專利名稱：用在連續(xù)噴墨式印刷裝置中借助附加墨滴的高分辨率印刷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在連續(xù)噴墨式印刷裝置中的一種高分辨率的印刷方法，尤其是其中使用被充電控制的附加墨滴印刷的高分辨率的印刷方法。
使用由一調(diào)制系統(tǒng)提供的確定直徑的小墨滴的持續(xù)射流的油墨噴射印字的傳統(tǒng)技術(shù)在于借助一個(gè)合適的電極使小墨滴充上靜電荷，在一個(gè)帶有很大電位差的電極中，可變化的充電墨滴的運(yùn)行路線產(chǎn)生正比于墨滴電荷值的偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)與載體的移動(dòng)相結(jié)合可以用作符號(hào)及字體的距陣式印刷。
在具有連續(xù)噴射式噴墨印刷裝置中，由一個(gè)噴流的噴口加壓并噴射油墨，在其中形成一系列破碎的小墨滴，在該小墨滴上的電荷是可隨之選擇地提供的，這些墨滴被引向一個(gè)印刷載體或引向一個(gè)溝道中。其中一些方法可用來(lái)對(duì)墨滴的形成進(jìn)行控制及使其同步，即使噴口振動(dòng)或利用在噴口前方專門設(shè)置的一個(gè)由壓電陶磁元件激勵(lì)的諧振器引起在噴口高度上油墨壓力的干擾。由于這個(gè)干擾，射流按照干擾頻率破碎成均勻的小墨滴，常常也伴隨有更小的稱之為附加墨滴的小墨滴。
在傳統(tǒng)的印刷裝置中，主墨滴是用于印刷的，而這些附加墨滴的出現(xiàn)應(yīng)受到控制。事實(shí)上，當(dāng)對(duì)墨滴施行充電時(shí)，附加墨滴的電荷密度比主墨滴大得多。如果這個(gè)附加墨滴經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它遭到大的偏轉(zhuǎn)，則結(jié)果是或弄臟了偏轉(zhuǎn)電極使其絕緣損壞，或在印刷載體上印出了干擾墨跡。
公知技術(shù)(參見(jiàn)1979年的“流體物理年鑒”中BOGY的文章)指出，如果確定了油墨的物理特性、噴口、干擾頻率、噴射速度、諧振器裝置及諧振器上施加的激勵(lì)信號(hào)的形狀，則可以利用在諧振器上所加干擾信號(hào)的幅度控制墨滴的形成。特別是也可以利用對(duì)干擾信號(hào)中的幅度的選擇禁止附加墨滴的形成。
在日立公司的美國(guó)專利US4068241中，已描述了一種涉及利用附加墨滴印刷的發(fā)明。根據(jù)該發(fā)明可以用也可不用附加小墨滴進(jìn)行印刷，供給諧振器的信號(hào)幅度對(duì)于墨滴的形成頻率進(jìn)行調(diào)制，以便形成附加墨滴或禁止其形成。所有的墨滴(主墨滴及附加墨滴)在它們形成時(shí)，由于在充電電極上施加了一個(gè)持續(xù)充電電壓而用靜電感應(yīng)進(jìn)行充電，然后它們?cè)谝淮_定的電場(chǎng)中被產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。主墨滴因其電荷密度小其偏轉(zhuǎn)值也小，并被回收到一通道中。附加墨滴因其電荷密度很大故沿大偏轉(zhuǎn)軌道前進(jìn)，并將其墨跡擊中印刷載體。這種技術(shù)在避免使用精密制造的小直徑噴口情況下，使高分辨率的印刷成為可能(附加墨滴及所產(chǎn)生墨跡的尺寸是非常小的)。這也可以擺脫了在其使用時(shí)的噴口堵塞問(wèn)題。
在實(shí)踐中，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)仍存有困難。事實(shí)上，由于正確控制諧振器的生產(chǎn)重復(fù)性有困難，因而利用諧振器提供信號(hào)來(lái)控制附加墨滴的方法是難以實(shí)施的。一般地、須將每個(gè)諧振器進(jìn)行定標(biāo)，以便了解它的機(jī)電效率。再者在充電電極上施加的持續(xù)充電電壓可能導(dǎo)致電解現(xiàn)象以及導(dǎo)致在噴口前方油墨流經(jīng)的孔徑中的腐蝕。
另一方面，利用這種方法的印刷在這樣的意義上是“二元制”的即附加小墨滴或是被印出，或是被禁止而與其余具有同一偏轉(zhuǎn)度的射流一起進(jìn)入溝道中再循環(huán)。為了在一個(gè)大的表面上進(jìn)行印刷，必須在印刷頭與印刷載體之間施行多次相對(duì)位移。也可以并列地設(shè)置多個(gè)噴口，它們的印跡需有相同印刷分辨率，但是這帶來(lái)了在設(shè)置上有困難的微形化問(wèn)題。尤其是，彼此很近的不同噴口的諧振器之間的聲學(xué)耦合一般地會(huì)干擾墨滴的形成并使得附加墨滴的控制非常難以實(shí)行。
本發(fā)明的主要目的在于利用附加的小墨滴進(jìn)行印刷，并能同時(shí)地克服上述的缺點(diǎn)。
在試驗(yàn)探索的指導(dǎo)下，我們強(qiáng)調(diào)了由在充電電極上施加適當(dāng)?shù)某潆婋妷簛?lái)作為產(chǎn)生附加小墨滴的條件。
根據(jù)本發(fā)明，同樣也可以通過(guò)在充電電極上施加適當(dāng)?shù)囊唤M充電電壓與一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用相結(jié)合控制自附加小墨滴形成時(shí)起直至到達(dá)印刷載體止附加小墨滴的軌跡，此外，還可以偏轉(zhuǎn)出一系列朝向載體的不同軌跡的附加小墨滴。于是便如同在傳統(tǒng)使用的主墨滴印刷的印刷裝置中那樣，獲得了相應(yīng)于同一噴口發(fā)出的不同軌跡的印刷點(diǎn)線，而符號(hào)與文字的印刷只需在印刷頭及所述載體間結(jié)合連續(xù)線印刷進(jìn)行一種簡(jiǎn)單的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
以上描述的本發(fā)明的特征以及其它的特征將會(huì)通過(guò)閱讀對(duì)與附圖相關(guān)的實(shí)施例的描述而變得更加清楚，其中附圖為

圖1表示在應(yīng)用本發(fā)明方法的噴墨印刷裝置中一個(gè)印刷頭主要電的及機(jī)械的部件的慨圖;
圖2a至2c在公知技術(shù)中得到的附加墨滴的形成及狀態(tài)慨圖;
圖3表示在未產(chǎn)生附加墨滴的分裂情況中得到的墨滴的形狀慨圖;
圖4a和4b相對(duì)于工作時(shí)間的充電電壓的波形圖，在第一種情況中，產(chǎn)生附加墨滴，在第二種情況中，產(chǎn)生并利用附加墨滴印刷;
圖5a至5e射流的狀態(tài)圖，其上方及下方破碎軌跡相應(yīng)于圖4a中的相繼時(shí)間間隔;
圖6a至6e射流的狀態(tài)圖，其上方及下方破碎軌跡相應(yīng)于圖4b中的相繼時(shí)間間隔;
圖7在三種不同噴射速度時(shí)，形成附加墨滴所需最小充電電壓與諧振器激勵(lì)有效電壓之間關(guān)系的三條曲線;
圖8表示主墨滴及附加墨滴的直徑與噴口直徑之間的關(guān)系的曲線圖，它作為下文中確定參數(shù)的函數(shù)，并在專門條件下作為噴射速度的函數(shù);
圖9應(yīng)用本發(fā)明方法的一個(gè)印刷裝置的功能圖，尤其是表示附加墨滴相對(duì)于主墨滴具有不同的偏轉(zhuǎn)幅度。
在圖1中示出的印刷頭是一種連續(xù)噴射型噴墨印刷頭。它基本上展示了一個(gè)在壓力下由油墨回路3提供油墨及產(chǎn)生一連續(xù)射流J的噴口2。在由調(diào)制電路5供電的諧振器4的振動(dòng)影響下，該連續(xù)射流J在一個(gè)充電電極的中央分割成一系列連續(xù)的小滴。充電電極與一充電電路7相連接。然后小滴經(jīng)過(guò)檢測(cè)器8中，該檢測(cè)器8是用來(lái)例如檢測(cè)小滴速度及相位的檢測(cè)器。該檢測(cè)器8可以作成油墨調(diào)節(jié)裝置的一部分，并且它的功能類型描述在登記號(hào)為8812935的并以本申請(qǐng)人名義提交的專利申請(qǐng)中。帶電的墨滴再被在偏轉(zhuǎn)電極9中維持的恒定電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，沒(méi)有偏轉(zhuǎn)或稍有偏轉(zhuǎn)的墨滴由通道10回收，而其余的繼續(xù)飛向一個(gè)未在圖中示出的記錄載體。被通道10回收的墨滴再循環(huán)到油墨回路3中。
在沒(méi)有電的作用時(shí)，射流變成小滴G的破碎現(xiàn)象是在實(shí)時(shí)明顯地經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)而被證實(shí)的，而形成能夠完全描述這種現(xiàn)象的一種理論則在聚焦方面還留有很大困難，前述的公知技術(shù)特別指出諧振器激勵(lì)信號(hào)幅度，由式λ＝Vjei/f(這里Vjei表示噴流的速度，f表示諧振器激勵(lì)的頻率)確定的干擾波的波長(zhǎng)或在激勵(lì)信號(hào)中出現(xiàn)的各諧波，這些參數(shù)可以導(dǎo)致如圖2中所示的附加小墨滴S的形成。在這些參數(shù)的組合作用下，處于主滴中間的這些附加小滴可能是“快”的，如圖2a所示，這就是說(shuō)它們比主墨滴的速度更快;附加小滴也可能是“慢”的，如圖2b所示，其中它們的速度比主墨滴的速度慢，或者是“無(wú)限”的，如圖2c所示，這時(shí)它們的速度與主墨滴的速度相等。
圖3慨要地示出在傳統(tǒng)印刷裝置上，在最佳運(yùn)行條件下獲得的未破裂的射流形狀，這種傳統(tǒng)裝置是指在其中使用主墨滴G印刷的一種印刷裝置。在斷裂點(diǎn)的前方直接地連接主滴的韌帶狀的墨流x并未引起附加墨滴的形成，但是導(dǎo)致在剛形成的主滴上出現(xiàn)一小尾Y。至少上述參數(shù)(激勵(lì)信號(hào)幅度，激勵(lì)波長(zhǎng)，激勵(lì)信號(hào)中的諧波)中的一個(gè)起作用時(shí)就能獲得該最佳狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在一個(gè)形成中的墨滴Gn上施加適當(dāng)?shù)某潆婋妷篤n，而其余的參數(shù)取與圖3中所示情況相同的值時(shí)，就獲得了一個(gè)附加墨滴Sn的形成。在形成中的墨滴Gn上施加的電壓Vn表示在圖4a的波形圖上，其上持續(xù)的時(shí)間間隔被瞬時(shí)tn、tn+1等所限制，它相當(dāng)于信號(hào)激勵(lì)周期，也就是說(shuō)形成相繼的墨滴Gn、Gn+1等。
在延續(xù)到tn的周期中，它相當(dāng)于形成墨滴Gn，也就是由圖5a表示的狀態(tài)，當(dāng)施加充電電壓Vn(在該所選擇的情況下充電電壓為負(fù))時(shí)，電荷的符號(hào)相反，由圖5a中圖示符號(hào)“+”表示，它們出現(xiàn)在持續(xù)射流J的頂端上。當(dāng)射流斷裂時(shí)，也就是在瞬時(shí)tn后，墨滴Gn被分離出來(lái)并攜帶著電荷，同時(shí)仍保持著沿原軌道前進(jìn)。這種情況表示在圖5b上?？梢宰⒁獾皆谒矔r(shí)tn及tn+1之間未施加充電電壓，在墨滴Gn上攜帶的正電荷使正在形成的墨滴Gn+1上感應(yīng)出相反極性的電荷。在由后文中描述的特征-噴射速度、激勵(lì)信號(hào)的幅度及形狀、所使用的油墨的物理特性所確定的條件下，在墨滴Gn表面出現(xiàn)的電荷中形成的具有足夠排斥力量的墨滴尾部Yn引起了該尾部Yn與墨滴主體Gn之間的斷裂，造成了附加小滴Sn的形成，如圖5c所示。這個(gè)附加小滴Sn在由主滴上保留的正電荷的制約排斥力及墨由墨滴Gn+1攜帶的負(fù)電荷產(chǎn)生的吸力的合力作用下，很快地接近后一墨滴Gn+1，如圖5d所示，并在它產(chǎn)生后的短時(shí)中就與墨滴Gn+1聚合在一起，如圖5e所示。在這種情況下，附加小滴Sn與主滴Gn+1的快速聚合就不可能將附加小滴用來(lái)印刷。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，在應(yīng)用中當(dāng)隨后的墨滴Gn+1形成時(shí)，阻止這種聚合現(xiàn)象發(fā)生，也就是說(shuō)在tn及tn+1瞬時(shí)的中間，加上一個(gè)幅值差不多等于Vn的電壓Vn+1，以便使墨滴Gn+1充上與附加墨滴Sn攜有的電荷極性相同的電荷。電壓Vn+1表示在圖4b中的波形圖上。以同樣的方式、如從圖6c至圖6e中所看到的，附加小滴Sn在射流中在主滴Gn及Gn+1之間保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便穿過(guò)設(shè)在后方的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)而朝向載體飛去。因此附加墨滴Sn印刷的特征在于連續(xù)的幅度差不多相等的充電電壓Vn和Vn+1的兩個(gè)連續(xù)矩形波。控制附加墨滴Sn所必須的電壓Vn+1一般地引起了另一附加墨滴Sn+1的形成，如圖6d所示。其原因和在由圖5所示的附加墨滴Sn的情況中所述的理由相同。然而在主滴Gn+2形成時(shí)，由于缺少電壓Vn+1，該附加墨滴不能用于印刷，因?yàn)樗鼈兣c主滴Gn+2很快地聚合在一起。
盡管附加墨滴的形成與控制過(guò)程的理論分析是非常高深并有局限的，但是該方法試驗(yàn)上的實(shí)施是能重現(xiàn)的。實(shí)施中必須最好使用低粘度的油墨，在3厘泊(centipoises)以下是有利的;大幅度的諧振器的激勵(lì)及相對(duì)提高的射流速度。
在一個(gè)使用了直徑為50微米的噴口、墨滴頻率為83.333KHZ、三角波形的激勵(lì)信號(hào)及粘度為3厘泊的油墨的特定實(shí)施例中，產(chǎn)生附加墨滴所需最小充電電壓Vcmin與諧振器的有效激勵(lì)電壓Vpiezo之間的關(guān)系在圖7中給出。在圖7上給出的曲線C1、C2及C3各自對(duì)應(yīng)于三種射流速度曲線1對(duì)應(yīng)19米/秒，曲線2對(duì)應(yīng)20米/秒，曲線3對(duì)應(yīng)21米/秒。對(duì)于這些不同的射流速度，附加墨滴相對(duì)于主墨滴的相對(duì)尺寸為1/3左右級(jí)別。這些結(jié)果與現(xiàn)今科技著作中發(fā)表的結(jié)果十分吻合(見(jiàn)“流體物理”lafrance P.第18卷，1975年，第428頁(yè))并圖示地給在圖8上。曲線R1及R2分別代表主滴及附加滴的直徑與噴口的直徑之間、根據(jù)由下式確定的參數(shù)K所決定的關(guān)系K＝ (πφB)/(λ)式中φB為噴口的直徑，而λ為干擾波的波長(zhǎng)(λ＝Vjet/f，Vjet表示噴射速度，f表示諧振器的激勵(lì)頻率)。在噴口直徑確定為50微米及振蕩器激勵(lì)頻率為83.333KHZ時(shí)，其關(guān)系同樣地表示在圖8上，相對(duì)于第二橫座標(biāo)即噴射速度，單位為米/秒?？梢则?yàn)證，附加滴尺寸相對(duì)于速度的變化比主滴尺寸相對(duì)于速度的變化更為敏感。這就許可根據(jù)印刷著點(diǎn)的直徑選擇采用的噴射速度。
在給定的充電電壓下，附加滴所走軌道與主滴在其余區(qū)域是不同的。墨滴的偏轉(zhuǎn)實(shí)際上正比于它們直徑平方的倒數(shù)，主滴偏轉(zhuǎn)幅度與附加滴偏轉(zhuǎn)幅度之間的比例大約是1/9。因此這就允許在采用不同的充電電壓下，以多種偏轉(zhuǎn)值使用附加滴印刷，而主滴被通道回收了。這被描繪在圖9上，該圖表示出圖1中印刷頭的主要部件，并用OY表示印刷載體平面。在圖9的下面部分，其波形圖代表相應(yīng)于為了矩形成附加滴Sn，Sn+1及Sn+2而在充電電極6上使用的充電電壓的矩形波。如上所述，所述矩形波相當(dāng)于二個(gè)主滴形成的時(shí)間，而附加滴位于這二個(gè)主滴的中間，即該矩形波寬為激勵(lì)信號(hào)周期的二倍。
本發(fā)明方法的應(yīng)用是比較簡(jiǎn)單的，因?yàn)橹恍鑼?duì)用主墨滴印刷的傳統(tǒng)印刷裝置作少量的改動(dòng)。在傳統(tǒng)印刷裝置中所使用的印刷裝置的某些調(diào)節(jié)與控制方法(充電與相位檢測(cè)的同步，墨滴速度的控制，粘度的調(diào)節(jié)，后二者已被描述在已經(jīng)引證的專利申請(qǐng)8812935中)仍是可用的。只是充電電壓要根據(jù)希望采用主滴還是附加滴印刷而作出改變。
應(yīng)注意到可以考慮一種混合的印刷方法，在其中可以選擇主滴或附加滴方式進(jìn)行印刷。在這樣一種方法中以適當(dāng)?shù)姆绞礁淖兂潆婋妷?，就可以或是引起附加滴的電荷的形?或是不分離出附加滴僅主滴充電，而在使用主滴印刷的情況下，偏轉(zhuǎn)電極中的電壓相對(duì)于用于附加滴的電壓值來(lái)說(shuō)應(yīng)該顯著地增大。
權(quán)利要求
1.用在連續(xù)噴墨式印刷裝置中的借助于附加墨滴的高分辨率印刷方法，其中由一個(gè)噴口(2)噴射的連續(xù)墨射流(J)被一個(gè)破碎裝置(4，5)破碎成差不多等距離及等尺寸的小墨滴，在一個(gè)充電電極(6)中所述小墨滴被選擇地充上靜電，所述小墨滴然后經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電極(9)，在該電極中它們根據(jù)其電荷密度偏轉(zhuǎn)，其特征在于在一個(gè)墨滴(Gn)形成時(shí)通過(guò)在充電電極(6)上施加合適的充電電壓(Vn)，在射流(J)破碎點(diǎn)的下方由所述墨滴(Gn)開(kāi)始形成一個(gè)附加墨滴(Sn)；還在于在墨滴(Gn+1)形成時(shí)在充電電極上施加一個(gè)差不多與充電電壓(Vn)相等的充電電壓(Vn+1)，以禁止已形成的指定用于印刷的附加墨滴與隨后的墨滴(Gn+1)相聚合、直到所述確定用于印刷的附加墨滴在偏轉(zhuǎn)電極(9)中產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)時(shí)為止，對(duì)于充電電壓(Vn)的給定值及充電電壓(Vn+1)的給定值同樣地是根據(jù)作印刷用的所述附加墨滴所需的偏轉(zhuǎn)幅度進(jìn)行選擇的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于為了其實(shí)施，所使用的油墨是一種低粘度的油墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于油墨的粘度為3厘泊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于采用了一個(gè)大的射流速度及一個(gè)大的激勵(lì)信號(hào)幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于利用改變射流(J)的速度改變附加墨滴的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于該方法被使用在與利用主墨滴(Gn)進(jìn)行印刷的印刷方法的結(jié)合中。
全文摘要
在一種印刷裝置中連續(xù)的油墨噴射流在一充電電極(6)中被破碎成墨滴(G)，該充電電極可選擇地充上靜電，所述墨滴再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極(9)中，在所述主墨滴形成時(shí)通過(guò)在充電電極上施加適當(dāng)?shù)碾妷?，由一個(gè)主墨滴開(kāi)始形成一個(gè)附加墨滴(Sn)，并通過(guò)同樣地在所述主墨滴形成時(shí)施加電壓于充電電極上來(lái)阻止剛形成的用于印刷的附加墨滴與隨后的主墨滴的聚合。
文檔編號(hào)B41J2/02GK1042234SQ89108
公開(kāi)日1990年5月16日 申請(qǐng)日期1989年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月18日
發(fā)明者阿倫·杜南德, 艾力克·馬蓋蘭 申請(qǐng)人:伊馬治公司