用於噴墨印刷的液滴充電和偏轉裝置的製作方法

2023-05-29 14:01:46 1

專利名稱：用於噴墨印刷的液滴充電和偏轉裝置的製作方法
技術領域：
本發明是與霧化技術有本質區別的液體投射領域，尤其是標準化小滴(droplet)的受控制生產，用於例如數字印刷。本發明尤其關於小滴的可選偏差，其所用於的 一個優選但一一唯一 的應用領域是噴墨列印。本發明的裝置關於連續噴墨領域中的任何異 步液體段生產系統，與按需即噴技術相反。
背景技術：
連續噴墨印表機的典型操作可以如下文所述被描述導電油墨在 壓力下被保持在蓄墨池內。蓄墨池提供包含油墨的腔室，油墨通過油 墨刺激裝置,皮刺激。從內到外作業時，刺激腔室包括至少一個通往噴 嘴板內鑽孔的標準化噴嘴的油墨通道加壓的油墨流經噴嘴，以此形 成噴墨。因此形成的噴墨在噴嘴板下遊的限定明確的點處斷開，並且在收 容於油墨腔室內的周期性刺激裝置的作用下以規律的時間間隔產生 墨滴(ink droplet),位於蓄墨池內包含的油墨內的刺激裝置的周期性震 動使噴墨的這種被迫分裂產生在稱為液滴(drop)斷開點的地方。從斷開點開始，連續的噴射物變為一序列的墨滴。然後使用各種 器件選擇將直接朝向待印刷基板或朝向通常稱為溝槽的回收裝置的 液滴。因此，相同的連續噴射物可用於印刷或不印刷基板，以便形成 所需的印刷圖案。嘴，以便增加印刷表面面積並因此提高印刷速度。通常的液滴選擇器件包括靠近斷開點的被稱為充電電極的第一組電極，其功能是選擇性轉移預定的電荷給每個液滴。噴射物中的所 有液滴，部分已經被充電，然後通過4皮稱為偏轉電極的第二套電極， 第二套電極產生的電場將依靠液滴的電荷調整液滴的軌道。由連續噴射物的分裂產生的液滴的靜電偏轉是廣泛應用在噴墨印刷中的方案。例如，第3,596,275號美國專利文獻(Sweet)中描述 的偏離的連續噴射變型由在與液滴產生即時同步的申請中提供多個 電壓以利用預定電荷充電液滴組成，以便精確控制多個液滴軌道。小 滴只在與兩個電荷水平相關的兩個優選軌道上的定位導致了第 3，373,437號美國專利文獻(Sweet)中描述的二元連續噴墨技術。對於上述所有裝置，充電信號根據液滴行進的軌道以及其它因素 確定。用於與多個噴射物使用的這種概念的主要缺點是首先需要放置 與每個噴射物靠近的不同電極，其次是獨立控制每個電極。另 一個途徑由設置充電電勢和變化刺激信號以便移動噴射物斷 開點位置組成依靠液滴形成是靠近還是遠離噴射物的所有矩陣通用 的充電電極，每個液滴攜帶的電荷數量和後續的液滴軌道將不同。充 電電極的設置可以更簡單或更複雜第4,346,387號美國專利文獻 (Hertz)中探討了多個配置。這個途徑的主要優點是電極塊的機械配置 簡單，但兩個偏轉水平之間的過度難於管理從一個斷開點到另一個 斷開點的過度產生 一 系列具有無法控制的中間軌道的液滴。一些方案已經被考慮用於克服這種困難，包括在第EP 0 949 077 號歐洲專利文獻(Imaje)中的調整斷裂長度，但具有難於控制的斷開 長度(典型的是幾十微米)的緊密度容限；或者在第EP 1 092 542號 歐洲專利文獻(Imaje)中與分離兩個明確限定的斷開位置的距離相等 的長度的噴射物的部分充電部分的管理，但其需要兩個斷開點的管 理，並且由於無用噴射段的產生，有用液滴的生成頻率不得不降低。通常，即使對於最近的發展，如柯達公司在允許特殊液滴生產方 式(例如第EP 0 911 167號歐洲專利文獻)的熱刺激技術基礎上對其 液滴生成器的發展，提出的方案經常具有在噴射物的偏轉位置與未偏轉之間過度的問題。一個備選的建議是採用不同尺寸的液滴和通過氣流交叉投射根據液滴尺寸的選擇性地偏轉，如笫2003/0222950號美國專利文獻所述 的那樣。然而，在這種情況下，不增加氣體沿液滴軌道引起的波動， 則均勻氣流的產生、循環和回復難於實現。發明內容本發明的 一個優點是克服現有印刷頭的缺點，本發明關於根據液 滴尺寸限定液滴軌道。更確切地說，本發明關於依靠噴射物的段長度對產生於連續噴射 物的液滴充電的器件，其中液滴產生於噴射物，並且尤其是依靠液滴 直徑，而且不對斷開點有任何作用液滴充電，因此未來的偏轉在噴 射物被幹擾時確定，無需調整充電和偏轉器件下遊側的控制設置。根 據本發明，具有不同直徑的液滴不是通過斷開具有可變直徑的噴射物 形成，而是通過在相同斷開點但在不同時間間隔斷開圓柱形噴射物形 成，使得噴射物形成具有不同長度的段，因此表面張力形成更大和更 小的液滴。每個段的圓柱形形狀係數使其長度大於其直徑與現有技 術相反，產生噴射物的非類球狀部分。根據一個方面，本發明關於從加壓導電液體的儲器生成選擇性充 電的液滴的裝置。這種裝置包括攪亂噴射物半徑的器件，以便使其斷 開成具有第一長度和第二長度的段，不顧及段長度，斷開點實際上位 於距噴嘴相同距離處；有利的是，提供大量噴嘴以便獲得噴射物矩陣， 每個噴射物最好^皮獨立控制。根據一個有利的實施例，噴射物幹擾器 件包括作用在腔室上的壓電促動器，例如，通過薄膜並通過電刺激信 號啟動。這種裝置還包括對至少部分段充電的器件，這些充電器件包括位 於環繞噴射物斷開點的具有固定電勢的元件。當噴射段在距離噴嘴給 定距離處，也就是糹皮稱為斷開點的位置與連續噴射物斷裂時，這些充電器件選擇性轉移電荷給噴射段，通常充電器件產生的電場沿著段長 度作用。每個段產生一個液滴，在這種情況下，依靠液滴直徑，轉移 到液滴的電荷是不同的，這是由於圓柱形噴射段的長度不同，其中液 滴由段產生。更短的連續的段再次合併也是可能的，彼此連接並因此形成更大的液滴例如，噴射物產生均勻直徑的液滴，^a具有不同的 電荷。採用不同的配置用於充電器件。根據一個實施例，充電器件包括以間隙環繞斷開點的第一電極以及位於下遊側的第二電極小液滴形 成在間隙內，而形成大液滴的段^L射到間隙外並^f皮第二電極充電。這 個第二電極也可以作為偏轉相對於小液滴的大液滴的器件。根據另 一 實施例，充電器件包括具有連續電極尤其是兩個電極的 平板形式的塊。小液滴形成在第一電極前側，並僅被第一電極充電， 而大液滴被另一電極影響，使嵌入的電荷依靠液滴的尺寸和/或段長度 而不同，其中液滴來自於段。根據本發明的裝置有利地包括偏轉器件，通常是電極，位於充電 液滴形成的下遊，以區別液滴的軌道。根據另一方面，本發明關於依靠段長度在液滴形成時通過斷開連 續噴射物選擇性充電液滴的方法，液滴源於段，其中電荷根據段的長 度通過至少一個電極轉移到被形成的段。 一旦電荷已經被轉移，則在 不同尺寸的液滴或不同來源的液滴之間引起不同的偏轉。不考慮段的 長度，段通過具有適當振幅和持續時間的刺激脈衝通過幹擾連續的噴 射物有利地形成在相同的斷開點，其中脈衝加載到壓電促動器上。本發明的裝置和方法尤其適於噴墨印刷頭，^C區別的液滴用於印 刷和回收。附圖簡要說明在結合用於圖示但不用於限制的附圖閱讀下述說明後，本發明的 特徵和優點將更清楚

圖1顯示了適合根據本發明的裝置的液滴生成器的截面圖。 圖2顯示了根據本發明的液滴生成和充電的原理。圖3顯示了壓電促動器控制信號的描述。 圖4顯示了本發明優選實施例。詳細描述和特定實施例根據本發明的充電裝置利用液滴可以根據在連續噴射物內不同 直徑的需要生產依靠應用於其上的幹擾重複圖案，噴墨可以被破裂 成各種可以或不可以再次重組的長度段，因此形成更大或更小的液滴。液滴的產生並不是通過變化噴射物本身的直徑引起的，這與例如 第4,350,986號美國專利文獻(Hitachi)中揭示的噴出過程(ejection process)相反，噴射物沒有改變，以便形成具有更大和更小直徑的部分， 噴射物將在這些直徑之間斷開進而形成更大和更小的液滴。根據本發 明，噴射物基本保持圓柱形，並斷開成基本成圓柱形的段。此外，根據本發明，不同於現有技術，在與噴嘴實際上恆定距離 處，換言之，在相對於充電電極的固定點，不顧及液滴直徑和段長度， 噴射物由於被破壞形成液滴。尤其是，不同於第1 092 542號歐洲專 利文獻(Imaje)中描述的裝置，其中液滴和段在與噴嘴不同距離處與 連續噴射物分離，根據本發明，刺激使噴射物在相同位置斷開，從形 成段或液滴的這個斷開點投射的長度是不同的。圖1中圖示了尤其適用於本發明的液滴生成器1，儘管也可以釆 用其它類型的生成器和特定的熱生成器。加壓油墨被提供給生成器1 內部的第二儲器2;儲器2將油墨分散給噴嘴4的網絡，圖1中的部 分只顯示了其中一個噴嘴4。每個噴嘴4都通過獨立的液壓路徑供給， 液壓路徑包括一序列通道，尤其是，通道6中的一個實現約束功能， 第二通道8是刺激腔室，換言之，充滿油墨的空穴的多個面的一個面， 例如薄膜IO在壓電促動器12的作用下變形。腔室8內收集的油墨的量根據本身由電壓控制的壓電元件12的作用變化這種作用的影響是調整由噴嘴4噴出的液體噴射物14的 半徑。優選的是，生成器1引起的每次噴射物14可以被獨立地和相似 地控制。如果沒有刺激，油墨流過每個噴嘴4形成連續的圓柱形液體 噴射物14。當稱為刺激信號的電信號加載到壓電元件12上以便調整 液體上的壓力時，這種噴射物14在受控制的方式下(如圖2所示)分 裂成小滴16。刺激信號是典型的脈衝的形式，如圖3a所示持續時間為TO的 脈衝的結果是局部幹擾噴射物14,由於液體力學定律導致分裂成段 18 (依靠電脈衝的持續時間和強度)，並由於表面張力現象將形成液滴16。此外，如果脈衝TO的重複是周期性並且是恆定的，那麼破裂被控制，並產生段18a,其具有標準化長度產生相似尺寸的等距的小滴16a， 如圖2所示。通過對刺激時間間隔的作用，換言之，通過在可變頻率重複脈衝， 能夠變化生成液滴的尺寸。尤其是，這種刺激的可變的持續停止提供 了控制段長度的方式所有這些對於形成小液滴16b以便減小段長度 18b，進而在更短時間臨時停止刺激是必需的，如圖3b所示。適合的生成器也可以以多噴射操作，例如，通過形成噴射物矩陣， 典型的可在同一平面設置100個噴射物，節距250 pm:圖示的噴嘴4 形成包括大量噴嘴的部分板。從板流出的每個液流14都通過獨立的 壓電促動器12控制，並被斷開成具有預定長度的段18,例如小於1 mm。根據本發明，噴射物斷開發生在噴射物的固定點B，換言之，發 生在離噴嘴板4具有明確限定的距離d處，優選的是在延長噴嘴板的 充電元件20的間隙處，下文將詳細描述。如圖2所示(圖3a和圖3b圖示了相關電信號)並依靠刺激信號， 噴射物14產生斷開點B的下述的下遊-具有長度為L的長圓柱形噴射段18a，形成大直徑球狀液滴16a;-具有長度為1的短圓柱形噴射段18a,形成小直徑球狀液滴16b。通過調整脈衝之間的間隔T,這些不同直徑的液滴可以以受控制 和規律的方式交替。根據本發明，通過在液滴形成點B的下遊側產生電場的器件並根 據噴射段18a和18b的長度1和L，液體電荷(尤其是導電油墨電荷) 被選擇性加載到大小液滴16a和16b上。實際上，獨立的段18a或與 噴射物14連接的段18b依靠其長度1和L將通過充電靜電電場。對 印刷頭形成的噴射物的完全矩陣和所有液滴，充電器件和偏轉器件是 有利地唯一的。根據一個優選實施例，油墨和生成器l糹皮接地，至少某些液滴在 形成時被充電，並且液滴被加載足夠電勢的電極偏轉；然而，在以下 的示例中，具有不同電勢的油墨是可能的，在這種情況下充電和偏轉 電極的電勢具有根據這方面的相對值。根據圖4中所示的一個優選實施例，液滴的電荷淨支力。載到形成小 液滴16b的下遊側充電元件20包括導電板，導電板的間隙內形成 有短段18b;導電板20帶有第一電勢VI,第一電勢Vl最好與液流14 和噴嘴板4的電勢相同，例如接地。電極20和噴嘴板4保證短段18b 的電中性，短段18b因此生成電中性液滴16b。因此，不顧及它們之 後通過的電場，小直徑液滴16b沒有脫離它們的軌道其直線軌道形 成參考軌道。充電器件還包括位於電極20下遊的具有非零電場E區域，這可 能由帶有非常高電勢的電極22引起。電極20的下遊側上的非常高的充電。長段18a被產生使其向電極20外側投射，並因此被電場E充 電。因此，不同直徑的液滴16a和16b由不同長度的段18a和18b產 生，直徑的差異伴隨電荷差異，實現電荷差異歸功於段的形狀係數並 根據液滴尺寸使液滴選擇性地偏轉。這種偏轉可以通過充電電極22直接獲得。因此，用這種配置，單一電極22可被用於將長段18a的下遊部分 充電(例如長段18a的一半)，然後偏轉;故電場E吸引的最終的球狀液 滴16a。在偏轉電場E的出口 (電極22的出口)，充電的液滴16a沿著 其偏轉的切線繼續其路徑，換言之，沿著不同於未充電液滴16b的參 考軌道方向繼續其路徑。偏轉的液滴16a因此^f皮收集在槽內，這樣僅 有小液滴16b將被印刷在基板上。顯然，可以相反地印刷大液滴16a並在槽內收集小液滴，尤其是 如果小液滴16b是4支本方法(例如如果油墨和生成器不接地，並且電 極22取消充電)充電後的液滴。斷開點B的下遊側上的電極20的厚度被標準化，以使其至少等 於短段18b的長度1。為了改善電屏蔽的品質和容忍短段18b的長度 1中和斷開點B中的誤差幅度，在段18b的每側延伸電極20是有用的， 換言之，尤其是在斷開點B的上遊側上。優選地，電極20的底部位 於長段18a的中間，換言之，如果電極20直接連接噴嘴板4，那麼其 厚度可以大約為d + L/2。上文所述的大小液滴的形成不具有限制性。例如，可以使用如圖 3c所示的信號，具有一系列加載到壓電促動器12上的脈衝基礎信 號包括具有持續時間t。的脈衝，重複頻率為F^1/T。與噴射物流動速 度14組合的周期T確定長段18a的長度。時間差T - t。限定剩餘周期。然後，在基礎信號的剩餘周期過程中產生的附加脈衝t!、 T2..... Tn被用於將與周期T有關的噴射段斷開成n + 1個段。可以調整脈沖持續時間Ti和中間剩餘周期，例如，產生具有相同 尺寸的短段18b(以及因此產生的小液滴16b);然而，這些值也可以 被選擇通過使短段18b再聯合(換言之，沿著其下遊構造將其重組)藉 由每個單位質量電荷單元控制短段18b的收縮動態，以便形成尺寸大 致與長段18a產生的液滴正好相等的球狀液滴16a。因此，這種途徑 提供依靠液滴16a源於彼此會合的長段18a還是短段18b,生成相等尺寸但不同電荷(實際上是充電或不充電)的液滴16a的方式。圖4中提出的偏轉裝置因此提供了將墨滴16置於兩個不同軌道 的器件，以此被選擇印刷或不印刷，這種選擇以壓電刺激12的時間 做出。如果所描述的示例的實施例產生中性液滴軌道，換言之，沿著噴 射物14的液壓軸，那麼依靠第一充電元件20的配置利用不同電荷/ 質量比可以獲得充電液滴的更普遍的兩個軌道。例如，根據一個變型， 電極20可以被與電極22在同 一側的一塊平面電極取代(如圖4中圖 解的作為電極20的唯一部分20'):然後短段18b只被輕微充電，而 長段18a則一皮充分充電。這種充電差異可通過將增強長段的靜電耦合 的附加的可選的電極24 (或者一套電極)與電極22 —起放置來調整， 並在短段18b與電極22之間形成幕(上文所述的電極的特例實際上是 整個幕)。而且，電極24提高偏轉電場，因此增強小滴16a的偏差。 很自然也可以建立兩個以上的連續電極20'和22,尤其是如果面對多 個偏轉時。因此，根據本發明的裝置提供了一種將來源於連續噴射物的分裂 的導電液體置於兩個不同軌道的方法。當克服根據現有技術提到的缺 點時，可以獲得下面的優點-利用與噴射物矩陣共有的電極去除多噴射裝置中的獨立液滴充 電電才及。-在液體小滴的範圍內，電極距離液流很遠，並且不需要精確的機 械定位。-根據液滴形成率，液滴#1置於兩個預先限定的軌道的其中一個 上；因此，形成偏轉裝置的電極處於恆定的電勢。
權利要求
1.一種用於導電液滴的選擇性充電的裝置，包括被加壓液體的儲器(2，8)，包括以連續噴射物(14)形式的液體的至少一個噴嘴(4)；幹擾所述噴射物(14)的器件(10，12)，並因此生成具有在第一長度(1)和大於所述第一長度的第二長度(L)之間的可調節長度的噴射段(18)，噴射斷開點(B)對於所有的段而言距噴嘴(4)大致相同距離；帶有恆定電勢的充電器件(20，22)，以便轉移電荷給噴射段(18)，電荷轉移依靠所述噴射段(18)的長度(1，L)而不同，所述充電器件(20，22)包括從所述斷開點(B)延伸越過沿著所述噴射物(14)的軌道的第一厚度的第一充電元件(20)，以及位於所述第一充電元件(20)下遊沿著所述噴射物(14)的軌道的第二充電元件(22)。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一充電元件 包括電極(20)，從所述斷開點(B)開始的所述電極(20)的厚度處於所述 段(l8a, 18b)的第 一長度和第二長度(l, L)之間，且所述笫二充電元件包 括帶有高電勢的電極(22)，所述電極(22)作為偏轉電極。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述充電器件包括 至少兩個電極(20', 22),所述至少兩個電極(20', 22)大致沿著所述噴射 物(14)的所述軌道排列，從而形成兩個充電元件。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述充電器件包括 至少一個附加電極(24)，所述至少一個附加電極(24"Ai文置在相對於所 述噴射物(14)的所述軌道的所述充電元件(20', 22)對面。
5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的裝置，其特徵在於，所 述裝置包括用於生成噴射物矩陣的多個噴嘴(4),所述充電器件(20, 20', 22, 24)對於所述噴射物矩陣而言是唯一的。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的裝置，其特徵在於，幹 擾所述噴射物的所述器件包括用於在單一位置(B)處不顧及所述段(18)的長度斷開噴射物的壓電促動器(IO, 12)。
7 —種印刷頭，包括根據權利要求1至6中任意一項所述的裝置， 以及從源於第 一 長度段或笫二長度段的液滴(16a, 16b)回收油墨的器件。
8. —種依靠段的長度選擇性地充電液滴的方法，所述液滴產生自 所述段，所述方法包括形成源於加壓的腔室(8)的導電液體的連續噴射物(14);幹擾所述噴射物(14),以便通過在固定點(B)斷開所述噴射物(14) 而產生具有笫一長度的段(18b)和具有大於所述第一長度的第二長度 的段(18a);根據其長度(l, L)通過電場(E)對源於所述斷開的段(l 8)充電。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述噴射物幹擾使 所述第一長度段和笫二長度段形成具有第一直徑和第二直徑的液滴。
10. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述噴射物幹擾 造成具有笫 一長度的段(l 8b)在其形成的下遊合併。
11. 根據權利要求8至10中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述方法包括形成連續噴射物的矩陣以及幹擾其中每個所形成的噴 射物。
12. 根據權利要求8至11中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述方法進一步包括依靠所述液滴的電荷偏轉所述液滴。
13. —種噴墨印刷方法，包括根據權利要求12所述的方法，印刷 源於第一長度或第二長度的段的液滴，以及回收其它液滴。
全文摘要
一種噴墨印刷方法，其中噴射物(14)在固定點(B)處被斷開為大的和小的液滴，並且液滴(16a，16b)根據斷開段(18)的長度(l，L)，換言之，根據液滴直徑被充電。這種配置克服了轉移問題。充電器件(22)也能夠選擇性地偏轉液滴(16b)。
文檔編號B41J2/025GK101258032SQ200680032371
公開日2008年9月3日 申請日期2006年9月11日 優先權日2005年9月13日
發明者B·巴貝特 申請人:伊馬治公司