[发明专利]流体喷射器

说明书

一种用于喷射离散体积的喷射剂的流体喷射器包括具有相对的第一表面和第二表面的主体。一个或多个喷嘴被限定为管道，所述管道延伸通过所述表面之间的主体，以连接分别位于第一表面和第二表面处的第一孔口和第二孔口。流体喷射器还包括具有气体出口的气体供应装置和喷射剂供应装置。喷射剂供应装置通过它们的供应孔口在高于环境的压力下将喷射剂供应到喷嘴。供应孔口限定在管道的一侧或为第二孔口。气体供应装置和主体的相对运动使第一孔口暴露于气体出口，从而允许气体供应装置在高于环境的压力下供应气体，其中，由此在第一孔口和第二孔口之间产生的压差导致从喷嘴通过第二孔口喷射喷射剂。

本申请是国际申请号为PCT/GB2017/050400、中国申请号为201780010351.2、申请日为2017年2月15日、名称为“流体喷射器”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于分配可流动材料(例如液体)的设备和方法，并且特别地，涉及能够分配具有不同粘度的离散量流体的流体喷射器和相关方法。

背景技术

流体喷射器(也可称为“分配器”)通常适于从流体喷射器的室并通过一个或多个喷嘴喷射(分配)可流动材料(即，其组成部分或子体积能够相对运动的材料，例如墨水)。喷射剂包括液体悬浮液、乳液、蜡、凝胶等并且通常以液滴的形式(即，由自由表面完全或几乎完全界定的液体体积)喷射。

喷墨打印头和流体工业分配器是构造成喷射液体喷射剂的流体喷射器(例如液滴分配器)的示例。已知类型的液滴分配器包括压电致动器，该压电致动器形成填充有液体墨水的喷射室的壁，并且在使用中使壁抵靠墨水偏转，从而引发墨水的喷射。另一种已知类型的液滴分配器使用放置在填充墨水的喷射室内的电阻加热元件，以将墨水局部加热到足以在墨水内形成蒸汽泡的水平，从而引起墨水的喷射。

在这种喷墨液滴分配器中，通过升高室内的墨水压力同时使得喷射室内的墨水物理移动致使墨水通过喷嘴的从喷射室内部通向外部环境的出口孔口移动。当组合的压力和位移瞬变变得足够大时，通过孔口移动的墨水的体积和速度变得足够大，以导致移动体积的一部分与保存在喷射室中的墨水以及孔口本身分离，从而产生一个或多个墨水液滴。

然而，这些已知类型的喷墨液滴分配器存在许多缺点。例如，可以通过上述喷墨致动装置实现的压力受到严格限制，从而限制了可以通过液滴分配器的每次喷射致动来喷射的液体喷射剂的粘度。此外，这些喷墨液滴分配器内的致动位移限制限制了可以喷射的最大液滴体积。

此外，由墨水中的气泡提供的体积可压缩性降低了压力和液体位移瞬变的大小。由于即使小气泡也可以防止或抑制液滴喷射，因此需要在致动之前对任何此类喷墨液滴分配器的喷射室内存在的任何气体(例如空气、氮气、氧气、氩气)或蒸汽气泡的体积施加严格的限制。因此，在已知打印头的设计和制造中、向这些打印头供墨的系统中、以及它们的使用方法中必须非常小心，以确保在使用中喷射室充满墨水而不存在气体或蒸汽的气囊，所述气囊的总体积大于由致动装置提供的位移体积的一小部分。类似地，供应用于与该打印头一起使用的墨水经历被设计用于去除溶解气体的过程(“脱气”)，使得在致动之前没有气体从墨水溶液中逸出以形成气泡。

更进一步地，在喷射液体(例如，墨水)之后引起喷嘴补充性的“再填充”从而使得能够喷射更多的液滴的压差通常是喷嘴内残留液体的表面张力。在常规液体和喷射孔口的常规直径的条件下，表面张力仅产生小的再填充力，所述再填充力必须抵抗由喷射室、喷嘴和墨水供应管中的液体所拥有的惯性和粘性阻力。可以连续(或半连续)喷射液滴的速率通常受到这种小的力和包括喷射室、喷嘴和液体供应管的几何形状和液体粘度在内的因素的限制。在该打印头的阵列形式中这个问题特别严重，这是因为喷射室的体积和间隔因此受到喷嘴间隔的限制，并且通常需要窄长的毛细管来将喷射剂供应装置连接到那些喷射室。

上述限制大大减小了可从打印头喷射的可流动材料的范围、可实现的喷射体积、以及该喷墨打印头装置可提供的喷射速率。避免喷射室内存在甚至少量任何气体的必要性要求对液体进行除气，因此增加了液体制造成本。