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)明涉及一種微滴沉積設(shè)備，比如按需噴墨型噴墨打印機(jī)。
典型的按需噴墨型噴墨打印機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)安裝在托架或打印機(jī)主體上的打印頭，墨水通過形成在打印頭或每個(gè)打印頭中的噴嘴從位于打印機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)墨器中噴射出來。
鑒于需要較高分辨率的按需噴墨型的噴墨打印，希望準(zhǔn)確地控制墨水從噴嘴區(qū)噴射到打印表面上的精確位置。因此，每個(gè)打印頭都獨(dú)立地排列在托架或打印機(jī)主體上。如果打印頭中的一個(gè)在任何情況下發(fā)生故障的話，就有必要取下有故障的打印頭并在托架或打印機(jī)主體上準(zhǔn)確地重新排列更換的打印頭。這會(huì)是一項(xiàng)困難而耗時(shí)的操作。
在其優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明致力于解決這些和其它問題。
在第一方面，本發(fā)明提供了微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)底座、一個(gè)可調(diào)節(jié)地安裝在該底座上并相對(duì)于基準(zhǔn)部分定位于該底座上的打印頭，這樣由打印頭產(chǎn)生的打印幅就相對(duì)于基準(zhǔn)部分處于預(yù)定位置，該底座利用基準(zhǔn)部分位于打印機(jī)上。
當(dāng)由打印頭產(chǎn)生的打印幅與一基準(zhǔn)部分對(duì)準(zhǔn)時(shí)，該基準(zhǔn)部分形成在底座上且用于將該底座安裝在打印機(jī)上，打印頭可容易地被更換，而不會(huì)影響產(chǎn)生的打印幅相對(duì)于托架或打印機(jī)主體的對(duì)準(zhǔn)。打印幅與形成在底座上的單個(gè)基準(zhǔn)部分的對(duì)準(zhǔn)還易于使打印幅對(duì)準(zhǔn)于托架或打印機(jī)主體；當(dāng)印跡可能相對(duì)于打印頭噴嘴的軸線傾斜噴射時(shí)，打印頭的位置就依產(chǎn)生的打印幅調(diào)節(jié)。
在一種優(yōu)選的布置方式中，該設(shè)備包括多個(gè)打印頭，每個(gè)打印頭被可調(diào)節(jié)地安裝在底座上并相對(duì)于基準(zhǔn)部分定位在底座上，這樣由打印頭產(chǎn)生的打印幅就相對(duì)于基準(zhǔn)部分處于各自的預(yù)定位置上。
因而，關(guān)于單個(gè)打印頭的上述優(yōu)點(diǎn)也涵蓋了多個(gè)打印頭的布置方式，這樣例如在打印機(jī)有故障時(shí)，底座可從故障打印機(jī)上取下并利用基準(zhǔn)部分準(zhǔn)確地安裝在更換打印機(jī)上，也就是說，不必重新排列對(duì)準(zhǔn)各個(gè)打印頭，這樣由打印頭產(chǎn)生的打印幅就仍處在正確的對(duì)準(zhǔn)方式中。
此外，當(dāng)采用多個(gè)打印頭以便增加打印寬度時(shí)，重要之處在于，第二打印頭的第一噴嘴盡可能處于在第一打印頭的最后一個(gè)噴嘴之后接近一節(jié)距的位置，以便保持打印頭之間高的打印質(zhì)量。借助于本發(fā)明，這種定位實(shí)施起來快速而簡易。
打印頭可成對(duì)布置在底座上，例如并排地成對(duì)布置。這可增加打印頭安裝在底座上的密度，從而形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的微滴沉積設(shè)備。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，該設(shè)備包括相對(duì)于基準(zhǔn)部分調(diào)節(jié)打印頭或每個(gè)打印頭在底座上位置的裝置。這便使各個(gè)打印頭能位于底座上，這樣由打印頭產(chǎn)生的打印幅就相對(duì)于基準(zhǔn)部分處于預(yù)定位置上。
調(diào)節(jié)裝置可包括調(diào)節(jié)打印頭或每個(gè)打印頭相對(duì)于基準(zhǔn)部分的位置的裝置和調(diào)節(jié)打印頭或每個(gè)打印頭相對(duì)于基準(zhǔn)部分的定向的裝置。這樣，就可單獨(dú)調(diào)節(jié)打印頭在底座上的位置和定向。
調(diào)節(jié)裝置可包括多個(gè)與打印頭或每個(gè)打印頭接合的調(diào)節(jié)部件，每個(gè)調(diào)節(jié)部件相對(duì)于底座可移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)打印頭在底座上的位置。例如，每個(gè)調(diào)節(jié)部件可包括一個(gè)錐形表面，打印頭被推靠在該錐形表面上從而使錐形表面相對(duì)于底座的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)打印頭在底座上的位置。一個(gè)合適的調(diào)節(jié)部件是一錐形螺釘，其具有與底座中形成的輪廓相符的螺紋孔接合的螺紋，該螺釘在孔內(nèi)的軸向運(yùn)動(dòng)使被推靠在錐形表面上的打印頭相對(duì)于底座移動(dòng)。當(dāng)可準(zhǔn)確地控制螺釘在孔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，也就準(zhǔn)確地控制了打印頭的打印幅與底座上基準(zhǔn)部分的對(duì)準(zhǔn)方式。
打印頭可具有與調(diào)節(jié)部件的錐形表面接合的相一致的錐形表面。該相一致的錐形表面的接合可使打印頭能通過調(diào)節(jié)部件固定在底座上。
該設(shè)備優(yōu)選包括彈性地安裝在底座上、用來將打印頭推靠在調(diào)節(jié)裝置上的裝置。這可保證調(diào)節(jié)裝置的任何調(diào)節(jié)都可基本上完整地傳遞到打印頭上。
該設(shè)備優(yōu)選包括可安裝在底座上用來遮蔽調(diào)節(jié)裝置的裝置，以便防止對(duì)底座上打印頭或每個(gè)打印頭的位置進(jìn)行意外的調(diào)節(jié)。
該設(shè)備還包括一個(gè)可安裝在底座上的槽形部件，其至少在其中形成有一個(gè)槽，從而使從打印頭或每個(gè)打印頭噴射出的流體通過相對(duì)應(yīng)的槽。
每個(gè)打印頭可包括多個(gè)形成在一噴嘴板中的噴嘴，噴嘴板和從噴嘴噴射的墨水通過的槽的壁限定了至少一部分凹槽，除墨裝置可在該凹槽中移動(dòng)以除去任何在從一個(gè)噴嘴噴出后收集在凹槽中的墨水。
本發(fā)明還提供了相對(duì)于一基準(zhǔn)部分定位一物體的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)底座，其支承所述基準(zhǔn)部分并包括接納一物體的裝置、多個(gè)分別相對(duì)于底座可移動(dòng)的錐形調(diào)節(jié)部件以及將接納的物體推靠在調(diào)節(jié)部件上的裝置，這樣調(diào)節(jié)部件相對(duì)于底座的運(yùn)動(dòng)便調(diào)節(jié)所接納的物體相對(duì)于所述基準(zhǔn)部分的位置。
優(yōu)選的是，所述調(diào)節(jié)部件包括第一調(diào)節(jié)部件和第二調(diào)節(jié)部件，第一調(diào)節(jié)部件用來調(diào)節(jié)所接納的物體相對(duì)于基準(zhǔn)部分的位置，第二調(diào)節(jié)部件用來調(diào)節(jié)所接納的物體相對(duì)于基準(zhǔn)部分的定向。
優(yōu)選每個(gè)調(diào)節(jié)部件包括一個(gè)與形成在底座中的相一致的錐形孔接合的錐形螺釘。
優(yōu)選的是，推動(dòng)裝置被彈性地安裝在底座上。
接納裝置可包括一個(gè)接納一物體的構(gòu)架，構(gòu)架相對(duì)于基準(zhǔn)部分的位置可通過移動(dòng)所述調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)。
本發(fā)明還提供了相對(duì)于一基準(zhǔn)部分定位多個(gè)物體的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)底座，其支承所述基準(zhǔn)部分并包括多個(gè)分別各自接納一物體的接納裝置、多個(gè)相應(yīng)于每個(gè)接納裝置的分別相對(duì)于底座可移動(dòng)的錐形調(diào)節(jié)部件以及將所接納的物體推靠在調(diào)節(jié)部件上的裝置，這樣一調(diào)節(jié)部件相對(duì)于底座的運(yùn)動(dòng)便調(diào)節(jié)所接納物體相對(duì)于所述基準(zhǔn)部分的位置。
為定位一個(gè)或多個(gè)打印頭，優(yōu)選這樣布置該設(shè)備，即，使由打印頭或每個(gè)打印頭產(chǎn)生的打印幅相對(duì)于基準(zhǔn)部分處于預(yù)定位置，底座利用基準(zhǔn)部分位于打印機(jī)上。
本發(fā)明還提供了一種相對(duì)于一基準(zhǔn)部分定位一物體的方法，該基準(zhǔn)部分由一底座支承，該底座包括接納一物體的裝置、多個(gè)分別相對(duì)于底座可移動(dòng)的錐形調(diào)節(jié)部件以及將所接納的物體推靠在調(diào)節(jié)部件上的裝置，該方法包括的步驟有，將一物體安裝在所述接納裝置中，并相對(duì)于底座移動(dòng)一調(diào)節(jié)部件以調(diào)節(jié)所接納的物體相對(duì)于所述基準(zhǔn)部分的位置。
該方法優(yōu)選包括的步驟有，移動(dòng)第一調(diào)節(jié)部件以調(diào)節(jié)所接納的物體相對(duì)于基準(zhǔn)部分的位置，移動(dòng)第二調(diào)節(jié)部件以調(diào)節(jié)所接納的物體相對(duì)于基準(zhǔn)部分的定向。
微滴不從微滴噴射設(shè)備如按需噴墨型噴墨打印設(shè)備噴射，可能是由于氣泡存在于容納在與噴嘴相通的流體腔中的微滴流體中。氣泡會(huì)妨礙流體腔中的傳音性至阻止微滴從腔中噴射的程度。因?yàn)閲娮斓某叽缧?，所以若不有效地“沖洗”整個(gè)系統(tǒng)就難于從腔中去除氣泡。
在其優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明致力于解決這些和其它問題。
本發(fā)明提供了一種打印頭，它包括至少一個(gè)流體腔，該流體腔具有可由電信號(hào)啟動(dòng)的啟動(dòng)裝置以從其中噴射微滴；以及導(dǎo)管裝置，用于向流體腔或每個(gè)流體腔輸送微滴流體和/或從流體腔或每個(gè)流體腔輸送走微滴流體，并將所述微滴流體中的氣泡導(dǎo)引到一出氣口。
通過將微滴流體中的氣泡導(dǎo)引到出氣口，比如一排氣出口，就可避免氣泡在流體腔中出現(xiàn)。
打印頭可包括一個(gè)將流體供給到所述至少一個(gè)流體腔的流體入口，和一個(gè)位于所述至少一個(gè)流體腔和所述流體入口之間的過濾器，所述導(dǎo)管裝置被布置成將微滴流體從所述流體入口輸送到所述過濾器。導(dǎo)管裝置可以是蜿蜒的。
因而，本發(fā)明還提供了一種打印頭，它包括至少一個(gè)流體腔，該流體腔具有可由電信號(hào)啟動(dòng)的啟動(dòng)裝置以從其中噴射微滴，一個(gè)將流體供給到所述至少一個(gè)流體腔的流體入口，一個(gè)位于所述至少一個(gè)流體腔和所述流體入口之間的過濾器，以及將微滴流體從所述流體入口輸送到所述過濾器的蜿蜒導(dǎo)管裝置。打印頭優(yōu)選包括出氣口，所述蜿蜒導(dǎo)管裝置被布置成將如此輸送的流體中的氣泡導(dǎo)引到所述出氣口。
出氣口可位于所述蜿蜒導(dǎo)管裝置與所述過濾器之間。出氣口適于從所述過濾器輸送走流體，也就是說，出氣口也可為打印頭的流體出口。
該至少一個(gè)流體腔可形成在包括一層壓電材料的板中，導(dǎo)管裝置形成在一個(gè)接合在所述板上的蓋中。過濾器可與該蓋成為一體。
本發(fā)明還提供了一種打印頭，它包括一塊含一層壓電材料的板、至少一個(gè)形成在所述板中的流體腔、一個(gè)接合在所述板上的蓋以及形成在所述板中、用來將微滴流體輸送到所述至少一個(gè)流體腔的蜿蜒導(dǎo)管裝置。優(yōu)選的是，一個(gè)過濾器形成在所述板中，這樣，從所述蜿蜒導(dǎo)管裝置輸送到所述至少一個(gè)流體腔的流體便通過所述過濾器。
在一個(gè)壓電按需噴墨型噴墨打印頭中，聲壓波由電信號(hào)產(chǎn)生以將一滴流體(例如墨水)從流體腔噴射出來。該設(shè)備可具有單個(gè)這樣的流體腔，但一般來說具有一個(gè)這樣的打印頭，其具有一個(gè)分別有對(duì)應(yīng)噴嘴的腔室陣列，該打印頭接收承載數(shù)據(jù)的啟動(dòng)電信號(hào)，其按需提供從腔室噴射微滴所必要的能量。每個(gè)腔室接合有一個(gè)壓電元件，該壓電元件通過啟動(dòng)電信號(hào)偏移，從而產(chǎn)生噴射微滴的聲壓波。參見我們公開的說明書EP0277703、US4887100和WO91/17051，可了解到典型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
打印期間，通過啟動(dòng)壓電元件而在流體腔中產(chǎn)生熱量。這種熱量的一部分被傳遞給腔室中的噴射流體，從而產(chǎn)生流體腔之間噴射流體粘度的差異。這種噴射流體粘度的差異可產(chǎn)生微滴噴射速度的差異，最終在打印圖像中產(chǎn)生點(diǎn)位置誤差。
在其優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明還致力于解決該問題和其它問題。
本發(fā)明在另一方面提供了一種打印頭，該打印頭包括一個(gè)底座、至少一個(gè)形成在所述底座中的流體腔、從所述至少一個(gè)流體腔噴射流體的裝置、一個(gè)連接在所述底座上的蓋以及一個(gè)連接在該蓋上的散熱器，該散熱器用來在從所述至少一個(gè)流體腔噴射流體期間散去打印頭中產(chǎn)生的熱量。
通過將散熱器裝在蓋上，在從流體腔噴射流體期間，打印頭中產(chǎn)生的熱量就可迅速地從流體腔中散去，從而使流體腔中流體粘度的任何顯著差異歷時(shí)最短。
散熱器的使用還能迅速均衡噴射和不噴射流體腔中流體的溫度，即，在流體腔中間分布噴射流體時(shí)產(chǎn)生的熱量，從而使腔間流體粘度的任何差異縮到最小。因此，本發(fā)明還提供了一種打印頭，它包括一個(gè)底座、多個(gè)形成在所述底座中的流體腔、從所述流體腔噴射流體的裝置、一個(gè)連接在所述底座上的蓋以及一個(gè)連接在該蓋上的散熱器，該散熱器用來在流體腔中間分布從所述打印頭噴射流體時(shí)產(chǎn)生的熱量。
為了改善從流體到散熱器的傳熱，蓋優(yōu)選由導(dǎo)熱性高于所述底座導(dǎo)熱性的材料形成。優(yōu)選的是，蓋由熱膨脹系數(shù)基本上與底座的熱膨脹系數(shù)相同的材料形成，從而避免打印頭的變形，若底座材料與蓋材料的熱膨脹性能不同，就會(huì)導(dǎo)致打印頭變形。例如，蓋可由硅或氮化鋁形成，底座可由壓電材料形成。
優(yōu)選的是，蓋包括流體供給裝置，用來將流體供給到所述至少一個(gè)流體腔。散熱器可包括一個(gè)將流體輸送到所述流體供給裝置的流體入口。優(yōu)選的是，散熱器包括多個(gè)并排成行設(shè)置的散熱片。
為了能使熱量快速從散熱器散去，打印頭優(yōu)選包括將冷卻流體流如增壓空氣流供給到打印頭的裝置。
打印頭優(yōu)選包括一個(gè)用于所述打印頭的外殼，所述外殼包括一個(gè)接納所述冷卻流體流的入口和一個(gè)所述冷卻流體的出口。這就可通過冷卻流體冷卻供給啟動(dòng)電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，從而減少驅(qū)動(dòng)電路過熱的可能性。
優(yōu)選的是，設(shè)置有調(diào)節(jié)冷卻流體在所述外殼內(nèi)的壓力的裝置。還優(yōu)選設(shè)置調(diào)節(jié)所述冷卻流體流進(jìn)入外殼的速率的裝置?？稍谕鈿さ娜肟诤统隹谠O(shè)置閥，以調(diào)節(jié)打印頭中的空氣流動(dòng)和空氣壓力。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，蓋包括至少一塊基本上為平面的板。
本發(fā)明還通過示例參照附圖作了進(jìn)一步說明，其中

圖1是微滴沉積設(shè)備第一實(shí)施例的分解圖；圖2是圖1微滴沉積設(shè)備的后部透視圖，其中蓋和夾緊裝置被部分切去；圖3是微滴沉積設(shè)備第二實(shí)施例的后部透視圖，其中蓋和夾緊裝置被完全移去；圖4(a)和(b)分別是微滴沉積設(shè)備第三實(shí)施例的頂視圖和透視圖，示出了安裝在底板上的打印頭構(gòu)架，圖4(c)是打印頭構(gòu)架對(duì)準(zhǔn)表面的透視圖；圖5(a)是調(diào)節(jié)螺釘?shù)膫?cè)視圖；圖5(b)是打印頭構(gòu)架與調(diào)節(jié)螺釘接合的簡單橫剖圖，而圖5(c)是止推銷的側(cè)視圖；圖6是微滴沉積設(shè)備底板的槽形板一實(shí)施例的透視圖；圖7是打印頭的橫剖圖，示出了槽形板與底板的對(duì)準(zhǔn)；和圖8是與圖7相同的橫剖圖，示出了噴嘴刮片的操作；圖9是一具有底座和蓋的打印頭實(shí)施例的局部分解示意透視圖；圖10是一打印頭的正視圖11是一曲線圖，示出了微滴噴射期間圖10打印頭上的溫度梯度；圖12是圖9打印頭的透視圖，其中蓋上裝有一個(gè)散熱器；圖13是驅(qū)動(dòng)電路的局部透視圖，該驅(qū)動(dòng)電路用來將啟動(dòng)電信號(hào)供給到圖12的打印頭上；圖14是一外殼的透視圖，用來將冷卻流體供給到圖13的打印頭和散熱器；圖15是另一打印頭的橫剖側(cè)視圖；圖16是圖15所示打印頭的流體供給導(dǎo)管的橫剖頂視圖；圖17是另一打印頭的橫剖側(cè)視圖；圖18是圖17所示打印頭流體供給導(dǎo)管的橫剖頂視圖；圖19-22是其它打印頭的橫剖圖，其中圖21b表示了圖21a所示打印頭的進(jìn)墨口和出墨口的交錯(cuò)排列。
本發(fā)明涉及微滴沉積設(shè)備比如按需噴墨型噴墨打印設(shè)備。在優(yōu)選實(shí)施例中，微滴沉積設(shè)備包括一個(gè)安裝在托架或噴墨打印機(jī)主體上的打印頭模塊。現(xiàn)在將參照?qǐng)D1-5描述這樣的實(shí)施例。
參見圖1，打印頭模塊100包括底板102、夾緊裝置106和蓋108，底板102上可調(diào)節(jié)地安裝有一個(gè)或多個(gè)打印頭104。在圖1-3所示的實(shí)施例中，有四個(gè)可調(diào)節(jié)地安裝在底板102上的打印頭104。不過，可在底板102上安裝任何數(shù)目的打印頭；在圖4所示的實(shí)施例中，可在底板102上安裝兩個(gè)打印頭。打印頭可采取交錯(cuò)的形式來布置，如在圖2和4所示的實(shí)施例中那樣，或者成對(duì)地布置，如在圖3所示的實(shí)施例中那樣。兩個(gè)成對(duì)的打印頭可并排地安裝，以便提高組裝密度。
底板102可通過任何常見的工具如螺栓、夾子等安裝在打印機(jī)上。采用底板上的基準(zhǔn)部分103來使底板排列在打印機(jī)上。如圖2所示，基準(zhǔn)部分103在該實(shí)施例中體現(xiàn)為一個(gè)形成在底板102中的槽103，但該基準(zhǔn)部分也可采用任何常見的形式。
每個(gè)打印頭104包括許多噴嘴，通過將電信號(hào)施加到相連于與噴嘴相通的流體腔的啟動(dòng)裝置上，墨水便可從噴嘴中噴出，正如EP-A-0277703、EP-A-0278590，尤其是英國申請(qǐng)9710530和9721555所公開得那樣，其內(nèi)容在此引入作為參考。每個(gè)打印頭104的啟動(dòng)裝置與相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路連接，其中流體腔可與一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)墨器相連。
如圖4更清楚地示出那樣，每個(gè)打印頭包括一個(gè)外構(gòu)架部分105，以使打印頭能安裝在底板102上。構(gòu)架105可與打印頭104成為一體，或者可從其中單獨(dú)分離。只是為了簡潔起見，圖4僅示出了安裝在底板102上的構(gòu)架105。
如圖3和4更詳細(xì)地示出那樣，每個(gè)打印頭104被安裝在底板102內(nèi)的槽110中，這樣打印頭的噴嘴就由槽110露出來，以使墨水能從噴嘴中噴射出來而沉積在打印表面上。每個(gè)打印頭通過圖5(a)所示的錐形調(diào)節(jié)螺釘112、114被可調(diào)節(jié)地安裝在底板102上，該調(diào)節(jié)螺釘112、114與打印頭104相對(duì)應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)表面116、118接合。每個(gè)調(diào)節(jié)螺釘112、114具有與底板102中形成的螺紋孔120、122接合的螺紋。如圖4和5(b)所示，打印頭104的對(duì)準(zhǔn)表面116、118也是錐形的，錐度優(yōu)選與調(diào)節(jié)螺釘?shù)腻F度相符。
安裝在底板102中的止推銷124用于將打印頭的對(duì)準(zhǔn)表面116、118推靠在調(diào)節(jié)螺釘112、114上。參見圖5(c)，止推銷124從安裝在底板126中的外殼126伸出，并容納有一個(gè)使止推銷124偏離外殼126的彈簧或其它彈性元件。如果被推向一旁，止推銷124就可傾斜地遠(yuǎn)離對(duì)準(zhǔn)表面118以使構(gòu)架105能安裝在槽110中并從其上取下來。
為了將每個(gè)打印頭104排列對(duì)準(zhǔn)在底板102上，將打印頭104安裝在底板102的槽110中并通過調(diào)節(jié)螺釘112、114和止推銷124固定就位。接著將打印頭連接到打印機(jī)上，以使墨水能從打印頭中噴射出來。一打印幅便由打印頭產(chǎn)生。參照打印幅相對(duì)于基準(zhǔn)部分103的位置，打印頭104在底板102上的位置就可通過調(diào)節(jié)螺釘112來調(diào)節(jié)。通過在孔120中轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘112，打印頭102錐形對(duì)準(zhǔn)表面116與螺釘112的接合使打印頭在如圖3和圖5(b)中的箭頭130所示的Y方向上移動(dòng)。同樣地，打印頭104相對(duì)于底板102的定向由調(diào)節(jié)螺釘114調(diào)節(jié)。通過在孔122中轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘114，打印頭102錐形對(duì)準(zhǔn)表面118與螺釘114的接合使打印頭繞調(diào)節(jié)螺釘112轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3中箭頭132所示。調(diào)節(jié)螺釘112、114的典型調(diào)節(jié)范圍分別為0.8mm(±0.4mm)和1°(±0.5°)。
打印頭在底板上的位置是利用調(diào)節(jié)螺釘112、114調(diào)節(jié)的，直到由打印頭產(chǎn)生的打印幅位于相對(duì)于底板102上的基準(zhǔn)部分103的預(yù)定位置上。每個(gè)打印頭可被依次調(diào)節(jié)，這樣由每個(gè)打印頭產(chǎn)生的打印幅就位于相對(duì)于基準(zhǔn)部分103的預(yù)定位置上。因而，如果打印機(jī)將出現(xiàn)故障的話，就可將底板102從有故障的打印機(jī)上取下來，并可采用基準(zhǔn)部分103將其準(zhǔn)確地安裝到更換的打印機(jī)上，從而使底板準(zhǔn)確地定位在打印機(jī)上，也就是說，不用重新排列對(duì)準(zhǔn)各個(gè)單獨(dú)的打印頭104。這就提供了故障打印機(jī)快捷而簡單的更換，而不影響打印頭的對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)已適當(dāng)?shù)卣{(diào)好所有裝在底板102上的打印頭104的位置時(shí)，使打印頭從打印機(jī)上斷開，從而使一夾緊裝置106能通過螺栓107被安裝到底板102上，以將打印頭固定在其理想的位置上。夾緊裝置106還用于防止調(diào)節(jié)螺釘112、114發(fā)生意外的運(yùn)動(dòng)。固定螺釘(未示出)可用于使打印頭固定在其調(diào)節(jié)的位置上。
如圖2所示，蓋108用于從實(shí)體上保護(hù)安裝在底板102上的打印頭104?？?40形成在蓋108中以露出形成在遠(yuǎn)離噴嘴的打印頭104那端上的連接器150，從而使打印頭能夠單獨(dú)地與打印機(jī)重新形成電連接和流體連接。
底板102還包括一個(gè)槽形板160，其可安裝在底板102上。參見圖6，槽形板160中形成有很多槽162，如圖7所示，寬度w一般在1-2mm，各個(gè)槽對(duì)應(yīng)于每個(gè)安裝在底板102上的打印頭104。
圖7是示出具有底板102和槽形板160的打印頭104的排列對(duì)準(zhǔn)的橫剖圖。如圖7所示，槽形板160與底板102對(duì)齊，這樣形成在打印頭104噴嘴板172中的噴嘴170就露出來，以使從噴嘴噴射的墨水通過槽形板160，而不會(huì)沖擊槽形板160的側(cè)面。槽形板160的外表面164可被涂上一層以便提高耐磨性。
噴嘴板172的上表面和形成在槽形板中的槽162的壁一起限定了一個(gè)凹槽180。在從形成在噴嘴板172中的噴嘴170噴射微滴的過程中，可能在微滴從噴嘴噴射期間從微滴主體脫離的流體滴便被收集在該凹槽中。這種凹槽中流體的收集會(huì)導(dǎo)致微滴在噴射期間偏移，因此使噴射的微滴不正確地落在打印表面上，最終阻塞了噴嘴170。
為了避免出現(xiàn)這樣的問題，該設(shè)備包括比如刮片190的部件，該刮片可移動(dòng)到凹槽中以除去任何收集在凹槽中的墨水。如圖8所示，槽形板160用于防止刮片與噴嘴板相接觸，從而防止刮片對(duì)噴嘴板造成損壞，墨水在表面張力的作用下被吸到刮片的材料中。
圖9是一部分打印頭1100的分解透視圖。打印頭包括一底座1110，形式為連接在平行于圖9中Z軸的方向上的壓電材料板。極化方向由箭頭1120表示。底座是由一排平行的流體腔或通道1130形成的。通道1130由蓋1140封閉，該蓋在打印頭的整個(gè)頂面上伸展。流體比如墨水從一個(gè)儲(chǔ)墨器(未示出)被供給到位于蓋1140上的進(jìn)墨口1150，進(jìn)墨口1150將墨水供給到基本上沿著蓋整個(gè)寬度延伸的管道1160，以便將墨水供給到各個(gè)通道1130。
通道1130具有端部射出(end-shooter)的結(jié)構(gòu)，終止于其在噴嘴板1170中對(duì)應(yīng)的端部，噴嘴板1170中形成有噴嘴1175，各噴嘴1175對(duì)應(yīng)于每個(gè)通道1130。墨水根據(jù)命令從通道1130以微滴的形式噴射并沉積在打印表面的打印行上，打印表面和打印頭1100之間具有垂直于通道軸線平面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
通道1130長而窄，橫剖面為矩形，且具有沿通道長度延伸的對(duì)立側(cè)壁1180。通道1130的側(cè)壁1180設(shè)有沿通道長度延伸的電極1190。施加到電極1190上的啟動(dòng)電信號(hào)在壁1180的上半部中產(chǎn)生剪切模式的動(dòng)作。壁的下半部被迫遵照上半部的運(yùn)動(dòng)，這樣壁就變形成人字形狀。壁的偏斜對(duì)通道中的墨水增壓，從而使流體從噴嘴1175中噴射出來。底座后部的引線接合互連部分1200將啟動(dòng)電信號(hào)從驅(qū)動(dòng)電路(未示出)供給到電極1190。
通過示例設(shè)想一種如圖10所示的布置方式，其中流體腔被分成A組和B組。溫度傳感器S1被布置成測量朝向A組中心的溫度，而溫度傳感器S2被布置成測量朝向B組中心的溫度。圖11描繪的是當(dāng)僅啟動(dòng)流體腔A組以從其噴嘴噴射微滴時(shí)分別由傳感器S1和S2檢測的溫度T1和T2隨時(shí)間的變化。如圖11所示，檢測的溫度T1與T2之間有清晰的溫差ΔT。流體腔之間的這種溫差可導(dǎo)致從流體腔噴射的流體量的差異，從而在打印墨點(diǎn)的大小上產(chǎn)生變化。因此希望減小ΔT。
這樣的減小可如此來實(shí)現(xiàn)，即，用導(dǎo)熱性相對(duì)高的材料來形成蓋1140，但熱膨脹系數(shù)CTE基本上與形成板1110的壓電材料如PZT的熱膨脹系數(shù)相同。適合于蓋的材料包括硅和氮化鋁。
為了幫助散熱及分布通道中任何在微滴噴射期間產(chǎn)生的熱量，如圖12所示，一個(gè)散熱器1200連接于蓋1140上。該散熱器由鋁制成，并包括許多散熱片1210。在圖12所示的實(shí)施例中，散熱器1200具有四個(gè)散熱片1210，但也可采用具有任何數(shù)量散熱片的散熱器。一個(gè)進(jìn)墨口1220形成在散熱器中以將墨水供給到形成在蓋1140中的入口1150。
圖13是一示出打印頭1100驅(qū)動(dòng)電路的透視圖。打印頭1100安裝在底板1230上，該底板1230上連接有一塊低密度電路板1240，其上安裝有驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路1250包括芯片1260，如圖13所示，其可由密封劑1270密封，盡管這不是必需的。
在從驅(qū)動(dòng)電路1250向打印頭1100供給啟動(dòng)電信號(hào)期間，驅(qū)動(dòng)電路1250中產(chǎn)生熱量。參見圖14，為了促進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路1250和散熱器1200兩者的冷卻，可在底板1230上加裝一個(gè)外殼1300，以封閉打印頭1100和驅(qū)動(dòng)電路1250，且冷卻流體流如增壓空氣通過入口1310噴射到外殼1300中。出口1320能使冷卻流體從外殼1300通過。入口和出口的尺寸一般為5mm。
入口被布置成使冷卻流體流撞擊散熱器的散熱片。通過在入口和出口設(shè)閥，可控制進(jìn)入外殼的冷卻流的流速和外殼內(nèi)冷卻流體的壓力。例如，在1巴超壓流速為40升/分的情況下，當(dāng)以7.8W運(yùn)行打印頭時(shí)片層110和芯片260可分別被冷卻到57℃和33℃，此時(shí)通道中不出現(xiàn)任何墨水。
除了將冷卻流體供給到驅(qū)動(dòng)電路和散熱器之外，外殼可用于在驅(qū)動(dòng)電路上沉積聚對(duì)二甲苯鈍化劑。蒸汽相的聚對(duì)二甲苯被注入入口1310，其被凝結(jié)成一防水單層以保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路不接觸任何包含在隨后注入外殼的冷卻流體中的水蒸汽。這就不需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的芯片加以密封了，密封劑傾向于起熱絕緣體的作用，因而使芯片溫度大大降低。
圖15表示了打印頭2104的橫剖側(cè)視圖。例如，從EP0277703中了解到，打印頭包括連接好的壓電材料板2200，比如鋯鈦酸鉛(PZT)，其中形成有許多基本上為平行面的通道。蓋板2202被安裝在板2200的頂面上，基本上封閉通道以限定流體腔2204。供流歧管2206形成在蓋板2202中以將流體供給到一個(gè)或多個(gè)流體腔2204。當(dāng)打印頭被布置成沉積單色墨水時(shí)，歧管2206可將流體供給到該打印頭的所有流體腔。另外，可以有多個(gè)歧管，每個(gè)歧管將相應(yīng)顏色的墨水供應(yīng)給相應(yīng)數(shù)量的流體腔。過濾器2208位于歧管2206和進(jìn)墨口2210之間，與一儲(chǔ)墨器(未示出)流體相通，以便保護(hù)流體腔不被進(jìn)入的污垢污染。
導(dǎo)管2212位于打印頭中以將流體從進(jìn)墨口輸送到過濾器2208。為了防止捕獲在流動(dòng)流體中的氣泡通過過濾器2208進(jìn)入歧管2206，并從歧管進(jìn)入流體腔2204，導(dǎo)管被布置成將微滴流體中的氣泡引導(dǎo)到打印頭的出氣口2214。出氣口2214可采取排氣孔的形式，或者采取出墨口的形式以使微滴流體返回至儲(chǔ)墨器中。
如圖16所示，導(dǎo)管2212在該實(shí)施例中具有蜿蜒的布置方式，從而使被供給到歧管2206的流體中的氣泡沿著導(dǎo)管延伸的方向流動(dòng)，也就是說，彎曲地流向出氣口2214，而不會(huì)在導(dǎo)管中造成阻塞。導(dǎo)管可采取任何其它的彎曲布置方式，例如螺旋線的布置方式。
圖17表示了打印頭2104另一實(shí)施例的橫剖側(cè)視圖。除了蓋板包括兩塊接合在PZT板2200上的鄰近板元件2220、2222之外，該實(shí)施例類似于圖15所示的實(shí)施例。
蜿蜒導(dǎo)管2212和過濾器殼體2224都形成在第一板元件2220中。如圖18所示，導(dǎo)管將微滴流體從進(jìn)墨口2210輸送到過濾器殼體2224。過濾器殼體2224與形成在第二板元件2222中的歧管2206流體相通，歧管2206又與形成在PZT板2200中的許多流體腔2204流體相通。
在該實(shí)施例中，第一和第二板元件2220、2222也由PZT材料形成，以保證蓋板具有與PZT板2200相兼容的良好熱膨脹性和合適的剛度。不過，PZT是導(dǎo)熱性相對(duì)弱的導(dǎo)體，從而在打印頭上產(chǎn)生弱的溫度梯度。圖19示出了一個(gè)打印頭的實(shí)施例，其中蓋由硅和氮化鋁中的一種形成。在該實(shí)施例中，蜿蜒導(dǎo)管2212形成在蓋元件2220、2222的相對(duì)表面上，例如通過蝕刻形成。可利用這樣一種蝕刻技術(shù)相隨地在第二板元件2222中形成一個(gè)過濾器2230。蝕刻可使過濾器容易而準(zhǔn)確地成形的尺寸相對(duì)小，例如厚度，為50-100微米，孔寬度大致為15微米。
由硅和氮化鋁中的一種來形成蓋可使蓋充當(dāng)散熱器，以散去啟動(dòng)期間產(chǎn)生的熱量。為了幫助散熱，可在蓋上連接一個(gè)散熱器。墨水經(jīng)由形成在蓋中的導(dǎo)管2212的流動(dòng)還起到散去流體腔啟動(dòng)期間產(chǎn)生的熱量的作用，從而保證打印頭溫度均勻。
在上述實(shí)施例中，導(dǎo)管形成在一個(gè)接合在PZT板上的基本上為平面的蓋中，并通過一個(gè)過濾器將流體供應(yīng)到一個(gè)公共的歧管中。圖20-22表示了可供選擇的布置方式，用來向一公共歧管直接輸送微滴流體并從其輸送走微滴流體，同時(shí)將微滴流體中的氣泡引向出墨口。
在圖20所示的實(shí)施例中，多個(gè)進(jìn)墨口2300和出墨口2302形成在一個(gè)歧管元件2304中，該歧管元件與遠(yuǎn)離噴嘴的PZT板2200的那端相連。形成在PZT板中的通道的頂部由一塊接合于PZT板的蓋板2306封閉。流體從進(jìn)墨口2300被輸送到形成在歧管元件2304中的歧管2206中，又從歧管2206輸送到流體腔2204。然后流體通過出墨口2302返回至一個(gè)儲(chǔ)墨器(未示出)。因此，流體以彎曲的方式從入口流到出口。在該實(shí)施例中，被供給到歧管2206的流體中的氣泡從入口2300直接上升到出口2302，而不進(jìn)入流體腔。
在圖21a和21b所示的實(shí)施例中，孔2400形成在蓋板2202中，以將微滴流體供應(yīng)給流體腔2204。墨水從一個(gè)歧管2402被供給到孔中，該歧管形成在與蓋板2202相連的歧管元件2404中。與上述的第四實(shí)施例相似，歧管元件2404包括多個(gè)進(jìn)墨口2406和多個(gè)出墨口2408。如圖21b所示，出墨口相對(duì)于進(jìn)墨口是交錯(cuò)的，結(jié)果使得流體通過歧管2402以彎曲的方式從進(jìn)墨口被輸送到出墨口，氣泡直接從入口傳到出口。
在圖22所示的實(shí)施例中，導(dǎo)管2500形成在PZT板2200和蓋板2202中，蓋板2202基本上垂直于形成在PZT板中的通道，該導(dǎo)管將流體輸向流體腔2204并從流體腔輸送走流體。被捕獲在導(dǎo)管中的氣泡從導(dǎo)管的入口流向出口，而不會(huì)進(jìn)入流體腔2204。
本說明書(該術(shù)語包括權(quán)利要求書)中披露的和/或在附圖中示出的每個(gè)部件都可獨(dú)立于其它披露的和/或表示的部件引入本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種微滴沉積設(shè)備，該設(shè)備包括一底座和一打印頭，該打印頭被可調(diào)節(jié)地安裝在該底座上并可相對(duì)于一基準(zhǔn)部分定位在該底座上，從而使由該打印頭產(chǎn)生的打印幅相對(duì)于該基準(zhǔn)部分處于預(yù)定位置，該底座可利用該基準(zhǔn)部分位于一打印機(jī)上。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其包括多個(gè)所述打印頭，每個(gè)打印頭被可調(diào)節(jié)地安裝在所述底座上并可相對(duì)于所述基準(zhǔn)部分定位于該底座上，從而使由打印頭產(chǎn)生的打印幅相對(duì)于該基準(zhǔn)部分處于各自的預(yù)定位置。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述打印頭被成對(duì)布置在該底座上。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括用于調(diào)節(jié)該打印頭或每個(gè)打印頭相對(duì)于該基準(zhǔn)部分在該底座上的位置的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置包括用于調(diào)節(jié)該打印頭或每個(gè)打印頭相對(duì)于該基準(zhǔn)部分的位置的裝置和用于調(diào)節(jié)該打印頭或每個(gè)打印頭相對(duì)于該基準(zhǔn)部分的定向的裝置。
6.如權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置包括多個(gè)與該打印頭或每個(gè)打印頭接合的調(diào)節(jié)部件，每個(gè)調(diào)節(jié)部件可相對(duì)于該底座移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)該打印頭在底座上的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)調(diào)節(jié)部件包括一錐形表面，該打印頭被推靠在該錐形表面上，從而使該錐形表面相對(duì)于底座的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)打印頭在底座上的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，該打印頭包括與一調(diào)節(jié)部件的相一致的錐形表面接合的錐形表面。
9.如權(quán)利要求4-8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括被彈性地安裝在該底座上以將一打印頭推靠在該調(diào)節(jié)裝置上的裝置。
10.如權(quán)利要求4-9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括可被安裝在該底座上以遮蔽所述調(diào)節(jié)裝置的裝置，以便防止在該底座上對(duì)該打印頭或每個(gè)打印頭的位置進(jìn)行意外的調(diào)節(jié)。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括一槽形部件，該槽形部件可安裝在該底座上，具有至少一個(gè)形成在其內(nèi)的槽，從而使從該打印頭或每個(gè)打印頭噴射的流體通過相應(yīng)的槽。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)打印頭包括多個(gè)形成在一噴嘴板中的噴嘴，所述噴嘴板和從噴嘴噴射的墨水通過的槽的壁限定了至少部分凹槽，除墨裝置可在該凹槽中移動(dòng)以將在從一個(gè)噴嘴噴射之后收集在凹槽中的任何墨水除去。
13.一種基本上如本文中參照附圖描述的微滴沉積設(shè)備。
14.一種打印頭，其包括一底座、至少一個(gè)形成在所述底座中的流體腔、用于從所述至少一個(gè)流體腔噴射流體的裝置、一附接在所述底座上的蓋以及一附接在該蓋上的散熱器，該散熱器用來在從所述至少一個(gè)流體腔噴射流體期間散去打印頭中產(chǎn)生的熱量。
15.如權(quán)利要求14所述的打印頭，其特征在于，所述蓋是由導(dǎo)熱性高于所述底座的導(dǎo)熱性的材料形成。
16.如權(quán)利要求14或15所述的打印頭，其特征在于，該蓋是由熱膨脹系數(shù)與底座的熱膨脹系數(shù)基本上相同的材料形成。
17.如權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，所述蓋由硅形成。
18.如權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，所述蓋由氮化鋁形成。
19.如權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，所述蓋包括用于將流體供給到所述至少一個(gè)流體腔的流體供給裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的打印頭，其特征在于，所述散熱器包括一用于將流體輸送到所述流體供給裝置的流體入口。
21.如權(quán)利要求14-20中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，所述散熱器包括多個(gè)并排成行設(shè)置的散熱片。
22.如權(quán)利要求14-21中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，其包括用于將冷卻流體流供給到打印頭的裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的打印頭，其特征在于，其包括一用于所述打印頭的外殼，所述外殼包括一用于接納所述冷卻流體流的入口和一用于所述冷卻流體的出口。
24.如權(quán)利要求23所述的打印頭，其特征在于，其包括用于調(diào)節(jié)冷卻流體在所述外殼內(nèi)的壓力的裝置。
25.如權(quán)利要求23或24所述的打印頭，其特征在于，其包括用于調(diào)節(jié)所述冷卻流體流進(jìn)入該外殼內(nèi)的速率的裝置。
26.如權(quán)利要求14-25中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，所述底座包括一壓電材料板。
27.如權(quán)利要求14-26中任一項(xiàng)所述的打印頭，其特征在于，其包括多個(gè)流體腔，所述散熱器被布置成在從打印頭噴射流體期間在流體腔中間分布產(chǎn)生的熱量。
28.一種基本上如本文中參照附圖描述的打印頭。
全文摘要
微滴沉積設(shè)備,該設(shè)備包括一個(gè)底座(102)和一個(gè)打印頭(104),該打印頭被可調(diào)節(jié)地安裝在該底座上并可相對(duì)于一基準(zhǔn)部分(103)定位在該底座上,從而使由該打印頭產(chǎn)生的打印幅相對(duì)于該基準(zhǔn)部分處于預(yù)定位置上,該底座利用該基準(zhǔn)部分位于一打印機(jī)上。這就可輕易地更換打印機(jī)而不會(huì)影響所產(chǎn)生的打印幅相對(duì)于托架或打印機(jī)主體的對(duì)準(zhǔn)方式。
文檔編號(hào)B41J2/01GK1423595SQ01808170
公開日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月17日
發(fā)明者R·M·伊森, W·扎普卡, J·M·扎巴 申請(qǐng)人:薩爾技術(shù)有限公司