CN1150092C - 液滴沉积装置 - Google Patents

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Abstract

液滴沉积装置包括：一液体腔阵列(300，310)，每个腔与一液滴喷出孔、一公共液体进口总管(220)和一公共液体出口总管(210，230)连通；用于产生一液流到进口总管中、并经阵列中的每个腔、进入出口总管的装置，通过每个腔的液流足以防止液体中的外物滞留在孔内。每个腔与随液流经过该腔的同时影响液滴从孔喷出的装置相联系。进口和出口总管之一的流动阻力是这样选择的，即在阵列中任何腔的液体进口处的压力在任两个腔之间以一数值变化，该数值小于在这些两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。

Description

液滴沉积装置
技术领域
本发明涉及液滴沉积装置，特别涉及具有这种装置的喷墨打印头，其中的液流是油墨。
背景技术
这样的喷墨打印头可从WO91/17051中获知，在此将它合并来参考。本申请的图1取自这篇文献，表示沿打印头通道11的纵轴剖开的剖视图，该通道在压电材料的底部12形成。当油墨通过配置在通道两端的总管33被供应到通道时，由外罩60上的喷嘴22从通道喷出油墨。例如从EP-A-0 277 703和EP-A-0 278 590可得知，压电致动器壁形成在连续通道之间，并通过施加在每个壁相反对应侧上的电极之间的电场被致动，以便以剪切方式横向偏移。在油墨中产生的最终压力波导致液滴从喷嘴喷出。如已知的那样，油墨被供至一个或被排出另一个总管33，以便在打印头操作期间在通道中产生油墨流并流过喷嘴。这一作用防止了灰尘、干油墨或其它外物聚集在喷嘴中，否则将抑制油墨液滴的喷出。
在用这样的打印头以足够的速率供应油墨以防止外物在喷嘴中聚集的实验过程中，已发现液滴喷出特性——尤其喷出液滴的尺寸和速度沿着阵列而改变。已确定该改变是沿阵列每个腔中油墨弯形液面之静止位置变化的结果，该静止位置的改变又因阵列中每个腔的喷嘴处的静压力改变而引起。
发明内容
本发明人已发现该压力改变是由连续油墨流引起的，特别是总管中靠通道阵列旁流动的油墨流，它等于(至少在通向总管的进口和出口处)通过阵列中每个通道的整个油墨流。这样的流动沿进口和出口总管能产生显著的粘滞压力损失。这又影响在每个腔的进口和出口处的静压力，进而影响腔喷嘴处的静压力。
在其最佳实施例中，本发明试图解决这些和其它问题。
在第一方面，本发明提供一种液滴沉积装置，其包括：
一液体腔阵列，每个腔与一液滴喷出孔、一公共液体进口总管和一公共液体出口总管连通；
用于产生一液流到所述进口总管中、并经所述阵列中的每一腔、进入所述出口总管的装置，所述通过每个腔的液流足以防止液体中的外物滞留在所述孔内；
其中每个腔与随所述液流经过腔的同时影响液滴从所述孔喷出的装置相联系，至少所述进口和出口总管之一的流动阻力是这样选择的，即阵列中任一腔的一液体进口处的静压力在任两个腔之间以一数值变化，该数值小于在阵列中两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。
减小进口和出口总管之一的流动阻力至一临界(阈)值以下就能保证由油墨流通所引起的任何粘滞阻力不对整个阵列宽度上的液滴喷出特征的均匀性产生不利影响。结果，在横跨基底的打印宽度上很容易获得均匀的图象质量。
在一个优选结构中，进口总管有一小于一数值的流动阻力，即该数值会在任两个腔的进口之间产生一静压力变化，并足以在阵列中所述两个腔之间使液滴喷出特性产生有效差异。
在另一个优选结构中，出口总管的流动阻力是这样选择的，即阵列中任一腔的一液体进口处的压力在任两个腔之间以一数值变化，该数值小于在阵列中两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。
优选地，每一进口和出口总管的流动阻力是这样选择的，即阵列中任何腔孔处的压力在任两个腔之间以一数值变化，该数值小于在阵列中两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。由于腔进口和出口两处的静压力会影响腔喷嘴处的压力(忽略因液滴喷出在进、出腔的液流之间的差别，它一般介乎两者之间)，降低两总管的流动阻力至适当的临界值以下，将确保进口和出口压力两者都不以这样的方式变化，即在阵列中连续腔的喷嘴之间不会产生有效压差。因此，沿打印头的宽度上图象质量变化被减小到不明显的程度。
因而，在第二方面，本发明提供一种液滴沉积装置，其包括：
一液体腔阵列，每个腔与一液滴喷出孔、一公共液体进口总管和一公共液体出口总管连通；
用于产生一液流到所述进口总管中、并经所述阵列中的每个腔、进入所述出口总管的装置，通过每个腔的液流足以防止液体中的外物滞留在所述孔内；
其中每个腔与随所述液流经过腔的同时影响液滴从所述孔喷出的装置相联系，所述进口和出口总管的流动阻力是这样选择的，以至于因流动而引起的阵列中任何腔之所述孔处的静压力在任两个腔之间以一数值变化，该数值小于在阵列中所述两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。
在一优选装置中，进口和出口总管中至少一个的横截面是这样的，以至于任两个腔之间的压力以这样的数值变化，该数值小于在阵列中所述两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。
该腔阵列可以是线性的。两个腔可以在阵列中彼此相邻配置，或者在阵列中相互远离地配置。
该阵列可与水平方向成一角度，进口总管可平行于阵列延伸，进口总管的特性在平行于阵列的方向上按这样的方式变化，即因进口总管中的粘滞损失沿进口总管的压力损失比率大致与因重力沿进口总管的静压力增加比率相匹配。结果，尽管在阵列的顶和底腔之间存在油墨压头差，但在阵列腔的整个宽度上能保持均匀的图象质量。
因此，在第三方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
与水平方向成一角度的液滴腔阵列，从平行于阵列延伸的一公共液体总管向每个腔供应液滴；
产生一液流到阵列的每个腔中的装置；
其中所述进口总管的特性在平行于阵列的方向上按这样的方式变化，即因总管中的粘滞损失沿总管的压力损失比率大致与因重力沿总管的静压力增加比率相匹配。
在优选装置中，进口总管的横截面积在垂直于腔之阵列的纵向上是变化的。
本装置可包括用于腔阵列的一公共液体出口总管。如果这样，出口总管的横截面积可在垂直于腔之阵列的纵向上变化。可设置用于产生液流到公共液体总管、并经阵列中的每个腔、进入公共液体出口总管的装置。
在一优选装置中，阵列被基本垂直地配置。因而，在用于打印A3-尺寸基底的垂直打印头的情况下，均匀图象质量可遍及12.6英寸(32cm)的范围。
在上述那种装置中，一般从一设置在打印头之上方的贮箱供应油墨，并流至一设置在打印头之下方的贮箱中，再通过一泵返回上贮箱。当打印头停机以及泵关闭时，油墨通过打印头从上贮箱排到下贮箱中(以及，有时，泵)，以至于当再启动打印头时，在打印可以开始之前，必须再建立上贮罐中的油墨液面水平。依赖于泵的尺寸，这能花费一段时间。
在第四方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
用于从第二液体贮箱向第一液体贮箱输送液体的泵装置；
当所述泵装置不运转时，用于防止液流从第一液体贮箱流向第二液体贮箱的装置。
本发明人已确定，在上述那种油墨供应***和在贮箱与大气相通的情况下，每个贮箱中的液面水平控制是打印头操作的关键。一般选择上贮箱，以便提供足够的静压力来克服在腔进口和孔之间的腔部分中油墨流的粘滞阻力。同时，它不必大到使喷嘴处的压力克服油墨弯形液面的表面张力而导致油墨从喷嘴“渗出”——实际上，在喷嘴处应优选一小负压。下贮箱必须同样地在腔出口处施加足够大的负压，以保证油墨流动。然而，与上贮箱一样，所施加的负压不必大到破坏喷嘴中油墨弯形液面的程度。
因而，在优选实施例中，该装置包括泵控制装置，其根据第一液体贮箱中的液面控制泵。
因而，在第五方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
用于从第二液体贮箱向第一液体贮箱输送液体的泵装置；
根据第一液体贮箱中的液面水平控制泵的泵控制装置。
泵控制装置可包括位于所述第一液体贮箱中的液面水平传感器，并适于根据液面水平传感器的输出信号控制泵装置。
该装置可包括温度控制装置，用于控制从第二液体贮箱输送到第一液体贮箱中的液体温度。这能保证油墨以最佳温度和最佳粘度从装置喷出，而与环境温度无关。
在第六方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
用于从第二液体贮箱向第一液体贮箱输送液体的装置；
控制从第二液体贮箱输送到第一液体贮箱的液体之温度的温度控制装置。
当油墨经过打印头时，由于从打印头的驱动电路放出的热量可升高油墨温度。因此，在最佳实施例中，温度控制装置包括降低从至少一个腔输送到第一液体贮箱中流体温度的装置，更优选的是从第二贮箱至第一贮箱。这能保证其温度比最佳温度高的油墨不会被输送到打印头。
该装置可包括用于从第一液体贮箱向至少一个液滴腔输送液体的导管，温度控制装置包括一位于导管中的温度传感器，并适于根据温度传感器的输出信号控制从第二液体贮箱输送到第一液体贮箱的液体温度。
在一优选装置中，该装置包括输送液体装置，当第一液体贮箱中的液面水平超过一给定液面水平时，该输送液体装置从所述第一液体贮箱向第二液体贮箱输送液体。这能防止第一贮箱的“溢出”。
因而，在第七方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
用于从第二液体贮箱向第一液体贮箱输送液体的装置；
输送液体装置，当第一液体贮箱中的液面水平超过一给定液面水平时，该装置从所述第一液体贮箱向第二液体贮箱输送液体。
从第一液体贮箱向第二液体贮箱输送液体的装置可包括在第一和第二贮箱之间延伸的一导管，该导管具有一在第一液体贮箱中位于给定液面水平上方的进口。
在一个实施例中，装置包括供应液体至第二液体贮箱的装置，以及液体供应控制装置，该控制装置根据第二液体贮箱的液面水平控制向第二液体贮箱的液体供应。这能确保第二贮箱不会溢出。
在第八方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
用于从第二液体贮箱向第一液体贮箱输送液体的装置；
供应液体至所述第二液体贮箱的装置；
液体供应控制装置，该控制装置根据第二液体贮箱的液面水平控制向第二液体贮箱的液体供应。
液体供应控制装置可包括位于所述第二液体贮箱中的一液面水平传感器，并适于根据液面水平传感器的输出信号控制向第二液体贮箱的液体供应。
在一种方案中，该装置包括与第二液体贮箱相连通的一第三液体贮箱，以及根据第二液体贮箱的液面水平从第三液体贮箱向第二液体贮箱输送液体的装置。
在第九方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
用于从第二液体贮箱向第一液体贮箱输送液体的装置；
与所述第二液体贮箱相连通的一第三液体贮箱；以及根据第二液体贮箱的液面水平从第三液体贮箱向第二液体贮箱输送液体的装置。
该装置可包括从第二液体贮箱向至少一个液滴腔输送液体的装置。
因而，在第十方面，本发明提供了一种液滴沉积装置，其包括：
至少一个液滴腔，该腔与位于其上面的一第一液体贮箱和位于其下面的一第二液体贮箱连通；
从第二液体贮箱向第一液体贮箱以及从所述第二液体贮箱向至少一个液滴腔输送液体的泵装置。
在优选方案中，该装置包括变换液体传送方向的装置，其使液体离开第一液体贮箱向至少一个液滴腔的输送转向。
某个腔或每个腔包括一通道，其在各自端与所述第一和第二液体贮箱连接、并在所述各自端的中间一点处与液滴喷出的喷嘴相连。
可具有连接在通道各自端的装置，用于使液流旁路地绕过通道流动。
优选地，与其高度相比，第二贮箱具有一大轨迹(表面)面积，因而能使它仅用贮箱中压头(液体深度)的小变化来适应液体体积的大变化。这能减小腔中负压变化。
附图说明
现参照附图用实施例来描述本发明。其中：
图1是沿打印头通道纵轴剖开的公知打印头的剖视图。
图2是体现本发明第一方面的“页宽”打印头的透视图。
图3是从图2的打印头的后部和顶部看去的透视图。
图4是沿垂直于喷嘴排XX的延伸方向XX剖开的图2和3的打印头的剖视图。
图5是沿图1中打印头的油墨喷射组件的流体通道剖开的剖视图。
图6是沿垂直于喷嘴排的延伸方向剖开的第二实施例打印头的剖视图。
图7是根据本发明一个方面的打印头的示意图。
图8，9a，9b，10a，10b和11是根据本发明另外方面的流体供应***的示意图，特别适用于图1至7所述的那种打印头。
具体实施方式
图2表示根据本发明第一、二和三方面的打印头10的第一实施例。所示例是一“页宽”装置，具有沿纸张宽度方向延伸(箭头100所示方向)的两排喷嘴20，30，在一次通过的情况下，它们允许油墨被沉积在页面的整个宽度上。通过采用与一流体腔相联的电信号致动装置从喷嘴喷出油墨，该流体腔与喷嘴相连通，例如，从EP-A-0 277703，EP-A-0 278 590中得知，更特别地，在此将UK申请号9710530和9721555并入参考。为了简化制造和增加产量，喷嘴的“页宽”排可由许多组件构成，其中一个用40表示，每个组件与流体腔和致动装置相联系，并通过柔性电路60与有关的驱动电路(集成电路(“芯片”)50)连接。通过端盖90的相应孔(未示出)油墨被供至或离开打印头。
图3是从后部看图2的打印头的透视图，其中移去了端盖90，以显示安装有沿打印头宽度方向延伸的油墨流动通道210，220，230的打印头支承结构200。通过端盖90之一上的一个孔(图2和3中省略)，油墨进入打印头和油墨供应通道220，如图3中215所示。当它沿通道流动时，它被抽取至各自的油墨腔中，如图4所示，图4是沿垂直于喷嘴排的延伸方向剖开的打印头的剖视图。通过结构200上的孔320(图中阴影显示)油墨从通道220流入第一和第二平行排的油墨腔(分别用300和310表示，详见图5)。油墨流过第一和第二排油墨腔，再通过孔330和340排出，加入沿各自第一和第二油墨出口通道210，230的油墨流，如235所示。这些油墨在端盖上的公共油墨出口结合，该油墨出口可位于打印头上形成进口孔的相反或相同端。
每一排腔300和310与各自的驱动电路360，370相联。驱动电路与结构200作为导管的部分210，230充分热接触，该导管限定油墨流动通道，以便在操作期间通过导管结构将电路产生的大量热量传递给油墨。为此，结构200由具有良好热传导性能的材料制成。在这类材料中，由于铝通过挤压可容易和便宜地成形，它是特别优选的。电路360，370被配置在结构200的外表面，以便与结构热接触，在电路和结构之间可选择地使用热传导垫或粘合剂以减小热阻。
为了确保用流通的油墨有效地清洁腔室，特别确保油墨中的外物，例如尘粒，可能通过喷嘴，而不是进入喷嘴，油墨通过腔的流速必须高，例如是油墨从通道中喷出的最大速度的10倍。这要求传送油墨进出腔的总管中具有相应高的流速。根据本发明，进口和/或出口总管有足够大的横截面积，以确保即使在如此之高油墨流速下由于粘滞作用沿腔阵列的长度所产生的任何压力损失也不明显。
如上所述，在任一个或两个总管中显著的压力损失可导致阵列中不同腔之间的喷嘴中的静压力差别显著。这又可导致腔之间油墨弯形液面的静止位置不同，进而在通道之间产生体积降和速度差。众所周知，这些差异将产生打印缺陷，尤其根据被打印的图象、阵列中连续腔之间或仅在阵列相对端的腔之间是否存在显著差异，这些缺陷可能是明显的。在本发明中，选择总管的特性，以避免这样的缺陷。
例如，图2-4所示的这种打印头一般产生50(微微升，p1)滴，它相当于在大约6KHZ的一般最大喷出频率下通过每个腔的喷嘴的最大流率——每秒300微微升。将4604个喷嘴复联，这是在每25.4毫米360点的标准分辩率下提供一页宽打印宽度(一般320.04毫米)所必需的，故从打印头的喷嘴得到最大的喷出速率，大约每分种83ml。
图5给出了特定打印头的腔和喷嘴的详细结构，它是沿流体腔组件40剖开的剖视图。流体腔采用通道11的形式，用机械加工或其它方法在压电材料的底部构件上形成该通道，以限定随后用电极涂覆的压电通道壁，由此形成通道壁致动器，例如从EP-A-0 277 703中得知。由盖构件620的相应部分820，830沿长度600，610将每个通道封闭一半，盖构件上也具有分别与流体总管210，220，230相连通的口630，640，650。电极在810处的断口允许每一个半通道内的通道壁借助通过电输入(柔性电路60)施加的电信号独立地动作。通过开口840，850从半个通道中喷出油墨，该开口将通道与压电底部构件上和形成通道的那一表面为相反对应的表面相连通。随后在与压电构件固定的喷嘴板890上形成喷出油墨的喷嘴870，880。
从可靠性考虑，要求油墨流过打印头的速率必须比喷出速率要明显大且高至大10倍：如上所述，这项措施有助于限制主油墨流中的外物，减小喷嘴堵塞的可能性。结果，经过实施例的打印头的总流速大约是每分种830ml。从喷嘴喷出的油墨(其将随被打印的图象而改变)将当然地以与油墨流入量相比改变打印头的油墨流出量的方式减少：然而，正如已看到的那样，与整个油墨流通速率相比该差异是小的，确实可以说经过每个腔的流体流速大致不变。
由于留待供应流体的通道数量减少，沿进口总管的流体流速将随阵列距离(离开端盖90之一的进口孔)而减小是明显的。类似地，由于将油墨排至出口总管的通道数量随阵列距离增加，出口总管中的流体流速将增大。
为了适应进口和出口总管中的最大流速，不因阵列中不同通道而造成打印图象质量的显著改变，实施例的进口和出口总管的横截面积分别是1.6×10-4m2和1.2×10-4m2。这一般给出了在进口总管的长度上约136帕斯卡(pa)的总压力降(总管的表面粗糙度几乎没有影响，流动是层流)。每个出口总管沿长度的相应压力降一般约为161帕斯卡(pa)。
如上所示，最大流速——和最大压力降分别发生在进口和出口总管的进口和出口连接处。在所给的实施例中，在这些地点的压力降也不超过在连续通道之间图象质量差异变得明显的范围。
图2-4结构的更好的特性是总管大致呈矩形的横截面，它允许获得上述足够的流道面积，但不以沿基底移动方向(垂直于液滴喷出方向和通道排列方向)加宽打印头为代价。
图6表示沿垂直于喷嘴排延伸方向剖开的第二实施例的液滴沉积装置的剖视图。与图4所示的第一实施例相同，打印头的支承结构900包括沿打印头宽度延伸的油墨流通道910，920。如图6中915所示，油墨进入打印头和油墨供应通道920。当它沿通道流动时，通过结构900上的孔930将油墨抽取至各个油墨腔925中。油墨流过油墨腔，经孔940和950排出，沿油墨出口通道910加入到油墨流中，如935处所示。
借助于铝***层970将一扁平铝基底960固定到结构900上。该***层970最好用约100微米厚的热导粘合剂粘接到结构900上，基底960再用热导粘合剂粘接到***层970。
驱动电路块980被固定到低密度柔性电路板985上。为了方便打印头的制造，降低成本，带有芯片980的电路板部分被直接固定到铝基底960的表面。为了避免驱动电路过热，驱动电路的其它生热组件，诸如电阻990，被安装在与结构900作为导管的部分有良好热传导之处，以允许在操作期间由这些组件产生的热基本上通过导管传递给油墨。
除了铝基底和***层，铝板995被固定在结构900的下侧，以便限制此处的铝结构膨胀，从而基本上防止因热膨胀而引起的结构弯曲。
图7示意性地说明本发明的另一方面，如图所示，它应用于其中的液滴流体腔以相对于水平方向成非零角度地呈线性阵列配置的打印头(即以不垂直于图中箭头X所示的重力方向)。为了清楚起见，仅用箭头1000表示出腔单个线性阵列。但是，下面的分析是基于图2-5所示那种单进口总管1010和双出口总管1020的配置。总管1010，1020分别在连接处1030和1040供入或排出油墨。
在所示的实施例中，锥形***件被安置在进口和出口总管中，如1050和1060所示，以至于在阵列顶部处进入进口总管的油墨仅存在锥形***件堵塞总管的部分横截面。当油墨经过总管时，其中一部分由通道1000流向出口总管1020，以至在到达阵列底部之时，在内部总管中没有油墨流，锥形***件没有留下供流动的横截面。到达出口总管的油墨再经横截面向下流动，借助于另外的锥形***件该横截面向底部增大。在阵列的底部附近，全部油墨(除了为打印已喷出的)在***件所允许的大空间内流动。
在每个总管中，通过将每一点处可用于流动的横截面配置成适于那里的流动，则沿阵列向下每单位长度粘滞压力损失由重力所增加的压力相抵消。将腔阵列长度取为L，每排喷嘴的喷嘴分辩率取为r，在图2-5所示的那种两排打印头的喷嘴总数是2rL，打印头的整个油墨喷出速率是2rLVf，这里V和f分别是液滴喷出体积和最大频率。另一方面，由于上述清洁方面的考虑，通过打印头的总流率必须比喷出速率大一系数n——一般10——倍。
根据公式2rVfnx(这里x是离阵列底部的距离)，图7的实施例的锥形***件使进口总管中的流率降低，而根据公式rVfn(L-x)，使每个出口总管中的流率增加。与大体矩形横截面的总管结合，在沿阵列的每一点，它们一般将给出矩形横截面的油墨流，该横截面有着长度(大尺寸)d(垂直于图7平面)和用于进口总管的宽度小尺寸(W-T(x))及用于出口总管的宽度(w-t(x))。相应地，对进口总管来说每个总管中的流速v随阵列按2rVfnx(W-T(x))变化，而对每个出口总管来说按rVfn(L-x)(w-t(x))变化。
沿锥形非圆通道与流动有关的压力降按照通式Kρv2/2由流速v和油墨密度ρ确定。对于具有层流摩擦系数f＝64/(雷诺数)和液力直径D的短长度管dx，K是阻尼系数f(dx)/D，在矩形横截面的情况下，对进口总管来说液力直径约等于两倍宽度，即2(W-T(x))，对出口总管来说液力直径约等于2(w-t(x))。
根据本发明的这个方面，沿长度dx的一短单元上的粘滞压力降由沿该长度重力所增加的静压头精确地平衡，并等于ρg(dx)，g是重力加速度。将这个平衡应用于上述粘滞损失的表达式中，就得出为得到这个平衡所需的总管尺寸变化的表达式，即：对于进口总管(W-T)3＝16nrfVxμ/ρgd，对于每一出口总管(w-t)3＝8nrfV(L-x)μ/ρgd。这又要求进口总管中的***件必须以这样的方式渐缩，以便为油墨留下一通道宽度，该宽度随x1/3变化，而出口总管中的***件必须从阵列的相反端以相同的方式渐缩。实际上这个变化确实很难，特别地，如果***件是机械加工而成，在这种情况下，例如由一组填隙片所得到的近似变化证明是可接受的。
图2-4所示那种的打印头和本发明第一，第二和第三方面所涉及的一般外形结构是在进口总管1010的进口(至油墨供应的连接处1030)端(W-T)＝1.46mm，类似地，在每个出口总管1020的出口(至油墨排出口的连接处1040)端(w-t)＝1.16mm。这些外形结构假设总管深度d是40mm，油墨密度ρ是900kg/m3和油墨粘度μ是0.01pa.s。它们也认为通道中的流动大致上恒定，忽略了因油墨喷出在两总管之间引起的任何流动变化。
与总管的适当配合，上述发明允许在整个与水平方向成任一角度配置的打印头阵列上获得均匀的喷出特性。这不受限于“页宽”设计方案，虽然在整个阵列上静压力较大改变的潜在可能性在这种打印头中是相当大的，而且这种大的改变将导致本发明或替换实施例不能被采用。
应注意到在实施例中通过改变流通面积已得到流动阻力变化，这不是仅有的可用机理。上述其它参数，特别是阻尼系数K能被改变，例如通过总管中的折流板，通过总管可变的粗糙度覆层。而且，该原理可不止一次地在单阵列中采用——通道可被分成两组，例如从WO97/04963得知，每组有自己的油墨流通***。本发明也不受限于采用油墨流通的***——在基本上所有油墨腔正基本上所有时间里喷射油墨的情况下产生一基本上恒定的油墨流。
现参照图8，其中以示意的方式表示了一油墨供应***2000其适用于包含本发明许多方面的上述连续流打印头2010。当打印头2010用水平通道阵列和向下喷射的喷嘴2020表示时，应注意到***相当于应用在上述非水平的配置中。
油墨从上贮箱2040进入打印头中心进口总管2030，该上贮箱通过空气过滤器2041与大气相通，并通过泵2060从下贮箱2050供应油墨到所述上贮箱。根据本发明的一个方面，泵2060由上贮箱中的传感器2070以这样的方式控制，即维持液面水平2080在喷嘴平面P以上一恒定高度Hu。一限制器2090防止过高流率，以便泵的循环不干扰由自由表面2080确立的压力。一过滤器2095一般通过贮箱捕捉可能已进入油墨供应中的任何外物。上述打印头和约50pl体积的起动液滴一般要求捕捉8μm以上的微粒，以便它们不堵塞最小(出口)直径一般为25μm左右的打印头喷嘴。更小滴，例如用在所谓的“多脉冲”打印上，将相应要求更小的喷嘴(一般20μm直径)和更精细的过滤器。
在下贮箱2050中，液面3000由传感器3010保持在喷嘴平面P下一恒定高度HL，该传感器控制与一油墨贮箱(未示出)相连的泵3030。过滤器3020和限制器3040与上贮箱中一样起相同的作用。下贮箱2050被连接到打印头的出口总管2035上。
如前所述，由上贮箱施加给打印头进口总管的正压力与由下贮箱施加给打印头出口总管的负压力一起足以使流体流过阵列的流体腔，防止喷嘴中没有合适的压力导致尘粒聚集。在所示实施例中，利用一个具有上述尺寸的打印头，已发现Hu约为280mm和HL约为320mm时在喷嘴中给出约-200Pa的压力。即使承受这样的打印头操作期间(例如通过油墨供应管的运动，供纸机构和油墨供应泵的振动等)一般产生的轻微正压脉冲时，这种小负压确保油墨弯形液面不会破坏。用于控制各种供应泵以保持贮箱中的自由液面基本恒定的装置有助于这样的操作。
根据本发明的一个方面，阀3050，3060被配置在通往和离开打印头的油墨供应管线上，并与泵2060，3030和传感器2070，3010一起被电连接到打印头控制器上，在打印头操作期间，它们保持开启，而在关闭打印头时，它们保持关闭，以便防止油墨从上贮箱排出回到下贮箱。结果，当打印头再操作时，能迅速地继续打印。一止回阀3070也可被配置在通向泵2060的供应管线上，该泵不是正排量泵。
图9a表示图8的油墨供应***的可替换例。由于允许泵2060连续运转，简化了控制电路，当贮箱中的液面超过出口4000的液面时，油墨流回下贮箱。一气密性油墨贮罐4010被安装到下贮箱2050之上，并通过供应管4020相连。另一根管4030的一端与贮罐中油墨上方的空气空间4040相通，而另一端位于下贮箱中所希望的油墨液面高度，结果，当下贮箱中实际液面3000下降至希望液面以下时，管4030的端部露出，允许空气流入空气空间4040，再允许更多油墨通过管4020流出贮罐，并进入下贮箱2050，由此将油墨液面恢复到所希望值。当采用图8的配置时，通常用截止阀和止回阀保证在停止工作一段时间后迅速地启动打印。
图9b表示比图9a的***更简单的变型例。一单根大直径管4012在密封容器4010和下贮箱2050之间延伸。该管被配置成没有水平部分，并具有与下贮箱2050中液体接触的下端4014(最好以一角度被切锐)。下贮箱的油墨液面由该端部设定。开始，油墨流出密封容器4010，直到空间4040成为真空为止。下容器中的油墨消耗使管的端部4014露出液面，允许空气流至密封容器，减小那里的真空度。然后油墨从密封容器向下流，直到真空度增大至足以保持油墨压头的先前水平。
在图8和9所描述的配置中，由上贮箱2040向打印头进口总管供应油墨。然而，用油墨在初始时充满打印头是很难通过从上贮箱供应油墨来完成的。首先，打印头中的空气必须向下排出。其次，空气可能夹带在打印头里面，这能防止在下贮箱中产生“虹吸”效应。
空气从油墨***中全部排出对产生正负流体压力是重要的，当从空状态充满该***时，大量空气必须从打印头，总管及连接管排出。为此已提出两种方法：两者均在图10中说明。它们可一起采用或作为替换方案采用。
图10表示用下贮箱充满打印头的合适配置的例子。在这个实施例中，打印头2010被描述成具有单一进口总管2030和单一出口总管2035，如图6的实施例所述。这些总管用包括旁通阀5012的旁路5010连接，以下将描述其目的。
在正常打印操作期间，油墨从上贮箱2040进入打印头进口总管2030，该上贮箱通过空气过滤器2041与大气相通。在正常打印操作期间，阀5012关闭，以便油墨从进口总管流入打印头的液滴喷出通道，然后进入出口总管，最后流向下贮箱。通过泵2060从下贮箱2050向上贮箱供应油墨。如在图9所述的***中一样，，当上贮箱中液面超过出口液面4000时，允许泵2060连续运转，使油墨流回下贮箱。过滤器2095捕捉可能已进入油墨供应流中的任何外物，例如用泵3030从油墨贮罐(未示出)向下贮箱供应油墨，采用与过滤器2041起相同作用的过滤器3020。
油墨从过滤器2095通往换向阀5000。换向阀5000可选用两个位置之一。在正常打印操作期间，换向阀5000处于第一位置5002，如图10a所示，以便油墨如前所述那样被供应到上贮箱2040。
在打印头初始充填期间，阀3050(位于***的最低点)被关闭，换向阀5000处于第二位置，如图10b所示。这允许打印头被从下贮箱抽取的油墨从底部向上充填。在充填期间，旁通阀5012可被打开。当打开时，该阀将在打印头相反端的进口和出口总管连接至连接管上，从而允许液体和空气不必通过打印头通道从一总管到另一总管。当它不经过通道时，路径阻力小得多，允许更高的流体速度，因而允许空气通过。
如上参照图8所描述的那样，阀3050，3060被配置在进出打印头的油墨供应管线上。在打印操作期间，这些阀保持开启，在充满操作期间，关闭阀3050，以防止油墨从打印头排到下贮箱中。阀3050，3060应具有一个至少等于连接管孔径的通孔，以防止气泡陷入阀进口。一止回阀也可被安装在从换向阀5000至打印头的供应管线上和通往泵2060的供应管线上，泵2060不是正排量泵。
旁通阀5012能被可替换地用于从上贮箱2040有效地充满打印头。通过该路径充满打印头的操作步骤如下：
随着泵2060运转，充满上贮箱，下阀3050被关闭，旁能阀5012和上阀3060被打开。液体将流进打印头，将空气压入下连接管。当已发生上述情况时，下阀3050被打开，由高速油墨流将空气向下清除(排出)。当全部空气被移去时，旁通阀关闭，打印头准备操作。
用旁通阀进行底部充满或清除方法的优点是，由于喷嘴处具有最小净正压，在充满过程中，打印头不从喷嘴渗出油墨。
另一优点是可通过暂时打开旁通阀5012从***中容易地去除少量空气。
再一优点是，在与打印头连接后，通过打开旁通阀5012，可冲洗***，移去杂屑，不会让携带杂屑的液体沿打印头流动而可能堵塞它们。
另一改进***是用旁通阀5012和通向打印头的供应管相结合，该供应管具有最小实际内径，该内径与沿管线向下的可接受的压力降一致。小孔径导致高流速，它在将气泡向下移出***方面比大孔径更有效，气泡在大孔径管中可能停滞。
从上文得知，***可使用换向阀5000或旁通阀5012中的一个或两个。
油墨供应***中油墨温度由于许多原因可能波动，例如，由于环境温度波动和打印头操作条件的变化(浅或深打印)。油墨温度波动能引起油墨粘度改变。这能改变从打印头以油墨滴沉积出的油墨量，例如在由打印头沉积出的液滴大小上导致不希望的变化。因而希望调节从打印头沉积出的油墨温度。
图11表示调节油墨供应***温度的***。图11所示的***与图10所示的***相似，仅为清楚起见，省略了换向阀5000，旁路5010和旁通阀5012。
该***包括加热上贮箱2040中油墨的加热器6000。加热器6000可采用任何合适的形式，例如，加热器6000可以包围上贮箱2040。加热器6000的输出功率由控制器(未示出)控制，该控制器从温度传感器6020接受上贮箱2040油墨输出的温度指示，该温度传感器6020位于从上贮箱输送油墨到打印头的导管中。
例如，如果环境温度从15℃变到30℃，打印头将在最佳温度40℃下操作，加热器必须能加热油墨至升温25℃。然而，如上所述，在打印头操作期间，打印头驱动电路也加热经过打印头的流体。当油墨流过打印头时，其能加热油墨使之升温达10℃。这可能导致从下贮箱传到上贮箱的热度比最佳温度热的情况。因而，一可控冷却热交换器6010被安装在泵2060和过滤器2095之间，以便根据需要减小被传送至上贮箱的液体温度。
被公开在该说明书(包括权利要求书)和/或表示附图中的每一特征可被包括在本发明中，而不依赖于其它被公开和/或图示的特征。
例如，图8至11中所述的任何特征可被一起包括在任何合适的***中。例如，图11所述的加热和冷却装置可被用于图8和9所述的任何***中。类似地，图10所述用下贮箱2050充满打印头的***也可用于图8和9所述的任何***中。

Claims (10)

1、液滴沉积装置包括：
一液体腔阵列，每个腔与一液滴喷出孔、一公共液体进口总管和一公共液体出口总管连通；
用于产生一液流到所述进口总管中、并经所述阵列中的每一腔、进入所述出口总管的装置，每个腔与随所述液流经过该腔的同时产生液滴从所述孔喷出的装置相联系；
其特征在于：所述进口总管和所述出口总管中的至少其中一个的截面积做成使通过每个腔的液流率足以防止液体中的外物聚集在所述孔内，并且使由于流动而在阵列中任何腔的所述孔处的负的静压力在任两个腔之间以这样的数值变化，该数值小于在阵列中所述两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。
2、根据权利要求1的装置，其特征在于，进口总管有一小于一数值的流动阻力，即该数值会在通向阵列的任两个腔的进口之间产生一静压力变化，其足以在阵列中所述两个腔之间使液滴喷出特性产生有效差异。
3、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述出口总管的流动阻力是这样选择的，即阵列中任一腔的一液体进口处的压力在任两个腔之间以一数值变化，该数值小于在阵列中所述两个腔之间使液滴喷出特性会产生有效差异的数值。
4、根据权利要求1的装置，其特征在于，腔阵列是线性的。
5、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述阵列与水平方向成一非零角度。
6、根据上述任一权利要求的装置，其特征在于，还包括用于所述液体腔的支承结构，所述进口和出口总管分别包括在所述支承结构内的液滴流通道。
7、根据权利要求6的装置，其特征在于，还包括多个安装在所述支承结构上的液滴喷射组件，每个所述液滴喷射组件包括排成一行的多个所述液体腔和多个喷嘴。
8、根据权利要求7的装置，其特征在于，所述液体腔排与一向所述液滴产生装置供给电讯号的驱动电路相联，所述驱动电路与所述支承结构充分热接触，以便在运作期间将所述驱动电路产生的大部分热传送给所述支承结构中的液滴流。
9、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述液体腔包括形成在一压电材料体中的通道。
10、根据权利要求9的装置，其特征在于，所述通道沿一长度被一盖构件封闭，所述盖构件上有孔用于与所述进口和出口总管连通。
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