專利名稱：液體投射方法和實(shí)施該方法的連續(xù)噴墨印刷機(jī)的高分辨率印刷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高精度液體投射方法和實(shí)施該方法的受激連續(xù)噴墨印刷機(jī)的高分辨率印刷裝置。
這種液體投射方法不僅可應(yīng)用于高分辨率印刷的領(lǐng)域。而且還可應(yīng)用于例如對(duì)繪制微型印刷電路所使用的材料進(jìn)行微量下料的領(lǐng)域，或用于施加導(dǎo)電粘結(jié)劑的小滴以將電子元件固定到支架上或按給定的幾何圖形粘結(jié)組合材料粒子的領(lǐng)域。另一種大有前景的應(yīng)用涉及制藥業(yè)中對(duì)化學(xué)的或生物的制劑進(jìn)行微劑量測(cè)量和配藥。
在美國(guó)專利4，068，241中描述的高分辨率印刷機(jī)領(lǐng)域中一種已知的方法是基于叫做“衛(wèi)星滴”的許多小滴的出現(xiàn)，這些小滴來自呈現(xiàn)在主滴的上游或下游處的一根短的墨絲或墨柱，作為導(dǎo)致噴墨的分離或分散的振動(dòng)激發(fā)幅度的函數(shù)。在噴墨偏轉(zhuǎn)之前，按照主滴和衛(wèi)星滴的交替順序噴墨，主滴與衛(wèi)星滴的直徑比值約等于3。然后各衛(wèi)星滴按“二元”的偏轉(zhuǎn)方式偏轉(zhuǎn)，即只有待印制的圖樣的一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的各噴嘴。因此，打印頭與待打印的媒體之間的許多相對(duì)運(yùn)動(dòng)必須遍及一個(gè)給定的表面，而這是一個(gè)缺點(diǎn)。
至于主滴，由于無電荷或少量電荷，因而要靠集槽回收，再循環(huán)到油墨回路中。
此外，這種印刷方法由于對(duì)噴墨的振動(dòng)激發(fā)過程的高靈敏度而具有另一個(gè)缺點(diǎn)，如果不個(gè)別調(diào)整各裝置的機(jī)械特性，很難控制振動(dòng)激發(fā)裝置特性的再現(xiàn)性。
本申請(qǐng)人提交的歐洲專利申請(qǐng)EP0365454描述了一種借助于衛(wèi)星墨滴在振動(dòng)激發(fā)式連續(xù)噴墨印刷機(jī)中實(shí)施的高分辨率印刷方法。
連續(xù)的噴墨被精分成許多基本上等間距和等大小的墨滴Cn。在主墨滴Gn通過各充電電極期間，在某些特定使用噴墨的條件下，施加適當(dāng)?shù)碾妷篤n使得主滴Gn的上游的墨絲分離并因此產(chǎn)生衛(wèi)星滴Sn成為可能。在下一個(gè)主滴Gn+1形成的時(shí)間期間。施加上幅值基本上等于Vn的電壓Vn+1，以使衛(wèi)星滴Sn保留在墨滴Gn和Gn+1之間的噴發(fā)中一段時(shí)間，這段時(shí)間長(zhǎng)得足以使其橫過位于下游的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，并且被偏轉(zhuǎn)到打印媒體上。偏轉(zhuǎn)度不大的主滴就在油墨回路內(nèi)再循環(huán)。
這種方法在實(shí)施中有幾個(gè)缺點(diǎn)。第一個(gè)缺點(diǎn)是，所需使用的噴墨都要求具有特殊的特點(diǎn)的條件。第二個(gè)缺點(diǎn)是衛(wèi)星滴的使用頻度僅為噴流振動(dòng)激發(fā)頻度的1/3，實(shí)際上，由于墨滴Gn+1(其電荷基本上等于墨滴G的電荷)電荷值通常與待打印圖型的點(diǎn)不相對(duì)應(yīng)，因此它本身也產(chǎn)生不用于印制的衛(wèi)星墨滴。再者，所擬用的靜電上的限制，使衛(wèi)星墨滴處在對(duì)偏轉(zhuǎn)精確度不利的一種不穩(wěn)定的均衡狀態(tài)下。再加上這些衛(wèi)星墨滴在充電電極之間經(jīng)過然后才進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，其行程路徑長(zhǎng)度又使這個(gè)問題更嚴(yán)重了。
本發(fā)明的目的是要克服這些缺點(diǎn)，提供一種連續(xù)射流的液體投射的方法，以產(chǎn)生微滴，這不是靠影響激發(fā)幅度或頻率而使射流分離的，而是使用依靠射流中各墨滴之間相互作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用的偏轉(zhuǎn)裝置，除此之外還未使用任何其它的偏轉(zhuǎn)裝置。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明的標(biāo)的物是一種高分辨率投射液體的方法，該方法包括三個(gè)步驟第一步是將液體射流分成許多液滴，液滴在靜電充電裝置附近產(chǎn)生不對(duì)稱于液流軸線的電場(chǎng);第二步是在充電裝置上施加規(guī)定的電壓VM，以在主滴的上游端產(chǎn)生一個(gè)單一的微滴;第三步是在產(chǎn)生該微液滴后立即在主滴上施加低于電壓VM的另一充電電壓VC，以偏轉(zhuǎn)待用的微滴。
本發(fā)明還涉及到在激發(fā)式連續(xù)噴墨印刷機(jī)中實(shí)施上述方法的一種高分辨率印制裝置，該裝置包括加壓油墨容器，具有至少一個(gè)噴嘴，用以在油墨射流軸線的方向上噴發(fā)油墨射流;
振動(dòng)激發(fā)裝置，用以振動(dòng)激發(fā)噴出的油墨射流，以便在與電源電路連接的靜電充電裝置附近得出分離成為墨滴的一個(gè)點(diǎn);
檢測(cè)電路，與一個(gè)用以處理已獲得的信息要素的電路相連接，該檢測(cè)電路安置在電靜電充電裝置充電后的墨滴的附近;
集墨槽，用以回收不用于打印的墨滴，將其引導(dǎo)到總的油墨供應(yīng)回路上;
其中靜電充電裝置包括一個(gè)單一的電極，產(chǎn)生不對(duì)稱于油墨射流軸線的電場(chǎng)。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將參照以下附圖和對(duì)幾個(gè)具體示例性實(shí)施例的描述即可明了。


圖1示出應(yīng)用本發(fā)明方法的振動(dòng)激發(fā)式連續(xù)噴墨印刷機(jī)中印刷裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖;
圖2a是說明本發(fā)明產(chǎn)生微滴過程的示意圖;
圖2b是為產(chǎn)生打印微滴而在主墨滴上施加充電電壓的波形示意圖;
圖3a是本發(fā)明產(chǎn)生和偏轉(zhuǎn)微滴過程的示意圖;
圖3b是本發(fā)明施加在墨滴上的充電電壓的波形圖;
圖4a至圖4c是本發(fā)明的墨滴充電裝置的幾個(gè)實(shí)施例的示意圖。
在各圖中，相同編號(hào)的元件實(shí)現(xiàn)了為獲得相同結(jié)果而設(shè)計(jì)的相同功能。
下面通過在高分辨率印刷機(jī)中的應(yīng)用來說明本發(fā)明的液體設(shè)射法。
圖1示出了高分辨率的連續(xù)噴墨印刷機(jī)中應(yīng)用本發(fā)明方法的印刷裝置的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。
該印刷裝置包括一個(gè)加壓油墨容器3，其上配備一個(gè)噴嘴2，油墨射流1從噴嘴2中射出。諧振電路4在電氣上與調(diào)制電路5連接，振動(dòng)激發(fā)噴出油墨射流1，并且確定分離點(diǎn)6。該分離點(diǎn)附近安置有與電源電路8連接的充電裝置7，該充電裝置具有感應(yīng)不對(duì)稱于油墨射流軸線D的電場(chǎng)的特定特性。為使油墨射流1分成多個(gè)墨滴11的過程始終與充電電壓加到這些墨滴的過程同步，在墨滴通路附近設(shè)了一個(gè)檢測(cè)電路9，與處理所檢到的信息要素的處理電路10相連接。
不用于打印的主墨滴11回收在集墨槽12中，由導(dǎo)管引到總油墨供應(yīng)回路13中。
至于微墨滴14(其產(chǎn)生和偏轉(zhuǎn)方法稍后說明)，它們?cè)诘竭_(dá)打印媒體15之前一直順著各自的軌跡往前走。本發(fā)明的投射法應(yīng)用了羅德瑞利(Lord Raylein)在1992年示范展示出的導(dǎo)電液滴的一個(gè)特性(見Adrian G.Bailey著的《液體的靜電噴涂》科研出版社，1988年版)導(dǎo)電液滴所能接收的電荷量有一個(gè)上限值，這個(gè)極限值叫做瑞利(Rayleigh)極限值，這時(shí)的液滴不受外部的影響。超過此電荷極限值時(shí)，液滴(可以叫做母滴)變得不穩(wěn)定，而且噴射出一滴或多滴的多電量的微滴，其后果是使電荷降到瑞利臨界值以下。
本發(fā)明的方法控制和利用在連續(xù)和振動(dòng)激發(fā)射流的情況下導(dǎo)電液滴的靜電不穩(wěn)定性的現(xiàn)象，其目的在于以完全重復(fù)的方式從母液滴中獲得單一的微液滴流的噴射。
圖2a示出了本發(fā)明的微滴產(chǎn)生過程的示意圖。
在導(dǎo)電液射流1(具體地說為油墨)的分離點(diǎn)6附近，充電電極裝置7產(chǎn)生不對(duì)稱于液射流軸線D的電場(chǎng)，并指定給母滴20、22和24電荷V(該電荷具有規(guī)定的數(shù)值)，從而命名這些母滴中每個(gè)都排放出一個(gè)微滴，與母滴22和24有關(guān)的微滴分別是微滴26和27，這時(shí)來自液滴20的微滴不再是可見的了。與此同時(shí)，主液滴21、23和25不接收電荷，因而母滴22和24與有關(guān)的微滴26和27之間存在的靜電排斥力分別促使微滴26和27很快地分別被不帶電的主滴23和25所捕獲。由于充電裝置7(圖2a中僅為一個(gè)簡(jiǎn)單的電極)幾何形狀引起的不對(duì)稱性，因此就在微滴26后面的主液滴23捕獲微滴26的捕捉點(diǎn)28也略微偏離噴出的油墨射流的軸線D。
圖2b示出了電源電路8傳送到充電裝置7的電壓值。圖2b中，對(duì)著圖2a的各液滴，指定給各液滴的充電電壓值為母滴的VM，給主滴為0。
按照本發(fā)明的方法，用于打印的微滴的偏轉(zhuǎn)是以適當(dāng)?shù)姆绞绞咕o跟在已產(chǎn)生微滴的各母滴后面的主滴帶電而獲得的，這樣的主滴叫做“偏轉(zhuǎn)滴”。實(shí)際上，從施加到偏轉(zhuǎn)滴上的電壓為最小值VC最小開始，該滴與它前面的微滴之間在噴出的油墨射流中產(chǎn)生的靜電排斥力足以使該滴在由充電電極7產(chǎn)生的電場(chǎng)的不對(duì)稱性所限定的方向上從油墨射流軸線D射出。如此獲得的偏轉(zhuǎn)角度的連續(xù)變化可以通過改變施加在偏轉(zhuǎn)滴上的電荷量來得以控制。
如果為獲得打印的微滴的偏轉(zhuǎn)而令偏轉(zhuǎn)滴帶電的電壓是最小電壓VC最小的話，則還存在最大電壓VC最大，超過此最大電壓值時(shí)盡管施加在母滴上的電壓VM高于嚴(yán)格在沒有任何影響下確定的瑞利電壓值，在偏轉(zhuǎn)滴與母滴之間的強(qiáng)烈的靜電相互作用也能防止母滴排放微滴。此外，施加在偏轉(zhuǎn)滴上的電壓VC選取得使其低于瑞利電壓，從而使它們不排放無用的微滴，進(jìn)而使本發(fā)明的方法具有良好的打印速度。
圖3a是打印液滴的產(chǎn)生和偏轉(zhuǎn)過程的示意圖，圖3b是根據(jù)本發(fā)明施加在油墨射流的液滴上的充電電壓值的圖形。
油墨射流1被分離成為多個(gè)主滴30至35。主滴30、32和34充電應(yīng)用大于瑞利電壓的電壓V使它們分別產(chǎn)生微滴36、37和38。這些微滴中的兩個(gè)微滴36和37分別由偏轉(zhuǎn)滴31和33使之偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)滴31和33分別由電壓VC31和VC33充電。由于主滴35不被充電，因而它會(huì)吸收來自主滴34的微滴38?？梢杂^察到，微滴的偏轉(zhuǎn)角與施加到偏轉(zhuǎn)滴的電壓VC有關(guān)。因此，比主滴31的充電電壓VC31高些的主滴33的充電電壓VC33解釋了微滴37的偏轉(zhuǎn)要比微滴36的大的原因。
至于母滴30、32和34、偏轉(zhuǎn)液滴31和33以及未充電的主滴35，由于它們不向打印媒體偏轉(zhuǎn)，因而由集墨槽回收，然后在油墨回路中再循環(huán)。
由此可以看出，往媒體15上一個(gè)規(guī)點(diǎn)的打印需要油墨射流的兩個(gè)墨滴參與下列程序充電電壓高于臨界值VM，以產(chǎn)生打印微滴，然后使充電電壓低于臨界值VC，該值介于VC最大與VC最小之間，以使該打印微滴偏轉(zhuǎn)。
圖4a至4c示出了墨滴充電裝置的幾個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖，充電裝置有三個(gè)不同的幾何形狀，但感應(yīng)出來的電場(chǎng)都不對(duì)稱于油墨射流1的軸線D。
按照?qǐng)D4a的第一實(shí)例，電極呈半圓筒形，其軸線與油墨射流1的軸線D重合。該電極70與射流1之間的靜電作用大，能使印刷機(jī)在低電壓下工作，以供油墨滴充電。按照?qǐng)D4b的第二實(shí)例，電極71具有單個(gè)矩形板的形狀，其縱軸線平行于射流1的軸線D。電極71與射流1之間的靜電作用比上個(gè)實(shí)例的小些，但電極形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造和高密度集成化。
圖4c的第三實(shí)例兼顧了第一種幾何體的效益和第二幾何體的簡(jiǎn)單性。充電電極72由兩半平板在平行于油墨射流軸線D的方向彼此相交而組成。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是能使液滴對(duì)產(chǎn)生遠(yuǎn)比噴嘴直徑小的打印媒體產(chǎn)生影響，因而提高了印刷裝置的精度，從而提高了印刷機(jī)在上述特定情況下的分辨率。
本發(fā)明還可以在其性能相當(dāng)?shù)那闆r下使液體投射系統(tǒng)高度集成化且具有較小的容差。
此外，除噴出的油墨滴之間相互作用所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)外，無需采用另外的偏轉(zhuǎn)裝置，因而本方法可以減少液體噴頭元件的個(gè)數(shù)(有一個(gè)單一的充電電極就足夠了)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，只有打印的微滴對(duì)油墨射流振動(dòng)激發(fā)幅度變化的敏感性低，這是因?yàn)檫@些微滴不是借助對(duì)激發(fā)幅度或頻率的影響導(dǎo)致油墨射流的分離而產(chǎn)生的。
本發(fā)明方法的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是各墨滴能以絲網(wǎng)方式打印。這和現(xiàn)有技術(shù)所述的方法不同，即，單一的油墨射流就能打印出幾行的點(diǎn)，這些點(diǎn)與所述墨滴偏轉(zhuǎn)的調(diào)制相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明具有工業(yè)應(yīng)用的前景。首先，打印微滴的直徑非常小，因而可以設(shè)計(jì)出能用于幾乎達(dá)到照相印刷質(zhì)量所要求的各領(lǐng)域的印刷機(jī)。本申請(qǐng)人制造的初樣的印刷機(jī)業(yè)已用來獲得35微米直徑的噴嘴的、直徑小于10微米的打印微滴。
此外，能夠?qū)γ總€(gè)打印微滴的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行有選擇性地調(diào)制，因而用適當(dāng)?shù)目刂扑惴梢垣@得在形狀復(fù)雜的打印媒體上的優(yōu)質(zhì)印刷。
由于本發(fā)明的打印方法需用少量元件而且簡(jiǎn)單，這可以將它們高密度地集裝成多噴嘴的模塊，因此本發(fā)明也可應(yīng)用于在需要高分辨率和高印刷速度的工業(yè)修飾部門。
本發(fā)明決不局限于所述的幾個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的范圍自然復(fù)蓋了那些按本發(fā)明的精神提出的、在所附權(quán)利要求書的框體范圍內(nèi)的、等同技術(shù)的裝置及其組合。因此，本發(fā)明能夠在幾個(gè)同時(shí)連續(xù)噴發(fā)墨流的印刷裝置中實(shí)施，該墨流是由多個(gè)與同一容器連接的噴嘴噴射出來的。
如前所述，本發(fā)明還可應(yīng)用于印刷電路的繪制，電子元件的組裝或制藥。
權(quán)利要求
1.一種液體投射法，該方法應(yīng)用在振動(dòng)激發(fā)式連續(xù)噴射裝置中，該方法包括第一步驟，將噴嘴噴出的射流在一個(gè)靜電充電裝置附近分離成多個(gè)液滴，該充電裝置供這些液滴充電用，其特征在于，所述方法還包括下列依序的其它步驟在所述靜電充電裝置中產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)不對(duì)稱于來自噴嘴的射流的軸線；在上述的主液滴出現(xiàn)時(shí)，在所述靜電充電裝置上施加高于瑞利電壓的一個(gè)規(guī)定的充電電壓(VM)，在所述主滴上游處產(chǎn)生一個(gè)單一的微滴；及在產(chǎn)生的微液滴后面的主滴上施加另一個(gè)低于電壓VM而且低于瑞利電壓的充電電壓VC，以使待使用的所述微滴偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)射法，其特征在于，用以使所述微滴偏轉(zhuǎn)的充電電壓(VC)，可被幅度調(diào)制，以作為所述微滴朝著所使用的打印媒體前進(jìn)所選取路徑的函數(shù)。
3.在振動(dòng)激發(fā)式連續(xù)噴墨印刷機(jī)中的一種高分辨率印刷裝置，其特征在于，它包括一個(gè)加壓油墨容器，配備有至少一個(gè)噴嘴，用以在油墨射流噴發(fā)軸線的方向上噴射油墨射流;振動(dòng)激發(fā)裝置，用以振動(dòng)激發(fā)噴出的油墨射流，以在與電源電路相連接的靜電充電裝置附近獲取墨滴分離點(diǎn);一個(gè)檢測(cè)電路，與處理電路相連接，該處理電路用以處理已拾到的信息要素，所述的檢測(cè)電路安置在為靜電充電裝置充電過的墨滴附近;和一個(gè)集墨槽，用以回收不用于打印的墨滴;其中所述充電裝置包括一個(gè)單一的電極，產(chǎn)生不對(duì)稱于油墨射流的軸線的電場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，充電電極呈半圓筒形狀，其軸線平行于油墨射流的軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，充電電極呈平板形狀，該平板油墨射流的軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，充電電極采用兩半平板而且彼此在平行于油墨射流軸線的平面內(nèi)相交的形式。
全文摘要
在液體投射法和振動(dòng)激發(fā)式連續(xù)噴墨印刷機(jī)的高分辨率印刷裝置中，油墨射流在靜電充電裝置附近被分成多個(gè)液滴并產(chǎn)生不對(duì)稱于油墨射流軸線的電場(chǎng)。該方法的第一步是在主滴出現(xiàn)時(shí)，往充電裝置上施加高于瑞利電壓的充電電壓V
文檔編號(hào)B41M5/00GK1070610SQ92105518
公開日1993年4月7日 申請(qǐng)日期1992年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月5日
發(fā)明者S·瓦戈 申請(qǐng)人:伊馬治公司