專利名稱：液滴發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液滴發(fā)生器，特別是涉及用于連續(xù)噴墨打印機的液滴發(fā)生器。
背景技術：
連續(xù)噴墨打印機的核心是液滴發(fā)生器。此部件從墨水體生成液滴流。
液滴發(fā)生器的設計有一個基礎理論，與其相聯(lián)系存在多個實際限制。
將墨水分裂成為液滴的數(shù)學由瑞利描述。墨水流形成的基礎機制，一種稱作調(diào)制的過程，涉及在墨水流中產(chǎn)生不穩(wěn)定性。影響不穩(wěn)定性的因素包括墨水表面張力、墨水密度、噴嘴直徑和和用于沿著射流產(chǎn)生振動的波長。
因此，不同的墨水可能要求不同的液滴發(fā)生器。
在連續(xù)噴墨打印機中碰到兩種主要的調(diào)制方法。在第一種方法中，在墨水通過噴嘴排出時墨水在墨水室中直接受到振動。這稱為壓力調(diào)制。在第二種方法中，在墨水體接觸噴嘴時，噴嘴相對墨水體振動。這稱為速度調(diào)制。實際上，調(diào)制系統(tǒng)可包括壓力調(diào)制和速度調(diào)制兩者的元素。
歷史經(jīng)驗表明，一個典型的液滴發(fā)生器必須在工作在40-130kHz頻率范圍時產(chǎn)生墨滴。也已知對于墨滴流沖擊打印基底的速度存在實際的上限。本質(zhì)上，在頻率、噴嘴尺寸和打印質(zhì)量之間存在很清楚的關系。
過去，液滴發(fā)生器把從壓電晶體取得的聲能應用于生成產(chǎn)生液滴所要求的不穩(wěn)定性。典型情況下，這些發(fā)生器是設計和構(gòu)筑成為諧振系統(tǒng)以便將功率要求和能量損失減小到最小。然而，批量生產(chǎn)的諧振系統(tǒng)總是會在任何制造過程中所固有的公差中出現(xiàn)差異的問題，導致系統(tǒng)諧振中的差異。作為諧振差異的一個結(jié)果，現(xiàn)有的液滴發(fā)生器通常在各個體的性能之間顯示缺乏一致性。補償此差異性的一種調(diào)諧方法是改變系統(tǒng)的元件，如噴嘴，一直到達到所要求的性能為止。這一方法效率低，因為需要熟練技術人員干預。比如，我們發(fā)現(xiàn)，通過改變噴嘴調(diào)諧，通常牽涉到每個打印機要廢棄大量噴嘴。
過去一直努力解決諧振系統(tǒng)固有的問題。歐洲專利0252593描述了一種特別設計成非諧振的液滴發(fā)生器。這是通過由聲學軟性材料，如聚硫醚(poly(phenylene sulphide)，形成液滴發(fā)生器的部件而達到的。雖然由聲學軟性材料形成液滴發(fā)生器可能消除諧振，但我們的進行的實驗工作顯示出，采用聲學軟性材料的調(diào)制(液滴發(fā)生器過程的控制)效果很差。另外，在批量生產(chǎn)中有效使用此種材料將會牽涉到顯著增加加工成本。
在美國專利3972474中描述了一種非諧振系統(tǒng)的例子。不過，在該專利中描述的液滴發(fā)生器的工作中大量的聲能施加到發(fā)生器中的墨水柱，并且因此裝置的設計必須考慮墨水柱的諧振基頻以及因而必須考慮墨水的聲速。這使得裝置對墨水類型敏感，并且意味著不可避免地要求調(diào)諧。
本發(fā)明的目的在于提供一種液滴發(fā)生器，特別是提供一種至少可以以某種方法解決上述問題的連續(xù)噴墨打印機的液滴發(fā)生器；或者至少可以提供一種新式的有用的替代品。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的一個技術方面中，本發(fā)明可以提供一種具有工作頻率和遠高于所述工作頻率的諧振頻率的液滴發(fā)生器，所述液滴發(fā)生器包括流體室；確定所述流體室的出口的噴嘴；執(zhí)行元件，該執(zhí)行元件使所述噴嘴相對所述流體室以工作頻率振動，以便在使用時使通過所述噴嘴射出的流體流沿著噴射軸線分裂成液滴；所述液滴發(fā)生器的特征在于所述流體室限定在一個充分堅硬的，充分不可移動的實體內(nèi)；所述執(zhí)行元件的輸出用于使所述噴嘴相對所述實體基本上沿著所述噴射軸線振動。
優(yōu)選是所述實體的質(zhì)量遠大于所述噴嘴的質(zhì)量。
優(yōu)選是所述實體由主實體和噴嘴體限定，所述噴嘴包含在所述噴嘴體之內(nèi)或之上，并且所述流體室限定在所述主實體和所述噴嘴體的組合之內(nèi)。
優(yōu)選是限定在所述主實體內(nèi)的所述流體室的一部分相對所述噴射軸線基本上是圓柱形的。
優(yōu)選是所述執(zhí)行元件包括位于所述噴嘴體和所述主實體之間的一個或多個壓電晶體。
優(yōu)選是所述噴嘴由固定在所述噴嘴體的一個寶石限定。
優(yōu)選是所述液滴發(fā)生器還包括封閉工具，該封閉工具通過所述流體室并可與所述噴嘴接合，以便當所述執(zhí)行元件不工作時，所述封閉工具可阻止流體通過所述噴嘴并且其中當所述執(zhí)行元件工作時，所述封閉工具相對所述實體基本上保持為靜態(tài)。
優(yōu)選是所述封閉工具基本上可沿著所述噴射軸線移動。
優(yōu)選是所述封閉工具包括一個基本上沿著所述噴射軸線安裝的桿件。
在本發(fā)明的第二個技術方面中，本發(fā)明可以提供一種液滴發(fā)生器，其構(gòu)成包括流體室；確定所述流體室的出口的噴嘴；執(zhí)行元件，該執(zhí)行元件使所述噴嘴相對流體室振動，以便在使用時使通過所述噴嘴射出的流體流沿著噴射軸線分裂成液滴；以及封閉工具，該封閉工具通過所述流體室并可與所述噴嘴接合，以便當所述執(zhí)行元件不工作時，所述封閉工具可阻止流體通過所述噴嘴并且其中當所述執(zhí)行元件工作時，所述封閉工具受到抑制不能運動。
優(yōu)選是所述噴嘴被強迫相對所述流體室沿著所述噴射軸線移動，所述封閉工具可沿著所述軸線在所述封閉工具接觸所述噴嘴的封閉位置和流體可通過所述噴嘴的開放位置之間移動。
對于技術熟練人士可執(zhí)行本發(fā)明的方式的很多變化是顯而易見的。下面的描述只是執(zhí)行本發(fā)明的一種方式的演示，并且未示出對變化或等效方案的描述不應該看作是限制。只要可能，對一個具體元件的描述應該認為是包含其現(xiàn)存的或?qū)淼娜魏渭叭康刃г１景l(fā)明的范圍只應該單獨由后附的權(quán)利要求解釋。


下面參考附圖對本發(fā)明的各個方面進行描述。
圖1示出通過根據(jù)本發(fā)明的液滴發(fā)生器的剖視圖。
圖2示出包含在圖1所示的液滴發(fā)生器中的噴嘴構(gòu)件的放大圖。
圖3示出根據(jù)使用各種不同的液體的本發(fā)明的液滴發(fā)生器的調(diào)制行為。
具體實施例方式
首先參照圖1，本發(fā)明提供一種具有四個主要元件的液滴發(fā)生器10。這些元件為主實體12、噴嘴組合14、用來使包含在噴嘴組合中的噴嘴振動的執(zhí)行元件組合16和停止/開始機構(gòu)18。
正如在本發(fā)明領域中所公知，此液滴發(fā)生器具有一工作頻率和諧振頻率。過去，花費很大的努力來保證諧振頻率處于或接近所要求的諧振頻率。本發(fā)明的一個特征是液滴發(fā)生器設計和構(gòu)造成為保證諧振和工作頻率有很大差別。
在示出的形式中，主實體由這樣的實體材料(比如，不銹鋼)的實體20構(gòu)成。不銹鋼的合適等級為316，其密度為大約8000kg/m3。
在實體20中形成的是一個圓柱形前室22、圓柱形后室24和在室22和24中間的保持段26。孔口28和29的形成穿過實體20并分別與室22和24連通。在使用時沖洗流體通過孔口28進入室22，而墨水通過孔口29進入室24。
墨水和沖洗流體可從固定在實體20的外表面上的歧管組合(未示出)供給孔口29和28。通常設置圓形O形密封環(huán)30以防止流體從歧管和實體20之間泄漏。
噴嘴組合14與實體20流體連通，并且在圖紙中示出的具體形式中，組合14的構(gòu)成包括一噴嘴體32和一附加到噴嘴體32的噴嘴構(gòu)件34。此噴嘴體也很方便由316級不銹鋼形成，具有一個前凸緣35，一個向后延伸的桿件36，其部分容納在實體20之中，以及通過桿件36軸向延伸的通孔37并且通過前凸緣35在出口38引出。在前凸緣35上設置有合適的安裝座40用來將噴嘴構(gòu)件34安裝在一個使其覆蓋通孔37的出口38的位置。通常安裝座40是一個套環(huán)41(或套環(huán)的部件)，可在噴嘴構(gòu)件34的邊緣形成卷曲以使其保持在原位。或者，也可以應用其他的方法將噴嘴構(gòu)件34固定在前凸緣35上，包括(但并不限定于)粘合法。此安裝容許寶石在執(zhí)行元件組合16的影響下發(fā)生很小的軸向運動(微米量級左右)。
桿件36的第1外部段，在此桿件從前凸緣35向后延伸時，其構(gòu)成為一個平常的圓柱表面44，對其目的將在下面予以詳細描述。此圓柱表面44在其后緣轉(zhuǎn)變?yōu)樘篆h(huán)46，此套環(huán)46是一個在主實體中在前室22內(nèi)的滑動配合。可以看到，圍繞套環(huán)46設置有一個外周凹槽47，其中可配置一個O形密封環(huán)48以防止前室22中的流體沿著桿件36的表面漏出。最后，桿件36的后部外表面49的尺寸和形狀與實體20中的保持段26配合而使噴嘴體保持在主實體之中。如上所示，這一點是通過利用協(xié)同螺紋切削形成主實體的保持段26和噴嘴體的后部外表面49而達到的。盡管也可以應用其他方法將噴嘴體保持在主實體之內(nèi)，螺紋切削具有附加的優(yōu)點，其在后述中將變得明顯。
還應該指出，桿件36在其通過主實體20的前室22處包含一個或多個徑向孔口50，這些徑向孔口50使通孔37與前室22連通。
噴嘴構(gòu)件34，優(yōu)選由具有在其中形成所要求的尺寸的噴射孔的寶石確定。在技術領域中人所共知是應用鉆孔藍寶石?？纱娴膰娮鞓?gòu)件包括可卷曲或粘接在前凸緣35的前表面上的用來覆蓋通孔的出口38的箔片。
為了實現(xiàn)液滴發(fā)生，以預定的頻率使噴嘴構(gòu)件相對墨水源振動。在此處描述的液滴發(fā)生器的實施方式中，這一點是通過在主實體20和噴嘴體32的平行表面部件中間施加振動作用實現(xiàn)的。在示出的形式中，是在主實體20的前表面54和噴嘴體32的前凸緣35的后表面中間發(fā)生振動作用。然而，因為部件20和32是由充分堅硬材料形成的，振動通過噴嘴體傳遞到噴嘴構(gòu)件34。
在通常情況下，振動源是一個或多個，在此場合為兩個，壓電晶體執(zhí)行元件60。這些壓電晶體執(zhí)行元件60安裝在一個絕緣套管62上，而絕緣套管62又與在噴嘴體桿件36上形成的平常的圓柱表面44配合。噴嘴體和主實體中間的螺紋設置使各種部件容易安裝，并且也確保在壓電晶體60上維持一個軸向夾緊力。
晶體60由形成本發(fā)明的一部分的合適的驅(qū)動電路(未示出)驅(qū)動。圖中示出一個正驅(qū)動端子64夾在晶體中間。每個晶體的另一側(cè)通過接地的主實體20接地。
優(yōu)選或要求的振動模式為噴嘴構(gòu)件34基本上是沿著桿件36和室22的軸線振動。不過其他模式也可以，并且其他這些模式可借助約束圓柱形表面不是沿著其軸線的變形而縮減(如果實際上不能消除)。絕緣套管62越強固，則其他振動模式從液滴發(fā)生性能的降低越小。
在使用中，墨水通過孔口29供給，通過通孔37到達噴嘴構(gòu)件的后表面。于是晶體60在動作使噴嘴構(gòu)件34基本上沿著噴射軸線65(圖2)振動而使墨水流過噴嘴孔并分裂成為液滴。
根據(jù)本發(fā)明的液滴發(fā)生器的另一個重要技術方面是引入停止/開始機構(gòu)18。加入此種停止/開始機構(gòu)18的理由如在我們的歐洲專利No.0482123中所描述的。不過，在這一速度調(diào)制應用(其中噴嘴構(gòu)件移動)中采用此設施造成嚴重的問題，其中相當重要的問題是停止/開始機構(gòu)的主要部件具有在發(fā)生器的工作頻率范圍內(nèi)的自然諧振。因此，除非小心控制，停止/開始機構(gòu)將會對調(diào)制形成干擾。
如上所示，主停止/開始元件的構(gòu)成是一個柱塞70形式的封閉工具，該柱塞70基本上是安裝在室22和44的軸線上，并從而是在噴射軸線65上。此柱塞基本上也與噴嘴體的桿件36和噴嘴構(gòu)件本身共軸。的確，從圖1可以看出，此柱塞在通孔37中心通過。柱塞70在其自由端包含一個彈性密封71，該密封接觸噴嘴構(gòu)件34的后表面以防止墨水意外通過噴嘴構(gòu)件。
柱塞70借助覆蓋主實體20的后室24的螺線管74移入和移出封閉位置，與噴嘴構(gòu)件接觸。設置彈簧76使此柱塞相對噴嘴構(gòu)件34偏置。
在上面示出的具體形式中，彈簧76位于設置在柱塞70的后端中的鉆孔78中。設置有一個調(diào)節(jié)機構(gòu)，該調(diào)節(jié)機構(gòu)包含一個固定螺釘80和一個后退擋塊82與上述固定螺釘接觸并可由其移動。此后退擋塊包含一個圓形密封83用來防止墨水從室24向后泄漏。在使用中，此固定螺釘80旋入其安裝凸臺84中使后退擋塊82定位并從而限制柱塞70在螺線管74的影響下的運動。這就將在柱塞和噴嘴構(gòu)件34中間建立工作間隙。通常此工作間隙設置為大約200微米，小等足以不會使流體(墨水)諧振影響此裝置的工作特性。
為了使停止/開始機構(gòu)對系統(tǒng)的調(diào)制特性的影響減小到最小，當液滴發(fā)生器工作時，將此停止/開始機構(gòu)有效地進行隔離或從調(diào)制過程去耦。這與在歐洲專利0482123中描述的配置相反，并且在此處示出的形式中，基本上是通過將柱塞70相對主實體20鎖定而實現(xiàn)的。為此目的，當螺線管74蓄能并且柱塞70退出到開放位置時，柱塞牢固地保持在與后退擋塊82相接觸的位置。這樣，柱塞位置就有效地鎖定，并且基本上對調(diào)制過程沒有影響。
此工作系統(tǒng)為在螺線管74蓄能并且柱塞70恰好在工作電壓施加到晶體60時退出并鎖定在開放位置。這樣柱塞及不能沿著其軸線往復運動和影響調(diào)制。
在使用中，在液滴發(fā)生器牢固地卡在連續(xù)噴墨打印機的打印頭組合時，施加到晶體60上的振蕩驅(qū)動電流產(chǎn)生振動，而因為噴嘴34的質(zhì)量遠小于主實體20的質(zhì)量，并且因為發(fā)生器本身不能移動，基本上該振動全部轉(zhuǎn)化為噴嘴構(gòu)件的振動。
當使用由聚醚酮醚(poly(etheretherketone)(PEEK))形成的主實體進行實驗時，不銹鋼的結(jié)構(gòu)剛性更強的本性意味著對于給定的尺寸，噴嘴構(gòu)件的不需要的振動模式可以受到更好的抑制。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，此處所述的液滴發(fā)生器具有大約200kHz的諧振頻率。這與64-128kHz范圍內(nèi)的典型的工作頻率不同，雖然此處所描述的裝置在測試時在工作在50-150kHz的頻率范圍時表現(xiàn)出令人滿意的結(jié)果。因此，一個可以很容易調(diào)諧到使用不同的粘度和不同的溫度的墨水的液滴發(fā)生器是會受到歡迎的。
所述的液滴發(fā)生器的另一特征是因為基本上幾乎全部聲能是施加到噴嘴構(gòu)件34的振動，所以基本上沒有聲能施加于墨水，并且結(jié)果墨水諧振可以忽略。調(diào)制的差異只取決于墨水和噴嘴的相互作用。
下面看看圖3，其中示出的直方圖表示為了對11種不同的墨水實現(xiàn)開始調(diào)制所要求的調(diào)制電壓?？梢钥吹?，對于全部測試墨水，調(diào)制完全可以在此種類型的裝置的正常的工作電壓窗口內(nèi)實現(xiàn)，不要求任何的附加調(diào)諧。這與現(xiàn)在在我們的A系列打印機上使用的壓力調(diào)制液滴發(fā)生器相反，A系列打印機通常要求更換驅(qū)動桿以便使用不同的墨水。
權(quán)利要求
1.一種具有工作頻率和遠高于所述工作頻率的諧振頻率的液滴發(fā)生器(10)，所述液滴發(fā)生器(10)包括流體室(22，24，37)；限定所述流體室(22，24，37)的出口的噴嘴(34)；執(zhí)行元件(60)，該執(zhí)行元件(60)使所述噴嘴(34)相對所述流體室(22，24，37)以工作頻率振動，以便在使用時使通過所述噴嘴(34)射出的流體流沿著噴射軸線(65)分裂成液滴；所述液滴發(fā)生器(10)的特征在于所述流體室(22，24，37)限定在一個充分堅硬的，充分不可移動的實體(20，32)內(nèi)；所述執(zhí)行元件(60)的輸出用于使所述噴嘴(34)相對所述實體(20，32)大體上沿著所述噴射軸線(65)振動。
2.如權(quán)利要求1所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述實體(20，32)的質(zhì)量遠大于所述噴嘴(34)的質(zhì)量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述實體(20，32)由主實體(20)和噴嘴體(32)限定，所述噴嘴(34)包含在所述噴嘴體(32)之中或之上，并且所述流體室(22，24，37)在所述主實體(20)和所述噴嘴體(32)的組合之中限定。
4.如權(quán)利要求3所述的液滴發(fā)生器(10)，其中在所述主實體(20)中確定的所述流體室的該部分(22，24)相對所述噴射軸線(65)大體上是圓柱形。
5.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述執(zhí)行元件(60)包括位于所述噴嘴體(32)和所述主實體(20)之間的一個或多個壓電晶體(60)。
6.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述噴嘴(34)由固定在所述噴嘴體(32)的一個寶石限定。
7.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的液滴發(fā)生器(10)，其中還包括封閉工具(70)，該封閉工具(70)通過所述流體室(22，24，37)并可與所述噴嘴(34)接合，以便當所述執(zhí)行元件(60)不工作時，所述封閉工具(70)可阻止流體通過所述噴嘴(34)并且其中當所述執(zhí)行元件(60)工作時，所述封閉工具(70)相對所述實體(20，32)基本上保持為靜態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述封閉工具(70)基本上可沿著所述噴射軸噴射軸線(65)移動。
9.如權(quán)利要求7或8所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述封閉工具(70)包括一個基本上沿著所述噴射軸噴射軸線安裝的桿件(70)。
10.一種液滴發(fā)生器(10)，包括流體室(22，24，37)；限定所述流體室流體室(22，24，37)的出口的噴嘴(34)；執(zhí)行元件(60)，該執(zhí)行元件(60)可操作使所述噴嘴(34)相對流體室(22，24，37)振動，以便在使用時使通過所述噴嘴(34)射出的流體流沿著噴射軸線(65)分裂成液滴；所述液滴發(fā)生器的特征在于還包括封閉工具(70)，該封閉工具(70)通過所述流體室(22，24，37)并可與所述噴嘴(34)接合，以便當所述執(zhí)行元件(60)不工作時，所述封閉工具(70)可阻止流體通過所述噴嘴(34)并且其中當所述執(zhí)行元件(60)工作時，所述封閉工具受到抑制不能運動。
11.如權(quán)利要求10所述的液滴發(fā)生器(10)，其中所述噴嘴(34)被強迫相對所述流體室(22，24，37)沿著所述噴射軸線(65)移動，所述封閉工具(70)可沿著所述軸線(65)在所述封閉工具(70)接觸所述噴嘴(34)的封閉位置和流體可通過所述噴嘴(34)的開放位置之間移動。
全文摘要
本發(fā)明可提供一種速度調(diào)制型的液滴發(fā)生器(10)，其構(gòu)成為通過壓電晶體(60)產(chǎn)生的基本上全部調(diào)制能量轉(zhuǎn)換為噴嘴(34)的振動。優(yōu)選為發(fā)生器還包含一個內(nèi)部封閉機構(gòu)(70)，當發(fā)生器不工作時，關閉噴嘴(34)，而當發(fā)生器工作時，從調(diào)制過程去耦。
文檔編號B41J2/025GK101048283SQ200580031119
公開日2007年10月3日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者J·摩甘, J·H·盧卡斯 申請人:多米諾印刷科學有限公司