專利名稱：通過(guò)利用可變場(chǎng)使噴墨偏轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行印刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于與自動(dòng)化4支術(shù)有著本質(zhì)不同的液體噴射領(lǐng)域，以及 更具體地為例如用于數(shù)字印刷的標(biāo)定小滴的受控產(chǎn)品。
本發(fā)明尤其涉及噴墨的偏離，其使得小滴能夠相對(duì)于流進(jìn)行選 擇性偏離，對(duì)于此，優(yōu)選地但并不唯一的應(yīng)用領(lǐng)域是噴墨印刷。根 據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法涉及連續(xù)射流領(lǐng)域中的異步液體^殳產(chǎn)生系 統(tǒng)，其與按需噴墨技術(shù)相反。
背景技術(shù)：
連續(xù)射流印刷機(jī)的典型操作可以被描述如下導(dǎo)電墨在儲(chǔ)墨器 中被保持在 一 定的壓力下，儲(chǔ)墨器是包括本體的印刷頭的 一部分。 儲(chǔ)墨器具體包括將包含待激勵(lì)的墨以及容納周期性墨激勵(lì)器件的 室。/人內(nèi)部向外工作，；敫厲力室包4舌至少一個(gè)墨通3各，該通3各至鉆入 在噴嘴板中的標(biāo)定噴嘴增壓的墨流經(jīng)該噴嘴，因此形成當(dāng)受激勵(lì) 時(shí)可以破碎(breakup)的噴墨；通常通過(guò)位于容納在儲(chǔ)墨器中的墨 中的激勵(lì)器件的周期性振動(dòng)，而在被稱為液滴破碎點(diǎn)的點(diǎn)處引起該 噴墨的強(qiáng)迫分段。
這種連續(xù)射流印刷機(jī)可以包括同時(shí)且并行工作的多個(gè)印刷噴 嘴，以增加印刷表面面積并因此提高印刷速度。從破碎點(diǎn)開始，連續(xù)射流轉(zhuǎn)換為一連串的墨滴。之后各種裝置
j夂-
的液滴。因此同一連續(xù)射流-波用于印刷襯底或不用于印刷襯底以產(chǎn) 生需要的印刷圖案。
通常使用的選擇是來(lái)自連續(xù)射流的液滴的靜電偏轉(zhuǎn)接近破碎
每個(gè)液滴。之后，射流中的所有液滴(其中一些已經(jīng)被充電)通過(guò) 稱作偏轉(zhuǎn)電極的電極的第二排列，其中，偏轉(zhuǎn)電極生成將根據(jù)液滴
的電4肓來(lái){務(wù)改這些液滴4九跡的電場(chǎng)。
例如，在文檔US 3,596,275 ( Sweet)中描述的偏離的連續(xù)射流 的變體包括將多個(gè)電壓提供給具有預(yù)定電荷的帶電液滴，在一種應(yīng) 用中與液滴的生成即時(shí)同步以精確控制多個(gè)液滴軌跡。根據(jù)另 一個(gè) 變體，僅將小滴定位在與兩個(gè)電荷電平相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)優(yōu)選軌跡上導(dǎo) 致了文檔US 3,373,437 ( Sweet)中描述的二元連續(xù)射流印刷沖支術(shù)。
然而，該沖支術(shù)具有多個(gè)限制:
——施加至偏轉(zhuǎn)電極的電勢(shì)的極性總是具有相同的符號(hào)，該符 號(hào)意p木著不能通過(guò)電絕纟彖體來(lái)^f呆護(hù)電才及，以消除射流和電才及之間的 任何的短路危險(xiǎn)。此外，之后必須將高電壓產(chǎn)生器放置在昂貴的提 供有效短3各保護(hù)的電子i殳備附近。
——出現(xiàn)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(dòng)力以及要求最小的導(dǎo)電性 對(duì)墨屬性強(qiáng)加了一個(gè)很強(qiáng)的約束。
——需要對(duì)液滴的電荷進(jìn)行測(cè)量以及伺服控制，以使對(duì)充電液 滴的電勢(shì)的施加與激勵(lì)受控射流段的信號(hào)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(chǎn)生連續(xù)的灰度陰影范圍。
——如果4吏用多個(gè)射流，則必須單獨(dú)地連接并控制4妻近每個(gè)射
《u;故置的充電電才及。
包括設(shè)置充電電勢(shì)及改變激勵(lì)信號(hào)以移動(dòng)射流破碎位置的另一
種方法根據(jù)是接近還是遠(yuǎn)離所有射流共用的充電電極來(lái)形成液滴， 由每個(gè)液滴攜帶的電荷量以及因此液滴軌跡將會(huì)是不同的。 一組充 電電極可以很復(fù)雜或不很復(fù)雜在文檔US 4，346，387 (Hertz)中研 究了多種構(gòu)造。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是電極塊的機(jī)械簡(jiǎn)單性，但是不 易于管理兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電平之間的轉(zhuǎn)換乂人一個(gè)石皮碎點(diǎn)到另 一個(gè)的轉(zhuǎn)換 產(chǎn)生一 系列具有不受控中間軌跡的液滴。
已經(jīng)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(zhǎng)度的調(diào)制，但是在破碎長(zhǎng)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(zhǎng)度等于分隔兩個(gè)清楚限定的破碎 位置的距離，^f旦是這要求對(duì)兩個(gè)石皮石卒點(diǎn)進(jìn)行管理并且必須降低有用 的液滴生成頻率，這也會(huì)產(chǎn)生不可用射流萃殳。
對(duì)液滴的選4奪偏轉(zhuǎn)的一個(gè)替換涉及連續(xù)射流的方向偏轉(zhuǎn)，例如， 利用靜態(tài)或可變的,爭(zhēng)電場(chǎng)。
例如，文檔GB 1 521 889 (Thomson) 7>開了這種沖支術(shù)，其通 過(guò)引起靜電場(chǎng)幅度變化而引起射流的充分偏轉(zhuǎn)，使得射流根據(jù)印刷 要求進(jìn)入或離開槽。然而，轉(zhuǎn)換的管理是有問(wèn)題的射流撞擊槽的 邊緣并污染槽。該才支術(shù)還具有一些與經(jīng)典偏離連續(xù)射流相同的缺點(diǎn)， 即，不可能隔離偏轉(zhuǎn)電極，以及對(duì)墨導(dǎo)電性的約束。WO 88/01572 (Wills)中描述的一種變體，包括利用取決于射 流前進(jìn)速度的相移，通過(guò)施加有時(shí)移電壓力永沖的一組電4及來(lái)〗吏射流 偏轉(zhuǎn)并將其偏轉(zhuǎn)放大；當(dāng)偏轉(zhuǎn)幅度足夠大時(shí)，偏轉(zhuǎn)的射流部分自然 地與連續(xù)射流分離并且射流的末端產(chǎn)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(zhì)。除了由于所有電壓具有相同的極性 而不可能以電介質(zhì)來(lái)保護(hù)電極之外，該原理的固有缺點(diǎn)是需要進(jìn)行 伺服控制以將電勢(shì)的施加和射流前進(jìn)速度同步。此外，相對(duì)于電極 移動(dòng)來(lái)自噴嘴板的電荷的射流前進(jìn)速度，使得不可能在偏轉(zhuǎn)區(qū)域(電 極感應(yīng)區(qū)域)的上游側(cè)使射流破碎射流的破碎打斷了射流的電連 續(xù)性并防止了電荷的轉(zhuǎn)移。
通常，即使對(duì)于最新的發(fā)展，諸如柯達(dá)公司的用于其基于允許 不尋常的液滴產(chǎn)生體系的熱激勵(lì)技術(shù)的液滴產(chǎn)生器的那些發(fā)展，對(duì) 射流偏轉(zhuǎn)提出的所有解決方案(熱EP0 911 166、 l爭(zhēng)電EPO 911 167、 液壓EP0 911 165、 4可恩達(dá)歲丈應(yīng)EP0 911 161等等)，毫無(wú)例外i也， 都存在偏轉(zhuǎn)射流和非偏轉(zhuǎn)射流之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
例如，在EP 0 911 167中，射流幕通過(guò)其上施加有恒定高電壓 電勢(shì)的電才及:帔偏離；正確i也處理兩個(gè),爭(zhēng)止?fàn)顟B(tài)H立于偏專爭(zhēng)和不偏舉爭(zhēng) 位置的射流)，但是具有中間軌跡的射流段的產(chǎn)生在待印刷的襯底上 產(chǎn)生污染及濺沫。再次，由于高電壓電勢(shì)是恒定的，會(huì)引起與之前 的選則相同的缺點(diǎn)對(duì)液體導(dǎo)電性的限制，偏轉(zhuǎn)電才及的電防護(hù)的不 可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是克服了現(xiàn)有印刷頭的缺點(diǎn)；本發(fā)明涉及對(duì) 液體射流,殳的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行管理，同時(shí)保護(hù)偏轉(zhuǎn)電極并允許使用更少導(dǎo)電墨。因此，本發(fā)明涉及基于從連續(xù)液體射流取出的液體段的選擇性 偏轉(zhuǎn)的印刷纟支術(shù)，革殳偏離設(shè)備位于射流干護(hù)C的下游側(cè)并且更精確地 是位于射流段產(chǎn)生區(qū)域的下游側(cè)(射流賴j皮限定為由兩個(gè)射流石皮石爭(zhēng) 點(diǎn)限定的液柱)。利用一組偏轉(zhuǎn)電極來(lái)控制段軌跡，將瞬時(shí)可變的電
勢(shì)施加至該偏4爭(zhēng)電4及，^旦是該可變電壓在空間和時(shí)間上的平均ii幾 乎為零，優(yōu)選地為高電壓正弦曲線相移信號(hào)。實(shí)際上，通過(guò)電才及在 射流上感應(yīng)的正電荷和負(fù)電荷的量始終幾乎相等，乂人而確保射流在 電極的感應(yīng)區(qū)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(yīng)區(qū)域之間)不存在或存在^艮少的電荷環(huán)流。
根據(jù)本發(fā)明的液體段的揀選系統(tǒng)尤其適用于多射流印刷，這是 由于偏轉(zhuǎn)電平是二元的并且可以共用于大量的射流。
更一般地，本發(fā)明涉及用于使諸如墨的導(dǎo)電液體的射流偏轉(zhuǎn)的 方法，該射流自增壓室形成并以預(yù)定的速度沿液壓軌跡從噴嘴釋放。 沿液壓專九跡產(chǎn)生可變電場(chǎng)，以"f吏射;充偏離。通過(guò)向沿射;充的液壓專九 跡放置的多個(gè)電極(換言之在該組電極的第 一長(zhǎng)度上沿噴嘴的中心 線)施加電勢(shì)來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)；彼此隔離的電極沿液壓軌跡大致排列成 直線，并且每一電極沿軌跡方向的尺寸優(yōu)選地是相同的，并且其(例 如，通過(guò)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(gè)電極的電勢(shì)(尤其是高電壓信號(hào))是可變的，尤 其是周期性的，例如正弦曲線，并且施加至該組電極的一組電勢(shì)在 時(shí)間上和空間上的平均值等于零；優(yōu)選地，該組電才及包4舌偶凄t個(gè)電 極，并且施加至兩個(gè)相鄰電才及的電勢(shì)的頻率和幅度相同而相位相反。
施加該性質(zhì)的電勢(shì)，利用面向網(wǎng)纟各中電才及的'液體離子的移動(dòng)， 在射流內(nèi)部形成偶極；局部射流電荷使射流偏離。優(yōu)選地，射流本 身偏離儲(chǔ)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(wǎng)絡(luò)之間的距離小于 將兩個(gè)相鄰電極彼此分離開的纟色緣距離的兩倍，則獲得最大偏離。
優(yōu)選地，如果電極網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度大于射流速度和施加至這些電極 的高電壓4言號(hào)的頻率之間的比率(例如至少為該比率的五4咅)，以達(dá) 到射流偏離的大約恒定的幅度。
根據(jù)另 一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于將從連續(xù)射流釋放的段的選 擇性偏轉(zhuǎn)作為段長(zhǎng)度的函數(shù)的方法。該方法包括類似上述定義的使
射流偏離并將干擾施加至射流使得該射流破碎并產(chǎn)生多個(gè)段的方 法。射流石皮碎點(diǎn)優(yōu)選地位于電場(chǎng)的上游側(cè)，例如利用屏蔽罩來(lái)保護(hù)， 并且有利地位于距噴嘴恒定的距離處。
產(chǎn)生的這些革殳可以具有不同的長(zhǎng)度。優(yōu)選地將短卓殳(優(yōu)選地短 于分離兩個(gè)相鄰電極的最小距離)與長(zhǎng)段(換言之，段的長(zhǎng)度長(zhǎng)于
或等于電極網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度)交替長(zhǎng)段將以最大幅度偏離，并且例如
可以在槽中進(jìn)行回收，而短段將不會(huì)偏離或?qū)⑵x很小的量且可以 被用來(lái)例如進(jìn)行印刷。有利地，通過(guò)表面張力形成液滴的那些短段 將不帶有電荷。
在一個(gè)優(yōu)選的應(yīng)用中，該方法用于噴墨印刷并且通過(guò)激勵(lì)壓電 激勵(lì)器來(lái)產(chǎn)生射流干擾。優(yōu)選地，多個(gè)噴嘴和多個(gè)激勵(lì)器來(lái)同時(shí)動(dòng) 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(wǎng)全各和/ 或破碎點(diǎn)屏蔽罩，以及回收槽對(duì)所有射流都是共用的。
本發(fā)明還涉及能夠選擇性偏離導(dǎo)電液體(例如，墨)的液滴的 適合設(shè)備。該設(shè)備包括至少一個(gè)增壓液體的儲(chǔ)液器，該儲(chǔ)液器具有 一個(gè)沿著液壓軌跡以連續(xù)射流形式噴射的液體噴射噴嘴，其中，優(yōu) 選地，該設(shè)備包括可能成行排列的多個(gè)儲(chǔ)液器，以形成液滴幕。根據(jù)本發(fā)明的該設(shè)備中的每個(gè)儲(chǔ)液器均與干擾射流并在射流破 碎點(diǎn)上使射流破碎的裝置(例如壓電激勵(lì)器)相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，該 系統(tǒng)使得射流破碎點(diǎn)位于距噴嘴恒定距離處，并且有利地將屏蔽罩 放置在該位置中，例如電極。儲(chǔ)液器和它們的噴嘴優(yōu)選地連接至地。
才艮據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還包括一組電極，優(yōu)選地為所有噴嘴^>用的 一組電才及，該組電極沿液壓軌跡設(shè)置并在預(yù)定的長(zhǎng)度上延伸。該網(wǎng)
絡(luò)包括沿該液壓軌跡順序排列的多個(gè)偏轉(zhuǎn)電極，有利地這些電極;f皮 此相同并且分離(例如，通過(guò)絕》彖體) 一個(gè)優(yōu)選的恒定距離。在一 個(gè)特別有利的實(shí)施例中，電極的數(shù)量是偶數(shù)。
最后，該設(shè)備包括將例如正弦曲線的可變電勢(shì)施加至這些電極 的裝置。該裝置還l吏得施加至網(wǎng)絡(luò)中的所有電才及的電勢(shì)在時(shí)間和空 間上的平均值為零。具體地，優(yōu)選地，如果施加至網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)相鄰 電極的電勢(shì)的頻率和幅度相同而相位相反。該電勢(shì)的施加產(chǎn)生使射 流乂人其液壓專九跡偏離的電場(chǎng)。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，電極網(wǎng)絡(luò)由電絕緣膜覆蓋，優(yōu)選地該 膜厚度使得施加至這些電極上的高電壓信號(hào)的幅度和膜厚度之間的 比率小于絕緣體的介電強(qiáng)度。
有利地，電才及網(wǎng)絡(luò)和噴射噴嘴的縱軸(才奐言之，液壓4九跡)之 間的距離小于分離網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)相鄰電極的距離的兩倍。
該設(shè)備還可以包括用于包含在偏離的射流中的液體的回收槽。
最后，本發(fā)明涉及印刷頭，該印刷頭包括如上述的設(shè)備和/或 才艮據(jù)上述原理工作。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在參照附圖閱讀下列說(shuō)明之后變得
更加清楚，以其進(jìn)4iS兌明而并不旨在進(jìn)行限制。
圖1A和圖IB示出了通過(guò)電場(chǎng)-使連續(xù)射流偏轉(zhuǎn)的方法。
圖2A和圖2B示出了沖艮據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的偏轉(zhuǎn)。
圖3示出了用在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選偏轉(zhuǎn)方法中的高電壓信號(hào)。
圖4示出了用于根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的電極布置的電勢(shì)的變化。
具體實(shí)施例方式
在根據(jù)本發(fā)明的印刷原理中，以及如在專利申請(qǐng)F(tuán)R 05 53117 (Imaje)中描述的，利用對(duì)施加有靜態(tài)或正弦高電壓的電極來(lái)偏離 由印刷頭形成的連續(xù)射流，并且大部分射流將不被印刷；為了印刷， 對(duì)噴墨的多個(gè)段進(jìn)行異步采樣，根據(jù)各段的長(zhǎng)度(該長(zhǎng)度提供了改 變每單位長(zhǎng)度嵌入電荷的方法)使其進(jìn)行不同地偏離，并將其引導(dǎo) 向襯底。利用通常以二元才莫式作用的系統(tǒng)，能夠在表面張力的作用 下轉(zhuǎn)換為球形液滴的那些部分在其#1偏轉(zhuǎn)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(shè)備激 勵(lì)的液滴產(chǎn)生器1形成沿液壓軌跡的連續(xù)液體射流2。利用電場(chǎng)E, 由產(chǎn)生器1的噴嘴4以預(yù)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(zhēng)；電場(chǎng)E可以由電才及6產(chǎn)生。優(yōu)選地引入高電勢(shì)的電極6與射流2 —起形成電容器兩個(gè)射 流/電極電容器板2、 6之間的吸引力基本上取決于電勢(shì)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的下游側(cè)，射流2沿著/人電場(chǎng)E的區(qū)域^r出處的其4九 跡的切線而繼續(xù)其軌跡，以沿著偏離的軌跡B被引導(dǎo)向墨回收槽8 。
根據(jù)射流的速度v,因此可能確定在偏轉(zhuǎn)的軌跡B和液壓軌跡 A之間形成的角度，以及印刷頭的長(zhǎng)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很短并且不受場(chǎng)E的影響。優(yōu)選地，該段不經(jīng)歷由于電極6 的偏轉(zhuǎn)，并且射流2的破碎點(diǎn)位于屏蔽罩(shield)的水平處，例如 引入與液體和噴嘴4相同電勢(shì)的電極16，其屏蔽破^f卒點(diǎn)不受偏轉(zhuǎn)電 極6產(chǎn)生的電場(chǎng)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(zhuǎn)電極6前面經(jīng)過(guò)的時(shí)候沒(méi)有或者僅有 很小的偏轉(zhuǎn)，并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(dǎo)致的液滴12沒(méi)有^皮墨回收槽8截獲，而 是可以被引導(dǎo)至待印刷的襯底10。
在這種構(gòu)造中，如果施加至電極6的電勢(shì)是恒定值(如同根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)的其它系統(tǒng))，則不能通過(guò)絕緣膜來(lái)保護(hù)電極，這是因?yàn)榻^ 緣膜的表面存儲(chǔ)有干^尤電偏轉(zhuǎn)場(chǎng)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(lái)自射流2的墨的任何意外發(fā)射到電極6 上，而任何意外發(fā)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(xiǎn)以及可能造成的對(duì)部件的損害使得需要相鄰于高電壓產(chǎn) 生器安裝有效的電子保護(hù)系統(tǒng)，而這是昂貴的。實(shí)踐中，不是總能 避免短路，并且短路引起電源失效(gooff);于是射流2不再偏轉(zhuǎn)， 也不再被槽8收集，并且結(jié)果是印刷支架10變?yōu)楸欢嘤嗟哪采w。此外，如果在該相同構(gòu)造中的場(chǎng)E是可變的，則噴嘴板4和電
極6的感應(yīng)區(qū)域之間的電荷的轉(zhuǎn)移使得需要將形成液滴12的時(shí)刻與
高電壓信號(hào)同步。將4吏液滴帶電或使液滴偏離的電勢(shì)的施加和控制 射流分段的信號(hào)之間的同步，使得需要測(cè)量液滴的電荷和/或強(qiáng)制同
步(slaving )。
最后，射流石皮石f過(guò)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(guān)性難以控制，以及難以對(duì)墨的物理4b學(xué)屬性 強(qiáng)加限制。
通過(guò)4吏施加至射流2的電場(chǎng)E可變，以及通過(guò)〗吏用由多個(gè)可變 電勢(shì)供電的多個(gè)偏轉(zhuǎn)電才及的組20來(lái)克月艮這些問(wèn)題——見(jiàn)圖2和3。
具體地，在設(shè)備中使用并且用于才艮據(jù)本發(fā)明的方法的 一組電 20使得電場(chǎng)E在時(shí)間上的平均值等于零，或大約為零，從而射流2 在電才及20的感應(yīng)區(qū)i或中是電中性的；然而，利用電才及網(wǎng)絡(luò)20在射 流2中分布的正電荷和負(fù)電荷是分開的，使得偏轉(zhuǎn)是可能的。因此， 在任意時(shí)刻通過(guò)由負(fù)信號(hào)供電的網(wǎng)絡(luò)中的電極20在射流2上感應(yīng)的 正電荷的量幾乎等于通過(guò)由正信號(hào)供電的電極在射流2上感應(yīng)的負(fù) 電荷的量。因此在整個(gè)射流2中的長(zhǎng)距離上不存在或存在很少電荷 的流動(dòng)，尤其在噴嘴4和電才及20的電感應(yīng)區(qū)域之間。因此，可能4吏 用低導(dǎo)電性墨將電荷從噴嘴板4 (通常連接至地)移動(dòng)到電極6 的感應(yīng)區(qū)域的需要對(duì)墨的導(dǎo)電性強(qiáng)加很強(qiáng)的限制。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，包括利用具有相同幾何形狀的偶數(shù)個(gè)電 極(例如一對(duì)電極22、 24)作用在射流2上，用于每個(gè)電極的電信 號(hào)具有相同的幅度、頻率和形狀，但是相位不同(對(duì)于該對(duì)電極相 位相反)。此外，該優(yōu)選的應(yīng)用涉及《多射流》，換言之，通常排列成行的、
允許多個(gè)并行射流2噴出的多個(gè)噴嘴4根據(jù)噴嘴布局形成一個(gè)或多 個(gè)平面。于是電極20可以為所有的射流2共用，而各射流本身都通 過(guò)產(chǎn)生器1單獨(dú)地產(chǎn)生。
根據(jù)圖2A示出的第 一實(shí)施例，電極組20因此包括兩個(gè)電極22、 24，該兩個(gè)電才及具有沿液壓專九跡A方向上的完全相同的尺寸h,并 且通過(guò)具有尺寸H的電絕緣體26分離。每個(gè)電極22、 24由可變的 高電壓信號(hào)來(lái)供電，該高壓信號(hào)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(yōu)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(gè)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(yīng)區(qū)域30跨過(guò)一個(gè)短距離從電極平面28朝射流2向外延伸。
在給定時(shí)刻tQ，具有正電荷的第一電極22在面對(duì)的射流2的表 面上感應(yīng)具有相反符號(hào)(-)的電荷，在射流的l爭(zhēng)電感應(yīng)部分32和 電極22之間產(chǎn)生吸引力。相似地，負(fù)電荷電才及24在面對(duì)它的射流 2的部分34上感應(yīng)相反符號(hào)(+ )的電荷，因此產(chǎn)生與感應(yīng)電荷的 平方成比例的吸引力。射流2在由兩個(gè)電極22、 24產(chǎn)生的力的作用 下乂人其液壓l九跡A偏離，并傾向于朝向電才及20移動(dòng)。
在關(guān)于信號(hào)以及電極22、 24的幾何形狀完全對(duì)稱的該配置中， 靜電作用在射流2中感應(yīng)出電偶才及36,包含在偶極36中的電荷源 自射流2內(nèi)部的正電荷和負(fù)電荷載體(離子)的分離。注意到該電 荷分離現(xiàn)象非常不同于電荷轉(zhuǎn)移^^幾制，其基于乂人噴嘴4 (其中例如 射流2可以連4妾至:t也)到電才及20的感應(yīng)區(qū)i或30的傳導(dǎo)(conduction )。 具體地，如果墨、儲(chǔ)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(jié)果是利用局部電荷使連續(xù)射流2偏轉(zhuǎn)，而沒(méi)有對(duì)全部 射流充電。
顯然地，由于需要的效果是在電極20的感應(yīng)區(qū)域30中實(shí)現(xiàn)射 流的電中性，同時(shí)分離正電荷和負(fù)電荷，所以能夠滿足這兩個(gè)條件 的電極的任何組合(尺寸、電勢(shì)、分布、數(shù)量)也滿足根據(jù)本發(fā)明 的射流段的挑選原則。圖2B示出了一個(gè)實(shí)例，其中一組電極20包 括交^^的電才及22i，其以相反的電勢(shì)處于與電才及24i相同的電勢(shì)；這 些電極通過(guò)絕緣體26來(lái)分離，并優(yōu)選地具有4皮此相同的尺寸和相同 的性質(zhì)。
由于電極之間的補(bǔ)償效應(yīng)，隨著距電極距離的增加，由電極22、 24輻射的電場(chǎng)E很快地趨向于零。例如，對(duì)于在一組電極22、 24 上正弦施加的電勢(shì)1000 V的幅度V。，圖4示出了電勢(shì)V隨著3巨電 極平面28 (x， y)距離的增加(沿z軸)而快速趨向于零，這是因 為在遠(yuǎn)距離處抵償了電極22i、 24i的影響。自然地，對(duì)于其他實(shí)施 例，接近電極組20的電勢(shì)分布可以是不同的，但是輪廓(profile) 和結(jié)果是相似的；與電勢(shì)V成比例的沿z軸的場(chǎng)E的減小典型地遵 從漸減指數(shù)曲線，并且可以限定最大有效靜電激勵(lì)距離dQ,超過(guò)該 距離，場(chǎng)E^艮弱甚至可忽略不計(jì)。
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(gè)噴嘴4位于同 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小于或等于兩個(gè)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(zhuǎn)幅度將減小d《2xH《do (在多個(gè)非行排列的噴嘴 4的情況下，優(yōu)選的是每個(gè)射流2均滿足關(guān)于距電極平面28的分離 距離d的該條件)。
17為了獲得最大偏轉(zhuǎn)效率，電場(chǎng)必須4艮強(qiáng)；電場(chǎng)影響電才及環(huán)境并 產(chǎn)生^爭(zhēng)電沉淀型的問(wèn)題(灰塵和賊沫變得帶電且沉積在導(dǎo)體上)或 者電》茲兼容問(wèn)題。因此，電極上的這種類型的墨收集可以利用本發(fā) 明最小化，這是因?yàn)殡妶?chǎng)仍然限制為盡可能地接近電極，這相應(yīng)地 增加射流偏轉(zhuǎn)的可靠性和再現(xiàn)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(xiǎn)， 利用本發(fā)明通過(guò)電絕緣膜40來(lái)覆蓋電極網(wǎng)絡(luò)20是可能的。由于高 電壓電勢(shì)是可變的，作用在射流2上的力場(chǎng)E不受絕緣體40外表 面上電荷的積聚或消散的干擾(非受控表面電勢(shì))。絕緣體40的厚 度e優(yōu)選地選擇為抗高電壓，即使導(dǎo)電并接地的墨偶然地覆蓋/污染 電介質(zhì)40的表面(在這種情況下，在電介質(zhì)40的厚度e之內(nèi)產(chǎn)生 全部電勢(shì)降)。優(yōu)選地，電介質(zhì)40的厚度e是使得高電壓信號(hào)的幅 度V。和膜40的厚度e之間的比率小于絕緣體40的介電強(qiáng)度。
例如，在一個(gè)^尤選的實(shí)施例中，電才及系統(tǒng)是陶(AL203， 99%) 或FR4 (玻璃纖維織物并膠合到環(huán)氧樹脂矩陣中)襯底的形式。這 些材料本質(zhì)上是電絕緣的并且覆蓋有典型地為鍍金銅的導(dǎo)電軌跡， 以使用影印石版術(shù)來(lái)制造電極。電壓幅度值是VG=800 VRMS且其 頻率為F=70KHz。由具有270V/jum介電強(qiáng)度的二氯對(duì)二曱苯二聚 體制成的絕緣膜40以厚度e=50 ju m被沉積在電極組22、 24上，并 4皮此分離 一個(gè)絕纟彖距離H=300 ju m。
期望對(duì)于射流2的直萃殳部分的傳輸時(shí)間應(yīng)該遠(yuǎn)大于高頻率信號(hào) 震蕩周期1/F,以確保恒定偏轉(zhuǎn)水平并因此最優(yōu)化用于來(lái)自偏轉(zhuǎn)射 流的墨的回收槽的位置。以這種方式，在高電壓信號(hào)的多個(gè)周期1/F 上對(duì)直革殳射流部分2的吸引力進(jìn)4亍積分，并且偏轉(zhuǎn)水平實(shí)際上獨(dú)立 于射流的任意部分進(jìn)入到靜電場(chǎng)E中的進(jìn)入時(shí)刻to，換言之，與在 射流2到達(dá)時(shí)刻的射流的末端處施加在第一電極22,上的電壓無(wú)關(guān)。具體地，電才及網(wǎng)絡(luò)20的長(zhǎng)度L (或者電才及20的感應(yīng)區(qū)域30的 尺寸)大于射流2的速度v與高電壓信號(hào)的頻率F之間的比率，使 得為每個(gè)直段射流部分2施加大量吸引周期。優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)20的長(zhǎng) 度L乘以偏轉(zhuǎn)頻率F與射流2的速度v的比率被選擇為大于5: L.F/v >5。
例如，對(duì)于射流速度v等于10m/s,電極網(wǎng)絡(luò)20的長(zhǎng)度L等于 lmm并且高電壓信號(hào)的頻率F等于100 kHz,射流2受到靜電吸引 力大約20次。
當(dāng)印刷時(shí)，射流2通過(guò)例如施加至產(chǎn)生器1的壓電激勵(lì)器的脈 沖而破碎，并且形成多個(gè)段14。于是將確定待印刷襯底10和槽8 之間的距離的段的偏轉(zhuǎn)幅度還取決于與電極組20的長(zhǎng)度L相比較 的段14長(zhǎng)度1。對(duì)于一個(gè)《長(zhǎng)》段14a (換言之通過(guò)電極的作用區(qū) 30 (1>L))，偏轉(zhuǎn)幅度在射流2的前進(jìn)方向中隨電才及20的感應(yīng)區(qū)域 30的長(zhǎng)度而增加。相反，當(dāng)段14b的尺寸典型地為電極22的高度 h的大小等級(jí)，則不再可能形成偶極36，并且偏轉(zhuǎn)水平幾乎為零。
因此，優(yōu)選地，所述將被偏離的并且不被用來(lái)印刷的射流段14a 的長(zhǎng)度大于或等于電極組20的總高度L;所述將不偏離的并且將形 成液滴12且將,皮用來(lái)印刷的段14b的長(zhǎng)度小于分離兩個(gè)相鄰電^L 22i、 24j的最小距離H。段14的長(zhǎng)度l由分離射流2的兩個(gè)干擾信 號(hào)的間隔給定；例如，其可以作為壓電^b勵(lì)器上的兩個(gè)力永沖之間的 持續(xù)時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。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(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)優(yōu)選地仍然保持在所要求 的范圍內(nèi)U《h)。
有利地，墨的可印刷段14b不帶電荷，換言之儲(chǔ)液器中的液體 連接至地。優(yōu)選地，還將圍繞射流^皮石卒點(diǎn)2在面向噴嘴4的產(chǎn)生器1的輸出處放置屏蔽罩并將其連接至地，以完全遮蔽將被用于印刷 的短,殳14b ^吏其不受電場(chǎng)E的影響。根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)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(guò)在壓電激勵(lì)器上施加短強(qiáng)^K沖來(lái)完成，如在專利 申i青FR05 52758中4苗述的。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可能產(chǎn)生來(lái)自連續(xù)射流并且能夠被印 刷的液滴。與現(xiàn)有沖支術(shù)相比，利用射流偏轉(zhuǎn)進(jìn)行印刷的該原理提供 以下4尤點(diǎn)——在印刷位置之外，設(shè)備的操作幾乎是靜止的射流的激勵(lì) 和收集功能是獨(dú)立的。產(chǎn)生器1的激勵(lì)失敗不能阻止噴墨2被適當(dāng) 地收集；此外，由于射流激勵(lì)器件不是總是由電信號(hào)饋送，因此具 有較長(zhǎng)的壽命和增強(qiáng)的可靠性?！捎诜e聚的污染引起的較差的印刷質(zhì)量或高電壓電路切斷 的危險(xiǎn)被顯著降低(如果沒(méi)有被消除的話)，這使得設(shè)備更加可靠。墨濺沫)的積聚，這不同于當(dāng)電極6以固定電勢(shì)被供電的情況，其 永久地吸？ 1并收集在印刷頭的環(huán)境中存在的帶電污染物。——當(dāng)作用在噴墨2上時(shí)，電極22、 24可以由電介質(zhì)40保護(hù)。 因此電絕緣層40消除了由于意外形成的導(dǎo)電液體橋(污染等)造成 的電極22、 24和接地點(diǎn)之間的短路的危險(xiǎn)。這使得安全性非常好， 并且消除了當(dāng)墨易燃時(shí)很重要的電路切斷設(shè)備的附加成本?！∷㈩^對(duì)出現(xiàn)在絕緣體40上的墨具有很大耐性。這個(gè)優(yōu)點(diǎn) 在開始/停止經(jīng)常引起印刷頭元件污染的射流2序列期間是至關(guān)重要 的。置于絕緣體40上的墨的小滴處于僅輕微干擾偏轉(zhuǎn)場(chǎng)E的浮動(dòng) 電勢(shì)。另一方面，在根據(jù)具有處于恒定電壓的電極6并且其中不可能使用絕緣體40的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，墨滴延伸其獲取電勢(shì)的電極6,局部地加強(qiáng)射流2上的靜電作用，以最終在連接至地的HV電極 之間產(chǎn)生液體橋(短路)?！梢允褂玫蛯?dǎo)電率流體，并且射流2不必連接至地。射流 段14充電的速率取決于射流2中電荷的重新分配(以形成偶極36 ) 并且不再?gòu)牡?通常是噴嘴板4)向高電壓電極的感應(yīng)區(qū)域30轉(zhuǎn)移電荷?！捎谠趪娮?和電極2 0之間射流中缺少電荷的任意移動(dòng)， 因此，可以消除電才及22、 24的高電壓控制信號(hào)(因此射流2偏轉(zhuǎn)) 和射流破石爭(zhēng)信號(hào)(激勵(lì))之間的所有依賴或同步?！梢匀缢谕膩?lái)調(diào)節(jié)射流段14的長(zhǎng)度1。這提供了連續(xù) 改變液滴12的撞擊直徑(impact diameter )的可能，并因此使得可 能印刷具有不同灰度等級(jí)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(shí)間是延伸的，尤其在由偶數(shù)個(gè)電極組成 的組20的情況下，使得由相鄰的一對(duì)電極22i、 24i產(chǎn)生的場(chǎng)E;f皮此 ^卜償并在印刷頭環(huán)境中被消除■可以更容易地遮蔽射流破碎點(diǎn)，并因此避免形成攜帶電荷的衛(wèi)星小滴，并且可以強(qiáng)烈地偏離并干護(hù)G打印l命出，■由槽8產(chǎn)生的墨賊沫引起的小滴和薄霧不帶電并且因此具 有更少的污染物(槽8外面沒(méi)有電吸引)?！δ茉?屏蔽罩16、偏轉(zhuǎn)電極20、槽8)相對(duì)于由噴嘴 4限定的方向位于射流2的相同側(cè)上，并且印刷頭可用于執(zhí)行維護(hù)操作。
權(quán)利要求
1. 一種用于使液體射流(2)偏轉(zhuǎn)的方法，所述方法包括——沿液壓軌跡(A)形成來(lái)自增壓室的以預(yù)定速度(v)從噴嘴(4)輸出的導(dǎo)電液體的射流(2)，——通過(guò)將電勢(shì)施加至沿所述液壓軌跡(A)方向的多個(gè)偏轉(zhuǎn)電極(22，24)的序列，來(lái)產(chǎn)生沿所述液壓軌跡(A)的可變的電場(chǎng)(E)，所述電極彼此隔離并在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度(L)上形成沿電極平面(28)延伸的組(20)，所述電極平面平行于所述液壓軌跡(A)，其中，施加至所述組(20)中的每個(gè)電極(22，24)的電勢(shì)是可變的，并且施加至所述組(20)中的所有電極的電勢(shì)的平均值在時(shí)間和空間上等于零，——利用所述電場(chǎng)(E)，通過(guò)所述射流(2)中的電荷移動(dòng)，使所述射流(2)偏轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述組(20)包括偶數(shù)個(gè) 偏專爭(zhēng)電4及，并且其中，兩個(gè)相鄰電極(22i, 24i)的電勢(shì)的平 均值等于零。
3. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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)小于或等于所述組(20) 的兩個(gè)電極(22， 24)之間的距離(H)的兩倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加至每個(gè)所述偏轉(zhuǎn)電極(22, 24)的電勢(shì)是具有相同頻率(F)的正弦曲線，并且優(yōu) 選地，每個(gè)所述電極在所述電極平面(28)中具有相同的尺寸 (h)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述電極組的長(zhǎng)度(L) 大于噴射速度(v)和所施加的電勢(shì)的頻率(F)之間的比率， 優(yōu)選地L》5'v/F。
7. —種用于使連續(xù)射流(2)的多個(gè)段選擇性偏轉(zhuǎn)的方法，所述 方法包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的使射流偏轉(zhuǎn)的方法，以及將 干擾施加至所述射流(2)，使得所述射流(2)破》f并在所述 可變電場(chǎng)(E)的上游側(cè)的射流破碎點(diǎn)處產(chǎn)生多個(gè)段(14),使 得多個(gè)所述射流段(14 )根據(jù)其長(zhǎng)度(1)被不同地偏離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括屏蔽(16 )所述破碎點(diǎn)處的 所述液壓4九跡(A), -使得所述電場(chǎng)(E)不作用在所述-皮石爭(zhēng)點(diǎn) 上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所產(chǎn)生的多個(gè)段(14 )的 長(zhǎng)度大于在所述液壓軌跡(A)方向上的所述電極組(20)的 長(zhǎng)度(L)，或短于沿所述液壓專九跡(A)方向分離兩個(gè)所述電 才及(22, 24)的尺寸(H)。
10. 根據(jù)權(quán)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(lì)，來(lái)執(zhí)行所述射流(2)的擾動(dòng)。
11. 一種用于產(chǎn)生液滴射流幕的方法，所述方法包括通過(guò)射流(2) 的多個(gè)噴嘴(4)的獨(dú)立同時(shí)的噴射，通過(guò)千擾所述射流(2) 產(chǎn)生多個(gè)段(14),并使用根據(jù)權(quán)利要求7到10中任意一項(xiàng)所述的方法來(lái)選擇性偏轉(zhuǎn)多個(gè)所述段，非偏轉(zhuǎn)段(14b)沿所述 液壓4九跡(A)產(chǎn)生液滴(12)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的產(chǎn)生方法，其中，所述電極(20)產(chǎn) 生為所有所述射流共用的電場(chǎng)和/或屏蔽。
13. —種噴墨印刷方法，包括沿液壓軌跡產(chǎn)生源自射流的液滴，其 中所述液壓軌跡通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求7到12中任一項(xiàng)所述的方 法而相對(duì)于所述射流偏轉(zhuǎn)，以及收集通過(guò)所述電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的多個(gè) 射流段。
14. 一種用于使導(dǎo)電液體的液滴選才奪性偏離的方法，包括——增壓液體的儲(chǔ)液器，包括至少一個(gè)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(xù)射 流(2)的形式噴射，——用于干護(hù)G所述射流(2)并在射流^^卒點(diǎn)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(diǎn)下游側(cè)的多個(gè)偏轉(zhuǎn) 電極(22， 24)，所述電極一個(gè)接一個(gè)地順序放置并在所述液 壓專九跡(A)的方向上^皮jt匕隔離，——將可變電勢(shì)施加至每個(gè)所述電才及(22， 24)的裝置， 該裝置適于使施加至所述電極網(wǎng)絡(luò)(20)的電勢(shì)的平均值在時(shí) 間和空間上等于零，從而通過(guò)將所述電勢(shì)施加至所述電極(20 ) 時(shí)產(chǎn)生的場(chǎng)，4吏所述射流(2)偏離其液壓軌跡(A)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述液壓軌跡(A)和 所述電極網(wǎng)絡(luò)(20)之間的距離小于或等于所述網(wǎng)絡(luò)(20)中 兩個(gè)相鄰電才及之間的距離(H)的兩倍。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，還包括所述電極網(wǎng)絡(luò)(20 ) 上的絕緣膜(40)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述網(wǎng)絡(luò)(20)包括偶 數(shù)個(gè)電極，以及適于在兩個(gè)連續(xù)電才及之間施加具有180。相位 移的電勢(shì)的裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，包括從所述破碎點(diǎn)開始沿所述 射流的軌跡延伸的屏蔽裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，包括能夠產(chǎn)生射流幕的 多個(gè)噴嘴，所述電極組(20)對(duì)于所述射流幕是唯一的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，用于干擾所述射流的所 述裝置包括在每一個(gè)室的水平處的壓電激勵(lì)器。
21. —種印刷頭，包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備以及用于收集 所述偏轉(zhuǎn)射流的墨的裝置。
全文摘要
對(duì)于印刷，使用連續(xù)偏轉(zhuǎn)射流的原理設(shè)備釋放液體的連續(xù)流，該流通過(guò)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并被引導(dǎo)向槽，電場(chǎng)由多個(gè)偏轉(zhuǎn)電極產(chǎn)生。液滴的印刷通過(guò)將連續(xù)射流分裂為多個(gè)段來(lái)完成，該段在偏轉(zhuǎn)電極上游與遮蔽電極相對(duì)形成，使得該段不被偏轉(zhuǎn)并且可以被引導(dǎo)向襯底。偏轉(zhuǎn)電極(22，24)通過(guò)絕緣體(26)分離，并且將可變電勢(shì)施加至每個(gè)電極；整個(gè)電極組的電勢(shì)抵償使射流不帶電。
文檔編號(hào)B41J2/095GK101522424SQ200780037229
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月5日
發(fā)明者布魯諾·巴爾貝 申請(qǐng)人:伊梅杰公司