微滴沉積裝置的製作方法

2023-12-09 21:16:31 4

專利名稱：微滴沉積裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及印表機，尤其涉及微滴沉積噴墨印表機。
背景技術：
噴墨印表機不再簡單地被視為辦公印表機，它們的多功能性意味著現在它們已用在數字印刷和其他工業市場中。含有超過500個噴嘴的列印頭已稀鬆平常，並且預期在不遠的將來含有2000多個噴嘴的「頁寬」列印頭將得以商品化。
適用於頁寬列印頭的支架在WO 00/24584中有所描述(合併於此中)。支架由擠壓鋁製成，並且它的軌跡尺寸與它所連接的列印頭的尺寸相類似。這樣使得多個陣列能以相對較密的間隔彼此平行地排列。緊密的間隔對於最小化由紙行進而引起的影響是必要的，而且對於使對準變得容易也是必要的。
具有這種綜合特性的支架具有數個有用的優點。
WO 00/24584的目的是改善頁寬列印頭的熱學管理。熱在驅動電路中產生，並且通過支架方便地傳入墨中。墨以大約10倍於最大列印速率的流速連續地循環經過列印頭和支架。驅動電路位於出口歧管附近，以避免加熱進入噴射通道的墨，並且使入口歧管中的墨保持大致恆溫。
列印頭安裝至WO 00/24584的支架，並且從墨入口歧管連續地供應墨。列印頭本身由數個平行通道形成，所述平行通道具有由壓電材料製成的側壁。側壁被極化，這樣施加的電場使它們發生剪切偏轉，並且向噴射通道中的墨加壓。EP 0 277 703，EP 0 278 590和WO 00/29217(合併於此處)中描述了這樣的裝置，因此在本申請中不再詳細地進行討論。
當墨連續地流過通道時，由壓電材料產生的任何熱量均被吸入墨中並且從列印頭移除。
為了易於製造以及成本的原因，現有技術中的支架由擠壓鋁形成，並且其大小定為能使熱量沿它的長度大致均勻分布。這樣減小了可能會使列印頭變形的熱感應應變。當列印頭的寬度增加時，例如紙的寬度增加(對於美國「大頁書寫紙」標準通常為12.6英寸(32釐米))，這樣的變形將變得更加顯著，並且不管與支撐件共同使用的是多個窄噴射單元還是單個寬噴射單元，這樣的變形都會發生。

發明內容
本發明的目的是進一步改善沿著支架的熱學管理和溫度均勻性，以及解決其他相關的問題。
由此，本發明的一方面在於用於多個噴墨列印頭的延長支架，其中每個列印頭均需要使用連續的墨流，所述支架提供安裝表面，用於接收沿支架長度間隔開的列印頭並且提供與各個列印頭連通的墨入口和墨出口，支架包括至少兩個壁部分，每個壁部分以恆定的橫截面在支架長度的很大一部分上延伸，壁部分協作限定延長的入口和出口墨歧管，一個壁部分是導熱的以便促進沿支架長度的熱傳遞，另一個壁部分是熱絕緣的以便抑制入口和出口歧管之間的熱傳遞。
優選地是，各個導熱和熱絕緣壁部分由不同的材料製成，諸如金屬和塑料。
有利地是，壁部分被摺疊，一個壁部分在支架的橫截面中為適當的U形形狀。
在本發明的一種形式中，熱絕緣壁部分限定側面阻礙物(phasebarrier)，諸如填充腔壁或多孔結構的空氣、或者墨或其他流體的阻擋層(trapped layer)。
在另一個方面中，本發明包括用於噴墨列印頭的支架裝置，所述支架採用大致中空圓柱體形狀並且限定平行於支架軸線延伸的墨入口歧管和墨出口歧管，有用於使所述歧管彼此絕緣的裝置，以減少兩者之間的熱傳遞。
優選地是，所述絕緣裝置包括使所述墨入口歧管與所述墨出口歧管分隔開的壁。該結構可以是這樣即墨入口歧管和墨出口歧管大致沿支架的長度延伸並且被周邊封閉。在該結構中，優選周邊形成所述墨出口歧管的至少一個部分，分隔開入口和出口歧管的壁由熱傳遞係數低於所述周邊的熱傳遞係數的材料製成。該材料可以是塑料、硬質泡沫或任何其他適當的材料。
可選的是，絕緣裝置可以位於所述壁的至少一側附近，並且可以是導熱係數低於所述壁剩餘部分的導熱係數的材料。通過模塑阻礙物或使壁粗糙能產生厚的邊界層，以便使歧管中的流體提供絕緣。
在可選實施例中，設置腔壁使其在更大的絕緣範圍被使用，所述腔壁包含氣體、其他液體或者甚至是真空。在所述腔中的流體材料可以被加壓，並且所述腔壁的壁是柔性的，用於在壓力範圍內容納所述流體材料。
在另一個實施例中，絕緣裝置包括設置在所述歧管之一中的散熱件。所述散熱件大致沿所述歧管中的所述一個歧管的整個長度延伸，並且確保沿支架的熱傳遞遠遠大於出口與入口歧管之間的熱傳遞。
在另外一個方面中，本發明包括一種用於噴墨列印頭的支架，其中所述噴列印頭在使用中需要連續的墨流，所述支架提供安裝表面，用於接收至少一個列印頭並且提供與一個或多個列印頭連通的墨入口和出口，所述支架包括至少兩個壁部分，所述壁部分協作限定入口和出口墨歧管，一個壁部分由導熱材料製成以便促進熱傳遞，另一個壁部分由不同的材料製成並且是熱絕緣的以便抑制入口和出口歧管之間的熱傳遞。
在所有這些實施例中，優選墨入口和墨出口歧管通過安裝至支架的列印頭而被流體連接。更優選地是，流體連接是通過列印頭的噴射通道。
附圖簡述下面只通過例子並且參考附圖描述本發明，其中

圖1描繪了根據現有技術的供墨支架；圖2是示出墨入口歧管和墨出口歧管沿頁寬陣列長度的溫度圖；圖3示出具有粗糙表面的分隔壁；圖4是簡化的支架；
圖5是圖3中包含分離器的支架的端視圖；圖6是用於單排列印頭的支架的端視圖，其中所述列印頭在入口歧管和出口歧管之間具有空氣絕緣；圖7是包含熱杆(thermal bar)的支架的端視圖；圖8是根據本發明另一個實施例的支架的透視圖；圖9是與圖8相類似的示出變更實施方式的視圖；以及圖10是根據本發明另一個實施例的支架的剖視圖。
具體實施例方式
圖1描繪出根據現有技術的供墨支架。支架由擠壓鋁製成，並且包括兩個大致沿支架長度方向延伸的分離開的歧管2，4。分隔兩個歧管的壁6由與支架外壁相同的材料製成。
墨通過位於支架一端的端孔(未示出)進入和離開。墨沿標號10表示的一個方向流到內歧管2，並且沿標號12表示的相反方向流回到外歧管。
內和外歧管2，4通過連接至支架頂部的列印頭14連接。兩個包含所示平行通道16a，16b的壓電材料陣列提供噴射能量。墨同時沿箭頭18所示的方向從中心歧管供至兩個陣列，並且在經過箭頭20所示的噴射通道之後返回至支架的外歧管。
在理想熱力情況下，墨應該在良好受控的溫度下進入支架，在相同的溫度下經過入口歧管，流過從PZT拾取熱的通道，並且以均勻但較高的溫度通過出口歧管離開。
實際上，當通道進行列印時，PZT耗散了相當多的熱，其中一些熱隨著噴射出的微滴被移除。當通道不進行列印時，PZT什麼也不做。恆溫波形用於以恆定的溫度沿整個陣列在通道中保持所述溫度，其中所述恆定波形被施加至非噴射通道，並且所述恆定波形使PZT耗散了那些在列印期間產生而沒被噴射出的微滴移除的熱。晶片也產生熱，熱量的多少依賴於啟動電壓和(較小程度上)依賴列印的圖像。晶片需要冷卻，並且它已經被安置為使所述熱找到進入出口歧管4的方式。
形成支架的鋁製機架提供試圖使溫度沿著陣列相等的傳導路徑。沿著陣列的墨流輔助熱的分布。
由PZT耗散的熱是0.015W/通道的數量級，並且晶片耗散類似的熱量。如果所有這些熱將通過流動進入墨中，則在經過PWA時墨的溫升將是5.40C。
在全黑列印(full black printing)期間移除的熱量是0.0015W/通道，也就是說是總的熱耗散的一小部分。當列印是比全黑列印淺的列印時，由微滴產生的熱移除更少。從列印頭至環境的熱損失不大，並且任何保護電子設備的蓋能夠進一步減小熱損失。
並且已經發現，鋁製機架具有將大量的熱從出口歧管傳遞至入口歧管的不利特性以及沿支架的長度傳遞熱的有利特性。取5.40C的溫差，並且傳熱係數為1000W/m2C，通過高30mm且沿著陣列長度設置的兩個壁傳遞的熱量是52瓦特。有效地是，列印頭運行作為逆流熱交換器，鋁製機架和墨不能使沿著陣列的溫差完全相等。圖2是表示沿列印頭支架的溫差的曲線圖。
在本發明的一方面中，如圖3至6所示，支架被更改為墨入口歧管和墨出口歧管之間的傳熱係數小於現有技術的傳熱係數。
已經發現很多適用的方法。在如圖3中所示的第一實施例中，分離兩個導管的分隔器是表面粗糙或者製成為提供厚邊界或停滯層的壁。
在使用褶皺的情況下，脊部7可以平行於流體流動方向或垂直於流體流動方向延伸。在這種情況下，在支架被擠壓的地方，脊部平行於流體流動的方向延伸。可選地是，可以將絕緣塗層塗至分隔壁的一個或兩個側面上。
在這些實施例中，分隔器可以由與擠壓周邊相同的材料製成。當然，也可以使用與第一實施例的如圖4至7所示的可選實施例中所述分隔壁相同的材料製成。
眾所周知，PZT與鋁之間熱膨脹係數的差異在操作期間會引起問題。在現有技術中，通過提供拉杆及類似物防止鋁的過度膨脹。使用鋁是因為它便宜，並且容易形成帶有位置適當的歧管和分隔壁的擠壓部件。
在圖3中，使用陶瓷支架。陶瓷被擠壓的複雜程度不能象鋁一樣，但還是可以擠壓出簡單的結構。陶瓷的熱膨脹係數與壓電致動器的熱膨脹係數相類似，因而不會產生不適宜的膨脹差。
列印頭的入口9和出口11歧管通過蝕刻、鋸切或燒蝕形成。因為插入件將連接至支架的內部以提供流動特性，所以不需要將狹縫製造成與鋁支架中的公差容限一樣大的程度。如圖5所示在入口2和出口4歧管之間用作絕緣體的插入件提供歧管特性。
塑料插進物22粘著地連接至供應支架28的上表面。隔離物24用於確保沒有隔離物的反向移動。在特定的情況下，提供阻礙物(baffle)、脊部或粗糙表面以增加分隔壁周圍的墨邊界層以及提供附加絕緣是有益的。可選地是，當可以通過模塑或澆鑄製造插入件時，可以形成兩層壁，從而可以提供絕緣空氣腔。
可以用單元封閉的海綿橡膠壁代替塑料壁，它能抵抗墨的化學侵蝕，能形成為適當的形狀，然而不會使髒的微粒流入墨中。在不偏離本發明範圍的情況下，還可以使用其他材料。
圖6示出形成在支架上的單排列印頭。壓電材料16a在入口歧管2與出口歧管4之間提供流動迴路。塑料材料將歧管分離開以在它們之間形成腔30。
腔中填充有流體，優選是氣態的，或者腔是真空的，以在兩個歧管之間提供絕緣。分隔壁在至少一個點處連接至支架，並且它可以是剛性的或是柔性的。在壁是柔性的情況下，被加壓的流體源可以用於改變歧管中的壓力。3mm的空氣間隙將沿20cm陣列的差減少到以下。。
提供另一種改善沿支架的熱分布的方法，所述方法不是經過壁，而是如圖7所示在歧管之一中提供具有高傳導性的熱傳遞杆。杆36可以越過支架的邊緣延伸，並且可以連接至外部熱交換器，或者可選地是，它可以完全容納在支架中。在本發明的該實施例中，沿陣列的熱傳遞增加至這樣的點在該點處，經過分離入口和出口歧管的分隔器的傳遞變得不顯著。
圖8示出歧管的另一種設計，其中歧管優選由模塑材料製成，並且所述歧管部件具有入口2和出口4歧管。在模塑歧管時，可以模塑分離入口和出口歧管的雙層壁。雙層壁包括空氣腔，用作減少經過壁的熱傳遞量的絕緣體。
所述歧管部件的一個目的是接收從結合至其外表面的驅動晶片來的熱。在部件的塑料材料具有低導熱性的情況下，這種熱傳遞減少。如圖9所示，在製造過程中可以將金屬或其他高導熱性材料40模塑成部件。這樣使晶片與出口歧管之間進行熱傳遞，同時仍然提供對內歧管的絕緣。
這一方案的可選實施方式是用導熱性相對較高的材料模塑歧管部件的主要部分，用導熱性低的材料模塑分隔入口和出口歧管的壁。
在如圖10所示的結構中，中空、圓柱形支架100用於安裝多個噴墨列印頭102。支架100具有摺疊成U形的外壁部分110。支架提供支撐在列印頭上的安裝表面112，其中每個列印頭包括壓電材料104層和蓋板106，其中所述壓電材料104層限定經過支架延伸的墨通道，所述蓋板106限定噴嘴108。
在圖10所示的部分中，兩個墨通道由壓電層的各個部分104a和104b限定。使用中，流過安裝表面中的入口122的墨沿著相反的橫向流過兩個墨通道，並被各個出口114收集。
出口114與外壁部分110限定的出口墨歧管連通。
內壁部分採用雙壁116和118的形式，它們之間限定有熱絕緣腔120。該腔可以包含被排空的大氣空氣、或包含被擋住的墨(trapped ink)或其他適當的液體。腔中可以填充有泡沫或其他多孔材料。
由腔壁116，118限定的入口墨歧管與墨入口122連通。
圖10所示結構可以通過例如擠壓或模塑或其他類型成形技術形成為整塊。在一個例子中，所述結構由擠壓鋁或其他適當金屬形成。在另一個例子中，所述結構由模塑材料形成。
在該例子中，任選地是，附加壁部分由金屬或金屬負載塑料提供，以促進沿支架長度的熱傳遞。在另一個例子中，所述結構由不同材料的壁部分形成。
在一個例子中，端孔板(未示出)插入在壁部分與列印頭之間，以幫助限定墨入口和出口。在該結構中，以相對較低的精度由協作壁部分限定的開口與插入板中的被更精確限定的端孔開口連通。根據製造過程，該端孔板可以形成支架的一部分或列印頭的一部分。
在本說明書(包括權利要求)中公開的和/或示出在附圖中的每個特徵可以獨立於或聯合其他公開和/或圖示特徵而結合在本發明中。
權利要求
1.一種用於多個噴墨列印頭的延長支架，其中所述每個噴墨列印頭在使用中需要連續的墨流，所述支架提供安裝表面，用於接收沿支架長度間隔開的列印頭並且提供與各個列印頭連通的墨入口和出口，所述支架包括至少兩個壁部分，每個壁部分以恆定的橫截面在支架長度的很大一部分上延伸，壁部分協作限定延長的入口和出口墨歧管，一個壁部分是導熱的以便促進沿支架長度的熱傳遞，另一個壁部分是熱絕緣的以便抑制入口和出口歧管之間的熱傳遞。
2.根據權利要求1所述的支架，其特徵在於，各個導熱和熱絕緣壁部分由不同的材料製成。
3.根據權利要求1或2所述的支架，其特徵在於，導熱壁部分由金屬製成。
4.根據前述權利要求中任一項所述的支架，其特徵在於，壁部分被摺疊。
5.根據權利要求4所述的支架，其特徵在於，壁部分中的至少一個壁部分在支架的橫截面中為U形形狀。
6.根據前述權利要求中任一項所述的支架，其特徵在於，熱絕緣壁部分限定側面阻礙物。
7.根據權利要求6所述的支架，其特徵在於，熱絕緣壁部分限定空氣間隙。
8.根據前述權利要求中任一項所述的支架，其特徵在於，熱絕緣壁部分用於擋住流體。
9.根據權利要求8所述的支架，其特徵在於，熱絕緣壁部分包括雙壁結構。
10.根據權利要求8所述的支架，其特徵在於，熱絕緣壁部分由多孔材料製成。
11.根據前述權利要求中任一項所述的支架，其特徵在於，在支架的橫截面中，一個墨歧管大致圍繞另一個墨歧管。
12.根據前述權利要求中任一項所述的支架，其特徵在於，導熱壁部分在一個墨歧管中延伸。
13.用於噴墨列印頭的支架裝置，所述支架採用大致中空圓柱體形狀並且限定平行於支架軸線延伸的墨入口歧管和墨出口歧管，有用於使所述歧管彼此絕緣的裝置，以減少兩者之間的熱傳遞。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述絕緣裝置包括使所述墨入口歧管與所述墨出口歧管分隔開的壁。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述壁由塑料材料製成。
16.根據權利要求14或15所述的裝置，其特徵在於，設置在所述壁的至少一側附近的材料的導熱係數低於所述壁剩餘部分的導熱係數。
17.根據權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述材料是流體層。
18.根據權利要求17所述的裝置，其特徵在於，所述流體是氣態的。
19.根據權利要求14至18中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述壁包括腔壁。
20.根據權利要求19所述的裝置，其特徵在於，在所述腔中的流體材料受壓，所述腔壁的壁是柔性的，以在壓力範圍內容納所述流體材料。
21.根據權利要求14至20中任一項所述的裝置，其特徵在於，進一步包括設置在所述歧管之一中的散熱件。
22.根據權利要求21所述的裝置，其特徵在於，所述散熱件大致沿所述歧管中的所述一個歧管的整個長度延伸。
23.一種用於噴墨列印頭的支架，其中所述噴列印頭在使用中需要連續的墨流，所述支架提供安裝表面，用於接收至少一個列印頭並且提供與一個或多個列印頭連通的墨入口和出口，所述支架包括至少兩個壁部分，所述壁部分協作限定入口和出口墨歧管，一個壁部分由導熱材料製成以便促進熱傳遞，另一個壁部分由不同的材料製成並且是熱絕緣的以便抑制入口和出口歧管之間的熱傳遞。
24.根據權利要求23所述的支架，其特徵在於，熱絕緣壁部分由金屬製成。
25.根據權利要求23或24所述的支架，其特徵在於熱絕緣壁部分由多孔材料製成。
26.根據權利要求23至25中任一項所述的支架，其特徵在於，在支架的橫截面中，一個墨歧管大致圍繞另一個墨歧管。
27.根據權利要求23至26中任一項所述的支架，其特徵在於，所述熱絕緣壁部分由塑料材料製成。
28.一種裝置，包括有根據任何前述權利要求所述的支架以及包括至少一個流體室的噴墨列印頭，所述入口歧管和所述出口歧管通過所述至少一個流體室流體連接。
29.根據權利要求29所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個流體室是具有噴射噴嘴的噴射室。
30.一種裝置，包括有根據任何前述權利要求所述的支架以及包括至少一個流體室的噴墨列印頭，所述入口歧管和所述出口歧管通過所述至少一個流體室流體連接。
31.根據權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個流體室是具有噴射噴嘴的噴射室。
全文摘要
一種用於多個流過噴墨列印頭的中空圓柱形支架，其具有兩個摺疊的壁部分，它們協作限定延長的入口和出口墨歧管，一個壁部分是導熱的以便促進沿支架長度的熱傳遞，另一個壁部分是熱絕緣的以便抑制入口和出口歧管之間的熱傳遞。熱絕緣部分用於捕捉例如在腔壁或多孔材料中的流體的邊界層。
文檔編號B41J2/045GK1551835SQ02817291
公開日2004年12月1日 申請日期2002年9月9日 優先權日2001年9月7日
發明者羅伯特·哈維, 斯特芬·特默普勒, 豪沃德·約翰·曼寧, 薩爾哈丁·奧默, 特默普勒, 約翰 曼寧, 丁 奧默, 羅伯特 哈維 申請人:薩爾技術有限公司