具有油墨钉扎的电液动力打印头的制作方法

1.本发明涉及一种电液动力打印头及其操作方法。


背景技术：

2.us 2018/0009223描述了一种电液动力打印头，其具有喷嘴载体，所述喷嘴载体具有多个喷嘴。它被设计成沿着喷射方向喷射油墨。喷嘴形成沿着该喷射方向延伸的突起。喷射电极与喷嘴相关联并且位于喷嘴的标靶侧上。
3.在这种设计的打印头中，油墨可能会形成“淹没”喷嘴并扰乱打印头的工作的墨池。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的问题是提供一种允许更可靠打印的打印头及其操作方法。
5.在本发明的第一方面中，通过第一独立权利要求的打印头解决了这个问题。
6.因此，打印头可以至少包括以下元件：
[0007]-喷嘴载体：这是一基板，喷嘴布置在基板上。
[0008]-布置在载体上的多个喷嘴：每个这样的喷嘴形成布置在喷嘴载体的“前侧”上的突起(即凸起)，该“前侧”是在操作期间面向打印标靶的一侧。喷嘴沿着打印头的喷射方向延伸，即沿着打印头被设计成喷射油墨的方向延伸。喷嘴可以平行于喷射方向延伸，或者相对于喷射方向以小角度延伸，特别是以小于45
°
的角度延伸。
[0009]-多个与喷嘴相关的喷射电极，位于喷嘴的前侧：喷射电极用于例如从相关喷嘴单独喷射油墨。
[0010]-支撑结构，支撑喷嘴载体上的喷射电极。该支撑结构包括布置在喷嘴之间的多个支撑元件。
[0011]-设置在喷嘴和支撑元件之间的多个油墨保持器：油墨保持器防止油墨到达支撑元件并润湿它们，即它们将墨池“钉扎”在限定的边界处。在给定的喷嘴处，最近的油墨保持器被布置在离喷嘴一定距离处。
[0012]
油墨保持器防止油墨到达支撑元件。如果油墨到达支撑元件，它可能会润湿它们并形成油墨池，油墨池可能会淹没喷嘴，从而阻止正确形成用于液滴喷射的电场。
[0013]
有利地，沿着喷射方向，油墨保持器的前表面位于喷嘴前端的后面(即，更靠近喷嘴载体)。换言之，沿着喷射方向，油墨保持器相对于喷嘴的前端设置在后面。由于保持器的位置比喷嘴的前端更靠近喷嘴载体，因此喷嘴将从喷嘴和保持器之间可能形成的任何墨池向前延伸，即它们不会“淹没”在这些墨池中。但是，必须注意的是，喷嘴的竖向壁可能会被油墨润湿。
[0014]
每个油墨保持器有利地形成背离最靠近它的喷嘴的突出部，从而有助于钉扎过程。
[0015]
在一个特别有利的实施例中，打印头包括多个保护电极，其目的是保护油墨保持
器免受喷射电极产生的电场的影响。在给定的喷嘴处，与喷嘴相关联的保护电极布置在与喷嘴相关的喷射电极和与同一喷嘴相关的油墨保持器之间。由于喷射电极的场倾向于降低油墨的表面张力，因此这种设计降低了油墨润湿其在油墨保持器周围的通路的风险。
[0016]
特别地，打印头可以包括电压源，该电压源适于将保护电极的电势设置为更接近油墨保持器的电势而不是喷射电极的(最大)电势。
[0017]
打印头可以进一步包括用于喷嘴的多个油墨供应管道。油墨供应管道至少部分地布置在喷嘴载体中。有利地，在每个喷嘴处终止有至少一个油墨供应管道。油墨供应管道被构造成将油墨供给到喷嘴。
[0018]
在这种情况下，在给定的喷嘴处，最近的油墨保持器围绕喷嘴和供应管道的端部。这允许保持来自供应管道的油墨。
[0019]
在本发明的第二方面，本发明涉及一种电液动力打印头，该打印头至少包括以下部件：
[0020]-喷嘴载体：这是一基板，喷嘴布置在基板上。
[0021]-布置在载体上的多个喷嘴：每个这样的喷嘴形成布置在喷嘴载体的“前侧”上的突起(即凸起)，该“前侧”是在操作期间面向打印标靶的一侧。喷嘴沿着打印头的喷射方向延伸，即沿着打印头被设计成喷射油墨的方向延伸。喷嘴可以平行于喷射方向延伸，或者相对于喷射方向以小角度延伸，特别是以小于45
°
的角度延伸。
[0022]-多个与喷嘴相关的喷射电极，位于喷嘴的前侧：喷射电极用于例如从相关喷嘴单独喷射油墨。
[0023]-用于喷嘴的多个喷嘴油墨供应管道：在每个喷嘴处终止有至少有一个油墨供应管道，其向喷嘴供给油墨。
[0024]-多个油墨抽吸管道：在每个喷嘴处终止有至少一个油墨抽吸管道。
[0025]
油墨抽吸管道被构造成从喷嘴供给油墨。这允许防止在给定的喷嘴处出现过量的油墨。
[0026]
与第一方面相同，这允许将油墨限制在给定喷嘴周围的区域，从而防止喷嘴浸入墨池中。
[0027]
油墨供应管道和抽吸管道可以至少部分地布置在喷嘴载体中。
[0028]
与本发明的第一方面相同，打印头有利地包括支撑结构，该支撑结构将喷射电极支撑在喷嘴载体上。该支撑结构包括布置在喷嘴之间的多个支撑元件。抽吸管道可以用于防止油墨到达支撑元件。
[0029]
该第二方面有利地与第一方面相结合，即打印头在给定的喷嘴处具有至少一个抽吸管道和至少一个油墨保持器，并且两者可以协作以保持油墨。
[0030]
在给定的喷嘴处，最接近的油墨保持器有利地不仅包围喷嘴和供应管道的端部，而且包围抽吸管道的端部。因此，这两个管道可用于在由油墨保持器包围的区域中保持新鲜油墨池。
[0031]
在有利的设计中，喷嘴载体至少包括以下部件：
[0032]-前层：喷嘴安装在前层的前侧。
[0033]-位于前层背面的背衬层。
[0034]
连接到喷射电极的电过孔延伸穿过前层和背衬层。它们向喷射电极提供电压。
[0035]
此外，油墨供应管道(至少)布置在前层中。
[0036]
特别地，打印头可以在前层中包括用于墨的相互连接部分，所述相互连接部分横向于、特别是垂直于喷射方向延伸。这允许互连用于喷嘴的供应管道和/或互连用于喷嘴的抽吸管道本期减少(或消除)通过背衬层的油墨管道的数量。
[0037]
有利地，前层和背衬层都是介电层。这种设计基于这样的理解，即需要引导电过孔穿过这些层，并且这些电过孔承载高电压并且需要彼此绝缘。或者，这些层也可以由介电材料和非介电材料的复合物形成，例如由硅晶片形成，其中特定区域被厚的热二氧化硅层覆盖。然而，这种技术可能仅适用于有限的电压范围，因为二氧化硅层可能无法以足够的厚度制造。
[0038]
最优选地，背衬层由玻璃制成，其提供电绝缘和机械稳定性。
[0039]
前层优选由多个光活性聚合物层制成，例如环氧基干膜层压板，其可以容易地形成任何形式的竖向和水平管道结构。或者，水平管道也可以通过将几个结构化玻璃层彼此结合而形成。
[0040]
本发明还涉及一种用于操作打印头的方法，其中通过使用所述油墨保持器(66)和/或通过使用抽吸管道从喷嘴抽吸油墨来将油墨限制在给定喷嘴周围的区域中。在这两种情况下，油墨的受控限制允许防止油墨到达周围支撑元件并且防止形成可能浸没喷嘴的池。
[0041]
在一个特别重要的实施例中，该方法包括在至少一个喷嘴的前端产生电场的步骤，从而从前端喷射墨。然而，同时，油墨保持器处的电场保持在喷嘴前端处的场强的小于50％，特别是小于10％。
附图说明
[0042]
当考虑到以下对本发明的详细描述时，将更好地理解本发明，并且除上述以外的其他目的将变得明显。此说明可参考附图，其中：
[0043]
图1示出了打印头和标靶的部分剖视图，
[0044]
图2是喷嘴的第一实施例的竖向剖视图，
[0045]
图3是沿图2的a-a线的水平剖视图，
[0046]
图4是沿图2的b-b线的水平剖视图，
[0047]
图5是沿图2的c-c线的水平剖视图，
[0048]
图6示出了除了图5的十字形设计之外的一些替代喷嘴尖端设计，
[0049]
图7是沿图2的d-d线的水平剖视图，
[0050]
图8是沿图2的e-e线的水平剖视图，
[0051]
图9是喷嘴的第二实施例的竖向剖视图，
[0052]
图10是沿图9的a-a线的水平剖视图，
[0053]
图11是喷嘴的第三实施例的竖向剖视图，
[0054]
图12是喷嘴的第四实施例的竖向剖视图，基本上对应于第一实施例，但说明了喷嘴支撑件的设计，
[0055]
图13是沿图12的a-a线的水平剖视图，
[0056]
图14是沿图12的b-b线的水平剖视图，
[0057]
图15是沿图12的c-c线的水平剖视图，
[0058]
图16是沿图12的d-d线的水平剖视图，
[0059]
图17是说明电极布线的两种可能的过孔设计的竖向剖视图，
[0060]
图18示出了多层蜂窝结构，
[0061]
图19示出了插入层的壁的设计，
[0062]
图20示出了电极的竖向剖视图，电极周围有介电层的实施例，
[0063]
图21是没有油墨保持器的实施例的竖向剖视图。
[0064]
注：虽然图1中的喷射方向x指向下方，标靶位于打印头下方时，所有其他示出竖向剖视图的图中的喷射方向x指向上方，即图1相对于所有其他示出平行于喷射方向的剖视图旋转180
°
。这些图中的方向是基于制造过程如何进展，即较低的层在顶层之前制造。
具体实施方式
[0065]
定义
[0066]“向前”定义打印头喷出油墨的方向。例如，喷射电极从喷嘴向前。
[0067]“向后”定义了相反的方向。例如，喷嘴从喷射电极向后布置。
[0068]“在前面”和“在后面”被理解为表示从其他物体向前或向后的位置。
[0069]“前”和“后”是向前和向后的侧面。
[0070]“在给定喷嘴处”的特性有利地被理解为对大多数喷嘴，特别是至少90％的喷嘴来说是真实的特性。例如，如果说“在给定的喷嘴处，保护电极被布置在喷射电极和油墨保持器之间”，这有利地意味着这对于大多数喷嘴是正确的，特别是对于至少90％的喷嘴。例如，可能存在一些不具有喷射电极和/或保护电极的喷嘴，例如在打印头的边缘处的喷嘴和/或未使用的喷嘴。
[0071]
打印头的喷射方向x定义了“竖向”向上的方向，即，根据定义，打印头被设计为向上喷射油墨。(当然，在操作中，它可能与重力方向成任何角度。)因此，“上方”和“下方”等定义应参照“竖向”的定义来理解。
[0072]“水平”是指与竖向方向垂直的任何方向。
[0073]“横向”指的是与其他物体水平的物体。
[0074]
打印头
[0075]
图1示出了打印头1的一个实施例的示意性剖视图。其被示出在标靶2的上方，并且其被构造为沿着喷射方向x将油墨喷射到标靶上。
[0076]
打印头包括位于喷嘴载体6的前侧的多个喷嘴4。喷嘴4可以布置成一维或二维阵列。
[0077]
打印头具有多个用于从喷嘴4喷射油墨的喷射电极(图1中未示出)和布置在支撑结构8上的可选的其他电极，支撑结构8的设计在下文中更详细地描述。可以提供与油墨电接触的另外的电极，以将墨设定为限定的电势。
[0078]
喷嘴载体6包括前层10，其中喷嘴4安装到前层10的前侧并在其上形成突起。它还包括位于前层10的背侧的背衬层12。
[0079]
前层10的内部结构未在图1中示出，下面将更详细地描述。它可以是例如电介质，特别是聚合物。
[0080]
背衬层12可以例如是绝缘的半导体材料，或者可以是电介质。有利地，背衬层12至少部分地由玻璃制成。
[0081]
电过孔14连接到喷射电极，并延伸穿过前层10和背衬层12，用于将喷射电极连接到电压源17。有利地，每个喷嘴4具有至少一个过孔14。可以提供另外的过孔以将其他电极连接到电压源17。
[0082]
油墨管道15、16将油墨供应到喷嘴4并且(可选地)将油墨从喷嘴4再循环回来。它们部分地位于前层10中，并且它们延伸穿过背衬层12的外围区域。下面将更详细地描述它们的设计。
[0083]
图1示出了打印头的一个实施例，该打印头具有用于油墨的供应管道15和抽吸管道16。
[0084]
提供至少一个泵18和/或另一个压力源或真空源，以将墨供应到供应管道15，并且如果存在抽吸管道，则从抽吸管道16取回墨。
[0085]
有利地，打印头包括第一压力控制器20，该第一压力控制器用于在供应管道15的输入处例如在储液罐22中产生第一限定压力p1。
[0086]
油墨通过可选的过滤器24和供应管道15供应到喷嘴4。
[0087]
如果存在抽吸管道16，则它们连接到抽吸系统，抽吸系统可以包括第二压力控制器26，用于在抽吸管道16的出口处例如在抽吸罐28中产生第二限定压力p2。抽吸系统还可以包括泵。这尤其可以是如上所述的泵18，在这种情况下，泵18充当循环泵。
[0088]
合适的泵设计例如在us 6631983中示出。
[0089]
如图1进一步所示，打印头可以包括电路载体30，例如pcb，布置在喷嘴载体6的背面。
[0090]
可选的插入层32可以设置在电路载体30和喷嘴载体6之间，用于将过孔14的更密集的分辨率与电路载体30的电路分辨率相匹配。这样的插入层例如用于倒装芯片设计中，其中半导体芯片被应用于pcb。
[0091]
电路载体30承载控制电路33，控制电路33可以例如实现电压源17的至少一部分，例如将电压源连接到打印头的各个电极的这种电压源的驱动器级。
[0092]
在所示的实施例中，油墨管道15、16延伸穿过插入层32(如果存在的话)以及电路载体30。
[0093]
如果过孔14具有足够大的相互间距(例如大于0.4mm)，则它们可以在没有插入层32的情况下直接与电路载体30对接。
[0094]
有利地，标靶2布置在加速电极上，该加速电极连接到电压源17以在打印头1和标靶2之间产生加速电场。
[0095]
压力控制器20、26可用于保持压力，如下面操作打印头一节所述。有利地，它们允许分别调节供应管道15以及压力管道16中的压力。
[0096]
喷嘴设计1
[0097]
图2至图8示出了喷嘴4和周围元件的第一实施例。(如上所述，与图1相反，图2中的喷射方向x指向上方。)
[0098]
从图2可以看出，喷嘴4在喷嘴载体6的前侧36上形成突起，例如在其前层10的前侧上。它位于出口通道5处，通过该出口通道可以朝向标靶2喷射油墨。
[0099]
图2还示出了可能与喷嘴4相关联的各种电极。
[0100]
喷射电极38位于喷嘴4的前侧。在图2和图7的实施例中，它是环形的，有一个中心开口39，用于油墨通过。它连接到过孔14中的一个，该过孔延伸穿过支撑结构8和喷嘴载体6。
[0101]
图3和图4示出了过孔14的两种可能的实现方式。在右侧，在附图标记14下，示出了中空的实施方式，其中过孔在介电管14b内形成为金属涂层14a，该介电管沿着喷射方向延伸并围绕中心管道14c，该中心管道14c也可用作通风管道，用于将气体供给到打印头和标靶之间的区域/从打印头和标靶之间的区域供给气体。这种类型的结构可以例如通过以下方式形成：
[0102]
a)将管14b与如下所述的蜂窝结构一起形成，以及
[0103]
b)例如通过溅射在管14b内形成金属涂层14a。
[0104]
以标号14’示出的替代设计包括在介电管14’内的固体金属芯14’a。管14’b可以再次与蜂窝结构一起形成，如下所述，并且金属芯14’a可以例如通过电镀形成。
[0105]
替代过孔设计14、14’也如图17所示。空心过孔设计14用于连接屏蔽电极40，而填充过孔设计14’用于喷射电极38(在图17中不可见)。注：在图17中，只有金属部件示出为阴影区域，而其他横截面部件没有示出阴影。
[0106]
通常，单个打印头将仅使用一种过孔设计，图3、4和17中示出的两种不同类型仅用于说明目的。
[0107]
转到图2和图8，屏蔽电极40可以位于喷射电极38的前侧并与喷射电极38相距一定距离，即喷射电极38比屏蔽电极40更靠近喷嘴载体6。有利地，有一个连续的屏蔽电极40在打印头1的前面延伸，但也可以有几个这样的屏蔽电极。
[0108]
如果使用几个屏蔽电极，则可以将它们施加到不同的电势，例如通过分压器施加电压梯度，这例如允许在打印头的横截面上逐渐偏转油墨。
[0109]
提供屏蔽电极40以控制打印头1和标靶2之间的场。对于每个喷嘴4，屏蔽电极40中的开口41允许油墨通过。
[0110]
如图2和图5所示，保护电极42可以位于喷射电极38的后面并与喷射电极38保持一定距离，但位于喷嘴载体6的前面并与喷嘴载体6保持一定距离。如图2和图5所示，它也可以是环形的。或者，它也可以在几个喷嘴上方延伸。
[0111]
喷嘴4上方的保护电极42中的开口43允许油墨通过。
[0112]
下面描述保护电极42的功能。
[0113]
本实施例的喷嘴4包括尖端部46、轴部48和基部50、52，尖端部46布置在轴部48的前面，基部50、52(图2、3)布置在轴部48的后面。
[0114]
所示的喷嘴设计依赖于润湿喷嘴4的侧表面并且不穿过喷嘴4的中心通道的油墨(例如，从wo 2016/169956中已知)，但是也可以使用后者。
[0115]
如果喷嘴4具有中心通道，例如，如果出口管道60一直延伸到喷嘴的尖端，则喷嘴4有利地仍然操作，使得油墨不仅润湿喷嘴的顶部，而且润湿喷嘴的横向外侧。通过确保油墨覆盖所有喷嘴的外部，所有喷嘴向喷射电极提供相同的油墨几何形状，这允许在整个打印头上实现更均匀的油墨喷射。
[0116]
为了便于油墨沿着喷嘴4良好地流入喷射方向x，喷嘴4有利地在其侧表面上，即在
沿着喷射方向x延伸的表面上具有沿着喷射方向x延伸的至少一个槽。该槽沿着喷嘴4的长度的至少一部分延伸。
[0117]
例如，这可以在图5中看到，其中尖端部46示出为十字形(在十字形的臂之间形成四个凹部46a)，并且其中轴部分48形成两个槽48a。
[0118]
图6示出了尖端部46的替代设计：
[0119]
(a)尖端部46具有凸起的侧表面并且例如是没有槽的圆柱体；
[0120]
(b)尖端部46形成两个横向槽46a；
[0121]
(c)尖端部形成轴向通道46c。
[0122]
基部50、52将尖端部46和轴部48连接到喷嘴载体6。它还包含用于向喷嘴供给油墨的管道。这在图2、图3和图4中最为明显。
[0123]
特别地，在所示的实施例中，基部50、52包括底部子层52和顶部子层50。底部子层52具有中心开口54，该中心开口54与供给固定部分15a的端部连通，该供给固定部分将油墨供给到喷嘴4。一个或多个径向横向出口管道56横向于喷射方向x从中心开口54向外延伸到第一环形管道58。
[0124]
在图2中，油墨在管道中的流动用箭头表示。
[0125]
顶部子层50还可以形成轴向出口管道60，该轴向出口管道向喷嘴的尖端延伸，并将供应管道部分15a连接到轴部48的槽48a(图5)，从而将油墨直接向上引导至尖端部46。
[0126]
顶部子层50可以由与围绕喷嘴4的第一环形管道58对准的第二环形管道62围绕。
[0127]
喷嘴4由油墨保持器66围绕，其目的是横向地保持油墨。环形管道62在径向方向上位于油墨保持器66和喷嘴4之间，从而与喷嘴4和油墨保持器66之间的区域64连通。
[0128]
油墨保持器66的前表面68(即，最靠近喷射电极38的面向前的表面)沿着喷射方向x相对于喷嘴4的前端70向后设置。因此，当在区域64中存在墨时，墨的表面形成朝向喷嘴4的尖端的上升斜坡，如点划线所示，确保尖端是墨最接近喷射电极38的位置，从而形成用于喷射墨的限定点。
[0129]
油墨保持器66的主要功能是钉扎油墨，即保持油墨远离支撑结构8的竖向部分，即防止油墨向上爬并形成可能淹没喷嘴的池。
[0130]
此功能由以下特征中的一个或多个特征的组合而实现：
[0131]
a)油墨保持器66具有疏水性和/或疏油性表面，例如通过疏水性和(或)疏油性涂层73，在图2中具有粗黑线。例如，该表面可以至少部分地由疏水性和疏油性的特氟隆和/或ptfe形成。根据所用油墨的范围，它也可以仅为疏水性的(例如hmds，即双(三甲基甲硅烷基)胺)或仅为疏油性的(如基于聚合物)。特别地，油墨66的表面比喷嘴4的表面有利地更疏水和/或疏油。
[0132]
b)油墨保持器66形成一个远离最靠近它的喷嘴4的突出部66a，这使得油墨很难在它周围蠕动。换句话说，当从喷嘴看时，突出部向外延伸，形成“底切”66b。
[0133]
c)油墨保持器66位于电场较低的区域中。由于强电场往往会降低油墨的表面张力，因此这种设计降低了油墨润湿油墨保持器周围其通路的风险。在所示的实施例中，与喷嘴4相关联的保护电极42布置在喷射电极38和油墨保持器66之间。在本文中，“之间”有利地意味着保护电极42与喷射电极38和油墨保持器66之间的空间体积相交，并且有利地将其一分为二。
[0134]
必须注意的是，油墨保持器66不是用于横向保持油墨，即用于防止油墨到达最近的支撑元件的唯一装置。可替代地或除此之外，油墨抽吸管道16可用于去除可能到达支撑元件的任何油墨。这在操作打印头一节中有更详细的描述。
[0135]
保护电极42例如通过过孔14’或14连接到电压源17，并且在操作期间，保护电极42的电势可以设置为比喷射电极的(最大)电势更接近油墨保持器66(即油墨)的电势。特别地，电压源17可以适于将保护电极42保持在与油墨保持器66相同的电势。这允许将油墨保持器66处的电场保持得非常低。
[0136]
如图2所示，保护电极42有利地设置在与喷嘴4的前端70相同的“高度”(在由喷射方向x定义的竖向方向上)，例如，在喷射电极38与喷嘴4的前端70之间的竖向距离d的25％的准确度内。这提供了对喷嘴4的尖端下方的油墨的良好屏蔽，同时仍然将尖端强烈地暴露于喷射电极38的场。
[0137]
如图2所示，空气填充的空腔71形成在保护电极42和油墨保持器66之间的间隙，以防止油墨到达保护电极42。
[0138]
为了将油墨横向保持在区域64中，油墨保持器66有利地设置在喷嘴载体6的前侧36上并从其突出。在图2-4的实施例中，它包括安装在喷嘴载体6的前表面36上的第一环72和安装在第一环72的前侧的第二环74。第二环74形成上述突出部66a。
[0139]
油墨抽吸
[0140]
如上所述，在图1和图2的实施例中，提供了抽吸管道16以从喷嘴4中回收油墨。这允许在给定的喷嘴处保持新鲜油墨的流动。
[0141]
在这种情况下，在给定的喷嘴处，最接近的油墨保持器66有利地不仅包围喷嘴4和供应管道的端部15a，而且包围抽吸管道16的端部16a的端部。因此，这两个管道可以用来控制油墨流向喷嘴和从喷嘴返回。
[0142]
调节供应管道15和抽吸管道16处的压力，以将区域64中的油墨保持在某个位置，例如，如图2所示，在上水平面64a和下水平面64b之间。有利的是，如下面“操作打印头”一节中更详细地描述的，油墨保持在较低的水平64b。
[0143]
为了对油墨进行良好的横向限制，每个喷嘴4有利地被一个或多个抽吸管道的开口所包围。例如，这可能是一个单独的环形开口(例如由图2的环形开口62形成)，也可能是一系列环形抽吸开口。该开口或这些开口布置在喷嘴和与其相邻的支撑元件78之间。
[0144]
支撑结构
[0145]
如上所述，提供了支撑结构8，用于将各电极38、40、42连接到喷嘴载体6。它设置在喷嘴载体6的前侧36上。
[0146]
支撑结构8包括布置在喷嘴4之间的多个支撑元件76、78。
[0147]
油墨保持器66被有利地设计成防止油墨到达这些支撑元件76、78并且防止油墨润湿它们，从而减少油墨浸没喷嘴的趋势。
[0148]
支撑结构8有利地包括至少一个电极载体层。在图2的实施例中，有三个这样的层80、82、84。每个这样的电极载体层包括至少一个电极38、40、42，并且可以平行于顶表面36延伸。
[0149]
通常，电极38、40、42被嵌入其电极载体层80、82、84内，并且在其正面和背面上被至少一个电介质子层80a、80b或82a、82b或84a、84b覆盖。
[0150]
支撑元件的至少一部分由形成蜂窝结构的竖向壁76形成，见图3。每个这样的蜂窝结构都是多层结构的一部分，该多层结构用于打印头的各个部分，并在下面进行更详细的描述。
[0151]
除了形成蜂窝结构的壁76之外或可替换地，在所示实施例中，支撑元件包括围绕每个喷嘴4的出口通道5的竖向壁78。壁78可以例如是圆柱形壁，但是它也可以例如是多边形的。其有利地以喷嘴4为中心。
[0152]
在另一个实施例中，也可以省去壁78，并且出口通道5周围的壁可以由蜂窝结构的壁76形成。在这种情况下，蜂窝结构需要与喷嘴对准。
[0153]
在又一个实施例中，几个喷嘴可以由单个壁78围绕。
[0154]
在这里所示的实施例中，支撑元件76和/或78设置在电极载体层80、82、84中的每一个之间以及最后面的电极载体层80a和喷嘴载体6之间。无论如何，它们也可以仅在这些结构的子集之间提供。
[0155]
从图2中可以清楚地看到，在喷嘴4及其油墨保持器66之间有第一凹部，该凹部由环形的第一和第二环形管道58、62形成。它提供了容纳墨池64的至少一部分的容积。沿着喷射方向x，第一凹部58、62的底部位于油墨保持器66的前表面68的后部(即，比前表面68更靠近喷嘴载体6)。
[0156]
在所示的实施例中，第二凹部86位于油墨保持器66和最近的支撑元件78之间。它为突出部66a提供了空间和/或使油墨更难到达支撑元件78。沿着喷射方向x，凹部86的底部相对于油墨保持器66的前表面68位于后部(即，比前表面68更靠近喷嘴载体6)。
[0157]
喷嘴设计2
[0158]
图9和图10示出了喷嘴设计的第二实施例。它与第一实施例的主要区别在于，只有一个油墨供应管道15(其端部15a如图10所示)，但没有用于喷嘴的抽吸管道。
[0159]
此外，在喷嘴4和油墨保持器66之间没有凹部。另外，油墨保持器66横向地布置在喷嘴4上，其前表面68与喷嘴4的前端(尖端)70间隔开。
[0160]
换言之，其前表面68相对于喷嘴4的前端70向后设置，以便在区域64中形成墨的上升斜坡并降低浸没喷嘴的风险。
[0161]
有利的是，油墨保持器66被“低”地安装在喷嘴4上，以使得浸没喷嘴的可能性较小。特别地，油墨保持器66的前表面68比喷嘴4的前端70更靠近喷嘴载体6的前尺寸36。
[0162]
可以看出，在该实施例中，油墨保持器66由喷嘴4的基部的子层52形成。
[0163]
喷嘴设计3
[0164]
图11示出了喷嘴设计的第三实施例。它与第二实施例的不同之处主要在于它没有保护电极。为了保持油墨保持器66的位置处的电场较低，油墨保持器66位于较远的后方。
[0165]
特别是，如图11所示，油墨保持器66的前表面68和喷嘴4的前端70之间沿着喷射方向x的距离d’较大。
[0166]
定量地，如果d表示喷射电极38和喷嘴4的前端70之间沿着喷射方向x的距离，则有利地保持以下条件：
[0167]
d’》k
·d[0168]
其中k为至少0.5，特别是至少1.0。
[0169]
无油墨保持器的喷嘴设计
[0170]
在目前为止所示的实施例中，喷嘴4被从喷嘴载体6的顶表面36向上突出的油墨保持器66包围。然而，使用油墨抽吸可以省去这种油墨保持器。这如图21所示，图21示出了一个基本上与图2中的实施例相对应但没有油墨保持器的实施例。因此，形成图2的实施例的基部50、52的层可以省去。
[0171]
在本实施例中，油墨通过被吸入围绕喷嘴的油墨抽吸管道16的端部16a而保持在喷嘴4周围。
[0172]
在一个实施例中，抽吸管道16的单个环形(或例如六边形或其他闭环)端部16a可以布置在喷嘴4周围。
[0173]
在另一个实施例中，可以提供多个单独的端部16a，这些端部紧密间隔并围绕喷嘴4，例如沿着圆环或另一个闭环布置。
[0174]
在该实施例中，保护电极42可能仍然是有用的，因为它减少了墨沿着喷嘴载体6的表面36扩散的趋势。
[0175]
在所示的实施例中，出口管道60一直延伸到喷嘴的顶部70。因此，油墨沿轴向流过喷嘴。有利地，出口管道60中的压力被选择为使得油墨溢出喷嘴并沿着其横向侧壁向下流动。从那里，它到达抽吸管道16的端部16a并被带走。这提供了喷嘴中的连续油墨交换。
[0176]
在另一个实施例中，油墨可以沿着喷嘴的外表面例如在图2-5的实施例中所示的槽中被向上引导，并且油墨可以例如通过喷嘴中的轴向开口而从端部16a吸走。
[0177]
然而，可选地，该部分的设计也可以与例如围绕抽吸管道16的端部16a的简单油墨保持器66(如虚线所示)相结合。
[0178]
喷嘴载体
[0179]
图12-16示出了喷嘴载体6的可能设计。需要注意的是，与图12相比，图13-15的比例缩小了，以示出相邻喷嘴如何通过供应管道和抽吸管道互连，图16的比例缩小得更大，示出了打印头在背衬层12水平处的整个横截面。
[0180]
这些图示出了图2的喷嘴，但类似的喷嘴载体可用于不同的喷嘴设计，例如图9和图11的设计。
[0181]
如上所述，喷嘴载体6包括前层10和位于前层10后侧的背衬层12，其中喷嘴4安装到其前侧36。前层10以及背衬层12又可以是多层结构。
[0182]
下文将对它们进行更详细的描述。
[0183]
前层10由若干子层10a-10d组成，并形成用于向喷嘴供给油墨以及在适用的情况下从喷嘴供给油墨的管道15、16的至少一部分。
[0184]
在图12的实施例中，前层10按从前到后的顺序包括用于形成管道的子层10a、10b、10c和10d。
[0185]
子层10a形成前表面10a，并且包括分别用于供应管道和(如果需要的话)抽吸管道的开口15a、16a。
[0186]
子层10b形成(如果需要的话)抽吸管道的水平部分16b以及供应管道的竖向部分15b。
[0187]
如图13所示，抽吸管道的水平部分16b将所有或至少多个喷嘴4互连。此外，在管道之间，子层10b包括形成类似于支撑结构8中的蜂窝图案的竖向壁90。蜂窝图案的区域可以通过竖向分隔壁92与管道16b和/或15b分开。
[0188]
图13还示出了沿着喷射方向x延伸穿过整个前层10的过孔14、14’。
[0189]
供应管道的竖向部分15b连接到子层10c中供应管道的竖向部分15c，见图14。
[0190]
如图15所示，子层10d形成供应管道的水平部分15d，将相邻喷嘴互连。
[0191]
同样，子层10d可以包括形成类似于支撑结构8中的蜂窝图案的竖向壁94。蜂窝图案的区域可以通过竖向分隔壁96与管道10d分隔开。
[0192]
图15还示出了沿着喷射方向x延伸穿过整个前层10的过孔14、14’。
[0193]
图16示出了电过孔14(和14’)、供应管道15和抽吸管道16在背衬层12的水平处的可能布置。由于油墨管道14、16的水平分布在背衬层12上方的前层10中实现，因此油墨可以通过布置在电过孔14的规则阵列的凸包96外部的一个或几个潜在的大的油墨管道供给，这简化了背衬层12的设计，即没有油墨管道在凸包96内延伸穿过背衬层12。
[0194]
代替在子层10b和/或10d中使用蜂窝结构，可以使用例如玻璃的固体层。
[0195]
蜂窝多层结构
[0196]
如上所述，这里所示的打印头有利地使用一个或多个蜂窝多层结构。一种这样的多层结构109如图18、19所示。它具有底层110、顶层112以及位于底层110和顶层102之间的至少一个中间层114。中间层114形成在底层110和顶层112之间延伸的壁116。这些壁在底层110和顶层112之间的中间层114中形成多个空腔118的壁的至少一部分。
[0197]
壁114有利地形成蜂窝图案。
[0198]
发现这样的结构可以减少机械应力，特别是如果底层或顶层110、112是不同于中间层114的材料和/或如果它靠近或邻近另一层，该另一层的材料不同于中间层114。
[0199]
上述实例中的这种蜂窝多层结构的实例如下：
[0200]-在图2、图11、图12中：前层10或子层10a是“底层”110，支撑结构8的层80是“顶层”112，它们之间的壁76形成“中间层”114。
[0201]-在图2、图11、图12中：支撑结构的层80是“底层”110，支撑结构8的层82是“顶层”112，它们之间的壁76形成“中间层”114。
[0202]-在图2、图11、图12中：支撑结构的层82是“底层”110，支撑结构8的层84是“顶层”102，它们之间的壁76形成“中间层”114。
[0203]-在图12、13中：子层10c是“底层”110，子层10a是“顶层”112，它们之间的子层10b的壁90形成“中间层”114。
[0204]-在图12、15中：背衬层12是“底层”110，子层10c是“顶层”112，它们之间的子层10d的壁94形成“中间层”114。
[0205]
在前三个实例中，支撑结构8至少包括多层结构的中间层114。
[0206]
在最后两个实例中，喷嘴载体6至少包括多层结构的中间层114。
[0207]
如果中间层114的厚度t(见图18)相对较大，则多层结构实现的应力减小尤其明显。有利地，厚度t大于1μm、特别是大于10μm。
[0208]
有利地，中间层114是聚合物层，例如由结构化后的su-8层形成。这种类型的层可以容易地制造和结构化(参见下面的制造信息)，并且如果将其用于如图所示的多层结构中，则与这种材料的固体层相比降低了应力。
[0209]
因此，有利地，打印头包括至少一层不同于插入层的材料，特别是半导体或玻璃层。
[0210]
空腔118有利地是封闭的空腔，即它们不构成图15和图13中油墨管道部分15b或16d的一部分，也不与周围大气连通。
[0211]
如果壁116形成规则的、重复的图案，则均匀性得到改善并且应力可以进一步减小。
[0212]
有利的是，壁116的厚度m小于空腔最小直径m的25％(见图19)。这导致插入层中固体材料的含量低，从而进一步降低了机械应力。在这种情况下，厚度m是壁116垂直于其表面的延伸。空腔的直径m是空腔118在平行于底层110和顶层114的方向上的延伸。
[0213]
为了最好地去除应变，空腔118的最小直径m有利地大于中间层114的厚度t，即m＞t。延伸穿过中间层114更小的空腔将在插入层中产生更高的机械应力。
[0214]
壁116有利地垂直于底层110和顶层112延伸。这不仅提高了抵抗垂直于层作用的力的机械稳定性，而且还允许通过各向同性材料去除技术，特别是通过光活性聚合物的光刻来形成壁。
[0215]
必须注意的是，多层结构的顶层和底层彼此平行。
[0216]
封闭空腔118不与油墨管道连通，即它们不用于引导油墨通过打印头。如果打印头具有通风管道，则封闭空腔118也不与这些通风管道连通。
[0217]
封闭空腔118可以填充有空气。或者，他们可以被抽空。或者它们可以填充有诸如氮气之类的气体。有利地，它们可以填充有具有高击穿电压的气体，例如sf6或c4f8。可以通过在具有所需气体成分的工作空间中执行相应的制造步骤(参见下文)来引入气体。
[0218]
电极设计
[0219]
打印头设计用于承受操作过程中出现的高电场，并将结构损坏降至最低。
[0220]
为此，电极38、40、42布置在限定空腔的固体介电层80a、80b、82a、82b、84a、84b之间。在所示的实施例中，这样的空腔例如由电极载体层80、82、84下方的空腔71、71’、71”和/或由壁116形成的空腔118形成。
[0221]
空腔中的至少一些可以是封闭的空腔(即，由所有侧面上的壁封闭，例如空腔118)。
[0222]
至少一些空腔可以是敞开的空腔，特别是与喷嘴4的出口通道5连通并与之相邻的空腔，例如上述实施例的空腔71、71’、71”。
[0223]
在这样的设计中，电极周围的固体介电层通常能够承受比空腔中的气体更高的场，并且还具有更高的相对介电常数ε,并且因此它们防止了完全击穿。同时，由于空腔内没有固定的分子或原子结构，因此空腔不容易受到大电场造成的永久性损坏。因此，这种设计提高了打印头即使在长时间操作期间也能承受电极电场影响的能力。
[0224]
从这里所示的实施例中可以看出，在相邻的电极载体层80、82、84之间，例如壁76和78之间，存在竖向延伸的固体支撑结构。然而，有利地，不存在直接在相邻电极之间延伸的这种固体支撑结构。换句话说，在两个相邻电极之间延伸的任何直线延伸通过空腔71、71’、71”或118中的至少一个。如果打印头的一些或特别是所有相邻的电极在操作中具有基本上不同的电势，特别是相差至少100v的电压，则应该满足该条件。
[0225]
这一条件可以通过不放置在电极之间竖向延伸的固体支撑结构和/或通过局部移除支撑结构的部分来实现，例如在图7中的接触引线38b的位置。
[0226]
在又一个实施例中，可以通过在电极之间没有提供空腔的位置处将电迹线设计得
非常窄来降低场强。在这种情况下，走线的宽度有利地不超过壁结构76、78的高度的一半。例如，如果壁结构的高度为5μm，走线的宽度不应超过2.5μm。
[0227]
有利地，对于两个相邻电极中的至少一个，电极和下一个(即最近的)支撑结构之间的横向偏移应当是两个相邻的电极之间的竖向距离的至少25％。
[0228]
有利地，保护电极的介电层中的至少一个具有高的相对介电常数ε。因此，其中的场很弱，主要的电压降被转移到介电常数较低的层，特别是空腔。这使得能够更好地保护结构免受电击穿。
[0229]
在这种情况下，高相对介电常数ε有利地为至少5。合适的材料是例如si3n4(其相对介电常数ε介于9.5和10.5之间)或al2o3(其ε介于9.3和11.5之间)。
[0230]
有利的是，如图20所示，在空腔120和电极122之间提供了若干介电层。例如，图20中的空腔120代表上述实例中的空腔118或71、71’、71”，电极122代表上述实例的电极38、40、42之一，特别是喷射电极38。
[0231]
在所示的实施例中，电极122被第一介电层124a、124b包围，该第一介电层又被第二介电层126包围。
[0232]
第一介电层124a、124b有利地是聚合物层，例如由图案化的su-8组成(参见下面的制造工艺)。这样的聚合物层具有低的相对介电常数，例如在2.5和3.0之间。它对应于例如上面描述的电极载体层80、82、84的子层80a、80b、82a、82b、84a、84b，并且可以至少部分地使用层压技术制造(见下文)。
[0233]
第二介电层126是具有比第一介电层124a、124b更高的电击穿阈值的无机层。它有利地具有比第一介电层124a、124b更高的相对介电常数，特别是因子2。由于上述原因，它可以是例如si3n4或al2o3。在两个电极之间的所有部件中，它具有最高的击穿电阻，通常可以防止电击穿。
[0234]
将第一介电层124a、124b放置在电极122和第二介电层126之间具有的优点是，例如在电极122的边缘处的峰值场强度在第一介电层内，从而增加了第二介电层126防止击穿的能力。
[0235]
因此，在有利的实施例中，空腔120中的至少一些布置在打印头的不同电极之间或者打印头的电极和打印头的油墨保持器66之间。
[0236]
有利地，不同的电极38、40、42、122通过一个或多个固体介电层124a、124b、126与空腔120分离。
[0237]
特别地，一个或多个固体介电层124a、124b、126有利地包括聚合物层124a、124和/或无机层126。有利地，聚合物层124a、124布置在电极122和无机层126之间。
[0238]
操作打印头
[0239]
在操作中，即在打印时，通过供应管道15将油墨供给到打印头。该油墨被限制在喷嘴4和油墨保持器66之间的区域64内。
[0240]
为了喷射墨滴，临时增加期望的喷射电极处的电压(相对于油墨的电压)。例如，可以产生400v的电压脉冲。在不打印时，喷射电极处的电压保持在不喷射油墨的水平。然而，有利地，它是非零的，例如在200v。
[0241]
如上所述，油墨保持器66处的电场有利地保持在较低的水平，例如小于喷嘴前端70处的场强的50％，特别是小于10％。由于高电场强度降低了油墨的表面张力，因此该过程
降低了油墨润湿油墨保持器并穿过油墨保持器的趋势。
[0242]
抽吸管道16(如果存在的话)用于从喷嘴取回墨。有利地，用于打印的方法包括以下步骤：
[0243]-使用喷嘴载体6中的供应管道15将墨单独地供给到喷嘴，并且
[0244]-使用喷嘴载体6中的抽吸管道16从喷嘴单独地抽吸墨。
[0245]
这允许在喷嘴处保持新鲜油墨的储存器。
[0246]
在操作中，在给定喷嘴处的抽吸管道16末端的压力px被有利地保持，以保持油墨远离油墨保持器66，例如在图2的水平64b处。有利地，px不应该太低以预先排出被吸入到抽吸管道16中的空气。根据环形管道62的径向宽度w可以计算出合适的压力。对于w＝5μm和具有水的表面张力的油墨，young laplace方程产生144毫巴的压差dp。对于具有烷烃表面张力的液体，压差dp将为40毫巴。因此，通过将压力px保持在不大于低于正常压力的dp，可以保持表面64b并且不会吸入空气。
[0247]
如果使用若干直径为例如5μm的圆形开口代替环形管道62，则dp将是两倍大。
[0248]
如果环境压力和px之间的差值小于dp，则液位将上升，例如，上升至图2的线64a。在那里，曲率远低于线64b处的曲率。如果我们假设，在一个简化的例子中，曲率低十倍，则相应的压差为14毫巴(对于水)。因此，通过例如将压力px保持在低于大气压50毫巴，可以防止油墨达到与线64a一样高的水平。
[0249]
另一方面，在给定喷嘴处的供应管道15的端部处的压力py可以被调节，以保持期望的油墨流过喷嘴。此外，如上所述，通过出口管道56和60的油墨流量可以通过在这些管道中选择合适的直径来调节。
[0250]
在又一个实施例中，抽吸管道16的端部16a中的压力差(低于环境压力)可以选择为大于在较低水平64b处的dp。因此，空气将被吸入到抽吸管道16中。
[0251]
在这种情况下，如果要回收通过抽吸管道16返回的油墨，则在油墨被供给到再循环泵18之前，可以使用分离装置来分离油墨和空气。
[0252]
制造
[0253]
本打印头可以使用例如从半导体制造和封装中已知的技术来制造，例如如wo 2013/000558、wo 2016/120381和wo 2016/169956中所述。
[0254]
有利地，打印头的至少一些层是聚合物层，特别是其中使用的图18、19的类型的多层结构的中间层114。
[0255]
有利地，制造这样的多层结构包括以下步骤：
[0256]
1.提供底层110。这可以例如是通过先前的制造步骤形成的顶层。
[0257]
2.在底层110的顶部上施加材料层。该材料层将形成中间层114。
[0258]
3.在材料层之上施加顶层112。
[0259]
在步骤2和3中沉积的材料层可以使用各种技术来施加，例如层压、旋涂、溅射或气相沉积。
[0260]
层压是特别有利的，特别是对于施加顶层112而言。在层压中，该层被施加为片材，并且例如使用热和压力连接到下面的结构。这允许容易地跨越空腔和/或创建悬垂结构。
[0261]
步骤2的材料层有利地是光致抗蚀剂，例如su-8，这允许其容易地结构化。在这种情况下，步骤2至少包括以下子步骤：
[0262]
2a：通过掩模用准直光照射材料层，从而在材料层中定义照明区域和非照明区域。
[0263]
2b：根据使用的是正光刻胶还是负光刻胶，从材料层选择性地去除照明区域或非照明区域。
[0264]
或者，顶层112也可以由例如玻璃晶片的固体材料形成，该固体材料例如通过粘合剂结合、熔融结合、共晶结合等结合到中间层114。
[0265]
无机介电层126(图20)可以例如通过原子层沉积工艺将其沉积在聚合物介电层124a、124b上来制造。
[0266]
注意
[0267]
在目前为止所述的大多数实施例中，每个喷嘴被油墨保持器围绕，油墨保持器限定了油墨可以从喷嘴流出的受限区域。
[0268]
在这些例子中，每个喷嘴都被自己的油墨保持器围绕。可替换地，多个喷嘴可以由共用油墨保持器围绕，即一个油墨保持器可以围绕多个喷嘴。
[0269]
可替换地或除此之外，支撑结构8的每个支撑元件可以由油墨保持器围绕，该油墨保持器限定围绕支撑元件的无油墨区域，防止油墨到达支撑元件。如果支撑元件形成单独的、隔离的支柱，这可能是特别有利的。
[0270]
从上述实施例中可以看出，保护电极42有利地靠近喷嘴的轴线。图12中举例说明了这一点。
[0271]
这里，喷嘴4的中心轴线100在其沿着喷射方向x延伸时以虚线示出。x1是保护电极42和喷嘴轴线100之间的距离。x2是油墨保持器66和喷嘴轴线100之间的距离。x3是最近的支撑元件78与喷嘴轴线2之间的距离，其中支撑元件78是与喷嘴载体6相邻的支撑元件。
[0272]
以下关系是有利的：
[0273]
x1＜x2，特别是x1＜0.8
·
x2：通过将保护电极42放置得比油墨保持器66更靠近喷嘴轴线100，实现了对油墨保持器66的更好的屏蔽。
[0274]
x1＜x3，特别是x1＜0.8
·
x3，尤其是x1＜0.5
·
x3：同样，通过将最接近的支撑元件78放置得比保护电极42更远离轴线100，支撑元件也被屏蔽。
[0275]
除此之外或可替换地，差值x2
–
x1有利地至少为保护电极42和油墨保持器66之间竖向距离d’的50％。
[0276]
特别是，x3应大于x2至少1μm，特别是至少5μm。
[0277]
因此，以下关系是有利的，无论是单独的还是任何组合的：
[0278]-保护电极42和喷嘴轴线100之间的距离x1小于油墨保持器66和喷嘴轴线100之间的距离x2。
[0279]-保护电极42和喷嘴轴线100之间的距离x1小于轴线100和与喷嘴载体6相邻的支撑元件78之间的距离x3，该支撑元件最靠近喷嘴轴线100。
[0280]-x2
–
x1(保护电极42与喷嘴轴线100之间的距离x1和油墨保持器66与喷嘴轴线100之间的距离x2之间)的差至少为保护电极42和油墨保持器66之间竖向距离的50％。
[0281]-距离x3(在轴线100和与喷嘴载体6相邻的支撑元件78之间)比油墨保持器66和喷嘴轴线100之间的距离x2大至少1μm，特别是至少5μm。
[0282]-x2
–
x1(保护电极42与喷嘴轴线100之间的距离x1和油墨保持器66与喷嘴轴线100之间的距离x2之间)的差有利地至少为保护电极42和油墨保持器66之间的竖向距离的
50％。
[0283]
如上所述，打印头还可以包括气体管道，以将气体供给到打印头和标靶之间的区域和/或从所述区域取回气体。这些气体管道也可以包括水平部分，例如相互连接部分，例如在前层10和/或背衬层12和/或插入层32中，类似于图13和15中所示的油墨管道。
[0284]
在目前为止描述的实施例中，已经提到了三个不同竖向水平的三个电极：喷射电极、保护电极和屏蔽电极。然而，必须注意的是，也可以存在其他电极，例如：
[0285]-电极可以设置在喷嘴载体6中，例如设置在供应管道15和/或抽吸管道16处，和/或设置在喷嘴和/或油墨保持器处，用于限定油墨的电势。这样的电极允许例如将油墨保持在与保护电极42相似或相同的电势。有利地，这样的电极是由铂和/或金制成的。
[0286]-如果打印头上存在不同尺寸的喷嘴，则可以提供其他电极(例如图2的喷射电极38和屏蔽电极40之间)。这对于喷射电极和喷嘴之间的距离明显小于屏蔽电极和喷射电极之间的距离的喷嘴特别有用。
[0287]
虽然示出和描述了本发明的当前优选实施例，但应清楚地理解，本发明不限于此，而是可以在以下权利要求的范围内以其他方式进行不同的实施和实践。

技术特征：
1.一种电液动力打印头，包括喷嘴载体(6)，多个喷嘴(4)，其布置在所述喷嘴载体(6)上，其中每个喷嘴(4)形成突起，所述突起布置在所述喷嘴载体(6)的前侧(36)上并且延伸到所述打印头的喷射方向(x)中，多个喷射电极(38)，其与所述喷嘴(4)相关联并且位于所述喷嘴(4)的前侧上，支撑结构(8)，其将所述喷射电极(38)支撑在所述喷嘴载体(6)上，其中所述支撑结构(8)包括布置在所述喷嘴(4)之间的多个支撑元件(76，78)，布置在所述喷嘴(4)和所述支撑元件之间的多个油墨保持器(66)，其中，在给定的喷嘴(4)处，最近的油墨保持器(66)布置在距所述喷嘴(4)的一距离处。2.根据权利要求1所述的打印头，其中，沿着所述喷射方向(x)，所述油墨保持器(66)的前表面(68)位于所述喷嘴(4)的前端(70)的后面。3.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，每个油墨保持器(66)形成突出部(66a)，该突出部背离最靠近其的喷嘴(4)。4.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，所述油墨保持器(66)布置在所述喷嘴载体(6)的前侧(36)上并从其突出。5.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，每个喷嘴(4)由油墨保持器(66)围绕。6.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，每个支撑元件(76、78)被油墨保持器(66)围绕。7.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，在给定喷嘴(4)处，所述油墨保持器(66)的表面比所述喷嘴(4)的表面更疏水和/或疏油。8.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，在给定的喷嘴(4)和与喷嘴载体(6)相邻的最靠近所述喷嘴(4)的支撑元件(78)之间，设有位于所述喷嘴(4)和所述油墨保持器(66)之间的第一凹部(58，62)，和/或设有位于所述油墨保持器(66)和最靠近的所述支撑元件(78)之间的第二凹部(86)，并且具体地，其中，沿着所述喷射方向(x)，所述第一凹部和/或第二凹部的底部相对于所述油墨保持器(66)的前表面(68)位于后部。9.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，所述油墨保持器(66)在与所述喷嘴(4)的前端(70)相距一距离处横向地布置在所述喷嘴(4)上，并且具体地，其中，所述油墨保持器(66)的前表面(68)比所述喷嘴(4)的前端(70)更靠近所述喷嘴载体(6)的前侧(36)。10.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，包括保护电极(42)，其中，在给定喷嘴(4)处，所述保护电极(42)布置在所述喷射电极(38)和所述油墨保持器(66)之间，并且具体地，其中，在给定的喷嘴(4)处，所述保护电极(42)布置在油墨保持器(66)的前面，并且喷射电极(38)布置在保护电极(42)的前面。11.根据权利要求10所述的打印头，还包括电压源(17)，所述电压源适于将所述保护电极(42)的电势设置为比所述喷射电极(38)的电势更接近所述油墨保持器(66)的电势，并且尤其适于将所述保护电极(42)的电势设为与所述油墨保持器(66)相同的电势。12.根据权利要求10或11中任一项所述的打印头，其中，在给定的喷嘴(4)处，在所述保护电极和所述油墨保持器(66)之间形成有空腔(71)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的打印头，其中，所述保护电极(42)安装到所述支撑结构(8)。14.根据权利要求10至13中任一项所述的打印头，其中，对于给定的喷嘴(4)，所述喷嘴(4)具有沿着所述喷射方向(x)延伸的中心喷嘴轴线(100)，其中所述保护电极(42)与所述喷嘴轴线(100)具有距离x1，并且其中所述距离x1小于所述油墨保持器(66)和所述喷嘴轴线(100)之间的距离x2，尤其地，其中x1＜0.8
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x2，和/或所述距离x1小于所述喷嘴轴线(100)和最靠近所述喷嘴轴线(100)而与所述喷嘴载体(6)相邻的支撑元件(78)之间的距离x3，尤其是x1＜0.8
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x3，尤其是x1＜0.5
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x3，和/或距离x1和油墨保持器(66)与喷嘴轴线(100)之间的距离x2之间的差x2
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x1是保护电极(42)和油墨保持器(66)之间的竖向距离(d’)的至少50％。15.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，在所述喷嘴载体(6)中，还包括用于所述喷嘴(4)的多个油墨供应管道(15)，尤其是在每个喷嘴(4)处终止有至少一个油墨供应管道(15)。16.根据权利要求5和15所述的打印头，其中，在给定的喷嘴(4)处，最近的油墨保持器(66)围绕所述喷嘴(4)和所述供应管道(15)的端部(15a)。17.根据权利要求16所述的打印头，其中，在给定的喷嘴(4)处，所述供应管道(15)出现在所述喷嘴(4)的基部(50，52)处。18.根据权利要求17所述的打印头，其中，所述供应管道(15)连接到至少一个横向出口管道(56)，尤其是多个横向出口管道(56)，所述横向出口管道横向于所述喷射方向(x)延伸。19.一种电液动力打印头，尤其是根据前述权利要求中任一项所述的打印头，包括：喷嘴载体(6)，多个喷嘴(4)，其布置在所述喷嘴载体(6)上，其中每个喷嘴(4)形成突起，所述突起布置在所述喷嘴载体(6)的前侧(36)上并且延伸到所述打印头的喷射方向(x)中，多个喷射电极(38)，其与所述喷嘴(4)相关联并且位于所述喷嘴(4)的前侧上，用于所述喷嘴(4)的多个油墨供应管道(15)，其中在每个喷嘴(4)处终止有至少一个油墨供应管道(15)，多个油墨抽吸管道(16)，其中在每个喷嘴(4)处终止有至少一个油墨抽吸管道(16)。20.根据权利要求17或18中任一项和权利要求19所述的打印头，其中，在给定喷嘴(4)处，最近的油墨保持器(66)围绕所述抽吸管道(16)的端部(16a)。21.根据权利要求19或20所述的打印头，还包括连接到所述供应管道(15)和/或所述抽吸管道(16)的至少一个泵(18)。22.根据权利要求19至21中任一项所述的打印头，在给定喷嘴(4)处：所述供应管道(15)连接到至少一个横向出口管道(56)，特别是多个横向出口管道(56)，所述横向出口管道横向于所述喷射方向(x)延伸，并且供应管道(15)连接到轴向出口管道(60)，该轴向出口管道朝向喷嘴(4)的尖端延伸。23.根据权利要求19至22中任一项所述的打印头，其中，对于给定的喷嘴(4)，所述喷嘴由一个或多个抽吸管道(16)的一个或多个开口(16a)围绕，其中，所述一个或多个开口布置
在喷嘴(4)和与其相邻的支撑元件(78)之间。24.根据前述权利要求中任一项所述的打印头，其中，所述喷嘴载体(6)包括：前层(10)，其中所述喷嘴(4)安装到所述前层(10)的前侧(36)上，背衬层(12)，其位于所述前层(10)的背侧，其中连接到所述喷射电极(38)的电过孔(14)延伸穿过所述前层(10)和所述背衬层(12)，并且其中油墨管道(14、16)位于所述前层(10)中。25.根据权利要求24所述的打印头，其中，所述前层(10)是介电层，和/或所述背衬层(12)是介电层，尤其是玻璃层。26.根据权利要求16至23中任一项和权利要求24至25中任一项所述的打印头，在所述前层(10)中包括用于所述油墨的互连部分(15d，16b)，所述互连部分横向于、尤其是垂直于所述喷射方向(x)延伸。27.根据权利要求26所述的打印头，其中，多个过孔(14)在所述背衬层(12)中排列成阵列，并且没有油墨管道(15、16)在所述阵列的凸包(96)内延伸穿过背衬层(12)。28.一种用于操作前述权利要求中任一项所述的打印头的方法，包括通过使用所述油墨保持器(66)和/或通过使用抽吸管道(15)从喷嘴(4)抽吸油墨来将油墨限制在给定喷嘴(4)的周围区域中的步骤。29.根据权利要求28所述的方法，包括在所述喷嘴(4)中的至少一个的前端(70)处产生电场的步骤，从而从所述后端(70)喷射墨，同时将所述油墨保持器(66)处的电场保持为小于在所述喷嘴(4)的前端(70)处的场强的50％，尤其是小于10％。30.根据权利要求28或29中任一项所述的方法，包括以下步骤：使用所述喷嘴载体(6)中的油墨供应管道(15)将油墨单独地供给到所述喷嘴(4)，以及使用所述喷嘴载体(6)中的油墨抽吸管道(16)从所述喷嘴(4)单独地抽吸油墨。

技术总结
本发明涉及一种电液动力打印头，包括喷嘴载体(6)，喷嘴载体上布置有多个喷嘴(4)。与喷嘴(4)相关联的多个电极(38、40、42)位于喷嘴(4)的前侧。支撑电极(38、40、42)的支撑结构(8)位于喷嘴载体(6)上，并且包括布置在喷嘴(4)之间的多个支撑元件(76、78)。油墨保持器(66)布置在喷嘴(4)和支撑元件(76、78)之间。油墨保持器(66)的前表面(68)位于喷嘴(4)的前端(70)的后面，以防止喷嘴(4)被油墨浸没。保护电极(42)可以设置在喷射电极(38)和油墨保持器(66)之间，以减少油墨保持器(66)处的电场，从而提高它们固定油墨的效率。围绕每个喷嘴(4)的抽吸管道(16)允许从喷嘴(5)移除油墨。管道(16)允许从喷嘴(5)移除油墨。管道(16)允许从喷嘴(5)移除油墨。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：斯克罗纳股份公司
技术研发日：2021.01.14
技术公布日：2023/9/13