液滴產生方法以及實施該方法的連續噴墨印刷裝置的製作方法
2023-06-17 10:45:16
專利名稱：液滴產生方法以及實施該方法的連續噴墨印刷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及印刷技術領域，具體是一種液滴的產生方法，以及實施該方法的離子式連續噴墨印刷裝置，該裝置可以從其中的墨滴產生室產生向記錄材料噴射的墨滴，從而進行記錄。但本發明又不限於在印刷技術領域中的應用。
現有的印表機、複印機、傳真機等記錄裝置，都是根據圖象信息信號，在紙張、塑料薄板等記錄材料上記錄由點所組成的圖形或字符。上述記錄裝置按其記錄方式的不同，可分為墨水噴射式、擊打式、感熱式以及雷射光束式等類型。其中，墨水噴射式記錄裝置是通過使墨水等記錄液的液滴從記錄頭的噴出口噴出，飛濺到記錄材料上並附著於其上，從而進行了記錄。
墨水等記錄液的液滴的產生方式有滴落法、高頻振蕩分解法和噴霧法等，這些方法都是通過具有一個或多個噴嘴的記錄頭來實現。
目前在實際中得到廣泛應用的噴墨裝置中，運用的是隨機噴墨技術，由多個噴嘴組成記錄頭，亦即噴墨頭，記錄頭作橫向移動，在字模中需要有印點的位置噴出一滴墨水，墨滴不需偏轉直接落在記錄材料表面上。例如一種墨滴形成的方法，是通過加在壓電晶體上的電脈衝使墨水從靜止的凹月面狀態被擠壓而由噴嘴噴出。在日本佳能公司所申請的一項中國專利、公開號為CN1050846中，所描述的墨滴形成過程是利用熱能在墨水中形成氣噴，從而噴出液滴。這種技術主要受到水溶性墨水和紙張吸水性的限制，其分解度也受到噴嘴大小、噴嘴數目及其排列的密集度所限制。它的另一缺點是墨滴產生頻率不高，從而導致印刷速度較低。
在另一種被稱為電荷控制型噴墨技術中，採用一個噴嘴的記錄頭，從中噴出一束高壓高速的細微墨水流，在外加的高頻振蕩的作用下，被分解成一串連續的墨水滴鏈，這些墨水滴按其在字符中的不同位置充以不同的電荷，並在恆定的靜點場中偏轉，最後落在記錄材料表面上進行了記錄。這種技術具有的一個突出缺點是墨滴的利用率極低，大量墨滴需要回收，循環使用次數達數十次，同時這也影響了印刷速度和質量。
歸納一下，可見現有的噴墨印刷技術中，所產生的液滴的頻率低、速度慢、分辯率低、回收量大、液滴大小難以控制，致使印刷裝置的印刷效果具有分辯率低、速度慢、難以實現不同灰度和彩色豐富的印刷等缺點。
本發明的目的是提供一種能產生高頻率、高利用率、高解析度液滴並可控制液滴大小的液滴產生方法。
本發明的另一目的是提供一種高速、高解析度、墨滴回收量小、能實現不同灰度和彩色豐富的印刷、可直接實現行的印刷並無需噴墨裝置橫向移動的連續噴墨印刷裝置，它是實施了上述的液滴產生方法的裝置。
本發明的又一目的是提供一種能實現高速串行印刷的連續噴墨印刷裝置，它也是上述的液滴產生方法的一種實施裝置。
本發明的技術方案敘述如下本發明公開的一種液滴產生方法，它主要是控制和利用離子與帶異種電荷的液霧發生電性中和，使液霧凝聚成滴，具體包括以下依序的各個步驟(1)由離子流產生裝置產生離子流，這種離子流是高速、具有較均衡離化率的氣體離子流;
(2)離子流經聚焦裝置聚焦後，形成具有一定速率和一致的方向性的離子束;
(3)該離子束再通過加有控制電壓Vs的柵極裝置，被強度調製為連續的離子簇團;
(4)離子簇與帶異種電荷的液霧在液滴產生室中發生電性中和，使液霧凝聚而產生液滴。
本發明所公開的這種液滴產生方法，可以應用於現有的噴墨印刷裝置，例如在噴墨式印表機中作為其中的噴墨頭產生噴出墨滴的一種方法。本發明所公開的連續噴墨印刷裝置，也是以實施該液滴產生方法為基礎的。該方法的應用十分廣泛，不限於僅在印刷技術領域。
在應用上述方法時，為實現液滴的行式噴出及保證液滴的足夠細小，可將經聚焦裝置聚焦後的離子束先由行掃描裝置控制其作行掃描，再通過一個偏轉裝置，該偏裝裝置產生垂直離子束行掃描平面的偏轉電場或與行掃描平面平行的磁場，使進行行掃描的離子束和在行掃描過程中產生失焦的離子束產生一定的偏轉，並通過其後的、與行掃描平面平行的截取電極的狹縫進行截取，形成束徑較小的離子束，然後再通過柵極裝置和液滴產生室，最終產生由柵極裝置上的控制電壓Vs控制的不同大小的液滴。
其中，加在柵極裝置上的控制電壓Vs可以被外部輸入的欲記錄信息元素的電信號調製，以作為離子束形成離子簇團大小的函數，即該電信號的電量直接控制離子束所形成離子簇團的大小，從而控制所形成的液滴的大小，液滴飛落在記錄材料上，在記錄材料上或有印點，或無印點，或印點濃，或印點淡，以完成記錄過程。液滴產生室中的帶電液霧是通過將液體霧化後再充電而獲得的。液滴產生室中的室壁具有一定高的電勢，該電勢比其中的帶電液霧的電勢要高，以使帶電液霧束縛在液滴產生室中。
對於離子束的行掃描、偏轉及截取步驟是插入到上述的液滴產生方法的第(2)和第(3)步驟之間進行的。其中對於因行掃描而在行掃描平面上產生的扇狀失焦的離子束，通過偏轉裝置作垂直於行掃描平面的偏轉，再通過行掃描平面上的截取，從而獲得束徑很小的離子束，同時，還避免了離子束在空氣中傳輸所產生的中性氣體流對液霧的衝擊所帶來的不良影響。
本發明公開的一種能進行行式印刷的連續噴墨印刷裝置，它是由離子流產生裝置、聚焦裝置、行掃描裝置、偏轉裝置、截取電極、柵極裝置、墨滴產生室、墨霧供給裝置和走紙機構等部分構成，其中，(1)離子流產生裝置可提供最終與帶電墨霧發生電性中和作用的離子的離子源，它能產生具有高速率和較均衡的離子流，該裝置可以採用現有技術;
(2)聚焦裝置是通過聚焦線圈產生的磁場，使離子流會聚，形成具有一定束徑的離子束;
(3)行掃描裝置是由行掃描線圈產生的磁場，在行掃描電路控制下，使離子束在同一平面上以一定頻率往復掃描;
(4)偏轉裝置由兩塊具有一定電勢差的極板構成，可產生垂直於行掃描平面的電場或與行掃描平面平行的磁場，用以使離子束在行掃描偏轉中形成的扇面垂直於行掃描平面，離子束在行掃描時的失焦經電場或磁場偏轉形成垂直於行掃描平面上的失焦;
(5)截取電極由具有一個與行掃描平面平行的狹縫的極板構成，截取電極上的狹縫對偏轉後的離子束進行截取，從而獲得束徑很小的離子束，進而使其後產生的墨滴很小，以保證印刷具有較高的分辯率，並且避免了中性氣流對墨霧產生的不良影響;
(6)柵極裝置是由接入控制電壓Vs的兩塊極板構成，外部輸入的欲記錄信息元素的電信號以變化的電壓的形式包含在控制電壓Vs中，並加在柵極裝置上，從而對通過的離子束進行控制，離子束經過時，便產生一定頻率的離子簇團鏈;
(7)墨滴產生室是一個帶有墨滴的出口和進口並與墨霧供給裝置相通的容器，用以束縛帶電荷的墨霧，確保墨滴穩定、可靠地形成，其室壁加上與墨霧電性相同的一定高的電壓，使帶電墨霧不外溢並能對離子簇團有加速的作用，由柵極裝置噴出的離子簇團在墨滴產生室內與帶電墨霧發生電性中和而產生墨滴，最終由墨滴產生室的出口噴出到記錄材料上;
(8)墨霧供給裝置包括霧化器、貯霧器和充電器，墨水先進入霧化器並被霧化，進入貯霧器後，在充電器的作用下，使墨霧帶上一定的電量，然後進入墨滴產生室，墨霧供給裝置向墨滴產生室提供的墨霧的霧滴大小及其帶電量是基本均衡的;
(9)走紙機構由機械部分和電機精密伺服系統構成，通過電機精密伺服系統的作用，使記錄材料(紙張)的運動速度與離子束的行掃描速度嚴格同步，行掃描一次，則離子束噴出所形成的墨滴在記錄材料上作了一個點距的行印刷，走紙機構隨即控制記錄材料向上移動一個點距。
在上述的連續噴墨印刷裝置中，其中偏轉裝置中的兩塊電極板等距且與行掃描平面平行，也可以分別與行掃描平面成一定的角度。用以截取離子束的截取電極上的狹縫，其位置比行掃描平面低，從而避免離子束在輸送過程中產生的中性氣體流對墨滴的產生造成影響。在墨滴產生室中，裝有接一定電壓的柵網，從而可以快速、均衡地恢復被離子簇團中和了的帶電墨霧。墨滴產生室上具有一個可供墨液噴出的長條形的狹縫狀出口。離子流產生裝置可與一個引出電極相配合以提高所產生離子流的聚焦性能。
本發明公開的另一種能實現高速串行印刷的連續噴墨印刷裝置，它通過橫嚮往返的移動以完成整個記錄材料幅面的印刷，具體是由離子流產生裝置、聚焦裝置、柵極裝置、墨滴產生室、墨霧供給裝置和墨滴偏轉裝置等部分構成，其中墨滴偏轉裝置設置在墨滴產生室的墨滴噴出口之外，是由兩塊加上一定電壓的極板構成，能使墨滴產生垂直於水平面的偏轉。墨滴產生室上具有一個可供墨滴噴出的孔狀出口。其餘部分的裝置與前述的能進行行式印刷的連續噴墨印刷裝置中的相應裝置相同。
這種連續噴墨印刷裝置應用於噴墨印表機時，其性能類似於其中的噴墨頭。其原理是通過由離子流產生裝置先產生離子流，再由聚焦裝置聚焦後，通過柵極裝置進入墨滴產生室，和其中的帶電墨霧發生電性中和形成凝聚的墨滴，並由墨滴產生室的孔狀出口噴出，這時，墨滴偏轉裝置所產生的電場或磁場將使所噴出的、仍帶有一定電荷的墨滴作垂直於水平面的偏轉，然後再噴濺至記錄材料的表面上。外部輸入的欲記錄信息元素的電信號分別加在柵極裝置和墨滴偏轉裝置上，從而分別控制印點的有無或濃淡、垂直於水平面方向的偏移量。因此，整個裝置每橫向移動一行，其印刷效果將是一行字符，而不是現有技術中的一行或數行印點。所以整個裝置和走紙機構配合即能夠實現高速的串行印刷。
在上述的二種連續噴墨印刷裝置中，均實施了前述的液滴產生方法，其中的離子流產生裝置是一個重要的組成部分，它可以採用現有技術中已有的裝置。在本發明中公開了三種可實施的離子流產生裝置，敘述如下(1)離子流產生裝置A，包括一個孤立的、帶槽的環狀金屬腔體，腔體內置環狀的電暈絲，以及一根在環狀金屬腔體內並靠近其槽口的尖狀電極，電暈絲接上高電壓後，發生電暈放電，產生氣體離子並沉積到腔體表面，而在尖狀電極發射的高速電子的轟擊下，氣體離子便逸出金屬腔體表面，形成離子流。
(2)離子流產生裝置B，由絕緣體間隔開的驅動電極和控制電極構成，在兩電極之間加上足夠高的電壓後，使空氣產生離化而形成離子流。
(3)離子流產生裝置C，由一個帶圓孔的陽極和一個接地的尖狀電極組成，在尖狀電極發射的電子轟擊下，從陽極逸出氣體離子形成離子流。
上述的三種離子流產生裝置均可與一個引出電極配合，引起電極能提高所產生離子流的聚焦性能。
綜上所述，本發明所公開的液滴產生方法，其中通過柵極裝置直接控制高速離子束形成連續的離子簇團，並在液滴產生室中發生電性中和並產生相應的液滴，液滴的產生頻率非常高，液滴的利用率也很高，回收量小。依該方法能產生很細小的液滴，使印刷的分辯率很高。還能通過柵極裝置的控制電壓Vs控制液滴的大小，實現不同灰度的印刷，以及彩色更為豐富的印刷，便於多種彩色墨水之間的調色，當幾個能產生不同顏色液滴的裝置組合在一起時，容易達到真彩色印刷效果。本發明公開的能進行行式印刷的連續噴墨印刷裝置不僅具有能實現高速、高分辯率、以及多種灰度和彩色印刷的優點，而且能直接實現行的印刷，無需噴墨裝置作橫向移動，印刷速度極高。本發明還公開一種能實現高速串行印刷的連續噴墨印刷裝置，它除了具有印刷速度高、分辯率高、灰度和彩色豐富等優點，整個裝置每橫向移動一行，即能完成一行字符的印刷，所增設的墨滴偏轉裝置結構簡單，構思新穎，適用面廣。
本發明所包含的方法及裝置，在用於噴墨印刷時，還有一個優點，即對於墨水的要求不高，對於紙張等記錄材料的要求也不高，使用普通紙張也能達到印刷效果。另外可以看出，墨滴的利用率很高，幾乎不需要回收，簡化了結構。
下面參照附圖中的實施例詳述本發明。
圖1a是實施本發明的液滴產生方法的一種裝置的原理示意圖;
圖1b是本發明中可實現行式印刷的連續噴墨印刷裝置的原理示意圖;
圖1c是本發明中可實現行式印刷的連續噴墨印刷裝置的一個實施例的側視剖面示意圖;
圖2a是本發明的液滴產生方法中的離子簇團與液霧發生電性中和而形成液滴的示意圖;
圖2b是本發明的連續噴墨印刷裝置在墨滴產生室形成墨滴的示意圖;
圖3a是離子束經過柵極裝置控制形成離子簇團的示意圖;
圖3b是施加在柵極裝置上具有固定頻率的電壓波形示意圖;
圖3c是施加在柵極裝置上的、包含由外部輸入的欲記錄信息元素的電壓波形示例圖;
圖4a是離子束因行掃描偏轉產生失焦、形成扇狀離子束的示意圖;
圖4b是離子束經過偏轉裝置和截取電極獲取束徑較小的離子束的示意圖;
圖5a是偏轉裝置的一種實施例示意圖;
圖5b是偏轉裝置的另一種實施例示意圖;
圖6a是離子束經過聚焦裝置和行掃描裝置的側視剖面示意圖;
圖6b是離子束經過聚焦裝置和行掃描裝置的俯視剖面示意圖;
圖7a是本發明中的離子流產生裝置的一種實施例的示意圖;
圖7b是本發明中的離子流產生裝置的另一種實施例的示意圖;
圖7c是本發明中的離子流產生裝置的又一種實施例的示意圖;
圖8是墨霧供給裝置的示意圖;
圖9是走紙機構的示意圖;
圖10a是應用本發明的液滴產生方法的一個實施例的裝置示意圖;
圖10b是墨滴偏轉裝置控制墨滴作垂直於水平面的偏轉並實施記錄的示意圖。
在上述圖中，相同編號的部件實現了為獲得相同結果而設計的相同功能。
在圖1a中，反映了本發明的液滴產生方法的基本過程，首先由離子流產生裝置(1)產生高速並具有較均衡離化率的氣體離子流，由聚焦裝置(3)聚焦形成束徑較小的離子束(17)，由柵極裝置(6)控制離子束(17)形成連續的離子簇團(18)，再進入液滴產生室(7)，和其中的帶電液霧(19)發生電性中和形成液滴。液霧供給裝置(21)向液滴產生室(7)輸送帶電液霧。在圖1a中所示的裝置可作為一種新型噴墨頭的原理結構。
圖1b反映了可實現行式印刷的連續噴墨印刷裝置的原理結構，與圖1a中的裝置相比，它在聚焦裝置(3)和柵極裝置(6)之間，增加了行掃描裝置(22)、偏轉裝置(5)和截取電極(501)。
圖1c則是圖1b中的原理裝置的一個具體實施例結構示意圖。其中，墨霧供給裝置由貯霧器(8)、霧化器(9)和充電器(10)以及墨霧輸送管道(11)構成，它所產生的帶電墨霧(19)進入到墨滴產生室(7)並被其中接一定相同電性電壓的室壁所束縛，在墨滴產生室(7)中還有能使帶電墨霧(19)保持均衡、穩定的柵網(12)。離子流產生裝置(1)由環狀電暈絲(101)、環狀帶槽的孤立金屬腔體(102)、接地的尖狀電極(103)以及高壓電源(104)構成，電暈絲(101)接上高壓電源(104)並置於金屬腔體(102)之中，尖狀電極(103)置於金屬腔體(102)的槽口之中。離子流產生裝置(1)產生的離子流(16)在具有會聚作用的引出電極(2)引出後，在聚焦線圈(3)和由行掃描電路(13)控制的行掃描線圈(4)的作用下，形成進行行掃描的離子束(17)，離子束(17)在經過接有一定電壓Vc的偏轉電極(5)和接地的截取電極(501)後，束徑變得很小，然後再經過柵極(6)，離子束(17)在接有信號電壓Vs的柵極(6)的控制下，形成連續的離子簇團(18)，離子簇團(18)進入墨滴產生室(7)後，與其中的帶電墨霧(19)發生電性中和後，形成連續的墨滴(20)，墨滴(20)飛向裝載著記錄材料的走紙機構(14)，從而在記錄材料表面進行了一行的印刷。
在本發明所公開的液滴產生方法中，通過控制和利用離子在經過帶異種電荷的液霧時，使液霧產生凝聚，其目的在於，在一定的區域內，以完成重複的方式獲得連續的液滴的噴射。這在圖1a、圖1b和圖1c所示的裝置中都得以體現。
以下對本發明的各個細節部分作進一步描述。
在圖2a中，經柵極(6)後所形成的離子簇團(18)，進入墨霧(19)後，離子簇團(18)與帶異種電荷的墨霧(19)發生電性中和，便在其表面形成一層薄的液膜(1901)，液膜(1901)由於表面張力而收縮，隨著離子簇團(18)中的離子數減少，液膜(1901)收縮增厚，最後，形成具有一定速率的液滴(20)。
在圖2b中，墨滴產生室(7)與墨霧輸送管道(11)相連接，帶電荷的墨霧(19)經墨霧輸送管道(11)進入墨滴產生室(7)後，被具有與墨霧相同的電性且電勢較高的室壁(701)束縛，不產生逸出。在墨滴產生室(7)中的柵網(12)具有控制和穩定墨霧(19)保持一定濃度的作用，用以保證可靠地產生墨滴(20)。
圖3a說明本發明的液滴產生方法中由柵極(6)控制離子束(17)而產生離子簇團(18)的過程。圖中的柵極(6)是採用一對尖狀電極。
這裡，應用了類似強度調製噴墨技術中產生墨滴的方法，即在墨水與充電電極之間施加一定的高電壓，由於相互間的靜電排斥作用，而使具有與充電電極相同電性電荷的墨水形成霧，無法產生印點;而當充電電極的電壓為零時，墨水則通過充電電極形成印點。
類似地，在本發明中，通過柵極(6)，當在離子束(17)與柵極(6)之間加上一個與離子束(17)相同電性的高電壓時，由於相互間的靜電排斥作用，離子束(17)會散失，不再進入墨滴產生室(7)中，進而不會形成墨滴;當柵極(6)與離子束(17)之間的電壓差為零時，離子束(17)通過柵極(6)，進入墨滴產生室(7)。因此當加在柵極(6)上的控制電壓Vs是一個變化的電壓信號時，即可得到離子簇團(18)，並且控制電壓Vs可以控制所產生的離子簇團的大小，進而控制了墨滴的大小，從而使印刷效果能反映多種灰度和色彩。
當如圖3b所示的具有固定頻率的電壓Vs加上柵極(6)上時，離子束(17)經過柵極(6)後便可形成連續的離子簇團(18)，其中離子簇團(18)產生的最高頻率與控制電壓Vs的頻率、離子束(17)的速率以及柵極(6)的結構相關聯。高速率的離子束(17)以及具有較好電位恢復性結構的柵極(6)可以產生較高頻率的離子簇團(18)，進而獲得較高頻率的墨滴(20)。
圖3c是加在柵極(6)上，包含外部輸入的欲記錄信息元素的控制電壓Vs的一種波形圖。控制電壓Vs隨著信息元素的變化，形成幅值不一、持續時間或間隔時間不一的電壓波形，在該電壓的控制下，便產生與信息元素相一致的離子簇團(18)，進而產生與信息元素相一致的墨滴(20)，達到具有印刷多種灰度或色彩的圖象的效果。
圖4a反映了離子束(17)在行掃描過程中形成的失焦。經過聚焦後的離子束(17)，在進行行掃描過程中，會在行掃描平面上形成一條扇狀離子束。這是由於離子束(17)是由空氣離化產生的，因此在離子束(17)中包含具有不同質量、不同速率以及帶不同電量的氣體離子。氣體離子在行掃描磁場中的偏轉度可由公式R＝ (mVo)/(qB)反映出來，由圖4a中可以看出，氣體離子團偏轉度不同，將使離子束(17)變成扇狀，在其末端具有一定的寬度，即加大了離子束(17)的束徑。這種扇狀離子束會嚴重影響印刷的分辯率。
圖4b是利用偏轉裝置和截取電極以提高分辯率的示意圖。進行行掃描的扇狀離子束(17)進入由兩塊偏轉電極(5)構成的偏轉裝置之間，兩塊偏轉電極(5)之間的電壓為Vc，在兩極板間產生的電場或磁場的作用下，扇狀離子束(17)發生垂直於偏轉電極板(5)(亦即行掃描平面)方向上的偏轉。扇狀離子束(17)與電極板(5)因此構成一定的偏轉角α，偏轉角α的大小與偏轉電極板(5)的形狀、兩極板之間的距離以及加在兩極板之間的電勢差有關，偏轉後的扇形離子束(17)再經過與行掃描平面平行的截取電極(501)之間的狹縫，便可得到束徑很小的離子束(17)。另外，離子束(17)在空氣中傳輸，會產生電中性的氣體流，因它不受柵極(6)的控制，若直接進入墨滴產生室(7)，將造成不良的作用，這是不期望出現的。偏轉裝置所具有的另一作用就是使中性氣流與離子束(17)分開，從而避免中性氣流對墨霧(19)的衝擊。
圖5a是偏轉裝置的一個實施例，它由兩塊與行掃描平面成一定夾角的偏轉電極板(5)構成。這種裝置的極板之間產生的偏轉作用較小，但如果兩塊偏轉電極板(5)的一端相距足夠近，以致形成狹縫時，便可省去如圖1b、圖1c或圖4b所示裝置中的、偏轉裝置之後的、具有狹縫的截取電極(501)。
圖5b是偏轉裝置的另一實施例，由兩塊與行掃描平面平行的偏轉電極板(5)構成，這種結構在與圖5a所示結構施加相同的電壓時能產生較大的偏轉作用，但需在偏轉電極板(5)的後面設置截取電極(501)。
如圖6a和圖6b所示，離子流產生裝置(1)所產生的離子流(16)在聚焦線圈(3)的作用下，形成束徑很小的離子束(17)，再沿行掃描平面一直到偏轉極板(5)。離子束(17)在經過行掃描線圈(4)時，進行行掃描，在行掃描平面形成一定的偏轉度β，β即離子束(17)的掃描幅度。行掃描線圈(4)由行掃描電路(13)提供控制電壓。行掃描電路(13)產生的是一種鋸齒狀波形的電壓信號，以滿足離子束(17)進行行掃描的需要。
圖7a示出了在本發明中的離子流產生裝置(1)的一個實例，即離子流產生裝置A。它應用在圖1c所示的連續噴墨印刷裝置中。其中電暈絲(101)接上高壓電源(104)，產生正電暈放電，所產生的電暈離子沉積到由絕緣體支撐的金屬腔體(102)上，接地的尖狀電極(103)通過尖端放電，發射出高速電子(或離子)並轟擊金屬腔體(102)的表面，於是在金屬腔體(102)的表面上噴射出大量的氣體離子，再經過具有一定聚焦性能的引出電極(2)，形成離子流(16)，採用這種離子流產生裝置A，其優點是第一，可以獲得離化率較均衡的離子流(16);從而有利於聚焦和行掃描控制;第二，可以採用較高的電壓，以獲得高速率的離子流(16);第三，由於金屬腔體(102)是孤立的，因此在尖狀電極(103)和金屬腔體(102)之間難以發生火花放電。
圖7b所示是離子流產生裝置B，它主要由驅動電極(105)、控制電極(106)以及夾在中間的絕緣體(107)構成，通過在驅動電極(105)與控制電極(106)之間加上足夠高的電壓，使空氣發生多重離化，形成離子流(16)。這種離子流產生裝置的優點是能產生離化率比較均衡的離子流(16)。
圖7c所示是離子流產生裝置C的原理結構，它由尖狀電極(103)和陽極(108)構成，陽極(108)接高壓電源，接地的尖狀電極(103)在高壓作用下，發生尖端放電，產生高速電子(或離子)轟擊陽極(108)的表面，致使在陽極(108)的表面逸出離子，形成離子流(16)。這種離子流產生裝置的優點是結構簡單。
圖8是本發明中的墨霧供給裝置的實施例示意圖。墨水從墨水進口(23)進入霧化器(9)中，被霧化成墨霧，然後進入貯霧器(8)，貯霧器(8)與充電器(10)相聯，充電器(10)對貯霧器(8)中的墨霧進行充電，使其帶上電荷，形成帶電墨霧(19)。帶電墨霧(19)經過墨霧輸送管道(11)進入墨滴產生室(7)。其中貯霧器(8)對墨滴產生室(7)中的帶電墨霧(19)的濃度起到維持動態均衡的作用。
圖9是走紙機構(14)的示意圖。紙張(1405)由導紙軌(1404)輸送，經張緊輪(1401)、壓紙輪(1402)、主動輪(1403)和另一個壓紙輪(1402)，最後輸出。其中張緊輪(1401)是保證在印刷過程中，紙張(1405)的輸出速率易於恆定和控制，主動輪(1403)的轉速由精密電機伺服系統控制，以確保紙張(1405)的走紙速率與相應的行印刷速度保持一致。具體地說是墨滴(20)在紙張(1405)上逐行掃描及印刷一行所花的時間，和紙張(1405)向上移動一行距離所花的時間，兩者若一致，則可在紙張(1405)上滿幅地印刷符合要求的字符或圖形。對於行式印刷的連續噴墨印刷裝置而言，行印刷時間與行掃描時間是一致的。
圖10a示出了應用本發明的液滴產生方法的一個實施例的裝置，該實施例與圖1b所示的連續噴墨印刷裝置相比較，只是省去了行掃描裝置(22)，截取電極(501)可以採取小孔截取而非狹縫截取，墨滴產生室(7)的墨滴噴出口為孔狀。整個裝置通過橫向移動完成印刷過程。這類似於目前普遍使用的噴墨印表機中的噴墨頭。由於它所使用的本發明的液滴產生方法，使它具有印刷的高速、高分辯率、灰度和色彩豐富等優點，是一種應用離子技術的新型噴墨頭，因此也具有較高的應用價值。
圖10b是通過墨滴偏轉裝置使現有的噴墨頭或本發明中所述連續噴墨印刷裝置實現串行印刷的原理示意圖。墨滴偏轉裝置由兩塊平行的墨滴偏轉電極(15)構成，通過外部輸入的、含有欲記錄信息元素的電信號加在墨滴偏轉電極(15)上，而墨滴偏轉電極(15)設置在墨滴產生室(7)的墨滴噴出口之外，從而使墨滴(20)在垂直於水平面(或行掃描平面)方向上發生偏轉。其中墨滴(20)的帶電量是離子簇團(18)與帶電墨霧(19)之間尚未中和完的剩餘電荷量，它可通過充電器(10)控制墨霧(19)的帶電量來實現。這樣，通過在噴墨裝置之前增設墨滴偏轉裝置，可以使連續噴墨印刷裝置不僅具有並行印刷能力，同時也具有串行印刷能力，即可以通過對墨滴(20)控制其在垂直於水平方向上的偏轉，使噴墨頭在橫向移動並進行行印刷的同時，實施小範圍的縱向印刷，具體可以一個字符的高度為限，當噴墨頭移動一行時，即可完成一行字符的印刷。這就需要對柵極(6)和墨滴偏轉電極(15)施加精密而同步且含有記錄信息元素的控制電信號。圖中所示的墨滴偏轉電極(15)加在圖10a中的墨滴產生室(7)的墨滴噴出口之外，即構成可實現高速串行印刷的連續噴墨印刷裝置。
本發明在工業上具有廣闊的應用前景。本發明的方法及裝置，可用於與計算機配套的印表機、複印機、與圖象閱讀器組合的複製設備、傳真機等類似的信息處理輸出設備，也可用於對一般固體物表面進行信息記錄和噴塗的各種設備中。
權利要求
1.一種液滴產生方法，該方法應用在連續離子式噴射裝置中，其特徵在於它包括下列依序的各個步驟(1)離子流產生裝置產生離子流；(2)離子流經聚焦後，形成具有一定速率和一致的方向性的離子束；(3)該離子束再通過加有控制電壓Vs的柵極裝置，被強度調製為連續的離子簇團；(4)離子簇團與帶異種電荷的液霧在液滴產生室中發生電性中和，使液霧凝聚而產生液滴。
2.根據權利要求1所述的液滴產生方法，其特徵在於聚焦後的離子束先由行掃描裝置控制作行掃描，再通過一個偏轉裝置，該偏轉裝置產生垂直於離子束行掃描平面的偏轉電場或與行掃描平面平行的磁場，使進行行掃描的離子束產生一定的偏轉，並通過其後的、與行掃描平面平行的截取電極的狹縫進行截取，形成束徑較小的離子束，然後再通過柵極裝置和液滴產生室。
3.根據權利要求1或2所述的液滴產生方法，其特徵在於加在柵極裝置上的控制電壓Vs可以被外部輸入的欲記錄信息元素的電信號調製，以作為離子束形成離子簇團大小的函數。
4.根據權利要求1或2所述的液滴產生方法，其特徵在於液滴產生室中的帶電液霧是通過將液體霧化後再充電而獲得的。
5.根據權利要求1或2所述的液滴產生方法，其特徵在於液滴產生室的室壁具有一定的電勢，該電勢比帶電液霧的電勢要高，以使帶電液霧束縛在液滴產生室中。
6.一種連續噴墨印刷裝置，其特徵在於它包括(1)離子流產生裝置，該裝置是提供最終與帶電墨霧發生電性中和作用的離子的離子源，(2)聚焦裝置，通過聚焦線圈產生的磁場，使離子流會聚，形成具有一定束徑的離子束;(3)行掃描裝置，通過行掃描線圈產生的磁場，在行掃描電路控制下，使離子束在同一平面上進行掃描;(4)偏轉裝置，包括兩塊具有一定電勢差的極板;(5)截取電極，由具有一個與行掃描平面平行的狹縫的極板構成;(6)柵極裝置，由接入控制電壓Vs的兩塊極板構成，離子束經過時，形成離子簇團;(7)墨滴產生室，用以束縛帶電荷的墨霧，確保墨滴穩定、可靠地形成;(8)墨霧供給裝置，它包括霧化器、貯霧器和充電器，墨水在霧化器中被霧化，進入貯霧器後，在充電器的作用下，墨霧帶上一定的電量，然後進入墨滴產生室;(9)走紙機構，由機械部分和電機精密伺服系統構成，通過電機精密伺服系統的作用，確保走紙速度與離子束的行掃描速度嚴格同步。
7.一種連續噴墨印刷裝置，它通過橫嚮往返的移動以完成整個記錄材料幅面的印刷，其特徵在於它是由離子流產生裝置、聚焦裝置、柵極裝置、墨滴產生室、墨霧供給裝置和墨滴偏轉裝置等部分構成，其中墨滴偏轉裝置設置在墨滴產生室的出口之外，是由兩塊加上一定電壓的極板構成，能使墨滴產生垂直於水平面的偏轉。
8.根據權利要求7所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於墨滴產生室上具有一個可供墨滴噴出的孔狀出口。
9.根據權利要求6或7所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於其中的離子流產生裝置，包括一個孤立的、帶槽的環狀金屬腔體，腔體內置環狀的電暈絲，以及一根在環狀金屬腔體內並靠近其槽口的尖狀電極，電暈絲接上高電壓後，發生電暈放電，產生氣體離子並沉積到腔體表面，而在尖狀電極發射的高速電子的轟擊下，氣體離子便逸出金屬腔體表面，形成離子流。
10.根據權利要求6或7所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於其中的離子流產生裝置也可以是由絕緣體間隔開的驅動電極和控制電極構成，在兩電極之間加上足夠高的電壓後，空氣產生離化而形成離子流。
11.根據權利要求6或7所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於其中的離子流產生裝置也可以是由一個帶圓孔的陽極和一個接地的尖狀電極組成，在尖狀電極發射的電子轟擊下，從陽極逸出氣體離子形成離子流。
12.根據權利要求6或7所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於偏轉裝置中的兩塊電極板等距且與行掃描平面平行，也可以分別與行掃描平面成一定的角度。
13.根據權利要求6所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於用以截取離子束的截取電極上的狹縫，其位置比行掃描平面低。
14.根據權利要求6或7所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於在墨滴產生室中，裝有接一定電壓的柵網。
15.根據權利要求6所述的連續噴墨印刷裝置，其特徵在於墨滴產生室上具有一個可供墨滴噴出的長條形的狹縫狀出口。
全文摘要
本發明公開了一種液滴產生方法以及實施該方法的連續噴墨印刷裝置，其內容主要是由離子流產生裝置產生噴射的離子流，經聚焦及調製後，形成離子簇團，離子簇團進入墨滴產生室與其中帶相反電荷的墨霧發生電性中和，產生墨滴並飛向記錄材料進行記錄。依該方法實施的噴墨頭、可實現行式印刷的連續噴墨印刷裝置、高速串行印刷的連續噴墨印刷裝置等均具有印刷速度高、解析度高、墨滴回收量小、可實現多種灰度或彩色的印刷等優點，應用面十分廣泛。
文檔編號G01D15/16GK1103835SQ93115639
公開日1995年6月21日 申請日期1993年12月18日 優先權日1993年12月18日
發明者劉岸 申請人:劉岸