具有改进的气流液滴偏转的打印机的制作方法

专利名称：具有改进的气流液滴偏转的打印机的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及数控打印设备领域，且具体而言涉及连续喷墨打
印机，在该喷墨打印机中，液体墨流分裂成液滴(drop),其中至少一些液滴有选择地进行偏转。
背景技术：
采用气流使液滴偏转的打印设备是已知的。1978年1月10日公布6勺、4受予给Yamada 6勺名;f尔为"Ink-jet recording device with alternatesmall and large drops"的美国专利No. 4,068,241描述了 一种打印设备，该打印设备使用垂直于液滴轨迹的气流来分离由打印头形成的大液滴和小液滴。与大液滴相比，气流使小液滴更大程度地偏转。大液滴由捕集器收集，而小液滴偏转越过捕集器并允许到达记录介质。
然而，已经确定，尽管气流的确4吏大液滴和小液滴偏转不同的量，但是经过液滴流的气流产生液滴-液滴的相互作用，这种相互作用影响液滴偏转。例如，液滴偏转可受到液滴流中先前液滴的尺寸及与先前液滴的间距的影响。结果，液滴在记录介质上的布置可能受到不利的影响。此外，大液滴与小液滴之间的相对偏转可受到之前的液滴的影响，降低了捕集一种尺寸的液滴并允许另 一种尺寸的液滴行进以到达记录介质的能力。
就此而"i仑，需要一种改进的气流液滴偏转设备以及包括这种气流液滴偏转设备的打印装置。

发明内容
根据本发明的一方面，打印装置包括液滴发生器，该液滴发生器可用来由穿过与液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形
8成具有第 一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴。具有第 一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴沿着液滴轨迹行进，当相互比较时，第一尺寸
大于第二尺寸。各液滴具有液滴速度。气流偏转系统包括在偏转区进行引导的气流，该偏转区包括液滴轨迹的至少一部分。偏转区中的气流包括速度矢量，该速度矢量具有平行的速度分量和垂直的速度分量，其中平行的速度分量和垂直的速度分量相对于液滴轨迹定义。平
行的速度分量比液滴速度大0.25倍，而垂直的速度分量足够使具有第
一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴偏转至第一尺寸液滴的轨迹和第二尺寸液滴的轨迹。捕集器相对于第一液滴尺寸的轨迹和第二液滴尺寸的轨迹中的一个轨迹定位，使得沿着第一液滴尺寸的轨迹和第二液滴尺寸的轨迹中的 一个轨迹行进的液滴被捕集器截留，而沿着第一液滴尺寸的轨迹和第二液滴尺寸的轨迹中的另 一 个轨迹行进的液滴未被捕集器截留。
根据本发明的另一方面， 一种打印方法包括由穿过与液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形成具有第 一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴，具有第 一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴沿
着液滴轨迹行进，当相互比较时，第一尺寸大于第二尺寸，各液滴具有液滴速度；使用气流偏转系统朝向偏转区引导气流，该偏转区包括液滴轨迹的至少一部分，偏转区中的气流包括速度矢量，该速度矢量具有平行的速度分量和垂直的速度分量，其中平行的速度分量和垂直的速度分量相对于液滴轨迹定义，平行的速度分量比液滴速度大0.25倍，而垂直的速度分量则足够使具有第一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴偏转至第一尺寸液滴的轨迹和第二尺寸液滴的轨迹；以及使用相对于第一液滴尺寸的轨迹和第二液滴尺寸的轨迹中的一个轨迹定位的捕集器截留沿着第 一液滴尺寸的轨迹和第二液滴尺寸的轨迹中的一个轨迹行进的液滴，而不截留沿着第 一液滴尺寸的轨迹和第二液滴尺寸的轨迹中的另 一个轨迹行进的液滴。
根据本发明的另一方面， 一种打印头包括液滴发生器，该液滴发生器构造成用以由穿过与液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形成大体积的液滴和小体积的液滴。大体积的液滴和小体积的液滴沿着初始的液滴轨迹行进。 一种气流偏转系统包括由正压力源经由第 一 气流管道提供的气流。该气流相对于初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度被引导，使得小体积的液滴通过气流偏离初始的液滴轨迹，并开始沿着偏转的小体积液滴的轨迹行进。捕集器相对于偏转的小体积液滴的轨迹定位，使得小体积的液滴被捕集器截留。由第
一气流管道提供的气流的一部分经由位于捕集器与液滴发生器之间的第二气流管道从打印头除去。
根据本发明的另一方面， 一种打印方法包括使用液滴发生器由
穿过喷嘴所喷出的液体有选择地形成大体积的液滴和小体积的液滴，
大体积的液滴和小体积的液滴沿着初始的液滴轨迹行进；提供由正压力源经由气流偏转系统的第 一气流管道产生的气流；相对于初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度引导气流，以使小体积的液滴从初始的液滴轨迹偏转至被偏转的小体积液滴的轨迹；使用相对于被偏转的小体积液滴的轨迹定位的捕集器截留小体积的液滴；以及经由位于捕集器与液滴发生器之间的第二气流管道将第 一气流管道提供的气流
的一部分^Mv打印头除去。
根据本发明的另一方面， 一种打印头包括液滴发生器，该液滴发生器构造成由穿过与液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形成大体积的液滴和小体积的液滴，大体积的液滴和小体积的液滴沿着初始的液滴轨迹行进。 一种气流偏转系统包括由正压力源经由第一气流管道提供的气流。该气流相对于初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度被引导，使得小体积的液滴通过气流偏离初始的液滴轨迹，并开始沿着被偏转的小体积液滴的轨迹行进。 一种捕集器相对于初始的液滴轨迹定位，使得大体积的液滴被捕集器截留。第一气流管道位于捕集器与液滴发生器之间。
根据本发明的另一方面， 一种打印方法包括使用液滴发生器由穿过喷嘴所喷出的液体有选择地形成大体积的液滴和小体积的液滴，
大体积的液滴和小体积的液滴沿着初始的液滴轨迹行进；提供由正压 力源经由气流偏转系统的第 一气流管道产生的气流；相对于初始的液 滴轨迹以非垂直、非平行的角度引导气流，以使小体积的液滴从初始 的液滴轨迹偏转至被偏转的小体积液滴的轨迹；以及使用相对于初始 的液滴轨迹定位的捕集器截留大体积的液滴，第一气流管道位于捕集 器与液滴发生器之间。


在以下所提出的本发明的示范性实施例的详细描述中参照了附 图，在附图中
图l是现有技术的打印装置的示意图2是根据现有技术的气流-液滴相互作用的自由体的一见图3是才艮据本发明的气流-液滴相互作用的自由体的一见图4是结合了本发明的示范性实施例的打印装置的示意图5是结合了本发明的另一个示范性实施例的打印装置的示意
图6是结合了本发明的另一个示范性实施例的打印装置的示意
图7是结合了本发明的另一个示范性实施例的打印装置的示意
图8是结合了本发明的另一个示范性实施例的打印装置的示意
图9是结合了本发明的另一个示范性实施例的打印装置的示意 图；以及
图10是结合了本发明的另一个示范性实施例的打印装置的示意图。
具体实施例方式
本说明书具体而言针对形成根据本发明的装置的 一部分的元件， A: A fc; 士 4 EI日AA驶^面古it JJt 4ei+A/々AA /it ;审奋2— ^ IL乂太
显示或描述的元件可采用本领域的技术人员熟知的各种形式。在以下 所描述的示范性的实施例中，当可能描述相似的特征时使用了相似的
参考标号。
图1显示了现有技术的打印装置。打印头2包括带有至少一个喷 嘴12的液滴发生器10,液体(例如墨水)在压力下从该喷嘴12中喷出， 以便形成液体细丝14。与液滴发生器相关联的液滴激发设备或形成设 备9(例如加热器或压电促动器)能够干扰液体细丝，导致部分细丝从主 细丝中断开以形成液滴16。通过有选择地促动液滴形成设备，有选择 地使细丝部分断开并结合成液滴16。类似于打印头2的打印头是已知 的，并例如在以下专利中有所描述于2002年10月1日公布的授予 Hawkins等人的美国专利No. 6,457,807 Bl;于2002年12月10日公布 的授予Jeanmaire的美国专利No. 6,491,362 Bl;于2003年1月14日 公布的授予Chwalek等人的美国专利No. 6,505,921 B2;于2003年4 月29日公布的授予Jeanmaire等人的美国专利No. 6,554,410 B2;于 2003年6月10日公布的授予Jeanmaire等人的美国专利No. 6,575,566 Bl;于2003年7月8日公布的授予Jeanmaire等人的美国专利No. 6,588,888 B2;于2004年9月21日公布的授予Jeanmaire的美国专利 No. 6,793,328 B2;于2004年12月7日公布的授予Jeanmaire等人的 美国专利No. 6,827,429 B2;以及于2005年2月8日公布的授予 Jeanmaire等人的美国专利No. 6,851,796 B2,这些专利的公开内容通 过引用结合在本文中。
通常，液滴以多种尺寸形成，例如，大液滴18形式的第一尺寸， 以及小液滴20形式的第二尺寸。大液滴18的质量与小液滴20的质 量之比通常大约为在2至10之间的整数。包括这些液滴的液滴流21 沿着液滴轨迹26流动。气流偏转系统包括管道22，该管道22用来引导气流(例如空气)24 经过液滴轨迹26的一部分。这部分液滴轨迹称作偏转区28。当空气 流24在偏转区28中到达液滴时，该气流改变了液滴轨迹。当液滴轨 迹穿过偏转区出来时，它们相对于未偏转的液滴轨迹以称作偏转角的 角度行进。
与大液滴18相比，小液滴20受到空气流更大程度地影响，使得 小液滴轨迹30偏离大液滴轨迹32。也就是说，小液滴的偏转角大于 大液滴的偏转角。空气流24应当提供充分的液滴偏转，以及由此小 液滴轨迹与大液滴轨迹充分地分离，以便捕集器可定位成使其截留两 个轨迹中的一个轨迹，而并不截留另一个轨迹。这样，沿着该一个轨 迹行进的液滴被捕集器捕获，从而允许墨水再循环，而沿着第二轨迹 行进的液滴将错过捕集器并且可以到达打印介质36。
在图1中，捕集器34定位成用以截留大液滴轨迹32，以便捕获 大液滴并使得墨水返回流体系统35。小液滴20充分偏转，以避免与 捕集器34接触。小液滴20到达打印介质36，以在打印介质上形成点 38。当小液滴打印时，这称作小液滴打印模式。在现有技术的备选的 实施例中，捕集器可定位成使其截留小液滴轨迹，而不截留大液滴轨 迹。在这种情况下，大液滴是打印的液滴。这称作大液滴打印模式。
实验已经发现，尽管小液滴与大液滴相比被横向空气流偏转更大 的程度，但不是所有小液滴都沿着相同的轨迹行进。类似而言，不是 所有大液滴都沿着相同的轨迹行进。即便是当偏转空气流为稳定的、 非扰动的空气流时，情形也会如此。具体而言，已看到的是，液滴偏 转部分地取决于是大液滴还是小液滴处在前面。
图2显示了由现有技术的打印装置或打印系统提供的遇到气流 24(例如空气)的单个液滴16的自由体的i见图。该液滴以液滴速度矢量 40向下运动。空气流具有空气速度矢量44。该空气速度矢量44提供 充分的液滴横向力，以产生所需的液滴轨迹变化。空气与液滴的相对 速度46由空气速度矢量44与液滴速度矢量40的矢量差给出。空气作用到液滴16上的力沿着该相对速度矢量46指向，并大致作为该相对速度的平方而变化。由该视图清楚地看出，尽管空气流垂直于液滴轨迹指向，但相对速度及液滴上的合力并不垂直于液滴轨迹。结果，空气流不仅使液滴横向偏转，而且空气流也降低了液滴的向下速度。
如果所有液滴都遇到相同的偏转空气流，则确定了空气流降低平行于液滴轨迹的速度分量并不导致问题，因为在纸上引起点位置偏移的液滴偏转及飞行时间是一致的并且可以将其考虑在内。然而，所看到的液滴变化并非简单地是液滴由具有平行于液滴轨迹的分量的相对速度矢量减速的结果。
所观察到的液滴偏转变化看起来是当空气穿过液滴时由液滴产生的尾流的结果。由液滴产生的尾流与相对速度矢量对齐。在液滴尾流与相对速度矢量对齐的情况下，由穿过第一液滴的空气流所产生的尾流可改变穿过在第 一液滴之后行进的液滴(称作第二液滴)的空气流，充分地改变第二液滴的偏转。在打印过程中产生各种型式的大液滴和小液滴。各液滴的尾流的尺寸取决于液滴尺寸。液滴之间的3巨离对于大液滴、小液滴及两者的组合也有所不同。由于尾流尺寸及液滴间距的不同，穿过液滴的空气流取决于是大液滴还是小液滴处在液滴前面。穿过液滴的空气流中的这些差别包括相对速度矢量的垂直分量和平行分量方面的差别，该垂直分量和平行分量方面的差别导致液滴偏转和到达打印介质的液滴飞^"时间不同。
本发明通过以下方式解决该问题51导液滴偏转气流穿过液滴，使得偏转气流具有垂直于液滴轨迹的速度分量，以便提供必需的液滴偏转，以及具有大致等于液滴速度的平行于液滴轨迹的速度分量。该系统的自由体的视图显示在图3中。
在图3中，气流24(例如空气)具有速度矢量60,速度矢量60具有平行和垂直于液滴速度矢量40的分量。这些分量称作平行的速度分量62和垂直的速度分量64。垂直的速度分量提供足够的力，以提供所需的液滴轨迹变化。相对速度矢量66为速度矢量60减去液滴速度矢量40。如图所示，相对速度矢量66垂直于液滴速度矢量40。也就是说，平行于液滴矢量的相对速度矢量的分量等于零。结果，当液滴经由液滴偏转气流行进时，有很小的力或没有力使液滴减速。此外，因为液滴尾流与相对速度矢量对齐，在气流中产生的尾流与液滴轨迹垂直对齐。结果， 一个液滴对穿过随后液滴的气流的影响降低到最低程度。
空气速度矢量60与液滴速度矢量40之间的角度0取决于所需的平行的空气速度分量与垂直的空气速度分量的比率。平行的空气速度分量应当大致等于液滴速度，而垂直的空气速度分量应当提供充分的液滴偏转，以便区分出大液滴尺寸及小液滴尺寸，使得一种液滴尺寸可用于打印，而另一种尺寸则被捕获。如果垂直的空气速度分量等于液滴速度，则向下角度将为大约45。。
尽管本发明在平行的空气速度分量62等于液滴速度矢量40的情况下最为有效，但已发现，当平行的空气速度分量62不是绝对地与液滴速度矢量40相匹配时也可以应用本发明。例如，在以下情况下可有效地应用本发明，即空气流具有大于或等于0.25倍液滴速度矢量的平行的空气速度分量，相对速度将具有等于0.75倍液滴速度的平行于液滴速度矢量的分量。平行的空气速度分量中这种较'J、的降低导致液滴尾流充分地转动，使得液滴尾流对随后的液滴具有小得多的影响。尽管以较低的因数(大于或等于0.25倍)可实现液滴偏转对随后液滴的液滴尾流的影响具有充分地抑制，但该结果依然令人惊奇，因为初始时不会相信该结果可利用如此小量的平行的空气速度而实现。
尽管在空气流具有大于或等于0.25倍液滴速度的平行的空气速度分量的情况下可有效地应用本发明，但当平行的空气速度分量大于0.5倍的液滴速度矢量时可更有效地应用本发明。平行的空气速度分量的这种增大用来使液滴尾流进一步转动离开随后的液滴，使其对之后液滴的影响降低。此外，增大的平行空气速度分量用来降低当行进至打印介质时使液滴减速的空气阻力。然而，使平行的空气速度分量大于0.75倍的液滴速度矢量甚至更为优选。并且仍然更优选的是使平行的空气速度分量大于0.9倍的液滴速度矢量。
当平行的空气速度分量从零逐渐增大到等于液滴速度时，使液滴减速的空气阻力逐渐降低为零。液滴尾流也逐渐转动，更接近垂直于液滴轨迹，降低其对之后液滴的影响。使平行的空气速度分量增大到超出该水平导致平行于液滴速度矢量的相对速度的分量再次增大。在这种情况下，相对速度的垂直分量将倾向于使液滴朝向打印介质加速，而不是〗吏其减速。这也将导致液滴尾流远离垂直于液滴轨迹运动。
如果平行的空气速度分量增大，使其显著大于液滴速度，则液滴尾流将开始影响前面的液滴。例如，如果平行的空气速度分量为液滴速度的两倍，则平行于液滴轨迹的相对速度的分量等于液滴速度。然后，平行于液滴轨迹的相对速度的分量的大小等于当平行的空气速度分量等于零时所产生的速度。因此，可以预期液滴偏转变化的大小将类似于在现有技术中所遇到的情况。
正如已发现的那样，当平行的空气速度分量大于或等于0.25倍的液滴速度矢量时本发明有效，当平行的空气速度分量小于1.75倍的液滴速度时本发明看起来同样有效。当平行的空气速度分量小于1.5倍的液滴速度时本发明看起来更为有效。如果平行的空气速度分量小于1.25倍的液滴速度，则本发明看起来甚至更有效，当平行的空气速度分量小于1.1倍的液滴速度时甚至更有效，以及当平行的空气速度分量等于液滴速度时本发明最为有效。
为了清晰起见，本发明示范性的实施例示意地显示，并且未按比率。本领域的技术人员将能够轻易地确定本发明的示范性实施例的元件的具体尺寸及内在联系。在以下描述中，相同的参考标号在可能的情况下表示相同的元件。
图4显示了本发明的示范性的实施例。打印头2包括带有至少一个喷嘴的液滴发生器IO，墨水在压力下从该喷嘴中喷出，以形成液体细丝14。与液滴发生器10相关联的激发设备9能够干扰液体细丝，导致部分细丝从主细丝中断开，以便形成液滴。这样，液滴有选择地 以大液滴及小液滴的形式形成，该大液滴及小液滴向下飞向打印介质 36。多种激发设备9在现有技术中是已知的，其可用于由液体细丝有
选择地形成大液滴及小液滴。这些包括但不限于压电促动器、电性 流体动力电极结构、MEMS促动器、充电喷射电极、激光器、加热器 或其组合。
具有下壁74和上壁76的第一空气管道72以大约45°向下的角 度e将由正压力源116供送的空气朝向液滴偏转区28引导。在偏转 区28中，空气流与液滴流21中的液滴相互作用，导致小液滴沿着小 液滴轨迹30行进，而大液滴则沿着大液滴轨迹30行进。捕集器114 已定位成使得捕集器的前表面112截留大液滴轨迹。大液滴被捕获， 并且墨水经由形成在捕集器114与盘状物88之间的墨水返回管道86 返回至流体系统(未示出)。尽管显示了柯恩达(Coanda)型的捕集器，但 捕集器可以是任何适当的结构，包括但不限于Coanda、刃部、多孔表 面、分隔边缘或其组合。
沿着小液滴轨迹30行进的小液滴未被捕集器捕获，并允许到达 打印介质36。随着空气由第一空气管道72以向下的角度e导入偏转 区28,空气流具有大于0.25倍液滴速度的平行的空气速度分量，而 垂直的空气速度分量提供充分的液滴偏转，以便区分出大液滴轨迹与 小液滴4九迹。
用语"偏转区"是指包围液滴轨迹的如下部分的区域，在该部分 的液滴轨迹中，由空气流产生的力提供对液滴的大部分横向加速，以 便分离大液滴与小液滴。应当认识到，由于在偏转区中施加给液滴的 横向加速，液滴的横向移位将在液滴离开偏转区之后继续。还应当认 识到，空气流在偏转区内的各处并不均匀。因此，平行的空气速度分 量在偏转区内的各处不等于固定因数倍的液滴速度。因此，当声称平 行的空气速度分量大于0.25、 0.5、 0.75或0.9倍的液滴速度，或者平 行的空气速度分量小于1.75、 1.5、 1.25或1.1倍的液滴速度时,并非意图是指这些情形在偏转区内各处均满足。这些情形应在偏转区内的 一些位置得到满足，并优选地在偏转区的绝大部分内得到满足。
在显示在图4中的示范性的实施例中，空气管道72具有下壁74， 该下壁74包括捕集器114的表面。空气管道的上壁76与液滴发生器 10的倾斜表面77对齐。密封件84在上壁76与液滴发生器10之间提 供空气密封。在该实施例中，空气管道壁部分包括部分的捕集器114 和部分的液滴发生器IO。可以预期，空气管道可包括制成在液滴发生 器、捕集器中的空气管道，或者作为与这两种部件均分离的空气管道。
图5显示了本发明的另一个示范性的实施例。打印头2包括带有 至少一个喷嘴的液滴发生器10，墨水在压力下从该喷嘴中喷出，以便 形成液体细丝。与液滴发生器相关联的激发设备9(显示在图4中)能够 干扰液体细丝，导致部分细丝从主细丝中断开，以便形成液滴。这样， 液滴有选择地以大液滴及小液滴的形式形成，该大液滴及小液滴向下 飞向打印介质36。
具有下壁74和上壁76的第一空气管道72位于液滴流21的第一 侧。第一空气管道72以大约45°向下的角度0将由正压力源116供 送的空气朝向液滴偏转区28引导。第二空气管道78位于液滴流的第 二侧。第二空气管道78形成在捕集器80与上壁82之间，并将空气 从偏转区28中排出。可选的密封件84在液滴发生器与上壁76及上 壁82之间提供空气密封。第二管道78可连接至负压力源118，该负 压力源118用来协助将空气从第二管道78中除去。
由第一空气管道72供送的空气导入液滴偏转区28，在该液滴偏 转区28中，空气导致大液滴沿着大液滴轨迹行进，小液滴沿着小液 滴轨迹行进。小液滴轨迹由捕集器80的前表面截留。然后，墨水沿 捕集器表面向下流动，进入形成在捕集器80与盘状物88之间的墨水 返回管道86中，并返回至流体系统35(显示在图1中)。大液滴未偏转 到小液滴所偏转的程度，错过捕集器80而继续行进到打印介质36上。
随着空气由第一空气管道72以向下的角度e引入偏转区28,并经由第二空气管道78离开偏转区28,空气流具有大于0.25倍液滴速 度的平行的空气速度分量，而垂直的空气速度分量则提供充分的液滴 偏转，以便区分出大液滴轨迹与小液滴轨迹。也就是说，空气提供充 分的液滴偏转，使得小液滴轨迹与大液滴轨迹分开，以便捕集器可定 位成截留其中的一个轨迹(在该实施例中为小液滴轨迹30),而未截留 另 一个轨迹(在这种情况下为大液滴轨迹32)。
图6显示了本发明的另一个示范性的实施例。在该实施例中，第 二空气管道已经改变，佳_得第二空气管道的空气管道入口部分90与 第一空气管道72的出口部分92对齐并大致平行。这样，第二空气管 道78对穿过偏转区28的空气流产生较少的干扰。因此，该实施例提 供了具有大于0.25倍液滴速度的平行空气速度分量的空气流，而垂直 的空气速度分量则提供充分的液滴偏转，以便区分出大液滴轨迹与小 液滴轨迹。第二管道78可连接至负压力源118，该负压力源118用来 协助将空气从第二管道78中除去。
图7显示了本发明的另一个示范性的实施例。在该实施例中，第 一空气管道72如之前一样以向下的角度6将空气流引入偏转区28， 空气由第二空气管道78从该偏转区28中抽出。第一空气管道72比 先前实施例的第一空气管道大得多，并且能够传送更大的空气流。然 而，穿过第二空气管道78的空气流与先前的实施例相比并未改变。 结果，由第一空气管道72提供的空气流的一部分穿过偏转区28,并 通过第二空气管道78离开。空气流的该第一部分96在其穿过偏转区 时具有大于0.25倍液滴速度的平行的空气速度分量，而垂直的空气速 度分量则提供充分的液滴偏转，以便区分出大液滴轨迹与小液滴轨 迹。
空气流的第二部分引导至与偏转区下面的液滴轨迹对齐。 一种结 构相对于液滴轨迹定位来完成这一点。在第一尺寸的液滴轨迹和第二 尺寸的液滴轨迹中的一个液滴轨迹超出偏转区之后，气流的一部分与 第 一尺寸的液滴轨迹和第二尺寸的液滴轨迹中的 一个液滴轨迹对齐。在图7中，捕集器80是该结构的实例。作为备选或此外，下壁74可 延伸成进一步限定打印头出口。例如，壁74可在与捕集器80底部大 致相同的高度终止。这样，离开打印头的气流与离开打印头的大体积 液滴4九迹对齐。
捕集器80定位在液滴轨迹后方或定位在液滴轨迹的第二侧上， 并协助防止空气流穿过液滴轨迹和防止促使液滴偏转。所供送的空气 流的该第二部分98变得与偏转区下方的液滴轨迹对齐，并经由打印 头出口 94离开封闭的打印头2。大致平行于大打印液滴轨迹的空气流 的该第二部分具有降低液滴上的空气阻力的有利效果，在液滴向打印
介质行进时，该空气阻力将使液滴减速。因此，这有助于降低可能由 空气阻力引起飞行时间变化所导致的点移位偏差。
优选的是，当第二部分空气流穿过打印头出口时，该第二部分空 气流的平行的空气速度分量大于0.5倍的液滴速度。更优选的是，当 第二部分空气流穿过打印头出口时，该第二部分空气流具有大约为液 滴速度的平行的空气速度分量。流出打印头出口的该空气流还用来阻 止雾、纸粉尘或其它污染物进入打印头2。
图8显示了本发明的另一个示范性的实施例。如在先前的实施例 中一样，空气管道72供送朝向液滴轨迹引导的空气。该空气流的第 一部分穿过偏转区，并经由第二空气管道78离开。空气管道72向下 的角度9提供空气流，该空气流具有大于0.25倍液滴速度的平行的空 气速度分量，而垂直的空气速度分量则提供充分的液滴偏转，以便区 分出大液滴轨迹与小液滴轨迹。该空气流的第二部分与偏转区下方的 打印液滴轨迹对齐，降低液滴上的空气阻力，在液滴向打印介质行进 时，该空气阻力使液滴减速。
该实施例还具有阻隔件100。空气室102形成在液滴发生器10与 阻隔件100和上壁82之间。间隙104形成在阻隔件100与上壁82之 间。乂人液滴发生器喷出的液滴穿过该间隙。空气经由空气管道106和 空气管道108中的至少一个空气管道供送给室102。如果空气仅通过空气管道106和108中的一个空气管道供送，则可用密封件(未示出) 来密封另一个管道。该供送的空气经由间隙104离开室102。当该第 二空气流穿过间隙104时，其围绕液滴，以及当该第二空气流导入偏 转区时，其大致平行于液滴轨迹行进。结果，这降低了液滴上的空气 阻力，在液滴到达偏转区之前，该空气阻力可能使液滴减速。第二空 气流还对偏转区中的平行的空气速度分量起作用。
以上参照图5至图8描述的实施例适合于当打印装置以大液滴打 印模式才喿作时使用。也就是说，各打印装置构造有捕集器80，该捕集 器80定位成用以截留小液滴轨迹30,而并不截留大液滴轨迹32。然 后，未到达捕集器的大液滴继续行进到打印介质36上。然而，本发 明还适合于当打印装置以小液滴打印模式操作时使用。
图9显示了本发明的另一个示范性的实施例。在图9中显示的实 施例类似于显示在图5中的实施例。如同图5的实施例，本实施例具 有由下壁74和上壁76形成的空气管道72。空气由空气管道72导入 偏转区28，并通过第二空气管道78离开该偏转区28。
在显示在图9中的实施例中，第二空气管道78形成在上壁82与 壁110之间。这样，空气管道72提供空气流，该空气流具有大于0,25 倍液滴速度的平行的空气速度分量，而垂直的空气速度分量则提供充 分的液滴偏转，以便区分出大液滴轨迹与小液滴轨迹。
正如在图7中，捕集器80用作一种结构致使来自管道72的一部 分空气流与偏转区下方的液滴轨迹对齐并连同打印液滴 一 起流出打 印头出口，图9中的壁IIO可用作该结构，以便在此产生相同的结果。
捕集器80在与空气管道72相同的液滴轨迹侧安放在下壁74下 方。捕集器80的前表面112已经定位成用以截留大液滴轨迹32，但 并不截留小液滴轨迹30。因此，小液滴从捕集器80旁边经过，并继 续行进到打印介质36上。到达前表面112的墨水沿前表面向下流动， 进入形成在捕集器80与盘状物88之间的墨水返回管道86。尽管图9 显示捕集器80和下壁74为两个部件，但可以预期，它们可以形成为单个部件。
图10显示了适合于当打印装置以小液滴打印模式操作时使用的 另一个实施例。在该实施例中，下壁74构造成位于液滴流第一侧的
捕集器114的一部分。如同先前的实施例，本实施例具有由下壁74 和上壁76形成的空气管道72。空气由空气管道72以向下的角度e引 入偏转区28。
在该实施例中，位于液滴轨迹第二侧上的第二结构(例如壁110) 的前表面116大致平行于下壁74，并已定位成与空气管道72的上壁 76大致对齐。这样，该第二结构用来使空气管道72延伸经过液滴偏 转区至液滴流的第二侧。空气管道72提供空气流，该空气流具有大 于0.25倍液滴速度的平行的空气速度分量，而垂直的空气速度分量则 提供充分的液滴偏转，以便区分出大液滴轨迹与小液滴轨迹。捕集器 114的前表面112已定位成用以截留大液滴轨迹32,但并未截留小液 滴轨迹34。因此，小液滴从捕集器旁边经过，并继续行进到打印介质 36上。到达前表面112的墨水沿前表面向下流动，进入形成在捕集器 80与盘状物88之间的墨水返回管道86。尽管图9和图IO显示壁110 利用表面U6或者大致平行于液体细丝14(在图9中)或者平行于空气 管道72(图10)，但应当理解，其它中间角度也是允许的。
在所显示的各个实施例中，空气管道72具有大约45°的向下的 角度e。该角度适合于如下系统，在该系统中，提供充分的液滴偏转 以区分出大液滴轨迹与小液滴轨迹所需的垂直的空气速度分量大约 等于平行的空气速度分量，其中平行的空气速度分量大于0.25倍的液 滴速度矢量。
不同的系统要求可导致在区分出大液滴轨迹与小液滴轨迹所需 的垂直的空气速度分量方面发生变化。例如，已知区分出大液滴轨迹 与小液滴轨迹所需的垂直的空气速度分量依赖于喷嘴尺寸；与较小的 喷嘴直径相比，较大的喷嘴直径尺寸需要较大的垂直的空气速度分量 来区分出大液滴轨迹与小液滴轨迹。由于系统要求的这些差别，空气管道72的向下的角度可偏离显示在这些实施例中的大约45°的角度。 在以上描述中参照了向下的角度。如本文所用，用语"向下"对 应于液滴从液滴发生器喷出时朝向的方向。爿t人该意义上讲，用语"向 下，，未必是指对应于重力的液滴行进的方向。就此而论，液滴可取决 于液滴发生器的方位以向上的方向或另一方向乂人液滴发生器中喷出。 用语"空气"意图包括空气，但还可包括任何适当的气态流体。 此外，提供给偏转区的空气可在输送给偏转区之前进行过滤或清洁， 以便帮助保持清洁的打印头环境。当执行这一点时，过滤使用常规技 术完成，例如使用定位在空气流源与偏转区之间的 一个或多个 HEPA(高效空气微粒)过滤器。
液滴通常是液体墨水的液滴，但可包括对有选择地施加给接收器 所需的其它液体混合物。通常，当液滴为墨水时，接收器包括打印介 质。然而，当液滴为其它类型的液体时，接收器可为其它结构，例如 电路板材料、立体-石板印刷的基底、医疗输送设备等。零件列表
打印头 2 液滴激发/形成设备 9
液滴发生器 10
喷嘴 12
-液体细丝 14
液滴 16
大液滴 18
小液滴 20
液滴流 21
管道 22
空气流 24
液滴轨迹 26
偏转区 28
小液滴轨迹 30
大液滴4九迹 32
捕集器 34
流体系统 35
打印介质 36
点 38
液滴速度矢量 40
空气速度矢量 44
相对速度矢量 46
空气速度轮廓 47
第一液滴 48
第二液滴 49
液滴尾流 50空气速度矢量 60
垂直的空气速度分量 62
平行的空气速度分量 64
第一空气管道 72
下壁 74
上壁 76
第二空气管道 78
捕集器 80
上壁 82
密封件 84
墨水返回管道 86
盘状物 88
入口部分 90
出口部分 92
打印头出口 94
空气流的第一部分 96
空气流的第二部分 98
阻隔件 100
室 102
间隙 104
空气管道 106
空气管道 108
壁 110
前表面 112
捕集器 114
正压力源 116
负压力源 118
权利要求
1.一种打印装置，包括液滴发生器，其可用来由穿过与所述液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形成具有第一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴，具有所述第一尺寸的液滴和具有所述第二尺寸的液滴沿着液滴轨迹行进，当相互比较时，所述第一尺寸大于所述第二尺寸，各所述液滴均具有液滴速度；气流偏转系统，其包括在偏转区受到引导的气流，所述偏转区包括所述液滴轨迹的至少一部分，所述偏转区中的气流包括具有平行的速度分量和垂直的速度分量的速度矢量，所述平行的速度分量和所述垂直的速度分量相对于所述液滴轨迹定义，所述平行的速度分量大于0.25倍的所述液滴速度，以及所述垂直的速度分量足够使具有所述第一尺寸的液滴和具有所述第二尺寸的液滴偏转至第一尺寸液滴的轨迹和第二尺寸液滴的轨迹；以及捕集器，其相对于所述第一液滴尺寸的轨迹和所述第二液滴尺寸的轨迹中的一个轨迹定位，使得沿着所述第一液滴尺寸的轨迹和所述第二液滴尺寸的轨迹中的一个轨迹行进的液滴由所述捕集器截留，而沿着所述第一液滴尺寸的轨迹和所述第二液滴尺寸的轨迹中的另一个轨迹行进的液滴未被所述捕集器截留。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平行的速度 分量大于0.5倍的所述液滴速度。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平行的速度 分量大于0.75倍的所述液滴速度。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平行的速度 分量大于0.9倍的所述液滴速度。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气流偏转系 统包括相对于所述液滴轨迹成一定角度定位的管道，使得所述气流相对于所述液滴轨迹成一定角度引导至所述偏转区，其中，所述管道的 相对于所述液滴轨迹的角度与所述平行的速度分量同所述垂直的速 度分量的比率有关。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述管道为第一管道并相对于所述液滴轨迹的第一侧定位，所述装置还包括定位在所述液滴轨迹的第二侧上的第二管道，所述第二管道为用 于穿过所述偏转区的气流的出口 。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 相对于所述液滴轨迹定位的结构，使得在所述第一尺寸液滴的轨迹和 所述第二尺寸液滴的轨迹中的一个轨迹超出所述偏转区之后，所述气 流的 一部分与所述第 一尺寸液滴的轨迹和所述第二尺寸液滴的轨迹 中的 一个4九迹大致对齐。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述结构为定位 在所述液滴轨迹的第二侧上的捕集器。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述气流的对齐 部分具有大于0.5倍的所述液滴速度的速度分量。
10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一管道包 括出口部分，所述第二管道包括入口部分，其中，所述第二管道的入 口部分平行于所述第一管道的出口部分定位。
11. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 室结构，其定位成将第二气流朝向所述偏转区引导，所述第二气流大致平行于所述液滴轨迹。
12. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述捕集器在与 所述气流偏转系统的管道相同的一侧相对于所述液滴轨迹定位，使得 具有所述第一尺寸的液滴由所述捕集器截留。
13. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述捕集器在与 所述气流偏转系统的管道相反的 一侧相对于所述液滴轨迹定位，使得 具有所述第二尺寸的液滴由所述捕集器截留。
14. 根据权利要求5所述的装置，其特^f正在于，所述管道包括在 第一侧相对于所述液滴轨迹定位的壁，所述管道包括在第二侧相对于 所述液滴轨迹定位的第二结构，所述第二结构包括前表面，其中，所 述结构的前表面大致平行于所述管道的壁。
15. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液滴发生器 包括所述管道的一部分。
16. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平行的速度 分量小于1.75倍的所述液滴速度。
17. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平行的速度 分量小于1.1倍的所述液滴速度。
18. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气流偏转系 统包括气源，其中，在所述气源与所述偏转区之间设置了过滤器。
19. 一种打印方法，包括由穿过与液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形成 具有第 一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴，具有所述第 一尺寸的液 滴和具有所述第二尺寸的液滴沿着液滴轨迹行进，当相互比较时，所 述第一尺寸大于所述第二尺寸，各所述液滴均具有液滴速度；使用气流偏转系统朝向偏转区引导气流，所述偏转区包括所述液 滴轨迹的至少一部分，所述偏转区中的气流包括具有平行的速度分量 和垂直的速度分量的速度矢量，所述平行的速度分量和所述垂直的速 度分量相对于所述液滴轨迹定义，所述平行的速度分量大于0.25倍的 所述液滴速度,以及所述垂直的速度分量足够使具有所述第一尺寸的 液滴和具有所述第二尺寸的液滴偏转至第一尺寸液滴的轨迹和第二 尺寸液滴的轨迹；以及使用相对于所述第一液滴尺寸的轨迹和所述第二液滴尺寸的轨 迹中的 一 个轨迹定位的捕集器截留沿着所述第 一 液滴尺寸的轨迹和 所述第二液滴尺寸的轨迹中的一个轨迹行进的液滴，而并未截留沿着 所述第一液滴尺寸的轨迹和所述第二液滴尺寸的轨迹中的另一个轨迹4亍进的液滴。
20. —种打印头，包括液滴发生器，其构造成用以由穿过与所述液滴发生器相关联的喷 嘴所喷出的液体有选择地形成大体积的液滴和小体积的液滴，所述大 体积的液滴和所述小体积的液滴沿着初始的液滴轨迹行进；气流偏转系统，其包括由正压力源经由第 一气流管道提供的气 流，所述气流相对于所述初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度受 到引导，使得所述小体积的液滴通过所述气流偏离所述初始的液滴轨 迹，并开始沿着被偏转的小体积液滴轨迹行进；以及捕集器，其相对于所述被偏转的小体积液滴轨迹定位，使得所述 小体积的液滴由所述捕集器截留，由所述第一气流管道提供的所述气 流的一部分经由位于所述捕集器与所述液滴发生器之间的第二气流 管道从所述打印头除去。
21. 根据权利要求21所述的打印头，其特征在于，所述打印头 还包括联接至所述第二气流管道上的负压力源。
22. 根据权利要求21所述的打印头，其特征在于，所述打印头 还包括相对于所述第一气流管道定位的结构，使得当所述气流的第二 部分离开所述打印头时，由所述第一气流管道提供的所述气流的第二 部分与大体积液滴的轨迹对齐。
23. —种打印方法，包括使用液滴发生器由穿过喷嘴所喷出的液体有选择地形成大体积 的液滴和小体积的液滴，所述大体积的液滴和所述小体积的液滴沿着 初始的液滴專九迹4亍进；提供由正压力源经由气流偏转系统的第 一气流管道所产生的气流^相对于所述初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度引导所述气 流，以使小体积的液滴从所述初始的液滴轨迹偏转至被偏转的小体积液滴轨迹；使用相对于所述被偏转的小体积液滴轨迹定位的捕集器截留所述小体积的液滴；以及经由位于所述捕集器与所述液滴发生器之间的第二气流管道将 由所述第 一气流管道提供的所述气流的 一部分从所述打印头除去。
24. —种打印头，包4舌液滴发生器，其构造成用以由穿过与所述液滴发生器相关联的喷 嘴所喷出的液体有选择地形成大体积的液滴和小体积的液滴，所述大 体积的液滴和所述小体积的液滴沿着初始的液滴轨迹行进；气流偏转系统，其包括由正压力源经由第 一气流管道提供的气 流，所述气流相对于所述初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度受 到引导，使得所述小体积的液滴通过所述气流偏离所述初始的液滴轨 迹，并开始沿着被偏转的小体积液滴轨迹行进；以及捕集器，其相对于所述初始的液滴轨迹定位，使得所述大体积的 液滴由所述捕集器截留，所述第一气流管道位于所述捕集器与所述液 滴发生器之间。
25. 根据权利要求24所述的打印头，其特征在于，所述打印头 还包括在与所述第一气流管道相反的一侧上相对于所述初始的液滴轨 迹定位的第二气流管道，其中，由所述第一气流管道提供的所述气流 的 一部分经由所述第二气流管道从所述打印头除去。
26. 根据权利要求25所述的打印头，其特征在于，所述打印头 还包括联接至所述第二气流管道上的负压力源。
27. 根据权利要求24所述的打印头，其特征在于，所述捕集器 包括相对于所述初始的液滴轨迹定位的表面，使得所述大体积的液滴 由所述捕集器的表面截留，其中，所迷捕集器的表面相对于所述初始 的液滴轨迹以 一定的角度定位。
28. —种打印方法，包括使用液滴发生器由穿过喷嘴所喷出的液体有选择地形成大体积 的液滴和小体积的液滴，所述大体积的液滴和所述小体积的液滴沿着 初始的液滴專九迹4亍进；提供由正压力源经由气流偏转系统的第 一气流管道所产生的气流;相对于所述初始的液滴轨迹以非垂直、非平行的角度引导所述气 流，以使小体积的液滴从所述初始的液滴轨迹偏转至被偏转的小体积液滴4九迹；以及使用相对于所述初始的液滴轨迹定位的捕集器截留所述大体积 的液滴，所述第一气流管道位于所述捕集器与所述液滴发生器之间。
29. 根据权利要求20所述的打印头，其特征在于，所述捕集器 为Coanda类型的捕集器。
30. 根据权利要求24所述的打印头，其特征在于，所述捕集器 为Coanda类型的捕集器。
全文摘要
一种液滴发生器，可用来由穿过与液滴发生器相关联的喷嘴所喷出的液体有选择地形成具有第一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴。具有第一尺寸的液滴和具有第二尺寸的液滴沿着液滴轨迹行进，当相互比较时，第一尺寸大于第二尺寸。各液滴具有液滴速度。气流偏转系统包括在偏转区进行引导的气流，该偏转区包括液滴轨迹的至少一部分。偏转区中的气流包括具有平行的速度分量和垂直的速度分量的速度矢量，其中平行的速度分量和垂直的速度分量相对于液滴轨迹定义。
文档编号B41J2/09GK101678676SQ200880015279
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年5月7日
发明者B·A·菲利普斯, D·J·奈尔逊, D·L·简麦尔, J·A·凯特伯格, J·C·小布拉扎斯, J·E·约卡蒂, J·徐, M·F·鲍默, M·S·汉查克, R·C·布罗斯特, R·J·西蒙, T·R·格里芬, T·W·斯坦纳, Z·高 申请人:伊斯曼柯达公司