专利名称：电磁阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，特别是一种高速螺线管型阀，和一种包含这种阀的喷墨打印机；还涉及一种操作应用所述阀的喷墨打印头的方法。
背景技术：
喷墨打印机是非接触式打印机，其中，墨滴从打印头中的一个或多个喷嘴喷射出。喷出的墨滴被喷射到相对于打印头移动的片基上，并逐渐地由施加到片基上的墨点建立打印图像。例如，本发明将按照相对于固定打印头移动的片基进行说明。然而，本发明还可应用于打印头相对于固定片基移动的打印机。
一种形式的喷墨打印机包括，受到压力的墨水源，典型的是被施加从0.1到3巴特别是约1巴的压力的墨水容器或墨水瓶。例如通过对所述瓶或容器中墨水之上的空气隙施加压力来产生压力。墨水被供给到打印头中的喷嘴孔，通过所述喷嘴孔，一连串的墨滴被喷射到片基的表面上。所述打印头典型地包括一排沿着横断片基行进方向的这种喷嘴孔。
墨水通过每个喷嘴孔的流动被电磁阀控制。典型地，这种阀包括被置入用于在轴向延伸的电气线圈中轴向运动的电磁柱塞。该柱塞的远端位于阀头室中，墨水经过该阀头室从容器流到喷嘴孔。当电流流过线圈时，产生磁场，该磁场作用于所述柱塞使其轴向运动，从而打开或关闭喷嘴孔的镗孔或管道的入口。典型的是，磁场作用使柱塞反抗盘簧的偏压而缩回，从而在阀头室和喷嘴孔之间产生流动路径。当电流不再流过线圈时，磁场中断，且柱塞在弹簧的偏压下返回，并座靠密封肋板，唇板或其它位于或围绕朝着喷嘴孔的镗孔或管道的入口处的装置，从而关闭朝着喷嘴孔的流动路径。典型的是，多个喷嘴孔在一块板即喷嘴板上形成一排，且每个喷嘴孔以一个镗孔穿过所述板并与电磁阀相连。在控制墨水流动到喷嘴孔的阀的致动下，墨滴被单独地从一个或多个喷嘴孔中喷出。典型的是，喷嘴孔被设置成宝石形喷嘴的镗孔的远端，其被座入穿过喷嘴板的镗孔的出口。
从容器经由歧管为阀供给墨水，所述歧管用作将墨流分开并平均分配给每个阀。喷嘴孔排典型的是横断片基行进的方向对齐，从而，多个阀的同时工作就产生了将被打印在片基上的一排墨点。所述阀被操作，从而将墨点沉积在片基上的所需位置上，从而在片基上建立五，七，八或更多元素的点栅格图象。通过对用于喷嘴的各阀的开口的适当排序，字符或其它图象可以被形成在片基上，从而在片基上打印数据，产品批量码，图标，条形码或其它图象。如果需要，几个喷嘴杆可以被组合成一个阵列，从而在片基上打印较宽度图象和/或通过将喷嘴板彼此交错排列从而在片基上实现点的紧密打印。
为了方便，术语按需喷射型打印机将被用于表示一般的这种类型的喷墨打印机，术语喷嘴孔被用于表示墨滴从其中喷出的小孔，术语喷嘴镗孔将被用于表示连接阀头室和喷嘴孔的镗孔，且术语打印头将被用于表示具有一个或多个喷嘴孔和相关联阀的组件。
对于给定的喷嘴孔直径而言，通过改变阀被保持打开的时间来改变打印点的尺寸是容易的，且因此改变流过喷嘴孔的墨水量也是容易的。通过改变打印头中阀的操作顺序，可以容易地改变被打印的图象的形式，从而墨滴以合适的顺序从合适的喷嘴中喷出，以形成所需图象。这种图象和点尺寸的变化可以通过在适当的程序或操作系统的操作下的计算机或微处理器的控制下而容易地实现。
这种按需喷射型打印机在市场上广泛地销售，且被广泛地用于在范围较广的片基上打印范围较广的可视和不可视机器可读图象。打印头可以将墨滴从喷嘴孔喷出，墨滴的飞行路径长度为10到25mm或以上，将打印头定位在生产或包装过程中行进的物品生产线附近，且打印头不会污染物品。
然而，随着打印头和片基之间行进的相对速度的增加，阀不能以足够的速度操作用于以足够的频率喷射墨滴到达形成所需图象而不产生变形的点。典型的是，对于电磁阀的工作速度，用在喷墨打印机打印头中的电流被限制为小于1000Hz。随着制造商的一定生产或包装线的生产量的增加，需要将在片基上打印点的速度增加的需求也增加了。
在另一种形式的喷墨打印机中，如公知的脉冲喷墨打印机，压电晶体或其它换能器被施加到或形成喷嘴孔的具有墨水入口和墨水出口的喷嘴镗孔的喷墨腔的壁的一部分。当一电压被施加到所述换能器上时，该换能器膨胀或弯曲，并产生喷墨腔的容积变化。这就使墨滴被从该腔中喷出，并经由所述喷嘴镗孔穿过喷嘴孔而被排出。借助对施加在换能器上的电脉冲的频率的电控制，换能器可以以非常高的频率产生变形，从而该打印头可以以达到15KHz或更高的频率喷射墨滴。然而，通过喷嘴孔喷射的墨量依赖于换能器弯曲的程度。其可以通过改变施加到换能器的电脉冲的振幅而改变。然而，每种类型的换能器仅仅在一窄的最佳工作脉冲振幅的百分比，典型的是正负10％，内稳定地工作，因此，市售的脉冲喷墨打印机仅仅能获得有限范围的点尺寸。为了增加打印点的尺寸，必须打印彼此重叠的连续点。这就限制了给定的脉冲喷射头的应用数量。此外，这种脉冲喷射头仅将液滴投射一较小的飞行路线距离，典型的是不大于6mm，这是由于用于将墨滴从喷嘴孔喷出而产生的压力较小。该压力不能被增加超过一低阈值，这是因为，墨水借助位于喷嘴孔处的墨水的弯月面的表面张力而被保持在喷嘴镗孔中。而且，喷嘴镗孔和喷嘴孔被形成在室的薄壁中，喷嘴镗孔的典型长度与直径比小于0.5∶1。结果是，与典型的具有长度与直径比为10∶1或更大的宝石形喷嘴中的喷嘴镗孔相比，喷射墨滴的飞行路径的方向性被降低。如果对于脉冲喷墨打印机而言，墨滴的飞行路径大于约2mm，那么墨滴在片基上的散射就会增加。这就进一步限制了这种脉冲喷墨打印机的应用。
在另一种公知的作为连续喷墨打印机的喷墨打印机中，带电的喷射墨水被从喷嘴中喷出。该喷射墨水分裂成单个的带电墨滴，然后，通过对位于单个带电墨滴的飞行路径附近的偏转电极施加变化的电压，所述单个带电墨滴就朝着片基上的所需位置行进。虽然这种打印机可以以高频率形成墨滴，且能够将单个墨滴投射5到15cm的距离，但是，这种打印机的结构和操作复杂且成本高。
国际专利申请NO.PCT/SE97/01007公开了一种用于在按需喷射型喷墨打印机中的电磁阀，其要求能够以达到3kHz的频率进行工作的权利。这种阀包含重量轻的元件，从而减小了柱塞的质量且因此减小了其惯性。这就能够使柱塞在线圈中的每次运动极端可以迅速地加速和减速。为了实现质量的减小，柱塞由两个元件形成，一个由一种电磁材料制成，从而它可以借助线圈所产生的磁场而运动，而另一个是重量轻的塑料元件，其被用作柱塞的远端。这种结构复杂且昂贵。此外，我们已发现，包含这种阀设计的按需喷射型打印头不能打印可接受的图像。例如，在所述阀进行高频工作时，打印的点不均匀，且围绕每个由打印头所打印的基本点周围有许多小的卫星点。
因此，仍然需要一种打印头，其能在超过1kHz的点产生频率下简单且稳定地工作，从而能够使用较宽范围的墨水或其它流体产生在较宽范围的打印点尺寸上的均匀尺寸的墨滴。
我们已经设计出一种形式的电磁阀，其能够在高达8kHz或更高的速度下工作，且能在较宽范围的点尺寸和工作频率下打印均匀尺寸的墨滴。这种阀使按需喷墨技术被用于高速应用中，而在高速应用中，脉冲喷射或连续喷射打印头至今已被认为是唯一技术上有前途的形式的打印头。包含本发明的阀的打印头能够实现通常仅能采用慢速按需喷射型打印头才能实现的打印点的位置精度和从喷嘴孔到片基表面的长的墨滴飞行路径。
令人吃惊的是，本发明的阀能在一较宽的点尺寸范围和频率范围内精确地打印墨滴，而不形成显著的卫星滴。本发明的阀可被制造得性能稳定，且通过使用软件对施加在线圈上的电流脉冲的形状进行调节，从而易于控制柱塞在线圈中的运动，从而优化打印质量。这一点与传统的按需喷墨型打印机具有可比性，在传统的按需喷墨型打印机中，计算机仅用于调节阀的打开时间，和使阀的工作的定时与顺序与待产生的图像相关。
此外，本发明的阀的设计易于使其本身作为一个阀阵列而被制造，每个阀用于单个喷嘴板中的多个喷嘴的一个。这就使喷嘴板和与其相关联的阀的结构被制造成整体构造，其精度比使用单个阀和宝石形喷嘴的高。包含一组喷嘴和阀的打印头可以被制造得比迄今为止的打印头更符合性能标准。
此外，包含本发明的打印头可以被制造得较使用传统阀的打印头更紧凑。这就使按需喷射型打印机与迄今为止的类型相比，能够实现具有更紧密的间隔的待打印小点。
发明内容
因此，本发明提供一种用于控制从其中经过的流体流动的阀机构，该机构包括一柱塞元件，该元件被用轴颈连接(journalled)，用于在当电流通过线圈时由线圈所产生的磁场的感应下，在电线圈中在等待和工作位置之间轴向往复运动，柱塞的远端延伸进入具有出口喷嘴镗孔的阀头室中，柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头室到所述镗孔的液流路径，其特征在于，a.所述柱塞是一种整体结构，且由饱和磁通密度大于1.4特斯拉，优选是约1.6到1.8特斯拉，矫顽磁性小于0.25安培每厘米(A/cm)，且相对导磁率超过10000的软电磁性材料制成；且b.从阀头室通到喷嘴孔的喷嘴镗孔的长度与直径之比小于8∶1，优选是从1.0∶1到5∶1，特别是2∶1到4∶1，且喷嘴孔的直径基本上与所述镗孔的直径相同。
本文使用术语“软磁性”表示，当线圈中的电流中断时，材料就失去由于线圈而在其中所感应的磁场，相反，永磁体仍然保留其磁性。为了方便起见，本文中所使用的术语“远”和“近”表示元件相对于墨水或其它流体穿过阀的流动分别位于下游和上游的部分。
本发明的阀可以被用于需要以超过1kHz的频率喷射精确尺寸的液滴的任何场合。因此，所述阀可以被用于在医学领域的诊断测试中精确地管理试剂的剂量，在化学过程或分析过程中精确地管理少量的试剂。然而，本发明的阀发现在按需喷射型喷墨打印机中的特殊应用，其中经过阀的流体为墨水，且该阀被用于在片基上打印可见的或不可见的图象。为了方便起见，在下文中本发明将就这种应用而进行说明。
因此，本发明的另一方面提供一种按需喷射型喷墨打印机，其特征在于，穿过打印机的喷嘴的墨流由本发明的一个或多个阀调节。
我们已经发现，柱塞使用特殊的材料克服了与使用传统的不锈钢柱塞材料有关的许多问题，所述不锈钢柱塞材料例如是Carpenter 430F，其饱和磁通密度小于约1.2特斯拉，矫顽磁性约为0.95到2A/cm，且导磁率小于约3000。我们已经发现，当以高频率进行往复运动时，传统的材料产生过多的热能，且不能提供一个柱塞，该柱塞能够以高出1kHz许多的频率往复运动。使用具有高饱和磁通密度的材料能够使柱塞迅速响应，从而在由线圈所产生的磁场中迅速改变，而不产生过多的热量。柱塞材料的低矫顽磁性也有助于，在当电流以低施加线圈电流流过线圈时所产生的场的影响下，在柱塞中产生的感应磁场的迅速升高和降低。这与材料的高导磁性相结合，使得能够在线圈和柱塞之间迅速产生高磁性驱动力。结果是，柱塞可以被线圈迅速地加速，而不需要施加高驱动电流给线圈，典型的是超过20安培的驱动电流，这在迄今为止被认为是必须的。这又减小了当柱塞被线圈移动时所产生的热能。
所述低矫顽磁性也允许由于在线圈中的电流的反向而迅速产生反磁力。该反磁力可以被用于在柱塞到达其行程的任一或两个末端时减慢柱塞的运动。这种磁力制动可以被用于代替偏压弹簧或与偏压弹簧结合使用，所述偏压弹簧通常被用于将柱塞返回其等待位置。所述磁力制动也可被用于减小柱塞在其座靠到喷嘴镗孔的入口时的撞击。这不仅增加了柱塞和密封元件的使用寿命，而且减小了在阀关闭时所产生的卫星滴。然而，通常优选的是，本发明的阀机构还包括一预拉伸的弹簧元件，当电流不施加在线圈上时，该弹簧元件偏压柱塞，抵抗由线圈所产生的磁场，从而使柱塞返回其等待位置。
我们已经发现，在从喷嘴孔喷出液滴之后，剩余在通向本发明的阀的喷嘴孔的镗孔中的流体量通常小于传统的按需喷射型打印头的流体量。这在喷嘴镗孔的长度与直径之比具有实现喷嘴镗孔的容积约等于在阀的每次激发时的待喷射墨水的体积的情况下，更加明显。结果是，这种流体的惯性对于本发明的阀的柱塞的运动的阻尼效应被减小，另外还帮助柱塞在线圈的影响下快速运动，这样就协助了阀的高频率操作。
此外，我们还发现，本发明的阀能够被保持在打开位置较长的时，以便在片基上打印连续的行，所述行的长度等于至少三个单独的打印点。对于传统的电磁阀而言，认为必须将电流脉冲提供给线圈以便在片基上形成重叠的墨水点。实际上，由于施加在线圈上的用于将柱塞从其初始等待位置移动进入阀完全打开位置的高电流，通常导致阀被烧坏，我们已经发现，令人惊奇，需要将柱塞保持在阀打开位置的流过线圈的电流非常小，典型的是较开始将柱塞从其等待位置移离所需的电流小80到50％。通过施加其初始幅值足以将柱塞从其等待位置移动到阀打开位置的电流脉冲，然后对于剩余的脉冲，将该幅值减小到一个较低的值，就能够保持阀打开较长的时间，以便在片基上打印成行的墨。
因此，本发明还提供一种方法，该方法用于操作按需喷射型喷墨打印机的电磁阀特别是本发明的阀以便在片基上打印墨行，该行的长度等于至少三个打印的点，其特征在于，通过施加一电流在阀的线圈上，柱塞被保持在阀打开位置，该电流的幅值小于初始将柱塞从其等待位置移离所需的值的50％。
我们已经发现，当柱塞的质量较小时，这些优点非常明显，例如，当柱塞的直径小于2.5mm，特别是约1mm，且长度与直径之比大于3∶1，优选的是从约5∶1到10∶1。因此，在优选实施例中，本发明提供一种小型的重量轻的电磁阀，其特征在于，柱塞的直径小于2.5mm，特别是约1mm，且长度与直径之比大于3∶1，优选是从5∶1到10∶1。优选的是，柱塞具有整体结构，且由具有如上文本发明的阀所限定的磁性的材料制成。
因此，本发明还提供一种电磁阀，特别是本发明的阀，其特征在于，柱塞的径向直径小于2.5mm，优选是小于1mm，且长度与直径之比为至少3∶1，优选的是5∶1到10∶1。
本发明的阀能够在超过2kHz的频率下工作，特别是高达8kHz，所述频率位于传统的连续喷墨打印机的工作范围之内。本发明的阀是按需喷射型喷墨打印机能够将图像打印在快速移动的片基上，且与传统的按需喷射型打印机相比，打印图像的变形被减小。这种阀可以被制造得非常紧凑，从而阀的一个阵列可被用作喷嘴板中的一行或多行喷嘴镗孔，以便提供具有高打印分辨率的紧凑打印头。
令人惊奇的是，我们还发现，当本发明的阀被用在按需喷射型喷墨打印机中时，由于喷嘴镗孔中的墨水的变干而引起的问题被减少。在喷墨打印机中，当打印机或喷嘴处于等待状态时，由于溶剂或载色剂的损失而导致的墨水干燥，导致在镗孔中形成固体沉积物。在传统的按需喷射型或脉冲喷墨打印机中，当打印头的阀或换能器在这样的等待阶段之后被再次激发，从而将墨滴从喷嘴孔喷出，这种沉积阻碍了墨水流过喷嘴镗孔。结果是，从喷嘴孔最初喷出的墨滴产生变形且尺寸不均匀。这种影响在镗孔的长度非常短的脉冲喷墨打印机中被加重。令人惊奇的是，我们已经发现，与按需喷射型打印机典型的是2∶1到5∶1相比，尽管喷嘴镗孔的长度与直径之比较小，在等待阶段之后，本发明的阀较传统的按需喷射型喷墨打印机的阀更迅速地恢复。因此，在本发明的阀的等待阶段之后，由于最初墨滴的畸形而产生的问题被减少。
我们相信，这至少部分地是由于墨水以高压被供给按需喷射型打印机的喷嘴，该喷嘴将固体沉积物与最初通过喷嘴孔喷出的墨滴一起喷出。此外，这种升高的压力的应用，典型的是1到3巴，另外还将墨滴以较脉冲喷墨打印头更快的速度喷出。由本发明的阀所实现的喷射距离与传统的连续喷墨打印机所能实现的喷射距离具有可比性。然而，使用本发明的阀的按需喷射型喷墨打印头的结构和操作较连续喷墨打印头更简单。
我们还发现，使用本发明的阀机构的按需喷射型喷墨打印头的墨滴形成和墨滴轨道与传统的按需喷射型打印机相比被改善了。我们相信，这至少部分是由于喷嘴镗孔的长度与直径之比。在传统的按需喷射型喷墨打印机中所使用的宝石喷嘴的长度与直径之比至少为8∶1，典型的是约10∶1，且该比率已经被认为是实现从喷嘴孔喷出的墨滴飞行路径的定向性所必须的。然而，当这种喷嘴被用在大于1kHz的墨滴产生频率的情况下时，我们已经发现，对于给定的墨水，打印机工作压力和墨滴飞行速度，所形成的打印点产生变形。令人惊奇的是，我们已经发现，通过将喷嘴镗孔的长度与直径之比减小到小于8∶1，特别是小于约5∶1，这些变形可以被减小到可接受的程度，而不影响从喷嘴喷出的墨滴的飞行路径的定向性。此外，通过减小喷嘴镗孔的长度，穿过喷嘴的压力下降被减小，从而在喷嘴孔处实现较快的排出速度。令人惊奇的是，这被实现，而不导致墨滴的喷溅，这种喷溅是墨滴在喷嘴孔处破裂成多个较小的墨滴。从而对于给定的墨水压力以及给定的飞行路径，实现了较高频率的墨滴产生。
然而，我们还发现，如果长度与直径之比被减小到小于约1.0∶1，在喷嘴孔处就会发生墨滴的喷溅，即使墨滴形成的频率小于排出喷嘴具有更小的长度与直径之比的脉冲喷墨打印机在不发生喷射墨滴的喷溅的情况下工作的频率。
我们相信，飞行路径的定向性也至少部分地是由于，喷嘴镗孔的平滑的内表面，这样就减小了镗孔中流体流动中的边界摩擦和旋涡。我们还相信，具有与喷嘴孔上游的喷嘴镗孔基本上相同的直径的喷嘴孔的使用是减小本发明的具有减小的长度与直径比的阀中的定向性损失的主要因素。我们相信，改善墨滴轨迹的定向性的其它因素借助下文所描述的喷嘴的结构的优选形式而实现。
在传统的按需喷射型打印头中，喷嘴孔由宝石喷嘴提供，所述喷嘴被设置在喷嘴板中的镗孔的远端中。我们已经发现，喷嘴在其座中的精确对准存在微小误差。结果是，从这种喷嘴中喷出的墨滴的飞行路径可能发生不精确的定向。虽然对于单喷嘴打印头来说这种结果可以被补偿，但这对于多喷嘴打印头来说更加复杂和困难。对于传统的长度与直径之比为10∶1的镗孔而言，镗孔的准直效果较大程度地保证了给定喷嘴将具有恒定的飞行路径定向性，从而可以实现对喷嘴的对准中的任何不精确的补偿。然而，当喷嘴镗孔的长度与直径之比被减小时，可以预期，这将降低准直效果，从而降低从这种喷嘴喷出的墨滴飞行路径的定向的一致性。
在本发明的优选实施例中，本发明的阀与一种喷嘴板一起使用，该喷嘴板具有多个喷嘴镗孔，所述喷嘴镗孔基本上在单个操作中被同时形成，从而喷嘴板具有整体结构，而不使用宝石喷嘴。使用较广范围的技术，这种简单的整体喷嘴结构可以容易地被制造，且克服了在多喷嘴打印头中与宝石喷嘴的未对准有关的问题。
因此，根据本发明的另一方面，提供一种多喷嘴打印头，该打印头包括一喷嘴板，该喷嘴板具有多个喷嘴孔，每个喷嘴孔位于穿过喷嘴板的喷嘴镗孔的远端，其特征在于，所述喷嘴镗孔基本上被同时形成，且喷嘴板和喷嘴孔为整体结构。
令人惊奇的是，本发明的阀的结构特征和与本发明的阀有关的喷嘴板的结合应当在较大范围的孔径上且对于较大范围的墨水合成物和粘度能够产生均匀尺寸和形状的墨滴，例如所述孔径为20到400微米，且墨滴产生的频率超过1.5kHz并达到8kHz。
因此，本发明提供一种紧凑的简单的阀机构结构，在高频率工作条件下，其能够在其喷嘴孔处产生均匀尺寸的墨滴，且需要较少的能量，并能实现打印图像的较高的分辨率，特别是，阀与使用整体结构的喷嘴板形成的具有喷嘴阵列的打印头一起使用的情况下。
如上文所指出的柱塞为整体结构，且由具有特殊性质的材料制成。该柱塞优选是由铁和镍的合金制成，典型的是包含40％到55％的镍，优选的一种合金包含40％到55％的镍和55％到50％的铁。如果需要，其它金属例如μ-金属，铬或铝，也可以微量存在。这种应用的优选材料的饱和磁通密度超过1.6特斯拉，例如1.8特斯拉或更大。且矫顽磁性小于0.25安培每厘米。导磁率优选是超过50000，例如100000或更多。本应用的适合材料包括销售商品名称为Permenorm 5000和Vacofer Si的合金范围。
所述柱塞可以完全由这种材料形成，例如通过采用任何适合的技术，对固体材料的圆筒状或其它形状的柱塞进行牵拉或机械加工而制成。或者是，所述柱塞可以通过对具有适合的铁磁材料的颗粒或分散于其中的材料的混合物的聚合或陶瓷载体进行烧结，压力加工或铸造而被形成。在另一种选择之中，形成柱塞的材料可以是不同形态的铁磁材料的层叠体，以便给出具有所需的整体性质的组合结构。为了方便起见，本发明将按照下文的由单独Ni/Fe合金的固体形成的整体柱塞进行说明。
通常，柱塞通过对理想的合金进行机械加工，轧制或模压而形成，从而形成具有所需尺寸和形状的一定长度的材料。在对形成用于阀的柱塞的优选的构造材料进行机械加工期间，材料的磁性会被改变。因此，需要对制成的柱塞进行某些形式的后成形处理，以便恢复磁性。这种处理包括热处理或机械撞击处理，这就导致材料的晶体组成发生改变。最佳形式的后成形处理易于使用试验和误差来确定。如上所述，特别优选的是将柱塞形成为普通的圆柱状元件，其直径小于2.5mm，且长度与直径之比大于3∶1，优选的是5∶1到10∶1，因为这种柱塞可被用于为阀提供小型的结构。
在柱塞的直径大于约2.5mm的情况下，柱塞的部分芯部可以被去除，以便在柱塞中形成一从柱塞的远端延伸的内部镗孔。这减小了柱塞的质量。令人惊奇的是，这不会显著地影响柱塞的磁性，且柱塞表现的磁性就象其是实心元件时一样。例如，轴向镗孔可以通过从适合材料的固体杆的远端钻孔并形成封闭端。优选的是，当柱塞完全缩入线圈中时，镗孔不轴向延伸进入到柱塞的被容纳在线圈中的部分，因此，柱塞位于线圈中的部分为实心的。这就使当线圈被激发时，柱塞最初从线圈延伸期间作用在柱塞上的磁力最大化。这种用于减小柱塞质量的方法较PCT申请NO.SE 97/01007中所描述的复杂的两元件结构更简单。
因此，本发明提供一种电磁阀，特别是本发明的电磁阀，其特征在于，柱塞已形成从其远端延伸的一内部镗孔或空腔，从而，柱塞的质量被减小，所述镗孔或空腔在柱塞中轴向延伸，大致不远于当柱塞被完全缩回线圈中时柱塞进入线圈中的镗孔的位置。
为了简单起见，下文将以实心柱塞对本发明进行说明。
典型的是，柱塞具有圆形横截面，且滑动配合在圆筒状镗孔中，所述柱塞在线圈中轴向延伸，从而其能够在线圈中平滑地往复运动。然而，仍然属于本发明的范围内的是，柱塞具有多角形或其它非圆形的横截面和/或线圈中的镗孔为非圆形，以便在柱塞和线圈之间提供轴向流体流动通路。当柱塞缩入线圈中时，允许流体从线圈镗孔的近端被置换，从而减小了柱塞的运动的流体阻尼。或者是，另外，这些通路可以被用于将流体从位于阀组件的近端的入口供给到位于线圈的远端的阀头室。例如，所述柱塞可以由两个或多个轴向平面形成，所述平面与圆筒状线圈镗孔壁配合工作，以允许流体流过柱塞。这种流体流动也可用于在阀工作时冷却所述柱塞和线圈。
如上文所述，阀头室和喷嘴孔之间的喷嘴镗孔与使用在传统的按需喷射型打印头或脉冲喷墨打印头中的喷嘴镗孔的不同之处在于，典型的是，与传统的按需喷射型打印头中的10∶1和更大的比率相比，该镗孔的长度与直径之比小于5∶1，与传统的脉冲喷墨打印头中的小于0.5∶1的比率相比，该镗孔的长度与直径之比大于约1.5∶1。我们认为优选的是，长度与直径之比为1.5∶1到5∶1，特别是2∶1到4∶1。
喷嘴镗孔直径，以及喷嘴孔直径可以在一个较宽的范围内选择。因此，我们已发现，本发明的阀可以具有高达400微米的喷嘴镗孔直径，在这种情况下用于供给具有高粘度的流体，例如在对具有长纤维典型的是长于1mm的纤维的纺织品和织物进行打印期间，在25℃下以高达400厘泊(Cp)的粘度的流体涂布织物。本发明的阀允许操作者在大镗孔直径的情况下为这种高粘度流体选择短镗孔长度，而不牺牲液滴定位的精度。对于传统的用于按需喷射型打印机的10∶1比率的喷嘴，喷射这种高粘度墨水所需要的压力过大，除非使用大直径镗孔。然而，对于本发明的阀，工作压力可以低达2至4巴。或者是，对于本发明的阀，当使用具有小于20厘泊，典型的是1至10，特别是在2和5厘泊之间的粘度的墨水打印高分辨率图像时，镗孔直径可小达20微米。可易于通过试验和误差测试来确定，对于给定的墨水压力，镗孔长度与直径之比的最佳组合在1.5∶1到8∶1的范围内，且镗孔直径在20到400微米的范围内。
本发明的阀的以下能力是令人惊奇的，即不需要使用迄今为止被认为对于墨水的染料保证纤维的均匀涂布必须是高粘度墨水，而将墨水或染料施加给织物或纺织品中的长绒头纤维，例如地毯纤维或长绒头编织织物，其中纤维或绒头的长度为1mm或更大，特别是所述绒头长度为3mm或更大。我们已经发现，本发明的阀使用粘度为50到150厘泊的墨水，80到250微米的喷嘴孔，将墨水或染料施加给这种长绒头织物。
因此，本发明提供一种将墨水或染料施加在织物或纺织品上的方法，其中，所述墨水或染料在25℃下的粘度为50到150厘泊，所述织物或纺织品的绒头长度为1mm或更长，所述打印头具有从80到250微米的喷嘴孔，且在1kHz或更高的频率下工作。
如上所述，喷嘴孔直径基本上与喷嘴孔的上游的镗孔直径相同。我们已发现，对于减小流过喷嘴孔中的紊流和导致墨滴在其排出喷嘴孔时的破裂的墨滴迅速膨胀，这是一个重要因素。这种结构可以通过将适当尺寸的宝石喷嘴插入位于阀头室和喷嘴孔之间的镗孔的远端中而实现。然而，我们已发现，这可导致从多喷嘴喷嘴板中被排出的墨滴的飞行路径不一致。此外，对于小于约40微米的镗孔直径而言，通常能够获得具有理想长度与直径之比的宝石喷嘴。因此，我们认为优选的是，将喷嘴孔形成为喷嘴镗孔的远端出口，且使用单个宝石或其它喷嘴元件提供喷嘴孔。因此，在一个优选实施例中，喷嘴孔和镗孔被形成为整体结构，例如，镗孔同时被切出或被形成在安装阀机构的板中。例如，借助激光，电铸或蚀刻，针冲压或其它技术，在喷嘴板中形成镗孔/喷嘴孔。所述喷嘴板可以是50至400微米厚，从而可实现理想长度的镗孔。对于这种厚度，喷嘴板呈金属或其它箔片的形式，其被安装在适合的支承元件上，以提供一种刚性的且机械强度强的喷嘴板组件。我们已经发现，通过在多喷嘴喷嘴板中同时形成喷嘴镗孔，由于镗孔彼此的未对准而产生的问题被最小化。
我们还发现，通过对镗孔形成技术进行选择，镗孔的壁足够平滑，以便减小流分离，以及在镗孔壁之间的界面处的涡流的形成，流体流过所述镗孔。此外，这种技术也可以被用于在喷嘴板上形成其它改善阀的工作的部件。例如，金属箔的电铸或蚀刻可以被用于在板中形成镗孔/喷嘴孔，也可被用于形成围绕通向喷嘴孔的镗孔入口的凸起唇缘或脊。这就提供了在柱塞的远端面和喷嘴板之间的局部压力点，从而在柱塞位于阀关闭位置时帮助形成液密封。或者是，在使用针在金属箔中形成镗孔的情况下，这将导致箔片变形，以及形成进入镗孔的稍大直径的喇叭口，这将帮助使从阀头室进入镗孔中的流动平稳。当针的表面滑过箔片材料时，针穿过箔片也可以磨光箔片的表面，因此也磨光被形成的镗孔的内壁。类似地，使用激光在金属、陶瓷或塑料箔中形成镗孔也可以形成镗孔壁的磨光表面，特别是当激光脉冲持续非常短的时间时，典型的是小于1毫微秒，以减小镗孔的唇缘周围的在形成喷嘴镗孔时从板中烧蚀的材料的沉积物。
因此，根据本发明的另一方面，提供一种电磁阀，特别是本发明的阀，其特征在于，从阀头室到喷嘴孔的喷嘴孔和镗孔被形成为整体结构。优选的是，出口喷嘴和所述镗孔以镗孔的形式形成在厚度达到400微米的箔片喷嘴板中，该镗孔的长度与直径比为小于8∶1，优选的是2∶1到5∶1。优选的是，所述镗孔具有磨光的内表面，以便减小流体在其流过镗孔时的流分离或涡流。
本发明的阀机构具有一线圈，电流通过该线圈以产生磁场，该磁场作用在柱塞上。在传统的电磁阀设计中，这种线圈被缠绕在例如适合的绝缘材料线轴上。然后，所述线轴被定位在管状元件上，所述管状元件形成用于线轴的支承，并提供柱塞在其中往复运动的轴向镗孔的壁。我们已经发现，理想的是将线圈的导体和柱塞之间的径向气隙最小化，以便优化线圈和柱塞之间的磁耦合。这可以通过将线圈导体直接缠绕在柱塞在其中往复运动的管状元件上，且在线圈的导线与应用金属管的管状元件之间设置薄绝缘界面而实现。或者是，可以通过将裸线圈缠绕在绝缘管状元件上而形成线圈，然后通过在缠绕线圈上涂布一层树脂保持涂层或其它粘合剂将线圈保持在适当位置。或者，线圈可以被缠绕在一芯轴或其它线圈架上，从线圈架上取下，然后被密封在一种适合的树脂中，所述树脂形成管状元件的壁，柱塞在管状元件中往复运动。在一个特定优选实施例中，所述管状元件由陶瓷材料形成，例如形成为陶瓷烧结管或电蚀刻硅管。所述线圈可以通过沉积导体磁迹而形成，例如通过在所述管的表面上气相沉积或电沉积铜、金或银导体或磁迹而形成，或在管的外表面上通过蚀刻，机械加工，激光切割或其它方法形成槽来形成。或者是，所述线圈可以被形成为，在柔性电路板上形成的铜，银，金或其它导电磁迹(track)，然后，所述电路板被卷绕在一个芯轴上，以形成包含线圈的圆筒形管状元件。我们已经发现，由于阀组件的元件的小型化，与在传统的电磁阀中所需的多厚度相反，因此能够仅由单个的导体厚度，获得满意的磁力驱动。
对于本应用的所有线圈的设计，线圈的导体和该支架的厚度之间的径向距离，包括柱塞与在用于线圈导体的管状支架中的镗孔的壁之间的滑动空隙，已经被减小，典型的是，小于0.5mm的径向尺寸，例如100到200微米。这与传统的电磁阀中的1mm或更大的相应径向距离具有可比性。这种径向距离的减小导致更有效地使柱塞与线圈磁耦合，导致较小的能量损耗和柱塞在线圈中的电流变化时较快的响应速度。这种结构也导致了线圈和柱塞在其中往复运动的管状元件的整体结构，这样就简化了阀的结构和组装。
这样本发明也提供了一种电磁阀，特别是本发明的阀，其特征在于，电磁阀的线圈导体被沉积，缠绕或以其它方式形成在管状支承元件的壁之上或之中，所述支承元件在所述线圈的导体和被用轴颈连接用于在支承元件之中滑动配合的柱塞之间提供界面。优选的是，所述线圈导体由支承元件直接承载，所述支承元件与柱塞直接滑动配合。
如上文所述，本发明的电磁阀还包括一个阀头室，该阀头室容纳柱塞的远端，且设有通向喷嘴孔的出口喷嘴镗孔。这种室典型的是通常为圆形横截面，且具有横截端闭合壁，该壁具有出口，且通向喷嘴孔的喷嘴镗孔被形成在其中。如果需要，用于线圈的管状支承元件可以纵向延伸，以便提供阀头室的径向壁。在这种结构的一个实施例中，所述管状元件被形成为具有一个封闭端的圆筒形管，以便形成阀头室的横截端壁，所述壁由一镗孔贯穿，该镗孔的自由端提供喷嘴孔。这种组件可以容易地被形成，通过使用自动化技术对硅或陶瓷元件进行电或激光的高精度蚀刻，这种组件可以容易地被形成。
这种阀机构优选的是被用于与多个邻近的阀机构一同工作，每个阀机构伺服一个或多个离散的喷嘴孔，以形成阵列型打印头，该打印头能够将多个流体点施加在片基上，从而在片基上形成二维图像。这种阵列可以通过将阀的出口端安装在具有贯穿其中的镗孔的喷嘴板上，提供从阀的阀头室到喷嘴孔的喷嘴镗孔。优选的是，所述阀位于交错的行中，以便实现喷嘴板中的喷嘴孔之间的更近间隔。如果需要，来自每个阀头室的喷嘴镗孔可以成一定角度，以允许阀体从喷嘴板的中心线偏移，使喷嘴孔能够更加靠近。在一个特别优选的实施例中，喷嘴板设有一系列直立的管，每个管与穿过板的镗孔中的一个对准。所述管用于支承阀的线圈，且柱塞在所述管中往复运动。靠近喷嘴板的管的远端部，或喷嘴板中的镗孔的近端部用作阀机构的阀头室。这种阵列能够使用自动技术由陶瓷或硅材料形成，或者通过将宝石喷嘴设置在穿过喷嘴板的镗孔的远端中，或者通过在如上所述在喷嘴板中的盲端镗孔的末端形成适合的喷嘴孔来形成所述喷嘴孔。这种组件可以被形成为非常小的尺度，从而使实现阀结构的小型化成为可能。
优选的是，由如上所述的具有贯穿其中的镗孔的金属，陶瓷或其它箔片来提供喷嘴板，对该板进行安装，从而其中的镗孔与阀的柱塞的远端套准。在这种情况下，阀头室可以被单独地形成在箔片的表面中或被形成在位于阀线圈支承元件和喷嘴板之间的中间板中。然而，我们已经发现，如果所述中间板形成有连续的室或通道，所述室或通道为打印头组件中的所有阀提供组合的阀头室，就能够改善墨水或其它流体通向单独镗孔和喷嘴孔的流动。在这种结构中，每个柱塞的远端面和喷嘴板中的套准镗孔之间的密封，提供流过每个喷嘴镗孔和喷嘴孔的流动的充分隔离。
喷嘴板和柱塞的远端的相对表面优选的是设有密封装置，以便帮助形成在柱塞处于阀关闭位置时的液密封。例如，柱塞的远端面可以设有天然或合成橡胶或聚合物表面，所述表面变形，以提供相对于喷嘴板的相反表面的密封。可选择地或者另外地，喷嘴板的近端面可设有围绕通向喷嘴镗孔的一个或多个环形凸起肋或类似结构，其提供局部的升高压力区域，以帮助形成液密封。在对喷嘴板的电铸或蚀刻期间，这种凸起的区域能容易地被形成在喷嘴板的表面上，且可以是连续的或者是不连续的。
如果需要，喷嘴板上的凸起区域可以由一种柔性材料形成，以便对柱塞的端面作用在喷嘴板上的撞击进行缓冲。在柱塞的端面不带有橡胶或类似衬垫的情况下，这种变形还可以帮助形成液密封。如果需要，所述由柱塞的端面所携带的衬垫可以由一种材料形成，在推动柱塞进入阀关闭位置的偏压弹簧的负载下，该材料经过冷蠕变或冷变形。这种蠕变可以形成延伸进入喷嘴板中的喷嘴镗孔的近端的接管或其它凸起。在柱塞的往复运动期间，这种凸起至少反复地擦拭喷嘴镗孔的近端部分的起始部分，并将沉积在镗孔壁上的固体沉积物清除。这可以帮助减小在阀的等待阶段之后的最初墨滴变形。为了协助这种凸起的操作，穿过喷嘴板的镗孔的入口的嘴可以形成喇叭口，当针被用于在喷嘴板中形成喷嘴时也可发生这种情况。
本发明还提供一种用于按需喷射型打印头中的打印头，其中流过喷嘴孔的墨水流可以由多个电磁阀机构控制，优选的是，本发明的阀机构，每个阀机构被安装成与穿过喷嘴板的多个镗孔中的一个套准，其特征在于，喷嘴板为平面元件，优选的是厚度为400微米或更小的箔片，具有贯穿其中的镗孔，每个镗孔设有阀头室，适合于接收与其相应的阀机构的柱塞的远端。优选的是，所述阀头室被设置为一个单独的室，延伸过喷嘴板中的多个镗孔，从而为所述镗孔和它们相关联的柱塞提供公共流路。优选的是，喷嘴板设有两行或多行喷嘴孔，它们可以交错排列，以便帮助与每个喷嘴镗孔相关联的阀机构的密排。
本发明的阀彼此被安装在附近，以便形成包含多个喷嘴孔的打印头，优选的是，为每个阀机构提供用于其线圈的金属壳体。这不仅用作在线圈中产生的磁场的返回路径，而且也用作磁屏，以便减小由一个线圈和相邻阀机构的线圈所产生的磁场之间的串扰。典型的是，这种金属壳体由μ-金属，铝或不锈钢制成，而且也用作阀机构的部件的刚性壳体。因此，所述壳体通常为圆筒形形状，且在其每一端被径向向内卷曲，以便保持所述线圈组件。金属壳体的远端可以被卷曲或在喷嘴板携带如上所述的直立管状元件的地方被固定到喷嘴板。
如上所述，阀机构优选还包括一弹簧元件，该元件提供偏压，当电流不施加在线圈上时，使柱塞返回其等待位置。典型的是，所述弹簧为压缩弹簧，用于偏压所述柱塞，从位于镗孔的近端的入口返回到喷嘴孔，因此，柱塞的等待位置为阀的关闭位置。当电流被施加在线圈上时，其抵抗弹簧的偏压，并将柱塞的远端从镗孔入口移离，以便打开从阀头室到喷嘴孔的流路。然而，可以理解，等待位置为阀打开位置，且工作位置为阀关闭位置。为了方便起见，下文中，本发明将按照等待位置为阀关闭位置的情况进行说明。
所述弹簧元件被预拉伸，例如弹簧压缩行程的50到80％由预拉伸赋予，因为我们已经发现，这种预拉伸使弹簧能够施加一恒定的偏压力来抵抗在柱塞运动期间的压缩剩余量上的柱塞的运动。我们已经发现，使用锥形弹簧特别有利，因为，这种弹簧能容易地被装配在阀头室的尺度范围内，且在阀机构的组装期间倾向于自动定心，而传统的圆筒形卷簧不会这样。此外，锥形弹簧的使用减小了质量，因此减小了弹簧的惯性，另外还帮助弹簧对柱塞运动的快速反应。特别优选的是，使用预拉伸的锥形卷簧的弹簧的最后两圈，因为我们已经发现，这种弹簧对柱塞的运动迅速响应，且预拉伸使弹簧能够在弹簧的小附加压缩上施加一个有效的偏压力。
然而，可以理解，作为替代或附加由弹簧施加的偏压效果的方式，可施加一电流给线圈，其与柱塞的运动反向。这种反向电流可以在使用例如如下所述的传统技术和软件的电开关的控制下来施加。
流体可以使用任何适合装置被供给到阀头室，例如借助室的侧壁中的一个或多个径向入口。或者是，如上所述，柱塞和/或用于线圈的管状支架的内壁可以形成有轴向平面或通道，从而流体轴向流过柱塞位于线圈中的一部分或全部。流体对处于线圈中的柱塞的运动进行润滑，且也能够冷却处于高电流载荷和/或阀的高频操作下的线圈。在所述阀机构被用作具有多个喷嘴的阵列打印头的一部分的情况下，通常，优选的是借助歧管板供给至少部分墨水或其它流体，所述歧管板中形成有内部连接的阀头室，从而墨水可沿着细长的室或通道自由流动。这就帮助使流体均匀流动到如上所述的相应的喷嘴板中的每个喷嘴镗孔。
本发明的阀能以高频率工作，典型的是超过1.5kHz，例如从2到5kHz，如上所述发现的特殊应用，即电磁阀用在按需喷射型喷墨打印头中。在这种应用中，所述阀理想的是尽可能的小和紧凑，以便减小打印头的整个尺寸和阀机构的元件的惯性，例如，在如上所述的使用墨水或染料在长绒头织物或纺织品上进行打印的应用中。然而，可以理解，本发明的阀机构可以被用在任何需要小型，高速阀的情形中，例如在化学或生物分析或其它过程中，特别是在药剂的评估或诊断测试或分析中，对试剂的测量量进行定量。另外还发现，本发明的阀可用于将预定量的试剂施加在对其可靠性进行验证的样本上。
令人惊奇的是，我们相信，将墨滴以高频率施加到长绒头织物，例如地毯和毡制或编制织物，能够满意地将染料施加到纤维上，而不需要使用高粘度墨水。这样，作为至今被认为对于实现纤维的良好染色所必须的在25℃下粘度超过250厘泊的墨水的替代，我们已经发现使用从60到120厘泊的墨水以2kHz的频率施加能够实现良好的效果。使用低粘度墨水的能力能够实现使用较小的喷嘴孔进行打印，从而增加了在织物上打印的图案的分辨率。还使操作者能够从比迄今为止更宽的范围内选择模式，并以较低的墨水压力进行打印，这就减小了对打印机进行特殊改变的需要，且减小了元件发生故障的风险。
许多织物，包括编织的和非编织的，均具有存在于纤维自由端的表面，该表面通常为织物平面。这种织物包括毡制材料，其中纤维以任意定向的堆被压缩，其中存在或不存在粘合剂例如粘胶；由多条单独纤维的股编制的材料，其中织物的表面已经被刷，拉绒，磨蚀或进行其它处理，从所述股中分离一些纤维，为材料提供蓬松表面，例如刷过的尼龙；由本身为绒毛状的材料编织的材料，例如针织或编织的安哥拉山羊毛，美利奴绵羊毛或克什米尔山羊毛或棉毛巾织物；以及地毯型材料例如天鹅绒，丝绒和簇绒地毯，其中股或纤维的单个长度被打结，缝补或以其它方式固定在片状元件，典型的是网状衬板上，其中所述股或纤维的自由端形成绒头，其通常延伸到背衬的平面，且毛圈的自由端被切断以形成绒头。为了方便起见，本文所用术语绒头织物表示所有类型的材料，其中单独的纤维或包括成组纤维的股通常延伸到材料的平面，从而为材料提供绒头效果的表面。
通常理想的是在绒头织物的表面上形成图案或图像，例如彩色图案，这能够通过将不同颜色，质地或其它材料的股，绒毛或其它交织成织物来获得。然而，这是困难的且耗时的，特别是在需要的图案复杂和/或多种颜色或质地的情况下。在大规模制造日用品材料例如有图案的地毯时，这种许多不同股的使用变得越来越不经济。
因此已经提出，由中性或均匀颜色的纤维或股制造绒头织物，在织物已经被编织或以其它方法制造之后，对绒头织物进行上色。所述色彩典型的是通过使用任何适合的打印技术来施加墨水而获得。一种打印技术是使用按需喷射型打印机进行的喷墨打印技术。理想的是，墨水以重量为纤维的300％至400％被施加以为纤维着色，且需要大致上均匀地渗透由单独纤维形成的股，而通常不以超过墨水或染料的量而加载在织物的支承表面上。如果使用非常易流动的粘度在25℃下约为10厘泊的墨水(通常被用于喷墨打印机中)，其将流过股的长度且在绒头的基部形成浓色，使绒头的顶部染色不充分，且颜色较少渗透到股中。因此需要增加墨水的粘度，以保证其以足够慢的速度流过纤维，从而使墨水均匀地渗透到股中，且覆盖单个纤维的表面。绒头越长，这个问题越严重。在长绒头织物的情况下，例如绒头长度约为2mm或更大，需要使用粘度为在25℃下约为250到500厘泊的墨水。
这种粘性墨水难于通过传统喷墨打印机的非常细的喷嘴进行喷射，且需要远远超过这些打印机所设计的压力。此外，如果一行粘性墨水以非常高的压力被打印，其将从喷嘴以非常高的能量被喷射，且导致单个股弯曲，从而阻碍墨水接触绒头中的其它股。因此，通常采用具有随着绒头的长度和密集度的增加逐渐增大的孔的喷嘴。这样，对于具有长度为3mm或更大的绒头地毯而言，需要使用粘度约为300厘泊的墨水，压力约为2巴且喷嘴直径典型的是500微米的喷嘴，因此粘性墨水可以以足够的量被喷出，以便在单个股上获得理想的墨水加载。
对于高粘性墨水使用大直径喷嘴，就使墨水能够沉积在绒头的股上，从而在单个股和纤维上实现基本上均匀的着色，从喷嘴排出的墨滴尺寸很大，从而导致打印图案的分辨率的可察觉的损失。此外，墨滴的尺寸也导致施加在绒头上的相邻墨滴彼此接触，从而导致不同颜色墨滴的渗色。
令人惊奇的是，我们已经发现，使用以大于1kHz的频率工作的按需喷射型打印头，特别是包含本发明的阀的打印头，使被打印的墨滴尺寸以及需要将它们从相对较小的喷嘴孔喷出的压力均被减小。这就减小了渗色的问题，并提高了打印图像或图案的分辨率。此外，我们已经发现，这使省去打印图案中的打印墨滴成为可能，这样在图像中就可打印一空白区域，这在视觉上是察觉不到的，但是会在打印的股之间产生一个间隙，该间隙作为渗色的屏障。这个间隙也可被打印为黑线，作为限定使用不同颜色打印的区域的边缘，从而提高了打印图像或图案的可察觉的分辨率。
因此，根据本发明的另一方面，提供一种使用本发明的按需喷射型喷墨打印机将图像形成合成物施加在一种绒头织物上的方法，其特征在于，打印机以至少1kHz的墨滴产生频率工作。优选的是，绒头织物的绒头长度至少为2mm，且打印机以小于3巴的压力工作，特别是从1.5到2.5巴。
本发明的阀控制墨水流过单个喷嘴孔，且喷嘴孔的直径为250到600微米，特别是约500微米；其中电磁阀的柱塞的直径小于2.5mm。我们也已经发现，使用这种打印机能够对图像的点的打印进行单独控制，从而能够实现点的精确的套印。这样就能够提高色域和色度。因此，这种打印机能够实现色调的无限定标。
本发明可被应用于将任何形式的图像施加到任何绒头织物上。然而，本发明是一种使用水和/或溶剂基墨水合成物的在绒头长度约为2至5mm的长绒头织物上形成图案的应用中的特殊应用，所述长度为板元件的顶面到所述股或纤维形成织物的绒头表面进行测量时的长度。这种绒头织物可以是天鹅绒或编织绒头地毯，但是为了方便起见，本发明的这一方面将按照在簇绒地毯上打印多色图案进行说明，其中包含多条单独纤维的股借助粘合剂被固定到网状衬板上。这种地毯可以使用任何适合的技术制造，且在所述股已经被固定到衬板上之后在地毯的加工期间应用本发明，或者可以在单色打印操作中地毯已经被制造之后应用本发明。如上所述，所述股由中性色调纤维，例如自然洗过的羊毛纤维，或者是与一种或多种天然颜色的聚合物纤维相混合，例如聚酯或聚酰胺纤维。如果需要，所述纤维或由纤维形成的股可以进行一种或多种处理，从而使纤维易于接收施加于其上的墨水合成物。所述纤维，将它们形成为股，以及对纤维或股的处理和地毯的形成，所有这些都是在传统的簇绒地毯的制造中所使用的。
为了方便起见，本发明的这一方面将在下文中按照在绒头已经被形成在网状编织聚丙烯衬板上之后很快将墨水施加到中性洗过的羊毛纤维簇绒地毯上来进行描述。
在本发明的这一方面的优选实施例中，所述打印机为其中电磁阀机构用于控制流体流到喷嘴孔的打印机，所述阀机构包括一柱塞元件，该元件被用轴颈连接，用于在当电流通过线圈时由线圈所产生的磁场的感应下，在电线圈中在等待和工作位置之间轴向往复运动，柱塞的远端延伸进入具有出口喷嘴镗孔的阀头室中，柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头室到所述镗孔的液流路径，其特征在于，a.所述柱塞是一种整体结构，且由饱和磁通密度大于1.4特斯拉，优选的是1.6至1.8特斯拉，矫顽磁性小于0.25安培每厘米，且相对导磁率超过10000的软电磁性材料制成；且b.从阀头室通到喷嘴孔的喷嘴镗孔的长度与直径之比小于8∶1，优选是1.5∶1到5∶1，特别是2∶1到4∶1。
如上所述的本发明的能够将阀保持在打开位置交长时间的能力特别有利于，在通常需要实心色块的长绒头织物上进行打印。使用单独墨滴或染料液滴的打印能够产生一种图像，其中打印图像的浓度在相邻点的结合处较低。通过将阀保持在打开位置，图像以基本上均匀亮度的连续线条被打印。
在传统的按需喷射型打印机中，响应于来自计算机或微处理器的信号，每个电磁阀的操作被触发，所述计算机或微处理器确定哪个阀被打开，和什么时候被打开，以便打印所需图像。我们已经发现，使用软件对阀进行控制还有许多其它显著优点，使本发明的阀能够以迄今已经被认为对于按需喷射型打印头而言非常高的频率打印高质量图像。
这样，特别优选的是，使用软件来校准所述阀，从而在特定条件下，其能够将一致的墨滴供送过喷嘴孔。对于传统的电磁阀的设计，需要通过物理调节柱塞的轴向运动，对被制造的阀的尺寸和材料的微小变化进行补偿，以便当柱塞被从与阀头室的横向端壁或通向喷嘴孔的管的密封配合下撤回时，改变流路的尺寸。这将影响从喷嘴孔排出的点的尺寸，且校准操作的目的是在相同的打印条件下，实现从打印头中的所有喷嘴孔中喷出的墨滴的均匀尺寸。电磁阀的传统设计在用于支承线圈的管状支架的镗孔中包括一个止动件，在柱塞的缩回期间，该止动件为轴向运动提供一个物理限制。在这种传统的阀的设计中，柱塞的近端和止动件的远端面之间的气隙被调节，例如通过将止动器刚性推入配合或螺旋配合在管状支架中，从而其可以在管状元件的镗孔中轴向运动，以实现理想的气隙。这种气隙的调节较慢且耗时，且操作者易于产生误差。
我们已经发现，可以使用软件来设定柱塞的缩回中的特定点，在该点处柱塞运动暂停。通过对软件参数的简单修改，例如通过使用键盘输入一个新的参数值，该点易于被调节。这种调节可以非常精确地实现，且对于许多组打印条件进行校准，从而实现给定墨滴尺寸所需的电流脉冲尺寸和持续时间可以以例如机器可读代码的形式被确定和存储在磁盘，存储芯片或其它存储介质中的查找表中，以备这种阀将来使用。这种校准可以被简单地实现，且可以较电磁阀的传统设计中的止动件的螺旋调节以墨滴尺寸的较小增值而实现。
在实施校准时，阀在标准条件下工作，且以施加在线圈上的给定电流脉冲幅值和持续时间，墨滴被打印在片基上。所述打印点由任何适合装置检测，且电脉冲的幅值和/或持续时间被升高或降低，以获得所需的点尺寸。这种操作可以手动进行。然而，优选的是，使用CCD照相机或其它检验装置对打印点进行自动检测，将打印的点的形态与所需点的参数进行比较。这种比较和随后的电流脉冲的调节可以使用适当编程的计算机实施。特别优选的是，使用CCD阵列或照相机，对打印点的直径和圆形以及存在于所需点附近的卫星小点进行监视，并将点的特征与保存在查找表中的点的特征进行比较，识别需要被施加在提供给线圈的电流脉冲上的校正，以实现理想的打印点特性。在阀机构的操作中的最佳变量，例如，增加或减小阀的打开时间，可以由试验或误差检验来确定。然后，这些变量的最佳值被存储在查找表或其它存储介质中，以提供一个参数，根据该参数来评估打印点和打印头的操作。
使用CCD照相机或阵列和计算机来检查被排出的墨滴和/或打印点，并改变施加在阀的线圈上的电流，这种应用也被用在打印图象时在联机的阀工作期间。因此，计算机可以被编程，从而在柱塞行程的每个末端处对柱塞的运动进行减速。我们已发现，这就减小了从喷嘴孔喷出的墨水的飞溅，这种飞溅是由于柱塞对位于阀头室和喷嘴孔之间的镗孔入口处的密封件的突然撞击而产生。软件的使用还能够被用于补偿由于温度的变化或其它原因导致的墨水粘度的变动；补偿施加在同时工作的打印头阵列中的不同线圈上的电压变化；以及补偿工作条件的其它改变，例如不同墨水的应用，这需要改变施加在阀的线圈上的电脉冲的形状和尺寸。软件的使用还可以被用于将阀保持在打开位置，以便打印一条连续的墨线，来代替由本打印头操作技术所实现的一系列重叠的点；以及改变在阀的等待时段之后的用于将最初的墨滴从喷嘴孔排出的阀的打开时间。
在上述所有情形中，响应来自用于检测或监视被喷出的墨滴和/或打印点的CCD照相机或其它机构的信号，阀的操作被计算机改变，并将所观测到的墨滴或点与保存在计算机存储器或其它存储介质中的参数进行比较，以便确定施加到线圈上的电流需要什么改变，从而获得理想的点。
因此，本发明提供一种打印头，该打印头在计算机的控制下与用于观测墨水或其它施加到片基上的流体的打印点的机构联合工作，所述计算机被编程，以检测观察到的点和所需的点之间的差别，并对施加到线圈上的电流实施校正，以便保证所需的观察到的点的参数。
这种联合使打印点的质量在打印机的工作期间被监视并被即时校正。迄今为止，打印质量由打印机的操作者主观地观察，且手动地对打印机的操作进行校正。使用软件联机实现打印质量的监控和校正的能力对于操作者而言是主要的优点，而且能够实现打印质量的波动的基本上瞬时的校正。
所述监视和校正可以使用传统的软件，硬件技术与设计来实现。点的质量可以连续地被监视，且响应于三个或更多连续的点施加校正。或者是，打印点的质量可以间隔地被监视，例如每两个或以阀的每二十次操作为间隔，且对于任何一个或多个用于评估打印点的质量的参数而言，一旦打印点偏离例如大于5％，就可以施加任何校正。
典型的是，打印点质量的监视将被用于施加一个信号，来改变阀的打开时间。
可以理解，表示阀的操作的一些变量的信号可以由外界来源提供，而不是由打印点的联机扫描来提供。因此，一传感器可监视打印机的工作和/或供给阀的墨水的温度，因为这将影响粘度，因此影响墨水的喷射能力。或者是，这些传感器可以监视施加到阀机构的电压，例如当多个阀由单个电源同时操作时发生的电压降；特定阀在打印操作期间的等待时间，阀的操作频率等等。然后，这些传感器可以寻址一系列查找表，如果被监视的参数从预定的最佳值改变，那么就设定需要减小打印点的质量缺陷的打开时间的变量。
优选的是，来自每个喷嘴的打印点的质量被单独监视。然而，如果需要，成组喷嘴中的打印点质量可以被一同监视。
在传统的按需喷射型喷墨打印机中由计算机控制的阀的操作中，简单的单一位信号被用于打开和关闭阀，因为迄今所需要的所有信息是计算机指示阀什么时间打开和关闭，从而打印所需尺寸的点。然而，在打印机响应许多相关因素进行工作期间，单独地改变每个阀的操作的能力要求传输比简单的打开和关闭指令更复杂的信号。我们已经发现，需要以字节格式传输信号，从而被传输的信息量可以容纳所需工作参数的变更。因此，例如，使用字节格式信号传输，提供256种阀的打开时间的可能级。通过提供具有256个单独地址的查找表，就使沉积在每个打印点上的墨水量能够在一个微小分级范围内变化，计算机控制打印机的操作可以从所述查找表中指示阀打开时间被选择。这就使使用按需喷射型打印头能够打印真正的灰度级图像，这种图像迄今在实践中被认为是不能获得的。字节信号传输的使用能够使给定工作参数的变量值的广泛选择被迅速且精确地传输和响应，此外还提高了打印头工作的速度和精度。与在宽范围的尺寸和速度上高频打印一致质量的点的结合，使本发明能够将按需喷射型打印机的应用扩展到迄今被认为是不可能的领域中，同时保证其它形式的打印机不易实现的打印点尺寸的灵活性。
下面将仅通过参照附图进行说明的方式，对本发明的优选实施例及其在联机软件控制下的工作进行说明，其中图1为贯穿本发明的阀的图解轴向截面图；图2为贯穿包含一组图1的阀的按需喷墨打印头的轴向截面图；图3为图2的打印头的喷嘴板的平面图；图4为图2结合用于监控打印点的质量的CCD照相机，和用于建立需要施加在图1的阀的线圈上的电脉冲的频率、型式、形状和振幅中的什么变化来补偿观测的打印点的质量的偏差的计算机，的一个阵列的图解框图；图5至图7示出了图1的阀的构造的变型；
图8示出了图2的打印头的另一种形式；图9示出了电磁阀的示意性描绘，该电磁阀适合与使用按照本发明的一方面的软件对阀进行的校准一起使用；图10以图表形式示出了用在本发明的这一方面中的装置；图11至13示出了图10的装置的可替换的形式；图14和图15以图解法示出了一阀和打印机，其中，施加到线圈上的电流被改变从而使柱塞在其行进的任一末端处减速；图16示出了被施加的电流脉冲的形式。
具体实施例方式
图1的阀包括一柱塞1，该柱塞被用轴颈连接(journalled)，形成紧密的自由滑动配合，用于在不锈钢管2中轴向往复运动。管2具有形成在其外表面上的一层薄绝缘涂层或套管(未示出)，并支承缠绕在其上的一线圈3。如图4所示，在计算机20的控制下，从一电源(未示出)为线圈3提供电流。一挡块4被安装在管2的近端，以便限制柱塞1在管2中的轴向缩回。线圈3被封闭在一金属圆筒状壳体5中。
上述组件被安装在一支承壳体10中，该壳体轴向延伸过线圈的远端，且具有一带有宝石形喷嘴12的横向端壁11。在如图1所示的实施例中，壳体10具有一轴向延伸的内部环形壁13，该环形壁形成了阀头室14的径向壁，所述柱塞的远端延伸进入其中。所述柱塞1远端携带一末端橡胶或其它密封垫15，其密封配合地座靠宝石喷嘴12的近端面。一预拉伸的锥形弹簧16对柱塞1施加偏压，使其与如图1所示的宝石喷嘴表面密封配合，偏压入等待或阀闭合位置。
柱塞1由饱和磁通密度为1.6特斯拉，矫顽磁性为0.2A/cm且相对导磁率为100000的铁磁性合金制成。为了减小柱塞1的质量，其可以具有一从其远端延伸的内部盲镗孔。然而，当柱塞处于其等待位置时，该镗孔不应延伸超过如图1所示的线A-A。另外，理想的是，该柱塞的直径小于3mm，典型的是约1mm，且长度与直径比为约5∶1。宝石形喷嘴中的喷嘴镗孔具有60微米的直径，且长度∶直径(l∶d)比率为2∶1到3∶1，而且位于喷嘴镗孔的远端处的孔的直径为60微米。
在1巴的压力下，墨水被供给到环绕壁13的墨水通道(gallery)17，并经由径向部分18进入阀头室。如图1所示，当柱塞位于其等待位置时，垫15与宝石喷嘴12的表面密封配合，从而防止墨水流过喷嘴孔。为了增强垫15和宝石喷嘴12之间的密封，我们最好为宝石喷嘴的近端表面设置一个或多个凸起的环形密封肋(未示出)。当阀在高频率下典型的是超过2kHz的情况下工作时，这对于减少卫星滴的形成具有令人惊讶的效果。
这种阀能在从低于1kHz到超过8kHz的频率下工作，从而通过控制在线圈3中的流动的电流的长度和这种电流脉冲被施加在线圈上的频率，从而产生在60到150微米的尺寸范围内的均匀尺寸的墨滴。
如上文所指出的，所述阀优选是与其它阀成一阵列地被使用，从而形成多喷嘴打印头，所述阀沿横断待打印图像的片基的行进线路的方向延伸。这种排列在图2和3中示出。在这种情况下，壳体10的末端部分11设有一槽形喷嘴板30，该喷嘴板带有喷嘴12并用作形成将墨水从位于喷嘴板每一端的墨水引入喇叭口31经由入口18供给到所述阵列中的单个阀的阀头室14的墨流通道17的歧管。在另一选择中，单个阀头室14被省去，从而当柱塞缩回时，墨水从通道17直接流入喷嘴镗孔中。所述阵列设有连接器32，单独的供电经由该连接器被供给每个阀中的线圈3。在该阵列中，壳体4用于减小在所述阵列中相邻的阀之间的电串扰和磁串扰。
这种阀及阵列可以通过对适合的金属元件进行机械加工而制成。然而，构造的一种选择形式是，形成如图5中所示的作为陶瓷或硅元件40的管2。线圈41可被形成在于管40的外表面上切割而成的槽42中，从而线圈和轴颈连接在管中的柱塞43之间的径向距离被减小。所述线圈41可以是缠绕在槽42中的线圈；或者可以是利用任何适合装置沉积在槽42中的导电磁迹。然后，如果需要，所述组件可以被涂布一种聚合物，以便保持并保护位于所述槽中的线圈。代替刚性陶瓷或硅支承管，所述管40可以通过一片柔性支承介质来提供，例如，一种适合的填充有纤维的聚合物或类似物质，在其上已经形成了铜或其它导电磁迹。然后，所述支承介质被卷入一圆筒中，以便形成在其内表面或外表面上承载线圈的圆筒状支架。在这种设计中，所述管40可以轴向延伸，以形成阀头室的径向壁44，且所述管的远端开口端以宝石喷嘴45闭合。然后整个组件可以被装入一不锈钢或其它的管46中，所述管用于支承所述组件，并为线圈提供作为屏蔽的磁返回路径。管46的两端可以被向内卷曲，以便将所述管40，线圈42和宝石喷嘴45固定在适当位置。
作为代替上述构造的形式，可以使用硅或陶瓷烧结料或其它材料形成喷嘴板50来形成如图6所示的阀组件。所述板50按照所需间隔沿着该板设置宝石喷嘴51。板50设有直立的管状元件52，其形成图5的阀结构的管40。线圈53被缠绕或者以其它方式形成在直立的管状元件52上，并完成如图5所示的阵列。阀头室54由管状元件的远端部分形成，且可以设置径向墨水入口，从而使墨水能流入阀头室。一柱塞55被轴颈连接在管状元件52中，以便在线圈53的感应下轴向往复运动。作为代替将闭合远端形成阀头室的宝石喷嘴，板50可以被设置为连续延伸的板，从而将闭合端形成直立的管状元件52。然后，这些闭合端可以借助例如激光钻孔，以便形成贯穿其的镗孔和喷嘴孔。
代替从径向墨水入口到阀头室14或54，墨水可从墨水入口径向地流过柱塞1或51，到达径向延伸的由管状元件2或52和柱塞1或51之间的间隙提供的通路。为了形成经过柱塞的轴向通路，管状元件2或52中的镗孔可以具有椭圆形或多角形截面，且柱塞1或55具有圆形截面。然而，优选的是，使柱塞1或55形成有轴向平面或凹槽，从而如图7所示，在柱塞和管状元件的圆形截面镗孔之间提供轴向通道。
在图8中示出了一种优选的打印头构造形式。一箔片喷嘴板100形成有多个长度为120微米且直径为75微米的贯穿其的镗孔101。该板由不锈钢制成，且或者借助针状冲孔或者借助激光进行每个孔的钻孔，从而形成所述镗孔。或者，所述镗孔101可以通过电机械加工而形成，该工艺也可被用于形成围绕每个镗孔101的入口的凸起环形脊102。所述箔片喷嘴板被夹持在两块不锈钢支承板103和104之间。板104形成有单个歧管室105，所述室延伸过形成在板100中的所有镗孔101。或者，室105可以被形成在板100中。
被包含在支承壳体111中的一阀组件110被固定到板100，103和104，且组件中的阀机构中的每个柱塞与镗孔101套准。所述阀机构包括缠绕在支承管112上的线圈，其中松滑动配合一柱塞113。每个线圈被不锈钢壳体114围绕，所述壳体被折到夹在壳体111和板104之间的带孔支承板115上，从而将每个阀机构固定在适当位置，且使凸出穿过孔的柱塞与喷嘴板100中的镗孔101套准。每个柱塞113均由商标为Permenorm 5000且直径为1mm，7.5mm长的45/55 Ni/Fe合金焊料制成。用于线圈的电接头由未示出的被计算机控制电源供电的多接头插头和插座提供。用于每个阀机构110的阀头室由单个歧管室105提供，且其从板104的每一端被供给墨水。
如上文所指出的，响应于CCD照相机或其它检测打印点的质量和/或影响打印点质量的其它因素例如温度，电压，阀工作的频率的传感器22，阀的操作被计算机20控制。这样，计算机20确定在图2的阵列中的哪个阀被打开，以及打开多长时间，从而在经过打印头24的片基23的所需位置上打印所需尺寸的墨滴。在低频率工作的情况下，例如低于IkHz，通常能够获得打印在片基上的高质量点，而不需要计算机以施加在线圈上的电脉冲的形式进行的任何补偿校正。然而，当频率增加时，例如2kHz或更高，打印点的质量可能受到例如阀的突然关闭的影响，从而产生卫星点。通过从CCD阵列检测产生且导致施加在线圈上的电流脉冲的形状改变的这种卫星点，计算机可以对此作响应，从而柱塞在其每次行进的末端的运动被减慢。通过使柱塞相对宝石喷嘴的表面或阀头室的端壁软着陆，将减小阀关闭的突然性。或者，通过参照查找表25减小阀的打开时间，该表载有对于一个工作频率范围的打开时间的减小列表，计算机能够响应高频打印的指令。类似地，控制打印头工作的软件能够检测阀空闲多长的持续时间，并通过另一查找表提供一个信号，以便对由那个打印最初点的阀增加阀的打开时间，以补偿阀中和/或喷嘴孔处的墨水的干燥。在这种情况下，优选的是，计算机和查找表之间的信息作为字节大小的信号被交换，从而高达256种可变换的打开时间和工作频率可以被包含在单个信号中。
通过比较，当如图1所示的阀机构的柱塞由常规的饱和磁通密度为1.2特斯拉，矫顽磁性约为0.95A/cm且相对导磁率约为3000的Carpenter 430合金制成时，阀不能以大于约800Hz的频率往复运动。当用于驱动阀的线圈的电流脉冲频率高于上述频率时，柱塞仍然在线圈中保持静止，且仅仅是振动而不会进行显著的轴向运动。我们相信，这是因为柱塞的材料而导致的不能足够迅速地响应电流脉冲，且由于材料的磁滞现象，在电流脉冲之间，柱塞保持在基本上相同的磁性状态。
在另外一种对比中，图1的工作的阀的喷嘴镗孔的长度与直径的比率为10∶1，8∶1，4∶1和0.5∶1，且驱动电流频率为2kHz。在比率为10∶1的情况下，将墨水穿过镗孔供给从而获得均匀的打印点尺寸所需的压力为约10巴。然而，这个压力对于传统的按需喷射型打印头来说过高，且将导致元件的破裂。如果压力被减小到一个更加可以接受的程度，例如3巴，墨水穿过打印头的流率不足以提供墨水以均匀地形成墨滴，从而打印的点的尺寸不均匀，且当阀不能从容器中获得墨水时，就会发生丢失点的现象。
在比率为8∶1的情况下，将墨水供给到喷嘴镗孔从而获得均匀的打印点尺寸所需的压力为5巴，该压力是按需喷墨型打印机的元件的工作性能的上限。
在比率为4∶1的情况下，打印机在1巴的墨水压力下顺利地工作，且能够在从小于1kHz到7kHz的线圈驱动电流频率下打印均匀的点。
在比率为0.5∶1的情况下，即使在墨水压力仅有0.1巴的情况下，打印机不能工作，不会产生墨水的喷射，以及形成多个小点和所需的主点。
下面，将仅通过图解来描述，如图8所示的按需喷墨型打印头的优选形式，在联机软件控制下，在绒毛长度为3mm的地毯绒毛织物上打印图象。
如图8所示的打印机是如图2所示的打印头的一种变形，其中喷嘴板100具有贯穿其中的多个镗孔101，所述镗孔的长度为1000微米，且直径为500微米。该板由不锈钢制成，且所述镗孔或者借助针状冲孔或者借助激光进行钻孔而形成。或者是，所述镗孔101可以借助电机械加工形成，该技术也可被用于形成围绕每个镗孔101的入口的凸起的环形脊102。所述箔片喷嘴板被夹持在两块不锈钢支承板103和104之间。板104形成有一个单独的歧管室105，该室延伸过在板100中形成的所有镗孔101。或者，所述室105可以被形成在板100中。
包含在支承壳体111中的阀组件110被固定到板100，103和104，且位于组件中的阀机构中的每个柱塞113都与镗孔101对准。阀机构包括缠绕在支承管112上的线圈，柱塞113被松滑动配合于其中。每个线圈由不锈钢壳体114围绕，所述壳体被卷曲到夹在壳体111和板104之间的带孔的支承板115，从而对每个阀机构定位并固定，且伸过所述孔的柱塞与喷嘴板100中的镗孔101套准。用于线圈的电接头由未示出的被计算机控制电源供电的多接头插头和插座提供。用于每个阀机构110的阀头室由单个歧管室105提供，从板104的每端给所述歧管室供墨。
柱塞113由饱和磁通密度为1.6特斯拉，矫顽磁性为0.2A/cm且相对导磁率为100000的铁磁性合金制成。该合金为商标为Permenorm5000的45/55 Ni/Fe的合金焊料，每个柱塞的直径为2mm且长度为7.5mm。喷嘴镗孔101及其远端孔的直径为300微米，且镗孔的长度与直径(l∶d)之比为2∶1至3∶1。
当施加电流给线圈112，从而柱塞113被缩回时，在1.5巴的压力下，墨水被从容器(未示出)供给到歧管室105，并进入镗孔101中。在应用不同颜色的墨水的情况下，每种颜色的墨水被保持在单个容器中，且每个容器将墨水供给到单个打印头。
这种阀能在从低于1kHz到超过8kHz的频率下工作，从而通过控制在线圈3中的流动的电流的长度和这种电流脉冲被施加在线圈上的频率，从而产生在250到500微米的尺寸范围内的均匀尺寸的墨滴。
图8的打印头被用于使粘度为300厘泊的墨水流过直径为500微米的喷嘴镗孔和孔，从而将不同颜色的墨水供给到中性羊毛纤维有色簇绒地毯的绒头。打印头在2kHz的频率下工作，从而实现在绒头中的单个纤维的基本上均匀的着色。打印图象的不同颜色之间的界限被清晰地限定，且图象的清晰度非常好。在另一种操作中，计算机被编程，不在两种颜色之间的边界处打印墨点，从而使不同颜色区域之间的渗色的风险最小化。
下面将参照图9至图13说明使用软件对电磁阀的校准。
图9示出了电磁阀10的示意图，该电磁阀适用于本发明的这一方面。阀910包括柱塞920，管930和线圈940。柱塞920包括铁磁材料(或任何其它磁性材料)，且被容纳在管930中，从而能够在管中轴向地自由往复运动。通过施加电流给线圈940，该电流在管中产生磁场，该磁场产生作用在柱塞上的磁电原动力，从而柱塞被朝着例如管的开口端推动。施加在线圈上的电流脉冲的定时和频率可以由计算机(未示出)控制。所述电磁阀另外还包括一回行机构(未示出)，例如弹簧，该机构对柱塞产生作用从而一旦柱塞完成了它行进的整个范围之后使其返回最初位置。在一个优选的方面中，所述电磁阀是参照上述图2或图8示出并描述的阀。
实际上，打印头将包括一个呈正方形或矩形布置的这种阀的矩阵。图10示出了来自这种打印头矩阵220的两个示范性的阀210a，210b。阀控制装置215a，215b与每个阀相联，每个阀控制装置与中央计算机系统230相连。每个阀的操作通过从中央计算机系统230到每个阀控制装置215a，215b发送的控制脉冲进行控制。所述阀控制装置响应于中央计算机系统，从而中央计算机系统能够改变阀保持打开的时间。这种阀的受控变化能够产生用于沉积在片基250上的所需尺寸的墨滴。优选的是，打印头参照图2和图8被示出并被描述。
所述打印头可以在制造期间被校准，在其工作期间周期地间隔。中央计算机指令打印头产生预定的墨滴矩阵。这种测试矩阵被沉积在测试片基上，且打印的图象可以被检测从而确定打印的图象与最初测试矩阵的相关性。如果打印象素的尺寸与最初测试矩阵的各象素的尺寸的比率超出一个阈值，那么各阀控制装置可以被指令从而改变阀打开的时间。如果打印的象素太小，那么阀的打开时间将被增加(或者通过增加时间或者通过倍增合适常量的阀打开时间)。类似地，如果打印象素过大，那么，阀打开时间将被相应地减少。被用于确定打印象素是否过大或过小的阈值将根据打印片基和/或使用的打印头的性质而改变。
作为打印象素尺寸的变量将由阀中的机械变量而定，阀可以在一种象素尺寸或在给定范围的阀工作速率下令人满意地工作。因此，需要在象素尺寸范围上和被使用的阀的比率上反复地进行校准。每个阀所需要的校准因数范围可以被储存在一个查找表中，或者它可以确定一个或多个方程式，这样，在给定所需阀工作速率和象素尺寸的情况下，相关的校准因数可以被计算出来。
在另一个实施例中，成像装置240可以被另外地连接到计算机控制系统，且被对准，从而观察到打印头矩阵在其上进行打印的片基区域。当一测试矩阵被打印在片基上时，该成像装置能够将该图象转换为能够被传输到中央计算机系统的电信号。在进行任何所需的图象处理(数字化，过滤等)之后，该中央计算机系统能够将打印图象与存储在中央计算机系统中的最初测试矩阵进行比较。所需的每个象素的象素尺寸比率可以被确定，且每个阀的校准因数可以被计算。然后，中央计算机系统与需要进行校准的与阀相关联的阀控制装置进行校准因数的通信。
所述阀控制装置接收，翻译并执行从中央计算机系统接收到的信号。易于理解的是，阀控制装置可以被执行，这样，每个阀具有一专用的控制装置，或者是，许多阀可以由单个控制装置进行控制。
在一个优选实施例中，所述阀控制装置包括现场可编程门阵列(FPGA)。所述现场可编程门阵列包括用户可配置的提供所需功能的存储器和逻辑元件。
在一个优选实施例中，所述FPGA和相应装置被用于控制16个阀的线性阵列。参照图11，阀610a，610b，…，610p由阀控制装置控制，该阀控制装置包括FPGA616，电可擦可编程只读存贮器(EEPROM)617，随机存贮器，可编程只读存储器(PROM)619和输入/输入622，624，626。FPGA616与每个阀610a，610b，…，610p，EEPROM617，RAM618以及PROM619相连。当FPGA被加电时，其从PROM619装入其内部配置数据，然后按照从PROM装入的程序工作。所述EEPROM617存储包括查找表的一定范围的数据，该查找表包括与每个阀相关的数据，与特定阀控制装置和FPGA有关的数据，状态信息等。FPGA将从EEPROM装入该数据，然后通过将零位值写入位于RAM中的每个存贮器中而初始化RAM618。然后FPGA将等待从输入中的一个接收打印数据或其它命令。输入/输出622与计算机控制系统相连，且输入/输出624可被用于连接到其它阀控制装置(见下文)。输入626提供用于调整打印程序的一系列脉冲。当阀的阵列在片基上进行打印时，该片基通常在与阀相关的喷嘴的下面移动。提供给输入626的一系列脉冲可以由一解码器产生，该解码器被安装在装置中的相对于阀移动片基的一个轴上。
图12示出了许多寄存器的示意图，当FPGA配置数据被从PROM619装入时，所述寄存器与FPGA一起形成。第一寄存器631被用于写入并读出EEPROM617，且当初始化数据被从EEPROM中读出时被使用。第二寄存器632从计算机控制系统接收打印数据，例如待打印的文字数字式字符或位图，或起动打印程序的信号。第二寄存器632还将打印数据写入RAM，且被用于在起动阶段初始化RAM。第三寄存器从计算机控制系统接收配置数据，例如控制可以被施加到打印头的倾斜的数据。第四寄存器634从RAM接收打印数据，并将其传递给第五寄存器635，该第五寄存器应用打印数据操作阀610。
所需的打印图象(可包括文字数字式字符)被输入到计算机控制系统中，然后该图象被转换成与阀控制装置进行通信的光栅数据。阀610可以在不同的时间段被操作，从而提供16位灰度图象。这样，打印数据可以以包括4比特代码的光栅的形式被提供给每个阀，4比特代码的值确定由阀所产生的灰度。打印数据被第二寄存器接收，并被写入RAM618中。该RAM在逻辑上被布置成16行，每个阀对应于一行。有多列，每一列对应一个时隙。每个光栅扫描也对应于一个时隙，且该时隙由频率所确定，轴编码器以该频率提供脉冲给FPGA。
当FPGA接收到打印数据时，第二寄存器为每个阀解释灰度数据，获得每个阀必须被打开的时间，以便从保持在第一寄存器中的查找表中产生所需的灰度。理论上，每个阀应当被保持打开相同的时间段，以便产生相同的灰度，但是，每个阀中的机械变化导致每个阀的微小的不同特性。解决这些不同的校准因数被记载在查找表中。然后阀时间被写入RAM中，使用所需要多的列来存储所有的光栅。写指针被设定到数据的第一列。每个存储单元为相应的阀和时隙保存灰度值。
当下一个轴解码器脉冲被接收到时，由写指针所指示的RAM列被读出，以便看16个阀中的哪个需要被操作，即，哪个存储单元具有非零记录。一旦存储单元已经被读出，该列中的所有存储单元即被零所改写。
然后，这些阀的标识与阀被保持打开的时间一起被发送给第四寄存器，该寄存器可以执行其它有关阀打开时间的操作，以便在阀的随后操作之间，对阀在高速工作或在长时间等待时的操作进行校正。然后，阀打开时间被传输给第五寄存器，该寄存器计算与阀时间相等的轴编码器脉冲的数量。然后所述阀被打开等于轴编码器脉冲数量的时间段。
当阀610为电动机械装置时，它们的尺寸对可获得的打印分辨率产生限制。典型的是，每个阀可以从相邻的一个或多个阀获得4mm的补偿。如果是较大的分辨率(例如，要求更小的象素间距)，则矩阵可以倾斜，从而多个阀在一条轴线上更靠近。这样的缺点是，如果不对打印光栅进行校正，那么所需的图象将被倾斜地打印出来。
使用RAM可以有利地提供用于对打印头的倾斜进行补偿的校正，从而为打印光栅数据提供一个倾斜。一旦灰度数据已经被翻译成阀打开时间，而不是将阀数据写入垂直列中，写入数据可以被偏移过许多列。例如，如果所需倾斜角度为45°，那么用于第一阀的阀打开时间应当被写入由写指针所指示的列中，用于第二阀的阀打开时间应当被写入由写指针所指示的列的下一列中，等等，这样，阀打开时间就以理想的倾斜角度被写入RAM中。
典型的，应用在约80μs和250μs之间的阀打开时间能够提供16级灰度。已经发现有利的是，通过提供第一时间段的第一电压最初打开阀，提供另一时间段的较第一电压低的第二电压来保持阀打开。这就减小了阀打开较需要提供所需灰度的时间更长，从而导致降低打印性能的可能性，另外还能够将阀保持在打开位置一段较长的时间，并减小了过热的风险。已经发现特别有利的是，施加36V脉冲约80μs，以及为阀保持打开的剩余时间提供约5V的第二脉冲。
在另一个优选实施例中，参照图11的上述的阀控制装置和阀将被一同定位在单个电路板650上。然后，许多电路板被顺序地连接起来，且物理上位于一个垂直的阵列中，从而阀可以在打印片基上沉积二维矩阵。在这种情况下(见图14)，一块电路板650a将经由串行输入/输出622被连接到计算机控制系统230，并经由串行输入/输出624连接到第二电路板。第二电路板650b将经由串行输入/输出622被连接到第一电路板，经由串行输入/输出624被连接到第三电路板，等等。由于串行链中的最后电路板串行输入/输出624将没有连接，其能够检测其位置。当加电时，串行链中的最后电路板分配给自己地址0，并将该地址发送给前面的电路板，然后此电路板分配给自己地址1。这种过程继续进行，地址值被增加，直到每块板被分配地址。然后，第一电路板650a将把它的地址报告给计算机控制系统，这样，系统将知道被连接电路板的数量。系统将用电路板的地址加在该电路板的任何通信前头。优选的是16块电路板被连接在一起，以提供16×16的打印矩阵。
在该优选实施例中使用的FPGA为Xilinx Spsttan II XC2S100，这种FPGA之所以优选是因为其结构由在起动时从PROM中装入的数据决定。这种FPGA可以由一种更便宜的装置代替，其中例如通过吹制熔丝(blowing fuses)来形成逻辑元件，而不是通过软件配置，FPGA被硬布线。
可以理解，上述用于校准电磁阀的技术适用于任何类型的电磁阀，且适用于采用电磁阀的任何应用中。然而，该技术特别地应用于本发明的小型高速阀中，其中小尺寸的元件使得手动调节极片和其它元件的位置困难且不精确。
如上所述，软件和计算机控制可以被用于对柱塞在其行进的两个极端处运动进行减速，从而减小由于柱塞过度撞击其座而导致的从喷嘴孔喷出的墨水的飞溅。
按照本发明的另一方面，提供一种操作电磁阀的方法，该方法包括激发电线圈从而产生一个磁场，以便在线圈中往复地驱动一个柱塞，其特征在于，该磁场被控制，从而当柱塞接近其运动的至少一个极端时，柱塞的速度被减小。磁场的控制可以以许多方式实现。
在一个优选实施例中，所述磁场可以被控制，从而当柱塞接近其关闭位置时，柱塞的速度被降低，以便减小当阀关闭时的撞击。所述磁场可以被控制，从而柱塞的速度被降低，该磁场抵抗由回行装置施加在柱塞上的力。这种操作阀的方法参照图14至图16进行说明。
图14示出了电磁阀710的一示意图，该电磁阀适合于使用这种操作阀的方法。阀710包括柱塞720，管730和线圈740。柱塞720包括一种铁磁性材料(或任何其它磁性材料)，且其被容纳在管730中，从而能够沿着管的轴线自由运动。通过将电流施加在线圈740上，该电流在管中产生一个磁场，该磁场产生一作用在柱塞上的电磁力，从而柱塞例如被朝着管的打开端推动。施加在线圈上的电流脉冲的定时和频率可以被计算机(未示出)控制。所述电磁阀另外还包括一回行机构(未示出)，例如弹簧，一旦柱塞已完成其整个行进范围，该机构作用使柱塞返回其初始位置。
按照惯例，电流以简单的方形波的形式(或以具有陡梯度的三角波的形式)提供，为线圈通电，以便提供柱塞朝着管的关闭端的迅速的加速度。类似地，一旦该柱塞已经到达其在管中的最大行程，该电流被迅速减小，以便迅速减小作用在柱塞上的电磁力。这样是有利的，因为任何电磁力将反抗由回行机构施加在柱塞上的力，这样电磁力越大，柱塞的回行时间越慢。
然而，我们已经发现，在电磁阀的一些高速应用中，例如它们被用在喷墨打印机以及著名的“按需喷射型”(drop on demand)喷墨打印机中，被施加到柱塞上并从柱塞上消除的电磁力的增加速率导致在所需的主墨滴之外还产生了卫星滴。我们已经发现，这是由于阀柱塞在其到达其行程的末端的阀关闭位置时该阀柱塞的突然减速。
图15示出了用于按需喷墨打印机中的电磁阀710的示意图。该阀和打印头的设计和结构基本上与如图9所示的相同。在如图15所示的关闭位置中，柱塞720被容纳在喷嘴镗孔750的入口端，以便切断流到喷嘴镗孔的墨流。管730延伸，在其打开端形成一阀头室760，该室设有一入口770，通过该入口墨水可以被供给到该室中。通过将电流施加到线圈上来激发线圈740，从而沿着管并朝着管的关闭端推动柱塞。柱塞的运动开启喷嘴镗孔的端部，使得墨水能够流过喷嘴孔。一旦电磁力(MMF)被从柱塞上消除(通过消除线圈740上的电流)，回行机构(未示出)就使柱塞返回其关闭位置，从而柱塞用于密封喷嘴镗孔。一些形式的密封或隔离可以被应用于喷嘴镗孔和/或柱塞的端面，以便增强柱塞和喷嘴镗孔之间的密封，从而减小当柱塞位于其等待位置时墨水进入喷嘴镗孔的可能性。
理想的是，所述回行机构迅速地使柱塞返回其关闭位置，以避免喷嘴被打开过长的时间，从而尽可能快地关闭到线圈740的电流脉冲是重要的。柱塞在管和室中的往复运动受到控制，从而被精确控制的墨滴将从喷嘴孔中喷出，被沉积在片基(未示出)上。当阀在高频率，典型的是从2到4kHz的情况下被操作时，则由于线圈被激发所采用的方法可能会产生问题。
线圈的激发使柱塞经受快速的加速，直到其运动被管的端部所阻碍。仅有管内的流体阻尼效应和由回行机构所施加的力抵抗由于线圈的激发而导致的柱塞的运动。
柱塞运动的突然性导致在片基上打印的所需墨滴周围形成卫星滴。可以相信，当柱塞远离其等待位置时的迅速加速是造成形成这些卫星滴的原因，且由于管内流体所提供的有限流体阻尼的原因，这个问题被加剧。此外，可以观察到，如果借助回行装置施加在柱塞上的力过大，且如果在柱塞返回其等待位置时，施加在柱塞上的磁力为最小，那么，柱塞作用在喷嘴镗孔的入口上的撞击就能够导致柱塞或喷嘴构造的损坏(或任何设置在喷嘴或柱塞上的密封装置的损坏)。
通过改变柱塞被推动的方法，能够减少产生这种卫星滴的可能性。电流以更加平缓的形式被施加给线圈，而不是使用如上所述的方形(或三角形)电流脉冲来激励线圈。类似地，如果线圈的去激励被适当地控制，那么柱塞减速的突然性就会变小，这将能够进一步减少柱塞在喷嘴镗孔入口上的撞击的问题。可以相信，当电磁阀在除了喷墨打印之外的非常高速的情况下被操作时，类似的问题也可能会发生。
电流可以以普通三角形脉冲(在时域中可以对称也可以不对称)，普通高斯脉冲，普通正弦脉冲或一些其它形式的非方形脉冲的形式被施加，以便减小柱塞的初始加速和最终减速。电磁阀的确切性质以及其被打开的速率将确定柱塞的突然加速和减速对于电磁阀的操作是否存在不利影响。
图16a示出了表示通常被用于激励线圈的典型三角形波的图形。图16b示出了表示根据本发明的方法用于激励线圈的三角形波的图象。可以看出，在如图16b所示的波形的第一部分中，波的斜率小于图16a所示的波形的第一部分的斜率。这就保证了柱塞以较慢的初始速度被加速远离其等待位置，减小了形成卫星滴的可能性。另外还将注意到，在波形的后一部分中，有一较大的电流，从而施加在柱塞上的磁力用于衰减柱塞的运动，缓和回行机构的影响。可以理解，在其它因素中，具体的波形将取决于电磁阀的性质和构造，其被操作的速度，其所使用的应用等，而且如图16b所示的波形纯粹是示范性的。
可以应用试验来确定一种用于特定应用的适合的或最佳的波形或波形组。已发现一种如图16c所示的波形的优点。已经发现有利的是，通过提供第一时间段的第一电压最初打开阀，提供另一时间段的较第一电压低的第二电压来保持阀打开。这就减小了阀打开较需要提供所需灰度的时间更长，从而导致降低打印性能的可能性。已经发现特别有利的是，施加36V脉冲约80μs，以及为阀保持打开的剩余时间提供约5V的第二脉冲。
在喷墨打印机中电磁阀的高速工作期间，被沉积在片基上的墨滴可以使用连接到计算机控制系统的CCD(电荷耦合器件)照相机来进行监视，以便确定产生问题的卫星滴的数量，以及它们形成的频率。收集的数据可以由计算机分析，该计算机能够相应地改变电流脉冲，以便减少被形成的卫星滴的数量。根据给定电流脉冲减小卫星滴的形成的可能性的指示，计算机可以从存储在存贮器中的脉冲范围中选择一种电流脉冲。
在一个优选实施例中，阀控制装置包括使用如图12所示的电路的现场可编程门阵列(FPGA)。所述FPGA包括可被用户配置的用于提供所需功能的存储器和逻辑元件。
权利要求
1.一种用于控制从其中经过的流体流动的阀机构，该机构包括一柱塞元件，该柱塞元件被用轴颈连接，用于在当电流通过线圈时由线圈所产生的磁场的感应下，在电线圈中在等待和工作位置之间轴向往复运动，柱塞的远端延伸进入具有出口喷嘴镗孔的阀头室中，柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头室到所述镗孔的液流路径，其特征在于，a.所述柱塞是一种整体结构，且由饱和磁通密度大于1.4特斯拉，矫顽磁性小于0.25安培每厘米，且相对导磁率超过10000的软电磁性材料制成；且b.从阀头室通到喷嘴孔的喷嘴镗孔的长度与直径之比小于8∶1，且喷嘴孔的直径基本上与所述镗孔的直径相同。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述柱塞由饱和磁通密度大于1.6特斯拉的材料制成。
3.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述镗孔的长度与直径之比为1.0∶1至5∶1。
4.如权利要求3所述的阀，其特征在于，所述镗孔的长度与直径之比为2∶1至4∶1。
5.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述镗孔的直径为20至400微米，且镗孔的长度与直径之比为1.5∶1至8∶1。
6.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述柱塞的直径为3.0mm或更小，且长度为5至15mm。
7.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述柱塞在其远端形成有一内部轴向镗孔。
8.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述喷嘴孔为多个形成在喷嘴板中的喷嘴孔中的一个，所述喷嘴板带有安装于其上的多个阀的一个阵列，每个喷嘴孔与阀机构的柱塞套准。
9.如权利要求8所述的阀的一个阵列，其特征在于，所述喷嘴镗孔和喷嘴孔与喷嘴板一起形成为单个元件。
10.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述线圈被缠绕或直接形成在管状元件上，所述柱塞将在该管状元件中运动。
11.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述阀头室的远端壁携带一个或多个直立的区域，以便在所述柱塞和远端壁相对的端面之间提供增强的密封。
12.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述密封区域由一个或多个直立的肋提供，所述肋基本上与喷嘴镗孔的入口同心。
13.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述线圈为缠绕在管状支承件上的单绕线圈。
14.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，提供一金属容器，作为线圈的磁通量回路。
15.如权利要求8所述的阀的一个阵列，其特征在于，围绕每个线圈提供一金属容器，作为在该阵列中的相邻阀之间的磁屏。
16.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述柱塞和管状元件不具有相合的横截面，从而轴向液流路径被形成在所述管状元件和所述柱塞之间。
17.如前述权利要求中任何一个所述的阀，其特征在于，所述喷嘴镗孔的长度与直径之比为1∶1至5∶1，且喷嘴孔直径为20至400微米。
18.一种阀，其基本上如上文中所描述，且参照并如附图中任何一个所示出。
19.一种按需喷射型喷墨打印机，其中墨水或其它流体被从喷嘴孔中喷出，其特征在于，从流体的源头到喷嘴孔的液流由如前述权利要求中任何一个所述的阀所调节。
20.一种操作如权利要求19所要求保护的喷墨打印机的方法，其特征在于，所述阀以大于1kHz的频率被操作。
21.一种使用按需喷射型喷墨打印机在绒头织物上施加图象形成合成物的方法，其中，用于控制流体流到喷嘴孔的电磁阀机构包括一柱塞元件，该柱塞元件被用轴颈连接，用于在当电流通过线圈时由线圈所产生的磁场的感应下，在电线圈中在等待和工作位置之间轴向往复运动，柱塞的远端延伸进入具有出口喷嘴镗孔的阀头室中，柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头室到所述镗孔的液流路径，其特征在于，所述打印机以至少1kHz的墨滴产生频率工作。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述绒头织物的绒头长度为至少2mm，且打印机在小于3巴的压力下工作。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述按需喷射型打印机为如权利要求18所述的打印机。
24.一种使用打印机将墨水或染料施加在长绒头织物上的方法，所述打印机中的用于控制流体流动到喷嘴孔的电磁阀机构包括一柱塞元件，该柱塞元件被用轴颈连接，用于在当电流通过线圈时由线圈所产生的磁场的感应下，在电线圈中在等待和工作位置之间轴向往复运动，柱塞的远端延伸进入具有出口喷嘴镗孔的阀头室中，柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头室到所述镗孔的液流路径，其特征在于，a.所述柱塞是一种整体结构，且由饱和磁通密度大于1.4特斯拉，矫顽磁性小于0.25安培每厘米，且相对导磁率超过10000的软电磁性材料制成；且b.从阀头室通到喷嘴孔的喷嘴镗孔的长度与直径之比小于8∶1。
25.一种结合有适合于控制打印机的操作的计算机的如权利要求19所述的按需喷射型喷墨打印机，其特征在于，所述计算机适合于与用于观测施加在片基上的被喷出和/或被打印的墨水或其它流体的点的机构联合工作，所述计算机被编程，以便检测被观测到的点与理想的点之间的差别，并对施加到调节流到喷嘴孔的液流的阀的线圈上的电流实施校正，从而保证理想的被观测到的点的参数。
26.如权利要求25所述的操作打印机的方法，其特征在于，所述计算机被编程以用字节信号操作。
27.如权利要求19所述的操作打印机的方法，其特征在于，应用被观测到的打印点的参数与理想的打印点的参数之间的比较，所述阀的工作性能被校准，从而为需要实现理想打印参数的阀的操作提供一个或多个变量记录。
28.一种使用软件校准电磁阀的方法，基本上如上文参照附图9至13所描述。
29.操作如权利要求25所述的打印机的方法，其特征在于，所述计算机改变阀的操作，从而在柱塞靠近其行程的任一或两个末端时使所述柱塞减速。
30.一种用于操作按需喷射型喷墨打印机的方法，基本上如上文参照附图14至16所描述。
31.如权利要求27至30中任何一个所述的方法，其特征在于，理想参数被存储在一个或多个查找表中，用于与观测到的参数进行比较。
32.一种操作按需喷射型喷墨打印机的电磁阀以在片基上打印一行墨水的方法，该行的长度等于至少三个单独的打印点，其特征在于，通过对阀的线圈施加电流，所述柱塞被保持在阀打开位置，该电流的幅值小于最初将柱塞从其等待位置移动所需的值的50％。
33.一种电磁阀，其特征在于，柱塞的径向直径小于2.5mm，且长度与直径之比至少为3∶1。
34.一种多喷嘴按需喷射型喷墨打印头，所述打印头包括喷嘴板，所述喷嘴板中具有多个喷嘴孔，每个喷嘴孔位于穿过喷嘴板的喷嘴镗孔的远端，其特征在于，喷嘴板与喷嘴孔为整体结构。
35.一种用于形成如权利要求34所述的打印头的喷嘴板的方法，其特征在于，喷嘴镗孔基本上同时地被形成在喷嘴板中。
36.如权利要求34所述的打印头或如权利要求35所述的方法，其特征在于，出口喷嘴和镗孔被形成为厚度达到400微米的箔片喷嘴板中的镗孔，该镗孔的长度与直径之比小于8∶1，优选是2∶1至5∶1。
37.一种电磁阀，包括一柱塞元件，该柱塞元件被用轴颈连接，用于在当电流通过线圈时由线圈所产生的磁场的感应下，在电线圈中在等待位置和工作位置之间进行轴向往复运动，该柱塞的远端延伸进入具有出口喷嘴镗孔的阀头室中，柱塞的往复运动适合于打开或关闭从阀头室到所述镗孔的液流路径，其特征在于，柱塞已形成从其远端延伸的一内部镗孔或空腔，从而柱塞的质量被减小，所述镗孔或空腔在柱塞中轴向延伸，大致不远于当柱塞被完全缩回线圈中时柱塞进入线圈中的镗孔的位置。
38.一种使用如权利要求19所述的按需喷射型喷墨打印头以将墨水或染料施加在织物或纺织品上的方法，其中，所述墨水或染料在25℃下的粘度为50到150厘泊，所述织物或纺织品的绒头长度为1mm或更长，所述打印头具有从80到250微米的喷嘴孔，且在1kHz或更高的频率下工作。
39.一种电磁阀，其特征在于，螺线管的线圈的导体被沉积、缠绕或以别的方式直接形成在管状支承元件的壁之上或之中，所述管状支承元件提供在线圈的导体和柱塞之间的界面，所述柱塞被用轴颈连接，直接滑动配合在所述支承元件中。
40.一种如权利要求21至39中任何一个所述的电磁阀、打印头或操作打印头的方法，其特征在于，所述电磁阀为如权利要求1至18中任何一个所述的阀。
全文摘要
一种使用特定材料制成的电磁阀，该电磁阀能够以高频率工作，且可以被制成为小型装置。柱塞(1)由饱和磁通密度大于1.4特斯拉，优选是大于1.6特斯拉，矫顽磁性小于0.25安培每厘米且相对导磁率超过10000的材料制成；从阀头室(14)通到喷嘴孔(12)的喷嘴镗孔的长度与直径之比小于8∶1，优选的是在2∶1和4∶1之间，且喷嘴孔(12)的直径基本上与喷嘴镗孔的直径相等。本发明还提供一种用于操作包含这种阀的按需喷射型喷墨打印机的方法。
文档编号F16K31/06GK1646842SQ03808417
公开日2005年7月27日 申请日期2003年2月11日 优先权日2002年2月14日
发明者D·A·霍尔斯内尔, M·B·汤林, A·莱切赫布, O·J·普赖姆, M·J·福克斯, C·M·巴特斯 申请人:威利特国际有限公司