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)在于借助一個合適的電極使小墨滴充上靜電荷，在一個帶有很大電位差的電極中，可變化的充電墨滴的運行路線產(chǎn)生正比于墨滴電荷值的偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)與載體的移動相結(jié)合可以用作符號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印刷載體或引向一個溝道中。其中一些方法可用來對墨滴的形成進(jìn)行控制及使其同步，即使噴口振動或利用在噴口前方專門設(shè)置的一個由壓電陶磁元件激勵的諧振器引起在噴口高度上油墨壓力的干擾。由于這個干擾，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。事實上，當(dāng)對墨滴施行充電時，附加墨滴的電荷密度比主墨滴大得多。如果這個附加墨滴經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場時，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信號的形狀，則可以利用在諧振器上所加干擾信號的幅度控制墨滴的形成。特別是也可以利用對干擾信號中的幅度的選擇禁止附加墨滴的形成。
在日立公司的美國專利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，供給諧振器的信號幅度對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，由于在充電電極上施加了一個持續(xù)充電電壓而用靜電感應(yīng)進(jìn)行充電，然后它們在一確定的電場中被產(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的噴口堵塞問題。
在實踐中，應(yīng)用這項技術(shù)仍存有困難。事實上，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來控制附加墨滴的方法是難以實施的。一般地、須將每個諧振器進(jìn)行定標(biāo)，以便了解它的機電效率。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位移。也可以并列地設(shè)置多個噴口，它們的印跡需有相同印刷分辨率，但是這帶來了在設(shè)置上有困難的微形化問題。尤其是，彼此很近的不同噴口的諧振器之間的聲學(xué)耦合一般地會干擾墨滴的形成并使得附加墨滴的控制非常難以實行。
本發(fā)明的主要目的在于利用附加的小墨滴進(jìn)行印刷，并能同時地克服上述的缺點。
在試驗探索的指導(dǎo)下，我們強調(diào)了由在充電電極上施加適當(dāng)?shù)某潆婋妷簛碜鳛楫a(chǎn)生附加小墨滴的條件。
根據(jù)本發(fā)明，同樣也可以通過在充電電極上施加適當(dāng)?shù)囊唤M充電電壓與一個偏轉(zhuǎn)電場的作用相結(jié)合控制自附加小墨滴形成時起直至到達(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線，而符號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)行一種簡單的相對運動。
以上描述的本發(fā)明的特征以及其它的特征將會通過閱讀對與附圖相關(guān)的實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印刷頭主要電的及機械的部件的慨圖;
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相對于工作時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中的相繼時間間隔;
圖7在三種不同噴射速度時，形成附加墨滴所需最小充電電壓與諧振器激勵有效電壓之間關(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)明方法的一個印刷裝置的功能圖，尤其是表示附加墨滴相對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的振動影響下，該連續(xù)射流J在一個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)過檢測器8中，該檢測器8是用來例如檢測小滴速度及相位的檢測器。該檢測器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為8812935的并以本申請人名義提交的專利申請中。帶電的墨滴再被在偏轉(zhuǎn)電極9中維持的恒定電場偏轉(zhuǎn)，沒有偏轉(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。
在沒有電的作用時，射流變成小滴G的破碎現(xiàn)象是在實時明顯地經(jīng)過實驗而被證實的，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信號幅度，由式λ＝Vjei/f(這里Vjei表示噴流的速度，f表示諧振器激勵的頻率)確定的干擾波的波長或在激勵信號中出現(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“無限”的，如圖2c所示，這時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)(激勵信號幅度，激勵波長，激勵信號中的諧波)中的一個起作用時就能獲得該最佳狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在一個形成中的墨滴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，就獲得了一個附加墨滴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)的時間間隔被瞬時tn、tn+1等所限制，它相當(dāng)于信號激勵周期，也就是說形成相繼的墨滴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，電荷的符號相反，由圖5a中圖示符號“+”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，也就是在瞬時tn后，墨滴Gn被分離出來并攜帶著電荷，同時仍保持著沿原軌道前進(jìn)。這種情況表示在圖5b上。可以注意到在瞬時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、激勵信號的幅度及形狀、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印刷。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，在應(yīng)用中當(dāng)隨后的墨滴Gn+1形成時，阻止這種聚合現(xiàn)象發(fā)生，也就是說在tn及tn+1瞬時的中間，加上一個幅值差不多等于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之間保持足夠長的時間，以便穿過設(shè)在后方的偏轉(zhuǎn)電場而朝向載體飛去。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，由于缺少電壓Vn+1，該附加墨滴不能用于印刷，因為它們與主滴Gn+2很快地聚合在一起。
盡管附加墨滴的形成與控制過程的理論分析是非常高深并有局限的，但是該方法試驗上的實施是能重現(xiàn)的。實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及相對提高的射流速度。
在一個使用了直徑為50微米的噴口、墨滴頻率為83.333KHZ、三角波形的激勵信號及粘度為3厘泊的油墨的特定實施例中，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各自對應(yīng)于三種射流速度曲線1對應(yīng)19米/秒，曲線2對應(yīng)20米/秒，曲線3對應(yīng)21米/秒。對于這些不同的射流速度，附加墨滴相對于主墨滴的相對尺寸為1/3左右級別。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“流體物理”lafrance P.第18卷，1975年，第428頁)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(λ＝Vjet/f，Vjet表示噴射速度，f表示諧振器的激勵頻率)。在噴口直徑確定為50微米及振蕩器激勵頻率為83.333KHZ時，其關(guān)系同樣地表示在圖8上，相對于第二橫座標(biāo)即噴射速度，單位為米/秒?？梢则炞C，附加滴尺寸相對于速度的變化比主滴尺寸相對于速度的變化更為敏感。這就許可根據(jù)印刷著點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)于二個主滴形成的時間，而附加滴位于這二個主滴的中間，即該矩形波寬為激勵信號周期的二倍。
本發(fā)明方法的應(yīng)用是比較簡單的，因為只需對用主墨滴印刷的傳統(tǒng)印刷裝置作少量的改動。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)電極中的電壓相對于用于附加滴的電壓值來說應(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，其中由一個噴口(2)噴射的連續(xù)墨射流(J)被一個破碎裝置(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)，其特征在于在一個墨滴(Gn)形成時通過在充電電極(6)上施加合適的充電電壓(Vn)，在射流(J)破碎點的下方由所述墨滴(Gn)開始形成一個附加墨滴(Sn)；還在于在墨滴(Gn+1)形成時在充電電極上施加一個差不多與充電電壓(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)時為止，對于充電電壓(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中一個權(quán)利要求的方法，其特征在于采用了一個大的射流速度及一個大的激勵信號幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中一個權(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通過在充電電極上施加適當(dāng)?shù)碾妷海梢粋€主墨滴開始形成一個附加墨滴(Sn)，并通過同樣地在所述主墨滴形成時施加電壓于充電電極上來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B41J2/02GK1042234SQ89108
公開日1990年5月16日 申請日期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 申請人:伊馬治公司