CN1292752A - 液体分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于分配液体的装置,特别是用于分配颜料或油墨的装置。所述装置包括一个储液容器(5)、一个分配喷嘴(7)以及一个导液管(3),所述导液管的一端与所述储液容器相连以将液体从所述储液容器供给到所述分配喷嘴。所述分配装置设有振动装置,特别是一种压电换能器(4)。所述换能器用于使所述分配喷嘴产生振动,所述振动能够使喷嘴产生一个足以使液体离开所述喷嘴的加速度。本发明还涉及一种采用本发明所涉及的分配装置的打印头和打印系统。

Description

液体分配装置

技术领域

本发明涉及一种液体分配装置。本发明所涉及的装置包括一个储液容器、一个分配喷嘴以及一个导液管，所述导液管的一端与所述储液容器相连以将液体从所述储液容器供给到所述分配喷嘴。该装置特别适用于少量液体的精确分配，特别适用于必须在非常精确且可控制的部分中分配的颜料、药剂或类似的液体。本发明还涉及一种采用本发明所涉及的分配装置的打印头和打印系统。

背景技术

在本领域中，具有一个分配喷嘴的各种液体分配装置已为人们所知。由Waldrum提出的美国专利No．3，653，598披露了一种用于农业喷射系统中的振动喷射装置。这种已知的装置包括一个喷射管，所述喷射管具有一个相关的振动传递装置。所述喷射管的自由端在所述振动传递装置作用下能够在一个轨迹上移动。在一个远端储液容器中的压力作用下，液体在振动过程中能够从所述喷射管喷出。这种已知的装置在喷射过程中能够提供一种非常均匀的液体分配效果。这种装置不适于以一种能够精确控制的方式分配少量液体。

打印技术是一个能够使用各种液体分配技术的特殊领域。在纸或其它基体上打印图像一直都是人们的一种需求，这种需求受到IT强有力的支持，并且这些印刷品每天都会实际用于所有经济领域。即使在将来这种需求也是会持续的或者越来越大。人们致力于高速和低成本的打印系统的发展。研究主要集中在两个不同的方向。第一个方向是数字预压与常规打印技术的结合，第二个方向是发展完全数字化打印系统。

例如，只有在打印量较高的情况下，常规胶版印刷系统在成本方面才有优势。在安装现代数字系统后，利用现代数字系统打印的图片的成本基本上不受打印量的影响。但是，较大的原始投入意味着，与常规系统相比每一个图片的总生产成本仍然是比较高的。另外一个缺点是，目前喷墨打印和气泡喷射技术所用的颜料与常规技术相比在耐水性和抗紫外线方面比较弱。尽管桌面彩色打印机越来越普及，但同时人们需要发展成本低的既能快速打印非常少的条目(甚至于单一条目)又能打印大幅(即大尺寸)产品的打印技术。这样的产品例如大型广告海报。

使用由一个压电换能器所产生的超声的液体分配或喷射技术在本领域已为人们所知。简单地讲，超声液体喷射所依据的是下列现象：如果能够获得一个振幅较高的机械振动，那么通过克服表面张力能够将液体分配成液滴。超声液体分配具有两种基本形式：由换能器所放出的高频(大约1兆赫或更高)振动能量集中在液体中以达到分配所需的能量密度，即压力。在使用频率较低的技术中，利用不同类型的固体聚能器来达到所需能量密度，从而将液体引至一个表面处，以一个较高的振幅使所述表面振动。

目前所用的超声液体分配器具有许多缺点。它们的外部尺寸相当大，因此在打印工业的应用受到限制。另外，由于尺寸较大，致使启动时间较长。除了这些缺点外，不能解决对由喷出液滴所形成的象素进行调整的问题。所述装置的清洁、部件的更换以及比较复杂的电子系统也会带来问题。

由Anthony提出的美国专利No．4，815，661涉及一种超声喷射装置，该装置具有一个主体和一个压电振动芯。由压电振动芯所产生的振动被传递到一个喷嘴。在液体内部压力和由所述振动芯所产生的内部压力作用下使液体喷出。

由Okabayashi等人提出的美国专利No．4，897，673提出了一种利用一个压电元件连接一个喷墨打印机的喷嘴管的方法。其中，一个喷嘴管以可操作的方式与一个压电元件相连，所述压电元件使喷嘴管周期性地伸缩，从而将液体(油墨)从喷嘴管喷出。总而言之，液体是在喷嘴管内所产生的压力下喷出的。

如上所述，这些已知技术不适用于大幅产品的快速打印。因此，本发明的主要目的如下：

在打印纸或其它基体上达到一个液滴尺寸或一个象素尺寸，所述尺寸可以在比较宽的范围之间改变。特别是，提供一种能够在打印象素上形成一个可变色调的装置。

提供一种在至少一个维数上具有较小尺寸的分配装置，使液体分配组件以相互靠近的方式定位。这样，能够在一个打印基体的整个宽度上进行连续平行打印。为了达到高速打印，缩短产生液滴的时间。

另外，提供一个无需精巧电子系统并且适用于不同液体类型的打印系统。另外，提供一种能够与一个计算机相连并由该计算机控制的打印系统，并且能够解决清洁和部件更换的问题。

发明概述

根据本发明的一个方面，上述目的是由这样一个装置达到的，所述装置包括一个储液容器、一个分配喷嘴以及一个导液管，所述导液管的一端与所述储液容器相连以将液体从所述储液容器供给到所述分配喷嘴。根据本发明，所述装置还包括用于使所述分配喷嘴产生振动的振动装置，所述振动能够使喷嘴产生一个加速度，从而可使液体离开所述喷嘴。

本发明还可延伸到这样一种液体分配装置，所述装置基本上包括了上述的基本特征，但是没有所述储液容器。这种改进装置与一个外部储液容器相连。

在一个优选实施例中，所述导液管与所述分配喷嘴是一体的。最好，所述导液管的一个自由端被切成一个角度，并且被切的自由端用作所述分配喷嘴。或者，所述喷嘴可为所述导液管的一个自由端，至少在所述导液管靠近所述自由端的一部分中所述导液管的直径沿着向着所述导液管的自由端方向是逐渐减小的。

在一个最佳实施例中，所述振动装置包括一种压电换能器，所述导液管是一个空心金属管。在这种情况下，所述喷嘴处在管的振动端处。所述端部可被切成一个角度或者其横截面逐渐减小。

在本发明所涉及的装置中，可以预见的是，所述换能器能够通过一个共振器与所述导液管相连。最好，所述换能器、共振器以及所述导液管构成了一个共振组件。

在一个特定实施例中，所述共振器是一个直接或间接地连接在所述导液管上靠近自由端的一个位置上的钢制平板。这在三个方面上具有优点，即立体的共振器不仅横向尺寸小而且启动时间更短，从而使所述液体分配装置的脉冲操作以及可控制的液体输送能够在短时间内进行。

本发明所涉及的板状共振器紧固在所述导液管上，所述导液管的重量轻于共振器自身，因此所述管能够以更高的振幅振动。所述喷嘴形成在导液管的一个自由端处并且以最大振幅振动。但是，如果能够将适量液体引导到启动部件(即喷嘴)上，那么该系统将正常分配液体。如果液体的供给量多于或少于最佳量，那么该系统能力仍未被开发。供给到喷嘴的液体量受毛细效应和管中静压力的影响。由于难于控制，因此建议，所述分配装置应还包括用于改变所述储液容器中和／或导液管中液体静压力的装置。

在本发明所涉及装置的一个最佳实施例中，所述换能器是一个圆盘状的压电换能器，所述钢板基本上呈液滴状并且具有一个圆形部分以及一个与所述圆形部分一体形成的三角形延伸部分。所述换能器以一种同心和平行的位置关系与所述圆形部分相连，所述三角形延伸部分的尖部与所述导液管相连。

为了便于该装置的计算机控制，所述分配装置还包括用于以预定且可变的频率驱动所述换能器的外部可控制驱动装置。

本发明第二个方面涉及一种打印头，所述打印头包括多个液体分配装置，所述液体分配装置能够在一种打印介质的预定且可控制的位置上以可控制分配量的方式分配颜料。根据本发明，所述液体分配装置包括本发明第一方面所涉及的液体分配装置。在一个优选实施例中，所述打印头还包括多个相互平行的用于安装所述液体分配装置的狭槽，以及用于将所述液体分配装置紧固在所述狭槽的壁上的接触弹簧。

为了使在不同基体上的象素尺寸和／或色调是可变的，所述打印头包括多个排列成一行的液体分配装置并且还包括用于至少在一个平行于所述液体分配装置行的方向上能够使所述分配装置的喷嘴平移的移动装置。所述打印头还可包括用于在一个垂直于所述液体分配装置行的方向上能够使所述分配装置的喷嘴进行附加平移的调整装置，所述每一个喷嘴的这种附加平移可是同时的或者单独的。这对于使象素尺寸(宽度)与象素分辨率(每单位长度上的象素数量)和／或色调(覆盖区域)相适应是特别适用的。

本发明还涉及一种打印系统，所述打印系统具有一个打印介质供给机构和至少一个用于在所述打印介质的预定且可控制的位置上以可控制分配量的方式分配颜料的打印头，其中所述打印系统包括本发明第二个方面所涉及的打印头。所述打印系统还可包括多个打印头，每一个所述打印头对应于一种预定的颜色。

本发明适用于少量液体的连续或脉冲分配。本发明以液滴的形式将液体喷向目标介质，并且具有较大的能量和较高的重复率，液体的喷射量可被精确地调整。所述液体可以是一种溶剂(例如水、丙酮等)、一种颜料溶液(例如油墨)、乳剂或悬浮液(例如加色油墨)。

由于上述特征，该装置最适用于打印，将本发明所涉及的装置应用于打印系统中提供了一种新的打印方法。但是，配药和医用以及其它需要以高精度且无污染地分配少量液体的领域也是本发明适用领域。

附图简述

现将参照附图对本发明的实施例进行详细描述，其中

图1是表示本发明所涉及的液体分配装置的基本元件的一个示意图；

图2a-b分别是表示本发明所述装置的一个优选实施例的侧视图和主视图；

图3是表示本发明所涉及打印头结构的一个透视图，其中示出了一行分配装置；

图4a-b表示了本发明所涉及装置中所用的振动装置的一个实施例；

图5是表示一个换能器-共振器组件的侧视图，其中示出了共振器的操作原理；

图6a-b示出了共振器-导液管组件的两个不同的实施例；

图7a-b示出了本发明所涉及的分配装置的操作原理；

图8a-c示出了利用本发明所涉及的装置调整象素色调的方法；

图9a-b示出了用于实现一个单一液体喷射的驱动器信号的形状；

图10a-b示出了安装在本发明所涉及的一个打印头中的一个象素单元；

图11示出了采用图10a-b的象素单元的一个打印头的横截面图；

图12a-b示出了安装在本发明所涉及的一个打印头中的一个象素单元的另一个实施例；

图13a-b示出了采用图12a-b的象素单元的另一个打印头的横截面图以及该打印头的透视图；

图14示出了在本发明所涉及装置中的一个喷射液体周期中时间与象素覆盖区域(色调)的关系。

实施本发明的最佳方式

图1示出了一个液体分配装置1的基本结构。该装置1装有一个金属平板状的共振器2，所述共振器2与一个供液管相连，所述供液管具有一个喷嘴7。所述供液管为一个导液管3，所述供液管3具有一个自由端，所述自由端终止于喷嘴7中，所述导液管3的另一端与一个储液容器5相连。需要由所述喷嘴7分配的液体6储放在所述储液容器5中。

所述装置1还设有振动装置，这里为一个换能器4。换能器4能够使共振器2产生振动，所述换能器4与共振器2固定在一起。所述换能器4最好是一种压电式换能器，例如一个压电陶瓷板。共振器2的共振模式在结构上包括厚度模式、径向模式或弯曲模式。但是，在一个优选实施例中，采用的是一种径向模式，下面将对其进行描述。利用连接部件9使所述导液管3被固定在所述共振器2上。所述共振器2和导液管3构成了一个共振组件，即一个具有一种特定共振频率的机械振动系统。

所述导液管3的一端浸入在储液容器5的液体6中。所述导液管3另一端的横截面是逐渐减小的以形成一个喷嘴，或者如在附图所示的优选实施例中，管3的端部是以一个锐角切割而成的。所述喷嘴7处在导液管3的振动端处。

所述喷嘴7用于将来自共振器2的振动能传给所述液体。使喷嘴7的共振特性与液体的各个特征(例如流动参数、质量、粘度、毛细常数、表面张力等)相适应也是重要的。因此，喷嘴7是一个振动部件，该振动部件的频率与共振器的共振频率相适应(一个相连的振动系统)。在某些情况下，可利用一个连接部件9使共振器2与喷嘴7相连。在这种情况下，连接部件9也构成了所述振动系统的一部分。喷嘴7的振动能以及频率的大小取决于连接部件9适当的振动设计形式。必须注意的是，连接部件9不是必须与共振器2或喷嘴7分开的，也可以是它们的一个组成部分。

可利用不同的方式将液体引导到所述喷嘴7。为了避免校准所带来的困难以及使清洁更简单，建议将喷嘴71设置在导液管3的振动端上。所述导液管3在自由端处具有逐渐减小的横截面，在自由端处逐渐减小的横截面用作一个弯曲模式的聚能器，这是因为如果导液管3的横截面以适当的方式逐渐减小，从而使单位长度上的质量逐渐减小，那么能量平衡需要增大振幅。可通过以一个锐角对所述管的端部进行切割或者减小所述管在喷嘴端处的内径和／或壁厚，从而使横截面逐渐减小。

利用液体6中的过压以及导液管3中的毛细效应供给液体。可利用在所述导液管3的喷嘴7端部处的表面张力来防止液体的过度供给，所述表面张力能够以一种自动调节的方式与在导液管3另一端处的过压保持平衡。

如图2a-2b中所示，本发明所涉及的液体分配装置可以是一个独立于储液容器5的组件。例如，如图3中所示，几个这样的装置可与一个共用储液容器5相连。

本发明所涉及的分配装置是非常平的。实际上，如图2b中所示，它几乎可被认为是一个两维的物体。只要涉及在打印系统中的应用，该装置所具有的这种平的形状就非常重要。在这种情况下，最好利用粘接的方式将换能器4(即压电陶瓷)连接到共振器2上。

所述共振器2在点焊接合部分8处将其振动能传递给导液管3。共振器2的纵向振动模式转变为弯曲模式，即所述管3在接合部分8处横向振动。显然，所述导液管3的大小尺寸对于振动频率应该是适合的，并且所述导液管3的大小尺寸应该与整个系统的共振频率相适应。

在具有这种结构的情况下，如图7a和7b中以最佳方式示出的，所述喷嘴7处在导液管3的振动端处。

本发明所涉及的液体分配装置(特别是图2a-2b中所示出的实施例)可用于打印头中。图3中示出了在一个打印头10内的分配装置1的基本布置。

这里，一个打印头10包括多个液体分配装置1，所述多个液体分配装置沿着一条线L排列，并且所述共振器2所在的平面是相互平行的。喷嘴7在打印介质M上方并处于与打印介质M保持一个高度h的位置处。由于所述装置1非常平，因此它们之间的距离d相当小，该距离在1毫米的范围中。这意味着在穿过打印介质M的整个宽度w的方向上可打印大量的象素。所述导液管3与一个共用储液容器5相连。或者，每四个或每三个所述装置1可周期性地与一个共用储液容器(例如对应于青色、品红色、黄色和黑色的储液容器或者对应于红色、绿色和蓝色的储液容器)相连。

利用一种已知的供给机构可将打印介质M(例如从一个纸辊R拉出的一张纸)送至打印头10的下方。所述供给机构可带有一个齿轮G和一个用于驱动拉紧辊D的马达EM。

为了能够调节打印头10的横向分辨率，应该预先想到的是，设置用于使所述分配装置的喷嘴至少能够在沿着一个平行于线L的方向(即沿着X坐标轴方向)上平移的移动装置(未在图3中示出)。还建议设置能够为所述分配装置的喷嘴7在一个垂直于线L的方向(即沿着Z坐标轴方向)上提供附加平移的调节装置，所述每一个喷嘴的这种附加平移可是同时的或者单独的。“附加平移”的意思指的是限定一种移动，这种移动相对于喷嘴在沿着Z坐标轴方向上的振动是附加的，一个基本上不变的分量被加入到这种交替移动中。所述调节装置能够通过改变在所述打印介质M上方的喷嘴7的高度h来提供另一种用于调节在所述打印介质M上的象素尺寸的方法。

必须注意的是，打印头10和／或喷嘴7在沿着Y坐标轴的方向上移动从理论上而言也是可能的。但是，在所述优选实施例中，打印头10和打印介质M之间的相对移动是通过移动打印介质M并使所述打印头10在沿着Y坐标轴的方向上保持在一个固定位置上来实现的。

我们对于一种所谓的平行打印机已经建立了打印头10的几个原型。其中，设置在打印头10内的所述分配装置1相互之间的距离为光栅尺寸距离(距离d)。我们已经在打印头上进行了可靠性测试和耐用周期测试，并且发现带有本发明所涉及的分配装置的打印头能够可靠和精确地工作。

本发明所涉及的打印头10包括在一个打印系统(未详细地示出)中。所述打印系统包括一个打印介质供给机构以及至少一个打印头，所述打印头能够按照预定的方式以可控制的分配量在打印介质(诸如纸张)的可控制区域中分配颜料。利用多个打印头能够进行彩色打印，其中每一个打印头使用一种预定的颜色。几个采用与如图3中所示相似结构的打印头10可沿着所述打印头10和打印介质M之间的相对移动方向(图3中所示的Y方向)以一个接着一个的方式设置。利用一个计算机完成这些打印头之间的打印调整。

必须注意的是，打印头中所述分配装置1之间的距离d可大于实际象素宽度p(见图8a-c和图14)。在这种情况下，可利用已知的方法来确保打印头10的喷嘴7能够达到打印介质M的整个区域，这样实际上所得到的分辨率可能优于液体分配区域之间的自然距离(即喷嘴7之间的距离d)。这样的方法可包括在打印头于打印介质上方移动经过几次的过程中使所述打印头或打印介质进行轻微的侧向移动。或者与已知的桌面喷墨打印机的操作类似，可使所述打印头在打印介质的一次传送中横向移动几次。这样的方法在本领域是已知的，并且不是本发明的一部分。

下面将对本发明所涉及的液体分配装置的详细结构和操作进行描述。

图4a和图4b示出了换能器4的一个侧视图和一个透视图。在最佳实施例中，所述换能器4是一个平的压电盘，例如一种压电换能器。如箭头所示，所述换能器是以径向模式驱动的。在这种模式中，所述压电盘的圆周点在径向上振动。如图5中所示，与所述换能器4相连的共振器2基本上为一种液滴状并具有一个圆形部分2a和一个与所述圆形部分2a成为一体的三角形延伸部分2b。所述换能器4以一种平行且同心的位置关系与所述共振器2的圆形部分2a相连。

如在图5和图6a，b中最佳示出的，所述三角形延伸部分的尖部2c与导液管3相连。所述共振器的圆周点也将由于换能器4的激励而振动。这种效果在图5以及后面的附图中利用虚线和箭头来表示。

所述导液管3可以多种方式与共振器2相连。例如，可在所述管3的自由端附近并且比较靠近喷嘴7的一个位置处使共振器2与所述管3相连。在这种情况下，所述管3可以是比较短的并且质量较小。这种结构如图6a中所示。但是在实施的过程中可以看出，如果共振器2与所述管3的连接位置与喷嘴7之间保持一定的距离并且使喷嘴7的自由端共振，那么利用一个较长的管3能够达到最佳的效果。这会导致喷嘴7的振幅较大，从而能够提高分配效率。这种结构如图6b中所示。

下面将对本发明所涉及的新分配技术的原理进行描述(参见图6b)：

由于毛细效应以及储液容器5中的压力而使液体6流入到管3中。当以一个适当的频率激励换能器4时，换能器4的振动传递给共振器2以及与共振器2相连的管3上。所述管的自由端11也将开始振动。如果驱动频率为共振频率或者接近共振频率，振幅将比较大。由于一个振动系统的加速度与振幅是成线性比例的(它们是以正弦方式变化的并且在同一相中)，因此自由端11的加速度也比较大。最终，作用在喷嘴7处的液体6上的加速力(实际上为由于喷嘴的加速而产生的液体惯性力)将足以克服用于将液体6保留在喷嘴7中的毛细粘附力，液体以极小液滴的形式离开喷嘴7。离开喷嘴7的液滴12将保持它们在喷嘴7中最后时刻的方向和速度，并且将在振动平面中沿着一个基本上垂直于管3的方向喷射。现在由于管3在喷嘴7处切成一定的角度，因此大部分液体将仅沿着一个方向(在图6至图8中是向下的)喷射。喷射的液体(颜料)量基本上与激励时间成线性关系(见图8a-c和图14)，这是因为压力和毛细效应将连续地供给到从储液容器补充的液体上。

如果液体量超过最佳数值，那么所述系统的性能可能会降低。只有在将适量的液体引导到作为一个液体分配装置的包括共振器和喷嘴的组件中时，该组件才能以最佳的方式工作。如果能够在短时间内为喷嘴补充与喷出液体量相同的液体并且不会将多于所要求液体量的液体引入所述喷嘴中，那么这种液体供给方式是最佳的。液体供给的控制问题是由在储液容器中所产生的一个微小的过压以及导液管中的毛细效应来解决的。由于在喷嘴7端部处的液体表面张力是以自动调节的方式与所述导液管在储液容器5中另一端处的过压保持平衡的，因此能够防止供给过度。这种结构能够利用过压对液体量进行调节。必须注意的是，适当地选择喷嘴和导液管的直径可以使所述过压保持一个比较小的数值，例如为100帕斯卡的数量级。由于这样的数值相当于几个厘米高的一个水柱静压力，因此这个较小的数值可利用储液容器中液体自身的静压力来达到。这意味着，比较简单的控制装置足以使储液容器中的液体保持一定高度。所述可控制的液体高度将自动地提供喷嘴正常工作所需过压的精确数值。

图7a和图7b示出了导液管3可采用的共振模式。理论上讲，可使用基本频率(图7a)和高次谐振(图7b)。如果所述管3是以一种基本频率驱动的，那么液体可通过一个中间软管(未在图7a中示出)被引导到所述管3中，这是因为与自由端11相对的端部也将以较大的振幅振动。在实施过程中可以看出，对于所述导液管，使用一种基本频率大约为200千赫的高次谐振是比较好的。在这种情况下，固定的节点(standing node)13将形成在管3上，并且在这样一个节点13中，储液容器5可与管3相连。

本发明所涉及的液体分配装置的一个重要特征是，象素密度是可变的。这意味着，即使由本发明所述装置所产生的象素尺寸稍微大于利用其它技术(例如喷墨技术)所能够达到的象素尺寸，但是所得到的一个象素覆盖区域(密度或色调)也比利用其它技术所得到的更平滑。在需要打印摄影图象的情况下，这种效果是非常重要的。图8a至图8c中示出了这个过程。图8a中所示出的喷嘴7处于待用状态，当没有液体(颜料或油墨)喷射时，象素17没有被覆盖。喷嘴7是由一个控制信号14启动的。所述控制信号14是一个适用驱动电子设备(未示出)的输入信号，所述驱动电子设备接着将驱动信号15提供给所述分配装置的换能器4。所述驱动信号15是一个具有共振频率的交流信号，并且将使喷嘴7振动。喷嘴7的振幅(和加速度)由振幅-时间函数16表示。在经过几次振动后，即在一个实施系统中大约过60微秒后，所述喷嘴将达到一个阈值T，在阈值T的上方，由于喷嘴的振动所导致的加速力将超过喷嘴和液体之间的粘附力，液滴将离开喷嘴。从待用状态达到阈值T所用的时间被称为喷嘴7的启动时间t1。带有较大能量的液滴被喷向打印介质，并且形成了具有平均宽度P的一个象素17。液滴18的尺寸大约为10微米，而取决于整个系统的几何尺寸和共振参数(在图3中所示的打印介质上方的高度h、管3和喷嘴7的尺寸和形状、共振频率等等)的宽度P在0．2-4毫米之间。

在一个特定的测试系统中，使用的参数如下：金属管是由牌号为Hungarian Norm K036的钢(主要用于医用注射针头)制成的。该管的长度为27毫米，外径为0．9毫米，内径为0．5毫米。所述喷嘴被切成的角度α为20°(见图6a)。所用油墨为一种着色的水基分散油墨，其商标名称为IDRO ET，是由the Italian company Colorprint生产的。该油墨是以5∶1的比例用水进行稀释。以200千赫驱动所述压电换能器，采用一种标准的TTL-level输入驱动线路。

如图8b，8c和图14中所示，从所述喷嘴7喷出的液体量在第一相(在所述启动时间t1后)中基本上是线性的，并且象素17的(颜色)密度或色调将与喷出的液体量是成正比的。在经过几个振动周期后，越来越多的液体将达到象素17，并且所述密度在经过一个饱和时间t2后将逐渐达到一种饱和相。所述饱和时间t2是一个固定值，在一个测试系统中大约为600微秒，并且一个标称象素的直径为2毫米。所述象素17在经过饱和时间t2后可被认为是已被颜料百分之百地覆盖。

图9a和图9b示出的是，在喷射所需数量的液体后喷嘴7的振动是如何被抑制的。如果在切断驱动信号15后使喷嘴7振动，那么即使在经过几个振动后所述振幅同样可达到阈值T，多于所需的颜料将会被喷出。这在图9a中示出。为了避免这种情况，在切断驱动信号15之前将一个或两个反相驱动脉冲供给到换能器。这样，喷嘴7的振动将衰减得很快，在实施过程中是在一个或两个周期内，并且液体的喷射将在一个限定时间内被终止。利用这种方式可将非常少量的液体从喷嘴喷出并且打印效果是非常清晰的。

图10a-b和图11示出本发明所涉及的打印头的结构。图10a和图10b示出了一个液体分配装置1，其结构与图2a-b中的实施例基本上是相同的。多个这样的装置1并排结合在一个打印头10中(还见图3)。所述打印头10包括多个用于安装所述液体分配装置1的平行狭槽20。打印头10还设有用于将所述液体分配装置1紧固在狭槽20的壁上的接触弹簧19。所述打印头10包括一个共用储液容器5(未在图11中示出)。所述容器5朝向所述装置1的壁是由弹性橡胶制成的并且具有圆形开口，管3的输入端22可简单地插入到这些开口中。这种结构在本质上是简单的并且能够对所述分配装置1快速改变并且能够解决目前分配装置所具有的问题。

图12a-b和图13a-b示出另一个类似的实施例。这里，所述分配装置1被封闭在一个壳体21中，这样，一个装置1和一个壳体21一起构成了一个在打印头10内的可互换的组件。所述壳体21在喷嘴处设有一个开口23以使液体能够通过开口23分配出去。这种解决方案比较复杂，但是能够为比较敏感的喷嘴提供更好的保护。另外，可更好地防止喷嘴的污染以及喷嘴之间的交叉污染。

本发明所涉及的液体分配装置具有许多优点：

适于分配多种液体，所述液体可是一种溶剂或者一种打印油墨。液体的分配量、液滴的重量以及液滴重复率(drop repetition rate)可在一个较宽的范围内变化。该装置是平的并且很小，可使其用于打印系统中，而且能够进行非常快速地打印(1-2米／秒)。所述装置和打印头可利用计算机进行控制，并且无需精巧的电子设备。所述装置的机械结构非常简单，从而能够降低生产成本并且使清洁和替换比较简单。为了对本发明进行测试，我们已经建立了全功能的原型。测试结果显示，本发明是能够实际应用的。我们已经证明，所述打印头能够以一种特定的共振频率分配液滴。液体的分配量与接通时间的长短以及振动的振幅是成正比的。在实施过程中，液体分配量，即打印油墨量的适用控制方法似乎是在使振动的振幅保持不变的同时改变接通时间。

本发明不限于说明书和附图中所述的实施例，而是拟包括更多的对于本领域普通技术人员显而易见的实施例，例如，本发明所涉及的分配装置同样适用于分配除了颜料或油墨以外的其它类型的液体。特别是，少量的药剂分配也被认为是本发明的一种可能的应用。

Claims (21)

1．一种用于分配液体特别是颜料的装置，包括：一个储液容器、一个分配喷嘴以及一个导液管，所述导液管的一端与所述储液容器相连以将液体从所述储液容器供给到所述分配喷嘴，

其特征在于，所述分配装置还包括用于使所述分配喷嘴产生振动的振动装置，所述振动能够使喷嘴产生一个足以使液体离开所述喷嘴的加速度。

2．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导液管与所述分配喷嘴是一体的。

3．一种如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导液管的一个自由端被切成一个角度，并且被切的自由端用作所述分配喷嘴。

4．一种如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其特征在于，所述振动装置包括一种压电换能器。

5．一种如权利要求1至4中任何一项所述的装置，其特征在于，所述导液管是一个空心金属管。

6．一种如权利要求3至5中任何一项所述的装置，其特征在于，所述换能器通过一个共振器与所述导液管相连。

7．一种如权利要求3至6中任何一项所述的装置，其特征在于，所述换能器、共振器以及所述导液管构成了一个共振组件。

8．一种如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述共振器是一个直接或间接地连接在所述导液管上靠近自由端的一个位置上的钢制平板。

9．一种如权利要求6至8中任何一项所述的装置，其特征在于，所述分配装置还包括用于改变所述储液容器中和／或导液管中液体静压力的装置。

10．一种如权利要求3至9中任何一项所述的装置，其特征在于，所述换能器是一个圆盘状的压电换能器，所述钢板基本上呈液滴状并且具有一个圆形部分以及一个与所述圆形部分一体形成的三角形延伸部分，所述换能器以一种同心和平行的位置关系与所述圆形部分相连，所述三角形延伸部分的尖部与所述导液管相连。

11．一种如权利要求3至10中任何一项所述的装置，其特征在于，所述分配装置还包括用于以预定且可变的频率驱动所述换能器的外部可控制驱动装置。

12．一种打印头，包括多个液体分配装置，所述液体分配装置能够在一种打印介质的预定且可控制的位置上以可控制分配量的方式分配颜料，其中所述液体分配装置包括如权利要求1至11所述的液体分配装置。

13．一种如权利要求12所述的打印头，其特征在于，所述打印头还包括多个相互平行的用于安装所述液体分配装置的狭槽。

14．一种如权利要求13所述的打印头，其特征在于，所述打印头还包括用于将所述液体分配装置紧固在所述狭槽的壁上的接触弹簧。

15．一种如权利要求12至14中任何一项所述的打印头，其特征在于，所述打印头包括多个排列成一行的液体分配装置并且还包括用于至少在一个平行于所述液体分配装置行的方向上能够使所述分配装置的喷嘴平移的移动装置。

16．一种如权利要求12至15中任何一项所述的打印头，其特征在于，所述打印头还包括用于在一个垂直于所述液体分配装置行的方向上使所述分配装置的喷嘴进行附加平移的调整装置，所述每一个喷嘴的这种附加平移可以是同时或者单独进行的。

17．一种打印系统，所述打印系统具有一个打印介质供给机构和至少一个用于在所述打印介质的预定且可控制的位置上以可控制分配量的方式分配颜料的打印头，其特征在于，所述打印系统包括如权利要求12至16中任何一项所述的打印头。

18．一种如权利要求17所述的打印系统，其特征在于，所述打印系统包括多个打印头，每一个所述打印头对应于一种预定的颜色。

19．一种用于分配液体特别是颜料或油墨的装置，包括一个分配喷嘴以及一个与所述分配喷嘴相连的导液管，

其特征在于，所述分配装置还包括以可操作的方式直接或间接地与所述喷嘴相连的振动装置，所述振动装置用于使所述分配喷嘴产生振动，所述振动能够使喷嘴产生一个足以使液体离开所述喷嘴的加速度。

20．一种如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述分配装置还包括用于与一个储液容器相连的装置。

21．一种如权利要求19或20所述的装置，其特征在于，所述分配装置还包括一个保护壳，所述保护壳具有一个开口以使液体能够分配出去。

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