CN1166406A - 能从一个可密封喷嘴内喷射出加压物质受激喷射流的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能由一个喷嘴(142)以喷射形式射出或排出物质的装置，该喷嘴(142)与装置内的一个腔体(140)相连，所述物质流经该腔体，被加压，在控制机构的作用下形成射流，激励装置(125)置于喷嘴附近以将喷射流分割成一连串小单元。该装置包括不进行喷射时密封喷嘴的装置，该装置由一个置于激励装置和喷嘴之间的可变形构件(150)构成以在控制装置不允许喷射出物质流时密封该喷嘴，在控制装置允许喷射物质流时，释放该喷嘴。

Description

能从一个可密封喷嘴内喷射出 加压物质受激喷射流的装置

本发明涉及一种能经一可密封喷嘴喷出加压物质受激喷射流的装置。该装置尤其适用于喷墨打印机打印头的制造。

喷墨打印机，顾名思义，可借助喷嘴产生墨水射流或墨滴。控制喷嘴上游的墨汁压力即可开始或停止由喷孔喷出液体的流动。打开和关闭的质量主要依赖于该阶段压力瞬变的持续时间。压力值完全的跃变一种完全的压力瞬变过程可使开启时获得一个良好的墨汁喷射方向性，闭合时避免墨汁存留于喷嘴出口处。

从停止模式过渡到打印模式会产生一些问题，即，

-在由电磁阀构成的压力回路上，用现有的控制装置，很难得到瞬变阶段的可重复性。

-停止喷射后，液体从喷嘴的流出流干扰了喷射的迅速稳定，并且当周围温度改变后，喷嘴和电磁阀间的墨汁会膨胀，进而产生一个流出喷嘴的液体流，这将不利于喷射的重新开始。

-速干墨汁的使用导致喷嘴在较长时间停止工作后，其内形成阻塞。

人们已提出许多不同的解决方案克服这些缺陷，这些解决方案的其中之一是在两个工作阶段之间密封喷嘴。

参考以下文献，本文归纳了一些为消除喷嘴阻滞危险而提出的解决方案。

EP-A-54 905描述一种使用在射流喷嘴上的电磁关闭装置，该装置可保证周围空气不能进入喷嘴，并且该装置用于打印墨汁是一种磁性流体的情况中。文中给出了一种磁性流体供给同路中存在问题的解决办法。

US-A-4 199 767描述了一种由一个可借助磁场装置在喷嘴前移动的盘片构成的喷嘴密封装置。在IBM技术公开通告Vol。18，No。12，May1996中也公开了同样一种想法。在所提出的为密封一个喷孔而与两块固体部件相接触的系统中，仍需提供足够的电磁力用以在一段延长停止后使该接触分离，这是因为在其周围残留墨汁可能已变干。

FR-A-2 540 044描述了一种密封喷嘴的方法，该方法使用了在其传动构件的连杆上安装有柔性部件的电磁阀。该方法用于按喷嘴开闭的频率产生墨滴。Wo 91/00808在利用倾斜式连续喷射技术时又一次采用该解决方案。该方法中，电磁方式控制的传动构件通过一个柔性部件压在喷嘴上，该构件在停止工作阶段将墨水与周围介质隔绝。这种解决方案避免了墨水流出，并凝固于喷嘴上。再有，当墨水腔处于某一既定的压力时，喷嘴打开使喷射迅速而稳定的开始。该方法可避免停止工作阶段墨水腔内空气聚集，喷射开始时也就没有了空气/墨水雾化现象。但是，此解决方案存在一个严重的缺陷，即，一方面安装喷射激励驱动器要占一定空间，另一方面安装其它密封装置也要占用一定空间。而且喷嘴上游的腔体必须同轴地或按两个汇集于喷嘴处的分立地轴线容纳这两个动能部件。

为了克服这些现有技术的装置存在的缺陷，本发明提供了一种具备装置的激励功能这一特殊性能的喷嘴密封装置。本发明装置的优点是结构紧凑。该装置可确保正确密封喷嘴，同时保证正确的可重复的喷射停止和开始。一个附带的好处是减少了结构所需部件的数量。

因此，本发明涉及一种可由至少装有一个排出孔的喷嘴以射流的形式排放物质的装置，该喷嘴可与装置内的一个腔体连通，所述的物质流过该腔，在控制装置的作用下被加压形成射流，激励装置置于喷嘴附近以将喷射流分割成一连串小单元，并装有一个在没有物质喷射流排出时，将喷嘴密封的装置，其特点是该喷嘴密封装置由一个可变形构件组成，该可变形机构置于激励装置和喷嘴之间并和该激励装置做成一体，该可变形机构从机械上设计为一种所述物质处于其作用之下的压力部件，从而具有如下的双稳定操作：

-当控制装置不允许物质射流排出时处于一个喷嘴密封位置；

-当控制装置允许物质射流排出时处于一个喷嘴释放位置。

当射流排出是由腔体内的压力控制时，该可变形构件包括一个位于激励装置与喷嘴之间的部件，该部件与一个确定其相对喷嘴行程的波纹管相连接，该波纹管的一侧直接承受腔体内物质的压力，该波纹管有一定机械特性使得当物质的压力不允许射流排出时，所述的可变形构件的该部件密封了喷嘴，在物质压力允许射流排出时，所述可变形构件的该部件从喷嘴移开。

该激励装置可与一个细长体做成一体，波纹管围绕着该细长体，并紧紧地固定在该细长体上，以使细长体，波纹管和可变形构件部分之间形成的空间内包含一种气体，该气体可以是空气。

有利的是，当不许排出喷射流时，可变形构件的部分压向喷嘴，在该部件与喷嘴之间装有密封装置。

按照另外一种变型，控制装置可包括一个作用于可变形构件，用于打开或释放的驱动器。此驱动器也可作为一个射流激励装置。

该驱动器可是一个压电或电磁元件，该元件带有一个接收直流电压以强制可变形构件释放喷嘴，并接收交流电压进行喷射激励的装置。

根据该变型的一个最佳改进，喷嘴可以装在一个喷嘴盘内，可变形构件可是一个靠其周边固定在装置内的薄膜，喷嘴盘，薄膜和驱动器形成一个以喷嘴为中心连续叠放的元件，喷嘴盘主表面其中之一与一个该物质供应管相连通，另一主表面紧帖薄膜，喷嘴盘的两主表面间存在一个所述材料流通的连接管路。

下面将联系一个喷墨打印机的打印头，对本发明作一更详细的描述，尽管本发明还可用于排出其它材料激励射流。参考附图将会使本发明更易理解，附图说明如下：

图1是现有技术中喷墨打印头的激励或调节装置的部件分解图；

图2是本发明调节装置喷射枪的纵剖图，该调节装置内装有共振器；

图3是本发明调节装置另一种变型的部件图。

本发明提供的解决方案目前将应用于FR-A-2 653 063公开的调节装置，该装置以分解图的形式示于图1，图1右面所示部件通常置于左面所示部件之上。

该装置有一个支座1固定在打印头(见FR-A-2 653 063中图1)的机械结构上。支座1有一个管状部件4，该部件的轴线与喷墨流的轴线一致。在该管状部件4内装有喷射枪3的枪体，该枪体2通常是一个圆柱状部件，其旋转轴线和管状部件4的轴线一致。一个轴孔8完全纵贯喷射枪3。

枪体2构成了喷射枪3的下部。台肩5构成枪体2与喷射枪3的上部之间的隔离体。枪体2有一个紧临台肩5的上槽6和一个下槽7。枪体2的下端9被攻丝以拧螺母10。槽6，7上分别錾有径向孔11，12以使轴向孔8与槽6，7相连通。

在枪体2插入支座1的管状部件4之前，应先将密封衬垫13，管状隔离套14及密封衬垫15依次套在枪体2上。垫13，15的平均直径应和隔离套14的直径相同以使衬垫13，套14和衬垫15形成一个叠层。

将装有垫13，套14及垫15的喷射枪3的枪体2插入管状部件4后，螺母10经管状部件4的下孔拧在枪体2的下端9上。衬垫13紧贴在枪的台肩5上，且拧螺母10时作用在衬垫15上的力经套筒14反作用在衬垫13上。在外力的作用下衬垫13和15会产生膨胀。拧螺母10的结果是使衬垫13和15紧压在管状部件4的内壁上，因而确保了接合处的密封并使喷射枪3紧固在支座1上。需指出的是，螺母10并不压在支座的管状部件4上。它的作用仅是压紧衬垫13，隔离套14和衬垫15形成的叠层。

隔离套14有一个上槽16和一个下槽17。在槽16和17上分别錾有径向孔18和19。在安装时，要使隔离套14上的槽16，17分别面对枪体2上的槽6，7。

支座1上装有一个可向管状部件4内通入增压墨水的管接头21和一个用于清洗同一管状部件的管接头22。这些管接头21和22的出口位于隔离套14的槽16和17的附近。

可产生喷墨激励的共振器25以其头部24穿过孔8的上孔和垫20插入喷射枪3内。共振器的另一端通过一根电缆线23伸向一个外部控制构件。电缆线23穿过法兰28的轴孔27。

按以下方式将共振器固定在喷射枪内。将套有衬垫20的共振器25插入孔8内直至衬垫20的下表面紧贴在孔8的一个台肩上为止。共振器的轴肩26此时紧压在衬垫20的上表面上。法兰沿电缆线23滑落，将其下端带丝扣的部分29拧入孔8上端接头部分，直到其压紧密封垫20为止。

该装置以如下的方式运作。加压墨水经管接头21注入，浸没隔离套14外部后穿过孔18，到达喷射枪枪体2的外部。墨水穿过槽6上的孔11，进入喷射枪内，浸没了共振器25，直达喷射枪头部9，终止于被一个其上有一个作为墨水喷嘴喷孔的垫片(图1未示)。该装置的清洗则是借助于通过孔12在枪体2和隔离套14之间的管状空间。然后再借助于通过隔离套孔19在隔离套14和支座的管状部件4之间的管状空间形成的墨水回流来进行的。最后墨水经管接头22排出。

共振器25激励产生的喷墨流沿该装置的轴线喷出，如图中螺母10下方箭头所示。

螺母10，喷射枪3和法兰28上的侧孔可用来做一些调整，以获得一个良好的墨水喷射对准性能。这些调整在FR-A-2 653 063中解释。

图2示出了一个调整装置的喷射枪103，在该枪内装有一个调制器125，所述的这些元件形如图1所示。调制器125通过轴肩126靠在一个内装密封垫或密封件120的内台肩上。该调制器有一头部130，其直径小于调制器其它部分的直径，因此产生一个台肩132。轴肩130将调制器头部与其它部分相连。

共振器125和喷射枪103之间存在一个腔体140，占据了喷射枪轴孔108部分空间，该腔体内的墨水循环地从孔111注入又从孔112排出。这些墨水可受到腔体140内的共振器125的作用。

一个碟状圆盘141紧固在喷射枪103的下端，该盘带有一个作为喷嘴的中心孔142。该喷嘴142与共振器125的下端124相对。

按照本发明，一个可变形构件150置于共振器125和喷嘴142之间。可变形构件150具有一个其直径与共振器的下端130的直径相同的盘状部分151，用于和共振器相连接的环形部分152以及一个围绕着共振器端部130的用作波纹管的中间部分153相连接。共振器夹套132使可变形构件150在端部130的对中很容易。这种可变形构件可以是不锈钢制成，可通过密封焊接固定在共振器上。因此，一定量空气被密封在可变形构件150和共振器端部130之间。

一个弹性材料或特氟伦制成的密封衬垫161固定在盘状部分外侧，在可变形构件与盘141之间形成一个柔性接合面。可在该部件151的外侧涂一层涂料(如氟聚合物)替代密封垫。

在图2所示实施例中，喷嘴密封装置以被动方式工作。该装置借助停止和开启阶段在喷射枪内建立的不同压力执行工作。波纹管151拥有一个有用的行程可使密封装置进行一个双稳态操作。在第一种状态下，预压力波纹管紧贴着盘141，密封了喷嘴。

在第二种状态下，在墨水140增压的作用下，波纹管153被压缩直至可变形构件的部件151顶住共振器端部124为止，这构成了开始阶段。喷嘴142打开，墨水以射流方式喷射出去。

通过改变以下参数，这种结构可以在控制得十分精确的压力值下使喷射开始和终止，波纹管的机械刚度，终止时的预压力值，波纹管有效表面积，做为一个例子，波纹管可由20μm厚的不锈钢片制成。

做为墨水同路电磁阀的开闭状态的函数，波纹管的最佳尺寸选定保证了以下循环：

-喷射停止：并在加压电磁阀关闭时，打开清洗电磁阀使墨水腔140内的压力迅速下降，在选定压力值时完全停止喷射，

-更新墨水：清洗阀开着，加压电磁阀使墨水更新，此时喷嘴被封闭(此时工作压力低于波纹管打开喷嘴的压力)，

-开始喷射：在更新阶段关闭清洗阀使墨水腔140内压力突然上升，并在达到一个明确设定的压力值时将波纹管和喷嘴分开。

喷墨调节装置的另一变形如图3所示。该装置通过一个法兰50固定在一个喷墨打印机上，该装置有一个柱体51旋在该法兰上。作为一种变化，该装置也以通过柱体51固定在打印机上。一个碟状喷嘴盘60(例如，通过化学切割或腐蚀获得)放置在柱体51底部53一个适当形状的凹槽中。底53除有一个中心孔52外还有一个环形墨水供应管54，该管与一个装有加压及清洗阀(图中未示)的墨水环路相通。喷嘴盘60有一个向上的环形管路61，有一个作为喷嘴的中心孔62，还有连接管54与61的孔63(图中仅能见到一只)。管54和61及连接孔63形成的空间构成了一个腔体的等同物。

喷嘴盘60上覆盖着一层作为一个密封装置的金属薄膜55，用于密封的柔性膜56(例如，合成橡胶)置于薄膜55和喷嘴盘60之间。薄膜55和柔性膜56都是碟形元件，柱体51旋在法兰50上时产生的压紧力使这些元件凭借其周边被固定住。

一个压电驱动器70与膜片55做成一体，该驱动器通过导线71接收电控制信号。作为一种变形，也可使用一种电磁驱动器。

图3所示装置的操作与图2所示装置的操作完全相同。整套装置的刚度保证了在明确选定的压力值下进行双稳态操作。加到驱动器70上的直流电压可使膜片55及粘在膜片55上的柔性密封膜56抬起，喷嘴被打开射出喷墨流。该直流电压的应用可获得更加完全的压力跃变。用来打开或关闭喷嘴的该直流电压可以是正的也可以是负的。可叠加在直流电压上的交流电压能振动金属模55，以将喷墨流分割成一连串墨滴。喷墨流射出期间，通过修改直流的电压值可改变墨水流，以此来调节喷墨速度。

这种结构的好处是结构紧凑，同时限制了实现功能所需部件的数量。

以下是本发明获得的实质性，功能性的优点：

-避免了喷墨的不稳定性，在更新墨水及停止喷射阶段，避免了工作中喷射压力发生变动，

-正确的喷墨开始和喷墨结束，在已知的可重复压力值下，通过确保在已知的可再现的压力值下开启和关闭喷嘴，使喷墨正确地开始和结束。

-由于避免了空气进入腔体因此消除了开始喷射时的空气墨水雾化现象，

-避免了停止阶段流出墨水，保持喷嘴出口处的清洁。

Claims (11)

1.能借助一个至少有一个排出孔的喷嘴以一个喷射形式发射出物质的装置，该喷嘴可以与该装置内的一个腔体连通，所述物质流经该腔体并在控制装置的作用下被预先加压形成所述喷射，激励装置置于该喷嘴附近以便将喷射流分割成一连串小单元，本发明装置装有该物质不喷射时密封该喷嘴的装置，该密封装置由一个置于激励装置与喷嘴之间的可变形构件组成，并与该激励装置做成一体，该可变形构件设计为机械方式工作，并作为所述物质受到这一压力的作用，具有如下双稳态操作：

-当控制装置不允许射流排出时处于一个喷嘴密封位置，

-当控制装置允许射流排出时处于一个喷嘴释放位置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：喷射流的射出是由腔体内的压力控制的，可变形构件包含一个位于激励装置和喷嘴之间的部件，与波纹管相连的该部件可做一相对于喷嘴的位移，波纹管的一侧表面承受腔体内物质压力的作用，该波纹管有这样的机械特性，当受到物质的不允许射流排出的压力作用时，可变形构件的所述部件密封喷嘴，而对于某一允许射流排出的压力，所述可变形构件的该部件从喷嘴移开。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：该激励装置装有一个细长体，波纹管围绕在所述的细长体周围，并紧固在所述细长体上，以此方式，细长体，波纹管和可变形构件部件形成的腔体内含有一种气体。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：包含在所述空间内的气体是空气。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：当不允许射出喷墨流时，所述可变形构件连接于喷嘴上，在所述部件及所述喷嘴间装有密封装置。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该控制装置包括一个驱动器，作用在该可变形构件上，以密封或释放喷嘴。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述驱动器同时也作为一个射流激励装置。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述驱动器是一个压电或电磁元件，装有直流电压接收装置，以强制可变形构件释放喷嘴，装有交流电压接收装置以激励喷射流。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：该喷嘴包含在一个喷嘴盘上，可变形构件是一个凭借其周边固定在装置内的薄膜，喷嘴盘，薄膜和驱动器形成一连串以喷嘴为中心的叠放元件，该喷嘴盘的一个主表面与一根所述材料的供应管相连，另一主表面临接所述薄膜，喷嘴盘的两主表面间存在一个流通所述材料的连接管路。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：该薄膜和喷嘴盘间内装一个柔性密封膜。

11.前述任何一个权利要求所提出的装置，在喷墨打印机的打印头中的应用，所述材料由墨水构成。

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