專利名稱：電氣液滴射流發(fā)生器及其調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液體射流形成裝置，即屬于電氣液滴射流發(fā)生器及其調(diào)整方法本發(fā)明可用于印刷裝置，打標(biāo)記裝置和微配劑量與造粒裝置。
電氣液滴射流發(fā)生器用于產(chǎn)生被用來在底板上作出符號或圖形的工作液滴流，或用于獲取液體的規(guī)定微劑量或由于液滴凝固產(chǎn)生的固體顆粒。液流利用噴射器產(chǎn)生，工作液體在壓力作用下流入噴射器中。噴射器帶有一個噴咀，在離噴咀某一距離處，當(dāng)從噴射器噴出之后，液流分散為許多單獨的液滴。為了獲得以一定頻率一個挨一個依次前進(jìn)的滴流，在沿噴射器流動的液流中形成壓力脈動。這些脈動一般是利用安裝在噴射器上的壓電元件產(chǎn)生的。在壓電元件的電極上加上電氣信號，結(jié)果壓電元件輪流受到拉伸和壓縮，引起噴射器的相應(yīng)變形，這種變形就使得沿噴射器流動的液體中產(chǎn)生壓力脈動。這些脈動導(dǎo)致液體流動速度輪流的增大和減小，這就使射流在從噴射器噴出后，在離噴咀的一個不大的距離上分裂成許多液滴。液滴以和液體壓力脈動頻率，因而也是加在壓電元件電極上的信號頻率相等的頻率一個挨一個地依次前進(jìn)。
當(dāng)在印刷裝置和打標(biāo)記裝置中使用電氣液滴射流發(fā)生器時，為了保證液滴落在底板的一定的地方，液滴在從噴咀噴出之后，通過一個充電裝置。這樣，液滴就得到電荷，其大小決定于加在充電裝置上及按一定規(guī)律變化的電壓的大小。然后，帶電荷的液滴落入由加有恒定電壓的兩塊平板組成的恒定電場中。在電場中，帶電荷的液滴偏離其自身的路徑一定角度，該角度大小由液滴電荷的大小決定，並落在底板上，形成符號，圖案等。
已知一種電氣液滴射流發(fā)生器(美國專利3512172)，它包含有一個支承元件和安裝在支承元件上並作成管子形式的噴射器，管子在其一端裝有噴咀，在另一端具有法蘭。在法蘭與支承元件之間，為了將振動傳給管子，在管子上沿縱向安裝有壓電元件。發(fā)生器還裝有壓緊在管子法蘭與支承元件之間的壓電元件的裝置，這些裝置有一個包圍管子的螺母。螺母與管子有螺紋嚙合關(guān)系，並處在支承元件的一端，而壓電元件則處于支承元件的另一端。在壓電元件之間安裝著電極，它與電壓源相連接。
當(dāng)在電極上加入交流電壓時，壓電元件產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這時，所產(chǎn)生的力傳遞至管子法蘭和支承元件上，使位于法蘭和支承元件之間的一部分管子產(chǎn)生變形。這部分管子，根據(jù)壓電元件所產(chǎn)生的力依次拉伸和壓縮，使得在沿噴射器流動的液體中產(chǎn)生壓力脈動。為了保證管子足夠的拉伸，壓電元件應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生相當(dāng)大的力，這個力只有在電壓幅值相對較大的條件下才能得到，這就導(dǎo)致這種發(fā)生器工作時需要較大的能量。這種發(fā)生器很難得到噴射器中液體壓力脈動的大振幅，因為這樣需要保證噴射器的相當(dāng)大的拉伸力，而這只有當(dāng)加在壓電元件上的電壓較大時才可能。壓電元件上的電壓大意味著有大電流通過壓電元件，這會使它發(fā)熱並可能喪失壓電效應(yīng)。此外，壓電元件產(chǎn)生巨大作用力的可能性還受到其機械強度極限的限制。由于在這種發(fā)生器中只可能產(chǎn)生相對較小的液體壓力脈動振幅，因此工作液體形式的選擇非常受限制。此外，相對較小的液體壓力脈動振幅不可能在寬廣的范圍內(nèi)改變噴咀的工作直徑。
當(dāng)在印刷裝置和打標(biāo)記裝置中使用電氣液滴射流發(fā)生器時，液滴生成的最大頻率受到實現(xiàn)液滴充電所必需的時間的限制。充電時間隨著從噴射器噴咀至由該噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點的距離的增大和液體導(dǎo)電性的降低而增加。噴射器中液體壓力脈動振幅相對較小決定了噴射器噴咀與射流分裂地點之間的距離較大，因而就限制了液滴生成的頻率，並減小了印刷速度，使得利用導(dǎo)電性差的工作液體成為不可能。
已知一種電氣液滴射流發(fā)生器的調(diào)整方法(英國專利，A，1347148)，它包括壓緊發(fā)生器噴射器的法蘭和支承元件之間的壓電元件，在壓力作用下將工作液體輸送至噴射器中和將交流電壓加到壓電元件上以便在噴射器中產(chǎn)生工作液體的壓力脈動。在調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器時，要改變加在壓電元件上的電壓頻率，決定噴射器噴咀與從噴射器噴出的射流分裂成液滴的地方之間的距離，並要確定壓電元件上的電壓頻率，通常這個頻率等于上述距離為極小時的共振值，在此共振值下在任何方向上改變頻率都會使上述距離增大。壓電元件的壓緊應(yīng)保證在壓電元件與噴射器法蘭之間為剛性連接，即壓電元件彼此應(yīng)用一個很大的力壓緊，以使噴射器不可能相對支承元件移動。
將發(fā)生器調(diào)整至共振頻率可使發(fā)生器最有效地工作，即在給定的壓電元件電壓幅值的條件下，可保證噴射器中工作液體壓力脈動的振幅最大。此外，在共振頻率下，可使噴射器噴咀與射流分裂點之間的距離減小，如上所述，這將可能提高發(fā)生器的工作頻率，即提高其快速作用性。
由于在根據(jù)已知方法調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器時，在壓電元件，噴射器法蘭和支承元件之間為剛性連接，因此該方法不可能保證在噴射器中液體的壓力脈動有大的振幅。如上所述，這會限制工作液體形式和噴射器噴咀工作直徑的選擇，並降低液滴生成的最大可能的頻率值。
本發(fā)明的基本任務(wù)是創(chuàng)立一種電氣液滴射流發(fā)生器，其壓緊在噴射器法蘭和支承元件之間的壓電元件的方法保證可以在不增大加在壓電元件上的電壓的條件下，提高噴射器中液體的壓力脈動、並建立一種調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器的方法，當(dāng)使用這種方法時，壓緊壓電元件的力，加在壓電元件上的電壓頻率和工作液體壓力選擇得可保證在壓電元件上的電壓幅值為最小及工作液體壓力最低的條件下，發(fā)生器能有效地和可靠地工作，因而可以提高發(fā)生器的快速作用性，減少能量的需求和工作液體的消耗，並可擴大所采用的工作液體和噴射器噴咀直徑的范圍。
所提出的任務(wù)是這樣解決的我們提出了一種電氣液滴射流發(fā)生器，它包含一個支承元件、一個安裝在支承元件中並具有管子形式的噴射器，管子的一端裝有噴咀，另一端具有法蘭，它還包含有安裝在法蘭與支承元件之間，將縱向振動傳遞給管子的壓電元件以及在管子的法蘭和支承元件之間壓緊壓電元件的裝置，該裝置具有一個包圍管子的螺母，根據(jù)本發(fā)明，管子安裝成有可能相對支承元件在縱向移動而壓緊壓電元件的裝置包含有一個彈簧，它包圍管子，在管子的縱軸方向上具有彈性。並且安裝在兩個元件之一的一部分和上述螺母之間，其中一個元件是支承元件，而另一個是管子，而上述螺母則與上述兩個元件中的另一個元件有螺紋嚙合關(guān)系。
當(dāng)這種發(fā)生器工作時，利用壓電元件變形所產(chǎn)生的力將縱向的振動運動傳遞給噴射器，這比在許多已知結(jié)構(gòu)中為使噴射器管子拉伸所需的力小得多。這可以在加于壓電元件上的電壓相對較小的條件下得到在噴射器中液體壓力脈動相對較大的振幅，這可以減少這種發(fā)生器工作時的能量消耗。
因為在相對較小的電壓下即可得到較大的噴射器振動振幅，因此發(fā)生器工作時壓電元件的溫度升高較小，這也可以增加噴射器中液體脈動的振幅。保證大的壓力脈動的可能性使得有可能利用具有各種不同物理性質(zhì)的工作液體，包括表面張力系數(shù)較小和粘度較大的液體，並有可能在寬廣的范圍內(nèi)改變噴咀的工作直徑。
通過增大液體壓力脈動振幅的方法可以減小由噴射器邊緩至射流分裂為液滴的地方的距離，這就有可能使用導(dǎo)電性弱的工作液體，並且可在使用導(dǎo)電性好的液體時提高液滴生成的工作頻率。較高的工作頻率意味著使用發(fā)生器的印刷或打標(biāo)記裝置印刷速度較高。
在本發(fā)明的一個實施方案中，螺母與管子有螺紋嚙合關(guān)系。這樣，彈簧安裝在螺母與支承元件的一端之間，而壓電元件和法蘭安裝在支承元件的另一端。
本發(fā)明的另一個實施方案中，彈簧安裝在法蘭與螺母之間。螺母與支承元件的一部分有螺紋嚙合關(guān)系，而法蘭與園盤安裝在彈簧與支承元件的另一部分之間。
所提出的任務(wù)也可以這樣解決我們提出了一種調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器的方法，它包括壓緊在噴射器法蘭與緊固元件之間的壓電元件，在壓力作用下將工作液體輸送至噴射器中，在壓電元件上加交流電壓以便在噴射器中產(chǎn)生工作液體壓力脈動，改變加在壓電元件上的電壓頻率，決定噴射器噴咀與從該噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點之間的距離以及調(diào)整上述電壓的頻率，使它等于共振值，在共振值的頻率下，在任何方向改變電壓頻率都會使上述距離增加，根據(jù)本發(fā)明，在本方法中，噴射器法蘭與緊固元件之間的壓電元件的壓緊可通過彈性元件實現(xiàn)，可以改變壓電元件壓緊力的大小，並確定這樣一個大小的壓緊力，使得隨著上述力的減小，噴射器噴咀與從噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點之間的距離增加，而隨著上述力或上述振幅的增加，噴射器噴咀與射流分裂成液滴的地點之間的距離保持不變。
所建議結(jié)構(gòu)的電氣液滴射流發(fā)生器的這種調(diào)整方法可以保證相互銜接的壓電元件與噴射器法蘭之間的可靠的有聲的接觸，並同時可以使噴射器相對緊固元件作很大的移動，並還可以在不過份增大加在壓電元件上的交流電壓的幅值的情況下，使噴射器噴咀與射流分裂地點之間的距離最小。
這樣可以保證在壓電元件上的電壓幅值為最小，即能量消耗為最小的條件下發(fā)生器能有效和可靠地工作。
利用彈性元件壓緊壓電元件就決定了存在著幾個沿噴射器流動的液體壓力脈動的共振頻率。如上所指出，共振頻率理解為這樣一個壓力脈動頻率，當(dāng)在任意方向改變它的大小時，噴射器噴咀與射流分裂地點之間的距離增大。
當(dāng)使用導(dǎo)電性好的工作液體時，為了選擇頻率和壓力的最佳值，應(yīng)按下列方式調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器。首先在工作液體最大允許壓力條件下改變加在壓電元件上的電壓頻率，在這個壓力下，決定從噴射器噴出的射流分裂成液滴的頻率最大極限值，從許多頻率值中決定一個最大值作為頻率的工作值，在此數(shù)值下，在任意方向改變頻率的大小都會使噴射器噴咀與從噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點之間的距離增大，該頻率最大值比上述最大極限值小一個量，此量應(yīng)超過在上述最大極限頻率值的30%～40%范圍內(nèi)選擇的一個規(guī)定數(shù)值，確定電壓的頻率，該頻率超過上述頻率的工作值一個量，此量是確定頻率的百分之一，這個份額也就是在最大允許壓力下上述所選擇的規(guī)定數(shù)值占最大極限頻率的份額，在從噴射器噴出的射流停止分裂為液滴之前減小工作液體的壓力，此后，調(diào)整電壓頻率，使之等于頻率的上述工作值。
這種方法可以保證發(fā)生器在可保證有效的和可靠的液滴生成頻率中的一個最大頻率下工作。由于這樣，當(dāng)在印刷和打標(biāo)記裝置中使用它時，可使發(fā)生器的快速作用性提高，印刷速度增大。此外，這種調(diào)整方法可以使壓力調(diào)到最低限度，因而也是使工作液體的消耗達(dá)到最小。
根據(jù)在使用導(dǎo)電性弱的工作液體時，實現(xiàn)發(fā)生器調(diào)整方法的另一方案，工作液體的供給可在最小允許壓力下進(jìn)行，而電壓頻率應(yīng)調(diào)整至等于共振頻率值中一個最小的值。
這種選擇電壓頻率和壓力的方法可以減小從噴射器噴咀至射流分裂成液滴的地點的弱導(dǎo)電性液體的射流長度，並且盡管對工作液體的電阻會增大，這種方法還可以使液滴生成的周期增加到一個可使液滴獲得必要的電荷的數(shù)值。
以下，本發(fā)明將用其實施例並引用附圖來詳細(xì)地說明，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明作出的電氣液滴射流發(fā)生器的縱剖面;
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案作出的電氣液滴射流發(fā)生器的縱剖面;
圖3表示根據(jù)本發(fā)明作出的電氣液滴射流發(fā)生器的頻率特性;
圖4表示壓緊力與從發(fā)生器噴射器噴咀至由該噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點的距離之間的關(guān)系。
根據(jù)圖1，電氣液滴射流發(fā)生器包含一個支承元件1及一個作成管子2形式的噴射器，管子2在其一端裝有噴咀3，而在其另一端裝有法蘭4。管子2和噴咀3相對的一端有螺紋，並安裝在支承元件1的孔中，可以相對支承元件在軸向移動。管子2的螺紋端通過管接頭5與在壓力下輸送工作液體的管道6相連接。
在管子2上，在法蘭4與支承元件1之間，從一端安裝著由壓電材料制成，並作成園盤7形式的壓電元件，其作用是將縱向振動傳給管子2。在園盤7之間安裝著電極8，它與電信號源(圖中沒示出)的輸出端電氣上互相連接，電極的另一輸出端與噴射器的管子2電氣上互相連接。在支承元件1的另一端安裝著壓緊法蘭4和支承元件1之間的園盤7的裝置。
上述裝置包括一個螺母9，它包圍著噴射器的管子2，安裝在管子2的螺紋末端上並與管子有螺紋嚙合關(guān)系。園盤7的壓緊裝置還包括一個安裝在螺母9與支承元件1之間的蝶形彈簧10。彈簧10包圍管子2，並在其縱軸方向具有彈性。
在噴咀3的外面，沿著從噴射器噴出的液體射流的行程安裝著一個園柱形的充電電極11，它與變化的電壓源(圖中未示出)相聯(lián)接。在離電極11某一距離處安裝著兩塊與恒定電壓源(圖中沒示出)相連接的傾斜平板12。當(dāng)使用電氣液滴射流發(fā)生器來印刷或打標(biāo)記時，在傾斜平板12外面放一張紙或其它底板，或者是要打標(biāo)記的產(chǎn)品(圖中沒示出)，液滴通過充電電極11和傾斜平板12產(chǎn)生的電場后落在上述紙或底板或要打標(biāo)記的產(chǎn)品上。當(dāng)把電氣液滴射流發(fā)生器用于造粒過程或微配劑量過程時，不用紙或其它底板，而使用相應(yīng)的接收液滴的容器。在這種情況下可以不安裝電極11和平板12。
圖2表示按照本發(fā)明的另一個實施方案作出的電氣液滴射流發(fā)生器。按照圖2，發(fā)生器包含一個作成園柱形杯13形式的支承元件，它具有杯底13a和杯壁13B。噴射器作成管子14的形式，它的一端裝有噴咀15，另一端裝有法蘭16。管子14安裝在杯13的杯底13a的孔中，可以相對杯底在軸向移動。壓電園盤17安裝在杯13內(nèi)的管子14上，位于同樣處在杯13內(nèi)的法蘭16與杯13的杯底13a之間。在杯壁13B的內(nèi)表面與園盤17和法蘭16的外表面之間安裝著由絕緣材料制成的套筒18。
管子14和噴咀15相對的一端伸出到杯13的杯底13a之外，並借助管接頭19與在壓力作用下輸送工作液體的管道20相連接。在法蘭16與杯13的杯底13a之間的園盤17的壓緊裝置包含一個螺母21，它包圈管子14並位于杯13內(nèi)。在螺母21的外表面上作有螺紋，它與作在杯13的杯壁13B的內(nèi)表面上的螺紋嚙合。園盤17的壓緊裝置還包括一個平板彈簧22，它包圍管子14，安范在螺母21與法蘭16之間，並且在管子14的縱軸方向具有彈性。法蘭16與園盤17位于彈簧22和杯13的杯底13a之間。在園盤17之間安裝有電極23，它通過在杯壁13B與套筒18上的孔與交流電信號(圖中沒示出)電氣上相互連接。當(dāng)使用發(fā)生器來進(jìn)行印刷和打標(biāo)記時，在管子14的噴咀15外面安裝一個與圖1所示的電極11類似的充電電極，而在離電極某一距離處安裝類似于圖1所示的平板12的傾斜平板。也可以使用其他形式的彈簧，例如園柱形彈簧來代替圖1和圖2所示的彈簧10和22。
當(dāng)電氣液滴射流發(fā)生器工作時，工作液體在壓力作用下沿管道6送入裝配好的發(fā)生器中(圖1)，而在電極8上加有交流電壓。當(dāng)利用發(fā)生器進(jìn)行印刷或打標(biāo)記時，在充電電極11上加有按一定規(guī)律變化的直流電壓，而在傾斜平板12上加有恒定電壓以產(chǎn)生恒定電場。當(dāng)交流電壓加到電極8上時，園盤7輪流承受拉伸和壓縮，並作用在法蘭4和支承元件1上。同時，管子2在軸向相對于支承元件1移動，使彈簧10產(chǎn)生變形。當(dāng)壓力元件7拉伸時，管子克服彈簧10的阻力移動，使支承元件1與法蘭4之間的距離略微增加。當(dāng)壓電元件7壓縮時，彈簧10反向移動管子2，使支承元件1與法蘭4之間的距離稍微減小。結(jié)果，管子2在縱向作振動運動，在沿噴射器流動的液體中產(chǎn)生壓力脈動。這些脈動導(dǎo)致工作液流輪流的加速和減速，同時使射流在從噴咀3噴出后分裂成一個挨一個液滴24，以等于加在電極8上的電信號的頻率前進(jìn)。射流分裂成液滴24是在距噴咀3為L的距離上進(jìn)行的，如圖1所示，噴射器振動的振幅，因而也是噴射器中液體壓力脈動的振幅取決于壓電元件7的變形量，該變形量與加在壓電元件上的電壓幅值成正比。由于彈簧10變形所需要的力比噴射器拉伸所需要的力小得多，在不使用彈簧的已知結(jié)構(gòu)中通常會發(fā)生這種拉伸，因此所建議結(jié)構(gòu)的發(fā)生器能更有效得多地工作。即在加到壓電元件7上的電壓相對較小的條件下，可以得到相對較大的液體壓力脈動，這可減小發(fā)生器工作時的電能消耗。另一方面，當(dāng)加到壓電元件上的電壓不超過允許極限時，發(fā)生器更有效地工作可以在噴射器中獲得大得多的液體壓力脈動。
在脫離射流的瞬間，由于加在充電電極11上的電壓的作用，液滴獲得一定的電荷。這個電荷的大小由加在電極11上的電壓決定，並且與液滴的生成同步變化。充電的液滴24以后通過由平板12產(chǎn)生的恒定電場，並且偏離其路徑一定角度，該角度大小由液滴的電荷決定。根據(jù)偏離角度的不同，液滴24落在底板上的某個地方，即底板上液滴的位置最終由加在充電電極11上的電壓大小決定。這樣，液滴在底板上形成符號、圖案等。
液滴24獲得必要的電荷的時間決定于從噴射器的噴咀3至由噴咀3噴出的射流分裂成液滴的地方的距離L和工作液體的單位電阻。距離L越小和液體導(dǎo)電性越高，則液滴越快可以獲得所需要的電荷，因而發(fā)生器的工作頻率及其快速作用性就越高。
由于在所建議的發(fā)生器中可以保證相當(dāng)大的壓力脈動，因此從噴射器噴咀至分裂地點的距離L可以作得很小，這樣就可以減小液滴充電的時間常數(shù)。這就有可能在發(fā)生器工作時采用具有很大單位電阻的工作液體，因為甚至在大電阻情況下，液滴也來得及獲得所需要的電荷。此外，能夠得到較大的液體壓力脈動的可能性使得有可能將粘性液體，以及表面張力系數(shù)較小的液體分裂成液滴。在所建議的發(fā)生器中，可以使用這樣一些粘性的和導(dǎo)電性差的液體，例如油質(zhì)顏料和硝基染料。
獲得較大的液體壓力脈動的可能性還可以在噴咀3的直徑較大的情況下保證將工作液體分裂成液滴。這同時又可能在寬廣的范圍內(nèi)改變噴射器噴咀的直徑。
圖2所示的電氣液滴射流發(fā)生器可按類似的方式工作，只有一點例外，即在其拉伸時，壓電元件17作用在法蘭16和杯13的杯底13a上，這樣使管子14在軸向相對于杯13產(chǎn)生移動。同時，管子14使彈簧22變形，當(dāng)壓電元件17壓縮時，彈簧22反向移動管子14。
當(dāng)使用導(dǎo)電性好的液體時，首先可在送入噴射器的工作液體最大允許壓力下來調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器。這個壓力的大小由發(fā)生器部件的機械強度決定。在調(diào)整過程中，需要決定從噴射器噴咀3至射流分裂成液滴的地點的距離L(圖1)與加在壓電元件7上的電壓頻率之間的關(guān)系。距離L可以肉眼來決定，例如借助頻閃觀測附件裝置和顯微鏡。
在噴射器中液體各種不同的壓力條件下，距離L與加在壓電元件上的電壓頻率f的關(guān)系如圖3所示，圖中水平軸表示頻率值，其單位為千赫，垂直軸表示由噴射器噴咀至射流分裂地點的距離L，其單位為毫米。在改變電壓頻率的過程中，需要決定頻率的最大極限值fmax，它是從噴射器噴出的射流還將分裂成液滴的頻率最大值。當(dāng)頻率超過fmax時，液滴的生成就停止了。還有一個頻率的最小極限值fmin。當(dāng)頻率低于fmin時，液滴生成變得不穩(wěn)定，並與所加電壓頻率不相應(yīng)。
圖3中曲線25表示在最大允許壓力-對于這個結(jié)構(gòu)為0.30兆帕(Mpa)-條件下，根據(jù)本發(fā)明制成的液滴射流發(fā)生器一個具體結(jié)構(gòu)的距離L和頻率f的關(guān)系。頻率的極限值fmin和fmax為18千赫和65千赫。從圖3可看出，距離L與頻率f的關(guān)系由幾個共振頻率值來表征，即在這些頻率值下，在任意方向上頻率的變化都會使噴射器噴咀與射流分裂地點之間的距離L增大，幾個共振頻率的存在是彈簧10的彈性較大決定的。共振頻率值決定于具體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點，而與噴射器中液體的壓力和液體形式無關(guān)，但有一點例外，即隨著由于頻率極限值的減小而產(chǎn)生的壓力降低，可能出現(xiàn)較低的共振頻率，而較高的共振頻率可能超出發(fā)生器的工作范圍。
當(dāng)決定了距離L與頻率的關(guān)系后，可以選擇頻率的工作值f0。一般選擇共振頻率的最大值作為頻率的工作值f0，這個最大值比頻率的最大極限值fmax小一個超過某一給定值的量。這個給定值通常在最大極限頻率fmax的30%～40%范圍內(nèi)選擇，這樣可保證液滴生成的過程足夠穩(wěn)定，因而可保證發(fā)生器工作的可靠性。如上所述，在共振頻率下工作可保證發(fā)生器最有效地工作。從保證發(fā)生器工作可靠性的許多共振頻率中選擇最大值可以使發(fā)生器在快速作用性最大的條件下有效地工作。
例如，假如選擇這個給定值等于最大極限頻率的35%，則在發(fā)生器具有相應(yīng)于曲線25的頻率特性的情況下，工作頻率f0不應(yīng)超過65×0.65＝42千赫。因此，對于這個發(fā)生器，可選擇比42千赫小的共振頻率值中的最大值作為工作頻率f0。根據(jù)曲線25，工作頻率約等于40千赫。
當(dāng)選擇了工作頻率后，可以確定加在壓電元件上的電壓頻率等于頻率f1，f1超過工作值f0一個量，這個量占確定的頻率f1的份額恰好是在最大允許壓力條件下上述選擇好的給定值占最大極限頻率fmax的份額，在給定情況即為35%。這樣，確定的頻率由下式?jīng)Q定f1＝f0+0.35f1，當(dāng)工作頻率值f0等于40千赫時，f1為62千赫。
當(dāng)確定了頻率f1之后，可逐漸減小液體壓力，同時觀察液滴生成過程，確定液滴生成停止的壓力。對于在頻率f1工作的電氣液滴射流發(fā)生器的具體結(jié)構(gòu)，液滴生成過程在0.24兆帕(MPa)壓力下停止(圖3中的曲線26)。然后重新使電壓頻率等于所選擇的工作值f0。這樣，可保證選擇保持穩(wěn)定的液滴生成過程的壓力最小值。在最小壓力下工作可使液體消耗最小。
當(dāng)確定了頻率和壓力之后，可以調(diào)整位于噴射器法蘭4和支承元件1之間的壓電元件7(圖1)的壓緊力，並確定這樣一個壓緊力值使得在該壓緊力下，隨著上述力的減小，噴射器噴咀3與射流分裂地點之間的距離L增大，而隨著該力的增加，距離L保持不變。
通過旋轉(zhuǎn)螺母9和因而改變彈簧10的壓縮量可以調(diào)整壓緊力。
對于電氣液滴射流發(fā)生器的一種具體結(jié)構(gòu)，當(dāng)壓力為0.24兆帕(MPa)及頻率為40千赫時，距離L與夾緊力P的關(guān)系可用圖4所示的曲線27來表征。水平軸表示夾緊力P，單位為牛頓，垂直軸表示距離值，單位為毫米。根據(jù)曲線27，距離L隨著力P的增大而減小從350牛頓開始就中止了，所選擇的夾緊力數(shù)值也將等于這個值。
這種選擇夾緊力的方法一方面可保證在彼此銜接的壓電元件7(圖1)和噴射器法蘭4的表面之間可靠的有聲的接觸，另一方面，可使噴射器作具有最大振幅的振動。
必須注意，雖然這點在圖4上沒有示出、當(dāng)夾緊力P足夠大時(例如超過1000牛頓)，距離L開始重新增大，因為彈簧10(圖1)不再像一個彈性元件一樣工作，在噴射器中液體壓力脈動是由管子2的拉伸和壓縮造成的，而不是管子的振動移動造成的。
于是，當(dāng)這樣調(diào)整發(fā)生器時，可以在液滴生成過程穩(wěn)定和工作液體消耗最小的條件下保證發(fā)生器在高頻下有效地工作。當(dāng)把發(fā)生器用于印刷或打標(biāo)記時，它的工作頻率高就可保證印刷速度高，而當(dāng)把發(fā)生器用于造粒過程或配劑量過程時，高的工作頻率可保證高生產(chǎn)率。
當(dāng)使用導(dǎo)電性弱的工作液體時可在噴射器中最小允許液體壓力的條件下調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器。這個壓力的大小由液滴最小允許飛行速度決定，例如，當(dāng)液滴落在底板上時，由可保證印刷要求質(zhì)量的最小速度決定。在這個壓力下，決定從噴射器噴咀3至射流分裂地點的距離L與加在壓電元件7上的電壓頻率之間的關(guān)系。圖3中曲線28表示在對于一個發(fā)生器具體結(jié)構(gòu)選擇的最小允許壓力0.08兆帕(Mpa)條件下，距離L與電壓頻率的關(guān)系。
由圖3可看出，在這個壓力下，穩(wěn)定的液滴生成過程在頻率fmin1時開始，對于發(fā)生器的一個具體結(jié)構(gòu)，該頻率為12千赫，而頻率特性具有幾個共振頻率。一般選擇共振頻率中的最小頻率作為工作頻率。對于具有相應(yīng)于曲線28的頻率特性的發(fā)生器的一個具體結(jié)構(gòu)，頻率的工作值f01為21千赫。從圖3可看出，隨著共振頻率的減小，距離L的值減小。因此，這種調(diào)整方法可以減小充電過程的時間常數(shù)值，這點對導(dǎo)電性弱的液體特別重要，因為這種液體的巨大電阻決定了充電過程時間常數(shù)大。選擇低的共振頻率作為工作頻率可使液滴生成的周期增加到一個可使弱導(dǎo)電性的液體液滴在通過充電電極11(圖1)時，盡管充電時間常數(shù)較大也可獲得所必須的電荷的值。
壓電元件夾緊力的調(diào)整與上面對導(dǎo)電性好的液體所述的類似。
對于發(fā)生器的一個具體結(jié)構(gòu)，在所選擇的頻率和壓力相應(yīng)為21千赫和0.08兆帕(Mpa)的條件下，距離L與夾緊力P的關(guān)系用圖4的曲線29來表征。根據(jù)曲線29，距離L隨著夾緊力P的增加而減少的狀況，正如在使用導(dǎo)電性好的液體的情況時一樣，從夾緊力等于350牛頓開始即行中止，所選擇的夾緊力就等于這個力。
權(quán)利要求
1.一種電氣液滴射流發(fā)生器，它包括一個支承元件(1)，一個安裝在支承元件(1)中，並作成管子(2)形式的噴射器，管子的一端裝有噴咀(3)，而在其另一端有法蘭(4)，它還包括安裝在管子(2)上，位于法蘭(4)和支承元件(1)之間，用于將軸向振動給管子(2)的壓電元件(7)以及包含一個包圍著管子(2)的螺母(9)的，位于管子(2)的法蘭(4)與支承元件(1)之間的壓緊壓電元件(7)的裝置，其特征為管子(2)有可能在軸向相對支承元件(1)移動，而壓緊壓電元件(7)的裝置包含一個彈簧(10)，它包圍著管子(2)，在管子(2)的縱軸方向具有彈性，並且安裝在兩個元件之一的一部分-其中一個元件是支承元件(1)，另一個元件是管子(2)-和與上述兩個元件中的另一個有螺紋嚙合關(guān)系的上述螺母(9)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電氣液滴射流發(fā)生器其特征為，螺母(9)與管子(2)有螺紋嚙合關(guān)系，從支承元件(1)的一端，彈簧(10)安裝在螺母(9)與支承元件(1)之間，而壓電元件(7)與法蘭(4)位于支承元件(1)的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電氣液滴射流發(fā)生器其特征為，彈簧(22)安裝在法蘭(16)與螺母(21)之間，螺母(21)與支承元件(13)的一部分(13B)有螺紋嚙合關(guān)系，而法蘭(16)與壓電元件(17)配置在彈簧(22)與支承元件(13)的另一部分(13a)之間。
4.一種調(diào)整電氣液滴射流發(fā)生器的方法，它包括壓緊在噴射器(2)的法蘭(4)與支承元件(1)之間的壓電元件(7)，在壓力作用下將工作液體送入噴射器(2)中，將交流電壓加到壓電元件(7)上以便在噴射器中產(chǎn)生工作液體的壓力脈動，改變加在壓電元件(7)上的電壓頻率，決定噴射器(2)的噴咀(3)與從噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點之間的距離(L)並確定上述電壓的頻率，使之等于共振值，在共振值下在任意方向改變頻率都會使上述距離(L)增大，其特征為在噴射器(2)的法蘭(4)與支承元件(1)之間的壓電元件(7)的壓緊是通過彈性元件(10)實現(xiàn)的，改變壓電元件(7)的壓緊力(P)，並確定這樣一個壓緊力(P)，當(dāng)在這個壓緊力下，隨著上述力的減小，噴射器(2)的噴咀(3)與從噴射器噴出的射流分裂成液滴的地點之間的距離(L)增大，而隨著上述力(P)的增大，上述距離(L)保持不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電氣液滴射流發(fā)生器其調(diào)整方法特征為，當(dāng)使用導(dǎo)電性好的工作液體時，首先在工作液體最大允許壓力下改變加在壓電元件(7)上的電壓頻率，在這個壓力下決定頻率的最大極限值(fmax)，這時從噴射器(2)噴出的射流還可分裂成液滴，從頻率的共振值中決定一個最大值作為頻率的工作值(f )，此值比上述最大極限值(fmax)小一個量，該量在上述頻率最大極限值(fmax)的30%～40%范圍內(nèi)超過某一給定值，確定電壓頻率(f1)，它超過上述頻率的工作值(f )一個量，該量占確定頻率(f1)的份額恰好是在最大允許壓力下，上述選擇好的給定值占頻率最大極限值(fmax)的份額，在從噴射器(2)噴出的噴射流分裂成液滴中止的瞬時之前減小工作液體的壓力，此后確定電壓頻率，使之等于頻率的上述工作值(f )。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電氣液滴射流發(fā)生器其特征為，當(dāng)使用導(dǎo)電性弱的工作液體時，應(yīng)在最小允許壓力下輸送工作液體，而確定加在壓電元件(7)上的電壓頻率，使之等于共振頻率值中的最小值。
全文摘要
電氣液滴射流發(fā)生器包括一個支承元件(1)和噴射器(2)，工作液體在壓力作用下送入噴射器中，噴射器(2)內(nèi)液體的壓力脈動是利用借助彈簧(10)壓緊在支承元件(1)和噴射器(2)的法蘭(4)之間的壓電陶瓷圓盤(7)產(chǎn)生的。發(fā)生器的調(diào)整方法包括從保證發(fā)生器最有效的工作條件出發(fā)，對于導(dǎo)電性好的和導(dǎo)電性弱的工作液體選擇圓盤(7)的壓緊力，工作壓力和壓力脈動的工作頻率。
文檔編號G01D15/18GK1048913SQ8910482
公開日1991年1月30日 申請日期1989年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月15日
發(fā)明者維克多·伊萬諾維其·伯澤克夫, 烏拉迪米爾·迪米雷維奇·斯彼雷多夫 申請人:列寧格勒光學(xué)和精密機械學(xué)院