一個(gè)向流體提供阻力并使所述流體從中經(jīng)過的元件隔開；在所述入口集流腔和所述出口集流腔之間，流體流動通過所述腔室。
其中穿過所述至少一個(gè)元件的壓降為打印頭中的主要壓降。
所述設(shè)備還包括與所述流體腔室直接連通的壓力控制裝置，用于控制在所述孔處的壓力。
入口集流腔、多孔隔板、流體腔室和噴射腔室可由一片單獨(dú)的蝕刻片構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括與噴嘴連通的腔室，供應(yīng)裝置基本上在該腔室的整個(gè)長度上延伸，用于向所述腔室沿著其基本上整個(gè)長度均勻地提供流體，所述腔室還包括基本沿其長度延伸的排出裝置，用于從所述腔室中基本上沿其整個(gè)長度排出流體，其中循環(huán)流體本身經(jīng)過在所述供應(yīng)裝置和排出裝置之間的所述腔室。
供應(yīng)裝置和排出裝置可由高壓降的過濾材料或形成所述腔室的一面?zhèn)缺诘臒Y(jié)板構(gòu)成。
供應(yīng)裝置和去除裝置可置于遠(yuǎn)離所述腔室的前室中。
上述任一種壓力控制裝置都可設(shè)置為與腔室連通，由此控制壓力。
在此描述的本發(fā)明還涉及方法。
根據(jù)第五方面，提供一種將流體供應(yīng)給微滴沉積設(shè)備的孔的方法，該設(shè)備具有一行孔和與所述孔平行延伸的墨水供應(yīng)集流腔，所述方法包括以下步驟以基本平行于所述這行孔的流向在所述集流腔中供應(yīng)墨水，并且墨水體積大于可從孔中噴射的體積；使得所述墨水流過至少一個(gè)節(jié)流元件并進(jìn)入流體腔室，其中，在所述流體腔室內(nèi)的流體流動基本上不平行于所述這行孔。
本說明書中使用的術(shù)語多孔不是要將其限制為天然多孔的材料中，而是旨在包括在其上切割或構(gòu)形有孔的材料。本發(fā)明的實(shí)施方案中使用的多孔材料中孔的數(shù)量會遠(yuǎn)比通過多孔材料接收流體的噴射腔室的數(shù)量多(至少多一倍，通常多幾倍)。
現(xiàn)在僅通過實(shí)施例的方式、參考以下各圖對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中

圖1顯示的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的墨水供應(yīng)集流腔。
圖2描繪的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的通流噴墨打印頭。
圖3顯示的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的墨水供應(yīng)回路。
圖4A和4B顯示的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的墨水供應(yīng)。
圖5A和5B顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的墨水供應(yīng)的改型。
圖6顯示的是根據(jù)本發(fā)明的用于向打印頭供應(yīng)墨水的一個(gè)墨水循環(huán)系統(tǒng)。
圖7顯示的是根據(jù)本發(fā)明的用于向打印頭供應(yīng)墨水的另一個(gè)墨水循環(huán)系統(tǒng)。
圖8顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)墨水供應(yīng)集流腔。
圖9顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)末端噴射器(end shooter)打印頭。
圖10(a)到(g)描繪的是根據(jù)本發(fā)明的被層疊起來形成打印頭的多個(gè)層。
圖11描繪的是圖10中安裝在一個(gè)墨水供應(yīng)支撐體上的多個(gè)組件。
圖1描繪的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的噴墨打印機(jī)的墨水供應(yīng)支撐體。該圖是通過集流腔結(jié)構(gòu)的橫截面圖，該集流腔結(jié)構(gòu)除控制墨水流外，還在其上表面處為壓電元件提供支撐體，該壓電元件是可致動的，以通過未在該圖中顯示的噴嘴噴射墨水。稍后將參考圖2對該壓電元件進(jìn)行描述。
圖1中，中央入口集流腔920具有沿著陣列的長度在一個(gè)方向上(以915表示)流動的墨水。在陣列頂部和在基板970中形成的管道930使墨水可到達(dá)壓力腔室(未顯示)。墨水通過噴嘴被噴射出，未噴射出的墨水通過兩個(gè)端口940和950循環(huán)到出口集流腔910。為了最小化在打印頭長度上的任何熱梯度，出口集流腔內(nèi)的墨水朝相反方向935流動。
在通往入口集流腔的入口處，通過泵建立相對大氣壓為正的壓力，并在通往出口集流腔的出口處建立相對大氣壓為負(fù)的壓力。
如同在所有的液壓系統(tǒng)中一樣，例如沿著集流腔、通過供應(yīng)支撐體中的洞孔930、940和950和基板970中提供的端口都存在壓力梯度和壓降。
由于入口(通常)負(fù)載十倍的最大打印流速，所以打印頭內(nèi)的集流腔需要是巨大的，而出口集流腔負(fù)載九倍到十倍的最大打印流速。確保在入口集流腔的入口和出口集流腔的出口之間的壓差由噴射腔室來支配，從而保持噴嘴處的壓力均勻性。
因此，集流腔920、910和端口930、940以及950都有必要是巨大的，以最小化通過端口930、940和950以及沿著入口和出口集流腔的壓降。
圖2更加詳細(xì)地描繪了致動器的結(jié)構(gòu)和流動通道。在基板970上提供端口974，以將墨水提供給流體腔室，該流體腔室由兩行PZT 110a、110b中形成的噴射室982分為三部分980、980′和980″。出口孔972使墨水可從增壓腔室流回到供應(yīng)支撐體。
在壓電元件110a、110b中鋸出通道以提供噴射腔室。在基材970上構(gòu)形電連接軌跡(未顯示)，并將芯片(未顯示)連接到在界定通道的任一側(cè)壁的電極上(未顯示)。極化具有壓電性的側(cè)壁，從而一旦任一側(cè)壁上形成的電極之間的電場被激活，該具有壓電性的側(cè)壁就以剪切模式偏斜，以從蓋板986上形成的噴嘴984內(nèi)噴射墨滴，該蓋板986粘合在壁的頂部。
圖3中描繪一個(gè)用于打印頭的非常精巧的墨水供應(yīng)設(shè)置。顯示于圖3中的排布設(shè)置具有單行噴射腔室，而非由圖2中的相應(yīng)壓電元件110a、110b建立的兩行平行的噴射腔室。然而，工作原理仍然是相同的。單行打印頭68示意性地描繪為噴嘴30各側(cè)面的兩個(gè)流阻器(resistors)58、56。入口集流腔920、端口974和圖2中的一半噴射腔室構(gòu)成噴嘴上游的流阻器58。出口集流腔910、端口972和圖2中的一半噴射腔室構(gòu)成噴嘴下游的流阻器56。如果不在沿著噴射室的中間定位噴嘴，則噴射室對流阻器56和58的數(shù)值的貢獻(xiàn)就會改變。合適地，用流阻器56和58表示的流阻基本相同。
泵52以類似于電子惠斯通電橋電路的排布方式提供打印頭68和壓力參考支路。過濾器66向墨水提供清潔功能。流阻器60和62分別與流阻器58和56匹配，并優(yōu)選所有這四個(gè)流阻器都相互匹配。噴嘴處的壓力可通過提高或降低與壓力參考點(diǎn)“A”連通的小貯液器64的高度來控制。通過打印頭的墨水流大于通過參考支路的墨水流。貯液器54將流體提供給回路以彌補(bǔ)蒸發(fā)的損失或由噴嘴噴射的損失。
雖然示于圖1、2和3中的現(xiàn)有技術(shù)的打印頭排布方式具有許多有利的特點(diǎn)，但其需要在集流腔中要使用大量墨水。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中，現(xiàn)有技術(shù)排布方式中的有利特點(diǎn)得以保留，并且排除了對大集流腔容積的需要。
圖4A和4B以示意的形式描繪本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖4A為一立體圖，圖4B為一截面圖。
基板970由多孔的燒結(jié)陶瓷制成。
流體腔室980包含安裝在公共支撐體984a上的致動器984，該公共支撐體984a定位于基板970上。公共支撐體984a可承載所有必需的電連接器。這種排布方式的致動器與相鄰的致動器不被側(cè)壁間隔開。穿過致動器的墨水流仍基本在箭頭D的方向上。每個(gè)致動器都具有一個(gè)相應(yīng)的噴嘴30。
穿過多孔板970的壓降被排布為顯著大于沿著每個(gè)集流腔的長度(本文中的長度為圖4A中向紙張外的方向)的壓降，從而，無論沿著入口集流腔930的長度有任何壓降，在沿著流體腔室入口980的長度上保持基本恒定的壓力。
優(yōu)選地，改變基板970上的孔的尺寸和/或其沿入口和/或出口集流腔長度上的分布，使得多孔板的阻力下降以補(bǔ)償粘度提高和其他沿著集流腔在遠(yuǎn)離相應(yīng)集流腔的入口或出口的方向上的流阻。這樣一來，無論沿著入口集流腔930的長度上有任何壓降，都可以在沿著流體腔室入口980的長度上保持精確的恒定壓力。
有利地，由于不再需要沿著其長度保持恒定壓力，并且也可通過使穿過多孔支撐體970的壓降相對于沿著集流腔長度的壓降提高來均衡沿著長度的更大壓差，所以這樣使得集流腔930的尺寸可以減小。
在本實(shí)施方案中，通過提供借助多孔支撐體與增壓腔室分隔開的入口和出口集流腔，沿著集流腔的墨水流轉(zhuǎn)變?yōu)榇┻^與集流腔的長度垂直的腔室的墨水流。
在圖4的結(jié)構(gòu)中，在支撐體970的頂部提供致動器。致動器可以是將熱能提供給流體以使流體通過噴嘴噴射的加熱器的形式。在增壓腔室內(nèi)的層流流體在每個(gè)致動器處都提供一個(gè)壓力，靜態(tài)時(shí)，該壓力相同。
然而，如圖5A所示，流體腔室980可被分為兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的腔室，例如通過噴射腔室990流體連通的入口增壓腔室980′和出口增壓腔室980″。這些噴射腔室都在流體腔室內(nèi)被定位在入口和出口集流腔930、940之間。PZT塊110具有沿垂直于集流腔的長度方向鋸切的噴射通道以限定相應(yīng)的噴射腔室990并平行于腔室內(nèi)的墨水流。流體通過通道連續(xù)地進(jìn)行循環(huán)，來提供清潔和冷卻功能。將側(cè)壁沿正交于噴射腔室的伸長方向極化，在側(cè)壁各側(cè)面設(shè)置的電極使電場可以穿過該壁。穿過側(cè)壁的電場引起壁偏斜進(jìn)或偏斜出通道，由此使微滴待噴射。
圖5B示出一種改型(如圖2中的排布方式)，其中，兩個(gè)鋸切的PZT塊110a、110b提供獨(dú)立的、背對背的噴射腔室陣列，其由公共的入口集流腔和公共的入口增壓腔室供液。
在圖4和圖5的實(shí)施方案中，以及在流體流過噴嘴的任何實(shí)施方案中，噴嘴處的壓力可通過基于圖3中所給實(shí)例的改進(jìn)的“惠斯通橋路”墨水供應(yīng)方式來控制。參照圖6來描述根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的墨水供應(yīng)方式。
所示噴射通道990為一流阻器，其具有在噴嘴上游的流阻R2和在噴嘴下游的流阻R1。墨水供應(yīng)的壓力參考支路中的流阻器R3和R4平衡這些流阻。
在由打印頭和入口集流腔930以及出口集流腔940組成的第二回路周圍提供墨水流。提供第二泵53以將墨水泵送到該回路周圍。可能的情況下，所有其它參考標(biāo)記和圖3相同。
系統(tǒng)內(nèi)的壓力和流速可描述如下沿著入口集流腔930的長度的壓力Pi(x)、入口增壓腔室980′內(nèi)的壓力Pf(x)、噴嘴30處的壓力Pn(x)、出口增壓腔室980″內(nèi)的壓力Pr(x)、出口集流腔940內(nèi)的壓力Po(x)、入口集流腔內(nèi)的體積流速Vi(x)、入口增壓腔室內(nèi)的體積流速Vf(x)、出口增壓腔室內(nèi)的體積流速Vr(x)和出口集流腔內(nèi)的體積流速Vo(x)。
壓力和流速由小貯液器64引起的壓力Pc、泵流速相對于泵的壓力特性V1、V2的關(guān)系以及液壓阻力確定，該液壓阻力分別為通過通道的阻力s、通過多孔元件的阻力R、以及在此被認(rèn)為等于Q的外部流阻器R4和R5。
在此的分析中，假設(shè)通過陣列一段合理長度的通道的平均體積流速V(x)在時(shí)間上是恒定的。
在已描述的排布方式中，多孔元件是一個(gè)提供供應(yīng)裝置和排出裝置功能的公共元件，因此對于供應(yīng)和排出來說，R基本相同。在某些排布方式中，在供應(yīng)側(cè)和排出側(cè)提供不同的多孔元件。在某些情況下，供應(yīng)側(cè)的孔尺寸小于排出側(cè)處的孔尺寸是有利的，這樣不但會阻止外來顆粒進(jìn)入流體腔室，還會促進(jìn)排出外來顆粒。在所有的情況下，還可通過改變孔的數(shù)量來使阻抗相等。當(dāng)然，用于供應(yīng)和排出的阻抗不同是有可能的。
當(dāng)打印頭不打印時(shí)(v＝0)，噴嘴處的壓力為Pc，其由小貯液器確定，并且通常稍微有點(diǎn)負(fù)壓。當(dāng)打印頭均勻地打印時(shí)，v≠0，所有噴嘴處的壓力的降低量等于s.v.[QL/(2s)+1+s/(2LQ)]/[1+s/(LQ)]該數(shù)值與R無關(guān)，如果泵可處理額外壓降，那么在不產(chǎn)生故障的情況下，則可在使用中通過阻塞物等來限制多孔隔板的滲透性。
打印時(shí)噴嘴壓降與Q按如下關(guān)系變化如果Q＜＜s/L，則壓降為1/2SV。如果Q＞＞s/L，則壓降為vQL/2，并且說明已經(jīng)過量了。如果Q＝s/L，則噴嘴打印壓降為可接受的sv。
當(dāng)Q＜＜s/L，流速Vi必須很大以防止在腔室內(nèi)發(fā)生負(fù)流速。負(fù)流速由自第二泵通過參考支路循環(huán)的流動產(chǎn)生。
當(dāng)V2基本為最大打印流速的十倍左右時(shí)，系統(tǒng)可承受沿著入口集流腔的長度上的相當(dāng)大的壓降。
當(dāng)Q＝s/L，系統(tǒng)中通過限流器的流速為(V1-vL+V2)/2；通過通道的流速為(V1+vL+V2)/2；入口集流腔中的流速為V2；入口增壓腔室中的流速為(V1+vL-V2)/2并且出口增壓腔室中的流速為(V1-V2)/2。如果V1＝V2＝10vL，則達(dá)到通道中的所需通流流速，但進(jìn)入或流出增壓腔室(而非通過通道)的流速很小。該增壓腔室、入口以及出口集流腔可以很小，而不呈現(xiàn)不需要的壓降。
在圖7中，52和53兩個(gè)泵被單獨(dú)的泵52替換，這時(shí)會提供增加的阻抗R5、R6，該阻抗R5、R6與R3和R4一起作為橋路，并控制噴嘴處的壓力。R5具有與多孔壁970的阻抗相同的數(shù)量級。
泵52的體積流速現(xiàn)為最大打印流速的約二十倍。一半通過R5、R3并隨后通過R4和R6，另一半通過在打印頭內(nèi)的多孔元件。非常少的流量流出或流進(jìn)流體腔室，因此沿著流體腔室的內(nèi)部沒有壓降。
因?yàn)樵诨菟雇蚵返膲毫⒖贾分車牧鲃雍苄?，所以在一些情況下，可用連接至正的或負(fù)的壓力源的簡單連接來替換這種結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施方案中，這可通過來自流體腔室的單個(gè)出口來實(shí)現(xiàn)，而不是惠斯通橋路排布方式所需的增壓腔室的兩個(gè)出口。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖8所示，多孔元件970不構(gòu)成增壓腔室的一個(gè)側(cè)壁，而被定位在前室931、941中，所述前室931、941與流體腔室982連通或與被分開的增壓腔室980′和980″連通。多孔元件為有孔的管道。該孔構(gòu)成入口集流腔930，流體經(jīng)過該元件970進(jìn)入入口前室931。在基板上構(gòu)形的端口972在增壓腔室980′和入口前室931之間提供流體連通。
以上實(shí)施方案都將噴嘴和噴射腔室定位在流體腔室中以及墨水入口和墨水出口之間。然而，提供低壓降、小集流腔和墨水循環(huán)的能力仍然對公知的作為末端噴射器的打印頭很有用。
末端噴射器打印頭通常不循環(huán)墨水，但具備帶有位于端壁內(nèi)的單個(gè)墨水入口和噴嘴的腔室。圖9描繪了這樣的結(jié)構(gòu)。
入口集流腔930在打印頭的長度上延伸并將墨水通過多孔陶瓷板970供應(yīng)給流體腔室980。出口集流腔940將墨水從增壓腔室中排出并使其持續(xù)循環(huán)。末端噴射器的噴射腔室990設(shè)置在流體腔室的一側(cè)并從流體腔室向其提供墨水。蓋子992可用來閉合噴射腔室的頂部和流體腔室的頂部。所有以上壓力控制機(jī)構(gòu)都可用來控制流體腔室內(nèi)的壓力。
如圖10所示，該結(jié)構(gòu)可由多個(gè)組件構(gòu)成，每個(gè)組件都被構(gòu)形為(a)到(g)的一組層壓板。每個(gè)組件都具有在第一板(a)上以陣列排布的若干個(gè)噴嘴994。噴嘴994與在第二板(b)上構(gòu)形的相應(yīng)壓力腔室996連通。板(c)上的若干個(gè)端口997、998在壓力腔室996和在板(d)上以交叉形式限定的相應(yīng)入口和出口增壓腔室931、941之間連通。
在每個(gè)入口和出口增壓腔室931、941上都提供與外部壓力控制器連接的連接器961、963。板(e)上的多孔隔板970層壓在形成增壓腔室的板(d)和形成交叉的入口和出口集流腔930、940的另一板(f)之間。
帶有四個(gè)端口961、963、967、969的蓋板965封閉集流腔。板優(yōu)選地由熱膨脹系數(shù)接近PZT的熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成，例如鎳鉻低膨脹系數(shù)合金42(Nilo42)。
該組件可直接使用或安裝到墨水供應(yīng)支撐體上使用。示于圖11的該支撐體包括四根管道1000、1001、1002、1003，該四根管道分別與入口集流腔、入口增壓腔室、出口增壓腔室和出口集流腔連通。如圖11所示，該組件優(yōu)選地可拆卸地安裝在支撐體上。
僅通過實(shí)施例的方式已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了描述，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下進(jìn)行多種修改是可能的。
因此，所描述的多孔材料僅僅是提供高壓降且使流體經(jīng)過、并且材料或結(jié)構(gòu)中可測量的壓差顯著大于(至少十倍，優(yōu)選一百倍)材料或結(jié)構(gòu)的壓降時(shí)的材料或結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。燒結(jié)的陶瓷或金屬、織造或有孔的纖維、或蝕刻、切割或電鑄成形的結(jié)構(gòu)，例如化學(xué)蝕刻箔，都僅僅是多孔材料的實(shí)例。已建議，如果集流腔的長度不是水平的，則沿著集流腔長度的多孔元件的多孔性的可選變化也可用來補(bǔ)償重力效應(yīng)。
雖然所描述的用于控制壓力的惠斯通橋路的排布方式是有利的，但它不是必須的。如果使用這種排布方式，所描述的與大氣連通并在高度上可控的貯液器可由可控壓力源替換。
本說明書(該術(shù)語包括權(quán)利要求書)中公開的和/或附圖中顯示的每個(gè)特征都可與其它已公開的和/或已展示的特征結(jié)合起來包含于本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種微滴沉積設(shè)備，包括入口集流腔、出口集流腔和至少與一個(gè)微滴沉積孔連通的流體腔室，所述流體腔室與至少一個(gè)所述集流腔被多孔元件間隔開，使用該設(shè)備時(shí)，所述入口集流腔和所述出口集流腔之間的流體流過所述腔室，其中，穿過多孔元件的壓降為所述流中的主要壓降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述流體腔室與所述入口集流腔被多孔元件間隔開，所述流體腔室與所述出口集流腔被同一個(gè)或不同的多孔元件間隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，多個(gè)孔排布成細(xì)長陣列并與所述流體腔室連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，所述入口和/或出口集流腔平行延伸至所述細(xì)長陣列。
5.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，還包括在所述流體腔室內(nèi)的噴射腔室陣列，每個(gè)噴射腔室都與相應(yīng)的孔連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，所述流體腔室由所述噴射腔室陣列分為入口腔室和出口腔室，在所述入口腔室和出口腔室之間存在平行通過所述噴射腔室的流體流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述孔都在沿著噴射腔室的中間位置與相應(yīng)的噴射腔室連通。
8.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述多孔元件是平坦的。
9.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述多孔元件包括一個(gè)多孔材料的平片，所述入口集流腔和所述出口集流腔位于該片的一側(cè)，并且所述流體腔室位于該片的另一側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述多孔元件是管狀的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述多孔元件是燒結(jié)材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述多孔元件是網(wǎng)狀物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，提供用于控制在該孔處的壓力的惠斯通橋路排布方式。
14.一種微滴沉積設(shè)備，包括一個(gè)在陣列方向上間隔開的噴射腔室的陣列，每個(gè)噴射腔室都與微滴噴射孔連通；至少一個(gè)在陣列方向上延伸并與每個(gè)噴射腔室連通的增壓腔室；以及在陣列方向上延伸并通過為流體提供阻力的元件與增壓腔室連通的入口集流腔；使用中，來自入口集流腔的流體流動通過增壓腔室到噴射腔室，入口集流腔中在陣列方向上存在充足的凈流，而增壓腔室中在陣列方向上基本沒有凈流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括在陣列方向上延伸并通過為流體提供阻力的同一個(gè)或不同的元件與同一個(gè)或不同的增壓腔室連通的出口集流腔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，使用中，來自入口集流腔的流體流通過入口增壓腔室、經(jīng)由噴射腔室、出口增壓腔室到達(dá)出口集流腔，入口和出口集流腔中在陣列方向上存在充足的凈流，而入口或出口增壓腔室中在陣列方向上基本沒有凈流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，還包括與用于控制在所述孔處的壓力的、與所述增壓腔室連通的壓力控制裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其特征在于，該壓力控制裝置包括一對串連連接的流阻，所述流阻的中點(diǎn)與一可控壓力源連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述元件由多孔材料構(gòu)成，并在陣列方向上延伸。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其特征在于，所述元件的多孔性在陣列方向上改變。
21.一種將流體供應(yīng)給微滴沉積設(shè)備的孔的方法，該設(shè)備具有一行孔和一個(gè)與所述這行孔平行延伸的墨水供應(yīng)集流腔，所述方法包括以下步驟以基本平行于所述這行孔的流向在所述集流腔中供應(yīng)墨水，并且墨水體積大于將從孔中噴射的體積，使得所述墨水流過至少一個(gè)節(jié)流元件并進(jìn)入增壓腔室，其中，在所述增壓腔室內(nèi)的流體流動基本正交于所述這行孔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，增壓腔室中的流體壓力由通向所述增壓腔室的一端口控制。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或權(quán)利要求22的方法，其特征在于，還包括步驟使得比要從孔中噴射的流體多的流體流過增壓腔室、經(jīng)過多孔元件、進(jìn)入出口集流腔。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，噴射通道與所述增壓腔室連通，所述流體平行流過所述噴射通道。
25.一種打印設(shè)備，包含一個(gè)在使用中要被掃描的打印頭，所述打印頭包括在一個(gè)陣列方向上間隔開的噴射腔室陣列，每個(gè)噴射腔室都與墨水孔連通；與每個(gè)噴射腔室都連通的入口增壓腔室；在陣列方向上延伸并通過多孔元件與該入口增壓腔室連通的入口集流腔；與每個(gè)噴射腔室都連通的出口增壓腔室；在陣列方向上延伸并通過同一個(gè)或不同的多孔元件與該出口增壓腔室連通的出口集流腔；使用中，流體流通過每個(gè)噴射腔室，入口集流腔和出口集流腔中在陣列方向上存在充足的凈流，而入口增壓腔室和出口增壓腔室中在陣列方向上基本沒有凈流。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括與增壓腔室連通的、用于控制所述孔處壓力的壓力控制裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于，所述壓力控制裝置包括一對串連連接的流阻，所述流阻的中點(diǎn)與一可控壓力源連接。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，包括在該入口和出口集流腔之間連接的第一墨水泵和在入口和出口增壓腔室之間連接的第二墨水泵。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的設(shè)備，其特征在于，所述打印頭載有至少一臺所述泵。
全文摘要
噴墨打印頭，具有一個(gè)在陣列方向上間隔開的噴射腔室陣列，每個(gè)噴射腔室都與墨水孔連通；與噴射腔室連通的入口和出口增壓腔室；以及在該陣列方向上延伸并通過多孔片與增壓腔室連通的入口和出口集流腔。雖然在入口和出口集流腔中在陣列方向上存在充足的墨水凈流，但是入口和出口增壓腔室中在陣列方向上卻基本沒有凈流。因此，噴射腔室陣列中墨水的壓力始終恒定。
文檔編號B41J2/14GK1849218SQ200480025879
公開日2006年10月18日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者R·A·哈維, H·J·曼寧 申請人:薩爾技術(shù)有限公司