通過利用可變場使噴墨偏轉來進行印刷的製作方法
2023-04-28 10:59:36
專利名稱：通過利用可變場使噴墨偏轉來進行印刷的製作方法
技術領域：
本發明屬於與自動化4支術有著本質不同的液體噴射領域，以及 更具體地為例如用於數字印刷的標定小滴的受控產品。
本發明尤其涉及噴墨的偏離，其使得小滴能夠相對於流進行選 擇性偏離，對於此，優選地但並不唯一的應用領域是噴墨印刷。根 據本發明的設備和方法涉及連續射流領域中的異步液體^殳產生系 統，其與按需噴墨技術相反。
背景技術：
連續射流印刷機的典型操作可以被描述如下導電墨在儲墨器 中被保持在 一 定的壓力下，儲墨器是包括本體的印刷頭的 一部分。 儲墨器具體包括將包含待激勵的墨以及容納周期性墨激勵器件的 室。/人內部向外工作，；敫厲力室包4舌至少一個墨通3各，該通3各至鑽入 在噴嘴板中的標定噴嘴增壓的墨流經該噴嘴，因此形成當受激勵 時可以破碎(breakup)的噴墨；通常通過位於容納在儲墨器中的墨 中的激勵器件的周期性振動，而在被稱為液滴破碎點的點處引起該 噴墨的強迫分段。
這種連續射流印刷機可以包括同時且並行工作的多個印刷噴 嘴，以增加印刷表面面積並因此提高印刷速度。從破碎點開始，連續射流轉換為一連串的墨滴。之後各種裝置
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的液滴。因此同一連續射流-波用於印刷襯底或不用於印刷襯底以產 生需要的印刷圖案。
通常使用的選擇是來自連續射流的液滴的靜電偏轉接近破碎
每個液滴。之後，射流中的所有液滴(其中一些已經被充電)通過 稱作偏轉電極的電極的第二排列，其中，偏轉電極生成將根據液滴
的電4肓來{務改這些液滴4九跡的電場。
例如，在文檔US 3,596,275 ( Sweet)中描述的偏離的連續射流 的變體包括將多個電壓提供給具有預定電荷的帶電液滴，在一種應 用中與液滴的生成即時同步以精確控制多個液滴軌跡。根據另 一個 變體，僅將小滴定位在與兩個電荷電平相關聯的兩個優選軌跡上導 致了文檔US 3,373,437 ( Sweet)中描述的二元連續射流印刷衝支術。
然而，該衝支術具有多個限制:
——施加至偏轉電極的電勢的極性總是具有相同的符號，該符 號意p木著不能通過電絕糹彖體來^f呆護電才及，以消除射流和電才及之間的 任何的短路危險。此外，之後必須將高電壓產生器放置在昂貴的提 供有效短3各保護的電子i殳備附近。
——出現在接近源自噴嘴板的充電電極的射流表面上的電荷通 常連接至地。沿射流的這些電荷的傳送動力以及要求最小的導電性 對墨屬性強加了一個很強的約束。
——需要對液滴的電荷進行測量以及伺服控制，以使對充電液 滴的電勢的施加與激勵受控射流段的信號同步。
7——可印刷液滴的尺寸是固定的，使得不可能在印刷的圖像中 產生連續的灰度陰影範圍。
——如果4吏用多個射流，則必須單獨地連接並控制4妻近每個射
《u;故置的充電電才及。
包括設置充電電勢及改變激勵信號以移動射流破碎位置的另一
種方法根據是接近還是遠離所有射流共用的充電電極來形成液滴， 由每個液滴攜帶的電荷量以及因此液滴軌跡將會是不同的。 一組充 電電極可以很複雜或不很複雜在文檔US 4，346，387 (Hertz)中研 究了多種構造。該方法的主要優點是電極塊的機械簡單性，但是不 易於管理兩個偏轉電平之間的轉換乂人一個石皮碎點到另 一個的轉換 產生一 系列具有不受控中間軌跡的液滴。
已經考慮了克服該困難的各種解決方案，包括EP 0 949 077 (Imaje)中的破碎長度的調製，但是在破碎長度上存在難以控制的 ^艮小的公差(典型地為幾十微米)；或者EP 1 092 542 (Imaje )中的 管理射流的部分帶電的部分，其長度等於分隔兩個清楚限定的破碎 位置的距離，^f旦是這要求對兩個石皮石卒點進行管理並且必須降低有用 的液滴生成頻率，這也會產生不可用射流萃殳。
對液滴的選4奪偏轉的一個替換涉及連續射流的方向偏轉，例如， 利用靜態或可變的,爭電場。
例如，文檔GB 1 521 889 (Thomson) 7>開了這種衝支術，其通 過引起靜電場幅度變化而引起射流的充分偏轉，使得射流根據印刷 要求進入或離開槽。然而，轉換的管理是有問題的射流撞擊槽的 邊緣並汙染槽。該才支術還具有一些與經典偏離連續射流相同的缺點， 即，不可能隔離偏轉電極，以及對墨導電性的約束。WO 88/01572 (Wills)中描述的一種變體，包括利用取決於射 流前進速度的相移，通過施加有時移電壓力永沖的一組電4及來〗吏射流 偏轉並將其偏轉放大；當偏轉幅度足夠大時，偏轉的射流部分自然 地與連續射流分離並且射流的末端產生液滴，這些液滴被收集到槽 中或者被噴射到待印刷的介質。除了由於所有電壓具有相同的極性 而不可能以電介質來保護電極之外，該原理的固有缺點是需要進行 伺服控制以將電勢的施加和射流前進速度同步。此外，相對於電極 移動來自噴嘴板的電荷的射流前進速度，使得不可能在偏轉區域(電 極感應區域)的上遊側使射流破碎射流的破碎打斷了射流的電連 續性並防止了電荷的轉移。
通常，即使對於最新的發展，諸如柯達公司的用於其基於允許 不尋常的液滴產生體系的熱激勵技術的液滴產生器的那些發展，對 射流偏轉提出的所有解決方案(熱EP0 911 166、 l爭電EPO 911 167、 液壓EP0 911 165、 4可恩達歲丈應EP0 911 161等等)，毫無例外i也， 都存在偏轉射流和非偏轉射流之間的轉換問題。
例如，在EP 0 911 167中，射流幕通過其上施加有恆定高電壓 電勢的電才及:帔偏離；正確i也處理兩個,爭止狀態H立於偏專爭和不偏舉爭 位置的射流)，但是具有中間軌跡的射流段的產生在待印刷的襯底上 產生汙染及濺沫。再次，由於高電壓電勢是恆定的，會引起與之前 的選則相同的缺點對液體導電性的限制，偏轉電才及的電防護的不 可能性。
發明內容
本發明的一個優點是克服了現有印刷頭的缺點；本發明涉及對 液體射流,殳的偏轉進行管理，同時保護偏轉電極並允許使用更少導電墨。因此，本發明涉及基於從連續液體射流取出的液體段的選擇性 偏轉的印刷糹支術，革殳偏離設備位於射流幹護C的下遊側並且更精確地 是位於射流段產生區域的下遊側(射流賴j皮限定為由兩個射流石皮石爭 點限定的液柱)。利用一組偏轉電極來控制段軌跡，將瞬時可變的電
勢施加至該偏4爭電4及，^旦是該可變電壓在空間和時間上的平均ii幾 乎為零，優選地為高電壓正弦曲線相移信號。實際上，通過電才及在 射流上感應的正電荷和負電荷的量始終幾乎相等，乂人而確保射流在 電極的感應區域中是電中性的。射流中的較大距離上(尤其在噴嘴 和電才及的電感應區域之間)不存在或存在^艮少的電荷環流。
根據本發明的液體段的揀選系統尤其適用於多射流印刷，這是 由於偏轉電平是二元的並且可以共用於大量的射流。
更一般地，本發明涉及用於使諸如墨的導電液體的射流偏轉的 方法，該射流自增壓室形成並以預定的速度沿液壓軌跡從噴嘴釋放。 沿液壓專九跡產生可變電場，以"f吏射;充偏離。通過向沿射;充的液壓專九 跡放置的多個電極(換言之在該組電極的第 一長度上沿噴嘴的中心 線)施加電勢來產生電場；彼此隔離的電極沿液壓軌跡大致排列成 直線，並且每一電極沿軌跡方向的尺寸優選地是相同的，並且其(例 如，通過絕緣體)與相鄰的電極分離開一定距離(該距離有利地為 常量)。施加至每個電極的電勢(尤其是高電壓信號)是可變的，尤 其是周期性的，例如正弦曲線，並且施加至該組電極的一組電勢在 時間上和空間上的平均值等於零；優選地，該組電才及包4舌偶悽t個電 極，並且施加至兩個相鄰電才及的電勢的頻率和幅度相同而相位相反。
施加該性質的電勢，利用面向網糹各中電才及的'液體離子的移動， 在射流內部形成偶極；局部射流電荷使射流偏離。優選地，射流本 身偏離儲液器和連接至地的噴嘴。有利地，如果分離射流的液壓軌跡和電極網絡之間的距離小於 將兩個相鄰電極彼此分離開的糹色緣距離的兩倍，則獲得最大偏離。
優選地，如果電極網絡的長度大於射流速度和施加至這些電極 的高電壓4言號的頻率之間的比率(例如至少為該比率的五4咅)，以達 到射流偏離的大約恆定的幅度。
根據另 一個方面，本發明涉及用於將從連續射流釋放的段的選 擇性偏轉作為段長度的函數的方法。該方法包括類似上述定義的使
射流偏離並將幹擾施加至射流使得該射流破碎並產生多個段的方 法。射流石皮碎點優選地位於電場的上遊側，例如利用屏蔽罩來保護， 並且有利地位於距噴嘴恆定的距離處。
產生的這些革殳可以具有不同的長度。優選地將短卓殳(優選地短 於分離兩個相鄰電極的最小距離)與長段(換言之，段的長度長於
或等於電極網絡的長度)交替長段將以最大幅度偏離，並且例如
可以在槽中進行回收，而短段將不會偏離或將偏離很小的量且可以 被用來例如進行印刷。有利地，通過表面張力形成液滴的那些短段 將不帶有電荷。
在一個優選的應用中，該方法用於噴墨印刷並且通過激勵壓電 激勵器來產生射流幹擾。優選地，多個噴嘴和多個激勵器來同時動 4乍以形成射流幕和/或液滴。在這種情況下，有利;也，電才及網全各和/ 或破碎點屏蔽罩，以及回收槽對所有射流都是共用的。
本發明還涉及能夠選擇性偏離導電液體(例如，墨)的液滴的 適合設備。該設備包括至少一個增壓液體的儲液器，該儲液器具有 一個沿著液壓軌跡以連續射流形式噴射的液體噴射噴嘴，其中，優 選地，該設備包括可能成行排列的多個儲液器，以形成液滴幕。根據本發明的該設備中的每個儲液器均與幹擾射流並在射流破 碎點上使射流破碎的裝置(例如壓電激勵器)相關聯。優選地，該 系統使得射流破碎點位於距噴嘴恆定距離處，並且有利地將屏蔽罩 放置在該位置中，例如電極。儲液器和它們的噴嘴優選地連接至地。
才艮據本發明的設備還包括一組電極，優選地為所有噴嘴^>用的 一組電才及，該組電極沿液壓軌跡設置並在預定的長度上延伸。該網
絡包括沿該液壓軌跡順序排列的多個偏轉電極，有利地這些電極;f皮 此相同並且分離(例如，通過絕》彖體) 一個優選的恆定距離。在一 個特別有利的實施例中，電極的數量是偶數。
最後，該設備包括將例如正弦曲線的可變電勢施加至這些電極 的裝置。該裝置還l吏得施加至網絡中的所有電才及的電勢在時間和空 間上的平均值為零。具體地，優選地，如果施加至網絡中兩個相鄰 電極的電勢的頻率和幅度相同而相位相反。該電勢的施加產生使射 流乂人其液壓專九跡偏離的電場。
根據一個優選的實施例，電極網絡由電絕緣膜覆蓋，優選地該 膜厚度使得施加至這些電極上的高電壓信號的幅度和膜厚度之間的 比率小於絕緣體的介電強度。
有利地，電才及網絡和噴射噴嘴的縱軸(才奐言之，液壓4九跡)之 間的距離小於分離網絡中兩個相鄰電極的距離的兩倍。
該設備還可以包括用於包含在偏離的射流中的液體的回收槽。
最後，本發明涉及印刷頭，該印刷頭包括如上述的設備和/或 才艮據上述原理工作。
本發明的其它特徵和優點將在參照附圖閱讀下列說明之後變得
更加清楚，以其進4iS兌明而並不旨在進行限制。
圖1A和圖IB示出了通過電場-使連續射流偏轉的方法。
圖2A和圖2B示出了衝艮據本發明優選實施例的偏轉。
圖3示出了用在根據本發明的優選偏轉方法中的高電壓信號。
圖4示出了用於根據本發明的 一個實施例的電極布置的電勢的變化。
具體實施例方式
在根據本發明的印刷原理中，以及如在專利申請FR 05 53117 (Imaje)中描述的，利用對施加有靜態或正弦高電壓的電極來偏離 由印刷頭形成的連續射流，並且大部分射流將不被印刷；為了印刷， 對噴墨的多個段進行異步採樣，根據各段的長度(該長度提供了改 變每單位長度嵌入電荷的方法)使其進行不同地偏離，並將其引導 向襯底。利用通常以二元才莫式作用的系統，能夠在表面張力的作用 下轉換為球形液滴的那些部分在其#1偏轉之前乂人射流中脫離，4吏得 它們的4九跡不同。
具體地，如圖1A所示，在非印刷情形下，由例如壓電設備激 勵的液滴產生器1形成沿液壓軌跡的連續液體射流2。利用電場E, 由產生器1的噴嘴4以預定的速度v釋方欠的射流2自噴嘴4的軸A (即液壓專九跡) <扁壽爭；電場E可以由電才及6產生。優選地引入高電勢的電極6與射流2 —起形成電容器兩個射 流/電極電容器板2、 6之間的吸引力基本上取決於電勢平方差和射 流2與電極6之間的距離。因此改變射流2的軌跡。
在電才及6的下遊側，射流2沿著/人電場E的區域^r出處的其4九 跡的切線而繼續其軌跡，以沿著偏離的軌跡B被引導向墨回收槽8 。
根據射流的速度v,因此可能確定在偏轉的軌跡B和液壓軌跡 A之間形成的角度，以及印刷頭的長度或噴嘴4與槽8之間的距離。
墨滴12在襯底10上的印刷要求射流2 ^皮碎兩次以劃定液體^殳 14的界限，其中液體革殳將利用表面張力形成所述液滴12:圖1B。 段14很短並且不受場E的影響。優選地，該段不經歷由於電極6 的偏轉，並且射流2的破碎點位於屏蔽罩(shield)的水平處，例如 引入與液體和噴嘴4相同電勢的電極16，其屏蔽破^f卒點不受偏轉電 極6產生的電場E的影響，使得短段14攜帶的電荷為零，或者非 常低。因此，射流段14在偏轉電極6前面經過的時候沒有或者僅有 很小的偏轉，並且其軌跡接近從噴嘴4釋放的射流2的液壓軌跡A。 因此，形成的^殳14以及導致的液滴12沒有^皮墨回收槽8截獲，而 是可以被引導至待印刷的襯底10。
在這種構造中，如果施加至電極6的電勢是恆定值(如同根據 現有技術的其它系統)，則不能通過絕緣膜來保護電極，這是因為絕 緣膜的表面存儲有幹^尤電偏轉場的電荷。此外，必須將射流;改置在 距電極4艮大距離處以防止來自射流2的墨的任何意外發射到電極6 上，而任何意外發射到電極上都可以引起射流和電極之間的短路。 短路的危險以及可能造成的對部件的損害使得需要相鄰於高電壓產 生器安裝有效的電子保護系統，而這是昂貴的。實踐中，不是總能 避免短路，並且短路引起電源失效(gooff);於是射流2不再偏轉， 也不再被槽8收集，並且結果是印刷支架10變為被多餘的墨覆蓋。此外，如果在該相同構造中的場E是可變的，則噴嘴板4和電
極6的感應區域之間的電荷的轉移使得需要將形成液滴12的時刻與
高電壓信號同步。將4吏液滴帶電或使液滴偏離的電勢的施加和控制 射流分段的信號之間的同步，使得需要測量液滴的電荷和/或強制同
步(slaving )。
最後，射流石皮石f過程(射流2的變形以形成液滴12 )和射流2 的電荷速度之間的相關性難以控制，以及難以對墨的物理4b學屬性 強加限制。
通過4吏施加至射流2的電場E可變，以及通過〗吏用由多個可變 電勢供電的多個偏轉電才及的組20來克月艮這些問題——見圖2和3。
具體地，在設備中使用並且用於才艮據本發明的方法的 一組電 20使得電場E在時間上的平均值等於零，或大約為零，從而射流2 在電才及20的感應區i或中是電中性的；然而，利用電才及網絡20在射 流2中分布的正電荷和負電荷是分開的，使得偏轉是可能的。因此， 在任意時刻通過由負信號供電的網絡中的電極20在射流2上感應的 正電荷的量幾乎等於通過由正信號供電的電極在射流2上感應的負 電荷的量。因此在整個射流2中的長距離上不存在或存在很少電荷 的流動，尤其在噴嘴4和電才及20的電感應區域之間。因此，可能4吏 用低導電性墨將電荷從噴嘴板4 (通常連接至地)移動到電極6 的感應區域的需要對墨的導電性強加很強的限制。
在一個優選實施例中，包括利用具有相同幾何形狀的偶數個電 極(例如一對電極22、 24)作用在射流2上，用於每個電極的電信 號具有相同的幅度、頻率和形狀，但是相位不同(對於該對電極相 位相反)。此外，該優選的應用涉及《多射流》，換言之，通常排列成行的、
允許多個並行射流2噴出的多個噴嘴4根據噴嘴布局形成一個或多 個平面。於是電極20可以為所有的射流2共用，而各射流本身都通 過產生器1單獨地產生。
根據圖2A示出的第 一實施例，電極組20因此包括兩個電極22、 24，該兩個電才及具有沿液壓專九跡A方向上的完全相同的尺寸h,並 且通過具有尺寸H的電絕緣體26分離。每個電極22、 24由可變的 高電壓信號來供電，該高壓信號具有給定的幅度V。、以及相同的頻 率F和形狀、但是他們之間具有相位移；具體地，如圖3中所示， 它們是具有180度相位移的兩條正弦曲線。優選地，電極22、 24 和絕緣26距限定分割線(cut line )(換言之，即存在多個噴嘴4的 情況下的電極平面28)的液壓軌跡A具有相同的距離d;電極20 的感應區域30跨過一個短距離從電極平面28朝射流2向外延伸。
在給定時刻tQ，具有正電荷的第一電極22在面對的射流2的表 面上感應具有相反符號(-)的電荷，在射流的l爭電感應部分32和 電極22之間產生吸引力。相似地，負電荷電才及24在面對它的射流 2的部分34上感應相反符號(+ )的電荷，因此產生與感應電荷的 平方成比例的吸引力。射流2在由兩個電極22、 24產生的力的作用 下乂人其液壓l九跡A偏離，並傾向於朝向電才及20移動。
在關於信號以及電極22、 24的幾何形狀完全對稱的該配置中， 靜電作用在射流2中感應出電偶才及36,包含在偶極36中的電荷源 自射流2內部的正電荷和負電荷載體(離子)的分離。注意到該電 荷分離現象非常不同於電荷轉移^^幾制，其基於乂人噴嘴4 (其中例如 射流2可以連4妾至:t也)到電才及20的感應區i或30的傳導(conduction )。 具體地，如果墨、儲液器和噴嘴4均連接至地，則射流2仍然保持 在零平均電荷。因此，結果是利用局部電荷使連續射流2偏轉，而沒有對全部 射流充電。
顯然地，由於需要的效果是在電極20的感應區域30中實現射 流的電中性，同時分離正電荷和負電荷，所以能夠滿足這兩個條件 的電極的任何組合(尺寸、電勢、分布、數量)也滿足根據本發明 的射流段的挑選原則。圖2B示出了一個實例，其中一組電極20包 括交^^的電才及22i，其以相反的電勢處於與電才及24i相同的電勢；這 些電極通過絕緣體26來分離，並優選地具有4皮此相同的尺寸和相同 的性質。
由於電極之間的補償效應，隨著距電極距離的增加，由電極22、 24輻射的電場E很快地趨向於零。例如，對於在一組電極22、 24 上正弦施加的電勢1000 V的幅度V。，圖4示出了電勢V隨著3巨電 極平面28 (x， y)距離的增加(沿z軸)而快速趨向於零，這是因 為在遠距離處抵償了電極22i、 24i的影響。自然地，對於其他實施 例，接近電極組20的電勢分布可以是不同的，但是輪廓(profile) 和結果是相似的；與電勢V成比例的沿z軸的場E的減小典型地遵 從漸減指數曲線，並且可以限定最大有效靜電激勵距離dQ,超過該 距離，場E^艮弱甚至可忽略不計。
射流2 一皮定位為充分4妾近電才及20, 4吏得施加至射流2的吸引力 是顯著的；具體地，在多射流印刷頭的情況下，每個噴嘴4位於同 一直線上，由液壓軌跡A形成的平面與電極平面28分開距離d，距 離d小於或等於兩個相鄰電才及22、 24之間的絕緣距離H的兩葉咅， 否則，射流偏轉幅度將減小d《2xH《do (在多個非行排列的噴嘴 4的情況下，優選的是每個射流2均滿足關於距電極平面28的分離 距離d的該條件)。
17為了獲得最大偏轉效率，電場必須4艮強；電場影響電才及環境並 產生^爭電沉澱型的問題(灰塵和賊沫變得帶電且沉積在導體上)或 者電》茲兼容問題。因此，電極上的這種類型的墨收集可以利用本發 明最小化，這是因為電場仍然限制為儘可能地接近電極，這相應地 增加射流偏轉的可靠性和再現性。
此外，為了完全避免電才及20和/或射流2之間的電擊穿的危險， 利用本發明通過電絕緣膜40來覆蓋電極網絡20是可能的。由於高 電壓電勢是可變的，作用在射流2上的力場E不受絕緣體40外表 面上電荷的積聚或消散的幹擾(非受控表面電勢)。絕緣體40的厚 度e優選地選擇為抗高電壓，即使導電並接地的墨偶然地覆蓋/汙染 電介質40的表面(在這種情況下，在電介質40的厚度e之內產生 全部電勢降)。優選地，電介質40的厚度e是使得高電壓信號的幅 度V。和膜40的厚度e之間的比率小於絕緣體40的介電強度。
例如，在一個^尤選的實施例中，電才及系統是陶(AL203， 99%) 或FR4 (玻璃纖維織物並膠合到環氧樹脂矩陣中)襯底的形式。這 些材料本質上是電絕緣的並且覆蓋有典型地為鍍金銅的導電軌跡， 以使用影印石版術來製造電極。電壓幅度值是VG=800 VRMS且其 頻率為F=70KHz。由具有270V/jum介電強度的二氯對二曱苯二聚 體製成的絕緣膜40以厚度e=50 ju m被沉積在電極組22、 24上，並 4皮此分離 一個絕糹彖距離H=300 ju m。
期望對於射流2的直萃殳部分的傳輸時間應該遠大於高頻率信號 震蕩周期1/F,以確保恆定偏轉水平並因此最優化用於來自偏轉射 流的墨的回收槽的位置。以這種方式，在高電壓信號的多個周期1/F 上對直革殳射流部分2的吸引力進4亍積分，並且偏轉水平實際上獨立 於射流的任意部分進入到靜電場E中的進入時刻to，換言之，與在 射流2到達時刻的射流的末端處施加在第一電極22,上的電壓無關。具體地，電才及網絡20的長度L (或者電才及20的感應區域30的 尺寸)大於射流2的速度v與高電壓信號的頻率F之間的比率，使 得為每個直段射流部分2施加大量吸引周期。優選地，網絡20的長 度L乘以偏轉頻率F與射流2的速度v的比率被選擇為大於5: L.F/v >5。
例如，對於射流速度v等於10m/s,電極網絡20的長度L等於 lmm並且高電壓信號的頻率F等於100 kHz,射流2受到靜電吸引 力大約20次。
當印刷時，射流2通過例如施加至產生器1的壓電激勵器的脈 沖而破碎，並且形成多個段14。於是將確定待印刷襯底10和槽8 之間的距離的段的偏轉幅度還取決於與電極組20的長度L相比較 的段14長度1。對於一個《長》段14a (換言之通過電極的作用區 30 (1>L))，偏轉幅度在射流2的前進方向中隨電才及20的感應區域 30的長度而增加。相反，當段14b的尺寸典型地為電極22的高度 h的大小等級，則不再可能形成偶極36，並且偏轉水平幾乎為零。
因此，優選地，所述將被偏離的並且不被用來印刷的射流段14a 的長度大於或等於電極組20的總高度L;所述將不偏離的並且將形 成液滴12且將,皮用來印刷的段14b的長度小於分離兩個相鄰電^L 22i、 24j的最小距離H。段14的長度l由分離射流2的兩個幹擾信 號的間隔給定；例如，其可以作為壓電^b勵器上的兩個力永沖之間的 持續時間的函數進行調節。因此還可能的是將液滴12的尺寸作為各 種條件和襯底10的函數來進行調整，同時優選地仍然保持在所要求 的範圍內U《h)。
有利地，墨的可印刷段14b不帶電荷，換言之儲液器中的液體 連接至地。優選地，還將圍繞射流^皮石卒點2在面向噴嘴4的產生器1的輸出處放置屏蔽罩並將其連接至地，以完全遮蔽將被用於印刷 的短,殳14b ^吏其不受電場E的影響。根據一個有利的實施例，射流2在距噴嘴4的固定距離處破碎； 例如，這可以通過在壓電激勵器上施加短強^K衝來完成，如在專利 申i青FR05 52758中4苗述的。因此，根據本發明的設備可能產生來自連續射流並且能夠被印 刷的液滴。與現有衝支術相比，利用射流偏轉進行印刷的該原理提供 以下4尤點——在印刷位置之外，設備的操作幾乎是靜止的射流的激勵 和收集功能是獨立的。產生器1的激勵失敗不能阻止噴墨2被適當 地收集；此外，由於射流激勵器件不是總是由電信號饋送，因此具 有較長的壽命和增強的可靠性。——由於積聚的汙染引起的較差的印刷質量或高電壓電路切斷 的危險被顯著降低(如果沒有被消除的話)，這使得設備更加可靠。墨濺沫)的積聚，這不同於當電極6以固定電勢被供電的情況，其 永久地吸？ 1並收集在印刷頭的環境中存在的帶電汙染物。——當作用在噴墨2上時，電極22、 24可以由電介質40保護。 因此電絕緣層40消除了由於意外形成的導電液體橋(汙染等)造成 的電極22、 24和接地點之間的短路的危險。這使得安全性非常好， 並且消除了當墨易燃時很重要的電路切斷設備的附加成本。——印刷頭對出現在絕緣體40上的墨具有很大耐性。這個優點 在開始/停止經常引起印刷頭元件汙染的射流2序列期間是至關重要 的。置於絕緣體40上的墨的小滴處於僅輕微幹擾偏轉場E的浮動 電勢。另一方面，在根據具有處於恆定電壓的電極6並且其中不可能使用絕緣體40的現有技術的系統中，墨滴延伸其獲取電勢的電極6,局部地加強射流2上的靜電作用，以最終在連接至地的HV電極 之間產生液體橋(短路)。——可以使用低導電率流體，並且射流2不必連接至地。射流 段14充電的速率取決於射流2中電荷的重新分配(以形成偶極36 ) 並且不再從地(通常是噴嘴板4)向高電壓電極的感應區域30轉移電荷。——由於在噴嘴4和電極2 0之間射流中缺少電荷的任意移動， 因此，可以消除電才及22、 24的高電壓控制信號(因此射流2偏轉) 和射流破石爭信號(激勵)之間的所有依賴或同步。——可以如所期望的來調節射流段14的長度1。這提供了連續 改變液滴12的撞擊直徑(impact diameter )的可能，並因此使得可 能印刷具有不同灰度等級的圖像或在不同類型的襯底10上保持該 撞擊直徑。——印刷失敗之間的時間是延伸的，尤其在由偶數個電極組成 的組20的情況下，使得由相鄰的一對電極22i、 24i產生的場E;f皮此 ^卜償並在印刷頭環境中被消除■可以更容易地遮蔽射流破碎點，並因此避免形成攜帶電荷的衛星小滴，並且可以強烈地偏離並幹護G列印l命出，■由槽8產生的墨賊沫引起的小滴和薄霧不帶電並且因此具 有更少的汙染物(槽8外面沒有電吸引)。——功能元件(屏蔽罩16、偏轉電極20、槽8)相對於由噴嘴 4限定的方向位於射流2的相同側上，並且印刷頭可用於執行維護操作。
權利要求
1. 一種用於使液體射流(2)偏轉的方法，所述方法包括——沿液壓軌跡(A)形成來自增壓室的以預定速度(v)從噴嘴(4)輸出的導電液體的射流(2)，——通過將電勢施加至沿所述液壓軌跡(A)方向的多個偏轉電極(22，24)的序列，來產生沿所述液壓軌跡(A)的可變的電場(E)，所述電極彼此隔離並在整個網絡的長度(L)上形成沿電極平面(28)延伸的組(20)，所述電極平面平行於所述液壓軌跡(A)，其中，施加至所述組(20)中的每個電極(22，24)的電勢是可變的，並且施加至所述組(20)中的所有電極的電勢的平均值在時間和空間上等於零，——利用所述電場(E)，通過所述射流(2)中的電荷移動，使所述射流(2)偏轉。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述組(20)包括偶數個 偏專爭電4及，並且其中，兩個相鄰電極(22i, 24i)的電勢的平 均值等於零。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，從所述噴嘴(4)輸出的 所述射流(2 )連4妄至地。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述液壓軌跡(A)與所 述電極平面(28)分開的距離(d)小於或等於所述組(20) 的兩個電極(22， 24)之間的距離(H)的兩倍。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，施加至每個所述偏轉電極(22, 24)的電勢是具有相同頻率(F)的正弦曲線，並且優 選地，每個所述電極在所述電極平面(28)中具有相同的尺寸 (h)。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，所述電極組的長度(L) 大於噴射速度(v)和所施加的電勢的頻率(F)之間的比率， 優選地L》5'v/F。
7. —種用於使連續射流(2)的多個段選擇性偏轉的方法，所述 方法包括根據權利要求1所述的使射流偏轉的方法，以及將 幹擾施加至所述射流(2)，使得所述射流(2)破》f並在所述 可變電場(E)的上遊側的射流破碎點處產生多個段(14),使 得多個所述射流段(14 )根據其長度(1)被不同地偏離。
8. 根據權利要求7所述的方法，包括屏蔽(16 )所述破碎點處的 所述液壓4九跡(A), -使得所述電場(E)不作用在所述-皮石爭點 上。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中，所產生的多個段(14 )的 長度大於在所述液壓軌跡(A)方向上的所述電極組(20)的 長度(L)，或短於沿所述液壓專九跡(A)方向分離兩個所述電 才及(22, 24)的尺寸(H)。
10. 根據權利要求7所述的方法，其中，利用放置在液體室水平處 的壓電裝置的激勵，來執行所述射流(2)的擾動。
11. 一種用於產生液滴射流幕的方法，所述方法包括通過射流(2) 的多個噴嘴(4)的獨立同時的噴射，通過千擾所述射流(2) 產生多個段(14),並使用根據權利要求7到10中任意一項所述的方法來選擇性偏轉多個所述段，非偏轉段(14b)沿所述 液壓4九跡(A)產生液滴(12)。
12. 根據權利要求11所述的產生方法，其中，所述電極(20)產 生為所有所述射流共用的電場和/或屏蔽。
13. —種噴墨印刷方法，包括沿液壓軌跡產生源自射流的液滴，其 中所述液壓軌跡通過根據權利要求7到12中任一項所述的方 法而相對於所述射流偏轉，以及收集通過所述電場偏轉的多個 射流段。
14. 一種用於使導電液體的液滴選才奪性偏離的方法，包括——增壓液體的儲液器，包括至少一個液體噴射噴嘴(4)， 其沿由所述噴嘴(4)的軸線給出的液壓軌跡(A)以連續射 流(2)的形式噴射，——用於幹護G所述射流(2)並在射流^^卒點處-皮碎所述 射流的裝置，——組(20),包括i殳置在所述石皮石卒點下遊側的多個偏轉 電極(22， 24)，所述電極一個接一個地順序放置並在所述液 壓專九跡(A)的方向上^皮jt匕隔離，——將可變電勢施加至每個所述電才及(22， 24)的裝置， 該裝置適於使施加至所述電極網絡(20)的電勢的平均值在時 間和空間上等於零，從而通過將所述電勢施加至所述電極(20 ) 時產生的場，4吏所述射流(2)偏離其液壓軌跡(A)。
15. 根據權利要求14所述的設備，其中，所述液壓軌跡(A)和 所述電極網絡(20)之間的距離小於或等於所述網絡(20)中 兩個相鄰電才及之間的距離(H)的兩倍。
16. 根據權利要求14或15所述的設備，還包括所述電極網絡(20 ) 上的絕緣膜(40)。
17. 根據權利要求14所述的設備，其中，所述網絡(20)包括偶 數個電極，以及適於在兩個連續電才及之間施加具有180。相位 移的電勢的裝置。
18. 根據權利要求14所述的設備，包括從所述破碎點開始沿所述 射流的軌跡延伸的屏蔽裝置。
19. 根據權利要求14所述的設備，其中，包括能夠產生射流幕的 多個噴嘴，所述電極組(20)對於所述射流幕是唯一的。
20. 根據權利要求14所述的設備，其中，用於幹擾所述射流的所 述裝置包括在每一個室的水平處的壓電激勵器。
21. —種印刷頭，包括根據權利要求14所述的設備以及用於收集 所述偏轉射流的墨的裝置。
全文摘要
對於印刷，使用連續偏轉射流的原理設備釋放液體的連續流，該流通過電場偏轉並被引導向槽，電場由多個偏轉電極產生。液滴的印刷通過將連續射流分裂為多個段來完成，該段在偏轉電極上遊與遮蔽電極相對形成，使得該段不被偏轉並且可以被引導向襯底。偏轉電極(22，24)通過絕緣體(26)分離，並且將可變電勢施加至每個電極；整個電極組的電勢抵償使射流不帶電。
文檔編號B41J2/095GK101522424SQ200780037229
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月4日 優先權日2006年10月5日
發明者布魯諾·巴爾貝 申請人:伊梅傑公司