BR112014031129B1 - método para ejetar gotas de líquido - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA EJETAR GOTAS DE LÍQUIDO. Um jato líquido inclui um período fundamental de ruptura de jato. Um período de impressão é definido como N vezes o período fundamental da ruptura do jato, onde N é um inteiro maior que 1. Dados de imagem de entrada são providos, apresentando M níveis por pixel de imagem de entrada, incluindo um nível de não impressão onde M é um inteiro e 2(menor que)M(menor ou igual)N+1. Uma forma de onda de dispositivo de carga, independente dos dados de imagem de entrada, se repete durante períodos de impressão e inclui estados de tensão de gota de impressão e de não impressão. Uma forma de onda de dispositivo de formação de gota, apresentando um período igual ao período de impressão, é selecionada em resposta aos dados de imagem de entrada para formar, a partir das gotas de jato de impressão, apresentando um volume correspondente a um nível de pixel de imagem de entrada. Os dispositivos são sincronizados para produzir uma relação de carga para massa de gota de impressão e uma relação de carga para massa de gota de não impressão em gotas rompendo a partir do jato.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção relaciona-se em geral ao campo de sistemas de impressão controlados digitalmente e, em particular a sistemas de impressão contínua nos quais um fluxo de líquido se divide em gotas, algumas das quais são defletidas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] A impressão a jato de tinta tem se tornado reconhecida como um competidor proeminente na área de impressão eletrônica, digitalmente controlada, devido, por exemplo, a seu não impacto, características de baixo ruído, seu uso em papel comum e o fato de evitar transferência de toner e fixação. Os mecanismos de impressão a jato de tinta podem ser categorizados pela tecnologia como jato de tinta de gotejamento sob demanda (DOD) ou jato de tinta contínuo (CIJ).

[003] A primeira tecnologia, impressão a jato de tinta por “iqVgjcogpVq uqd fgocpfc”, rtqxê iqVcu fg VkpVc swg korceVco uqdtg woc superfície de gravação usando um atuador de pressurização, por exemplo, um atuador térmico, piezelétrico ou eletrostático. Uma tecnologia de gotejamento sob demanda comumente praticada usa atuação térmica para ejetar gotas de tinta de um bocal. Um aquecedor, localizado no ou próximo ao bocal, aquece a tinta suficientemente para ferver, formando uma bolha de vapor que cria pressão interna suficiente para ejetar uma gota de tinta. Esta forma de jato de tinta é comumente denominada “jcVq fg VkpVc Vfitoieq *VIJ+”

[004] A segunda tecnologia comumente referida como impressão a jcVq fg VkpVc “eqpVipwq” (EIJ). wuc woc fopVg fg VkpVc rtguuwtkzcfc rcta produzir um fluxo de tinta de jato líquido contínuo, forçando a tinta, sob pressão, através de um bocal. O fluxo de tinta é perturbado de uma maneira tal que o jato líquido é dividido em gotas de tinta de uma maneira previsível. A impressão ocorre através da deflexão seletiva de alguma das gotas e capturas gotas de tinta que não são destinadas a atingir o meio de impressão. Várias abordagens para defletir seletivamente as gotas têm sido desenvolvidas, incluindo mecanismos de deflexão eletrostática, deflexão de ar e deflexão térmica.

[005] Em uma primeira abordagem de deflexão eletrostática baseada em CIJ, o fluxo de jato líquido é perturbado de algum modo, fazendo com que este se divida em gotas uniformemente dimensionadas a uma distância nominalmente constante, a extensão de ruptura, a partir do bocal. Uma estrutura de eletrodo de carga é posicionada no ponto de ruptura constante, de modo a induzir quantidade de carga elétrica na gota, dependente dos dados, no momento de ruptura. As gotas carregadas são então direcionadas através de uma região de campo eletrostático fixo, fazendo com que cada gotícula seja defletida proporcionalmente a sua carga. Os níveis de carga estabelecidos no ponto de ruptura fazem deste modo com que as gotas se desloquem até uma localização específica sobre um meio de gravação ou a uma calha para coleta e recirculação. Esta abordagem é divulgada por R. Sweet na Patente W0U0"Pq0"507;80497."eqpegfkfc"go"49"fg"Lwnjq"fg"3;93."Uyggv"Ò497"c"ugiwkt " Q"crctgnjq"EKL"fkxwnicfq"rqt"Uyggv"Ò497"eqpukuvka de um jato único, isto é, uma câmara de líquido de geração de gota única e uma estrutura de bocal única. Uma divulgação de uma versão de cabeçote de impressão CIJ utilizando esta abordagem foi também feita por Sweet e outros, na Patente U.S. No. 3.373.439 eqpegfkfc go 34 fg Oct>q fg 1%: UyggV Ò659 c ugiwkt. UyggV Ò659 fguetgxg wo ecdg>qVg fg kortguu«q EKL crtgugpVcpfq woc eâoctc de geração de gota comum que se comunica com uma fileira (um arranjo) de bocais emissores de gota, cada um com seu próprio eletrodo de carga. Esta abordagem requer que cada bocal tenha seu próprio eletrodo de carga, com cada um dos eletrodos individuais sendo fornecido com uma forma de onda elétrica que depende dos dado de imagem a serem impressos. Esta exigência de eletrodos de carga endereçáveis individualmente coloca limites no espaçamento de bocal fundamental e portanto, na resolução do sistema de impressão.

[006] Nas impressoras CIJ convencionais, há uma variação na carga sobre as gotas de impressão, causada por campos eletrostáticos dependentes de dados de imagem, a partir de gotas carregadas vizinhas, na vizinhança da ruptura do jato e campos eletrostáticos a partir de eletrodos adjacentes associados a jatos vizinhos. Estas variações de imagem dependente de dados de entrada são referidas como interferência eletrostática. Katerberg descreveu um método para reduzir as interações de interferência a partir de gotas carregadas vizinhas, provendo calha de guarda de gotas entre gotas de impressão adjacentes para o mesmo jato, na Patente U.S. No. 4.613.871. Entretanto, interferência eletrostática de eletrodos vizinhos limita o espaçamento mínimo entre eletrodos adjacentes e portanto, a resolução da imagem impressa. Então, a exigência de eletrodos de carga endereçáveis individualmente nas impressoras CIJ eletrostáticas tradicionais coloca limites no espaçamento de bocal fundamental e portanto, na resolução do sistema de impressão. Um número de método alternativos tem sido divulgado para superar a limitação no espaçamento de bocal pelo uso de um arranjo de bocais endereçáveis individualmente em um arranjo de bocal e um ou mais eletrodos de carga comuns a potenciais constantes. Isto é obtido controlando a extensão de ruptura de jato em método descritos por Vago e outros, na Patente U.S. No. 6.273.559 e por B. Barbet e P. Henon na Patente U.S. No. 7.192.121. T. Yamada descreveu um método de impressão usando um eletrodo de carga a potencial constante, baseado no volume de gota, na Patente U.S. No. 4.068.241. B. Barbet na Patente U.S. No. 7.712.879 divulgou um mecanismo de carregamento e deflexão eletrostática baseado na extensão de ruptura e tamanho de gota usando eletrodos de carga comuns a potenciais constantes.

[007] Um problema bem conhecido com qualquer tipo de impressora a jato de tinta, seja gotejamento sob demanda ou jato de tinta contínuo, relaciona-se à precisão de posicionamento de ponto. Como é bem conhecido na técnica de impressão de jato de tinta, uma ou mais gotas geralmente são desejadas para serem colocadas dentro de áreas de pixel (pixels) no receptor, as áreas de pixel correspondentes, por exemplo, a pixels de informação compreendendo imagens digitais. Em geral, estas áreas de pixel compreendem um arranjo geral ou hipotético de quadrados ou retângulos no receptor, e gotas de impressão são destinadas a serem colocadas em localizações desejadas dentro de cada pixel, por exemplo, no centro de cada área de pixel, para esquemas de impressão simples ou, alternativamente, em localizações precisas múltiplas dentro de cada uma das áreas de pixel para obter meios tons. Se a colocação da gota é incorreta e/ou sua colocação não pode ser controlada para obter a colocação desejada dentro de cada área de pixel, artefatos de imagem podem ocorrer, particularmente se tipos similares de desvios das localizações desejadas são repetidos em áreas de pixel adjacentes.

[008] Impressão a jato de tinta de alta velocidade e alta qualidade requer que gotas cuidadosamente espaçadas, de volumes relativamente pequenos, sejam direcionadas precisamente ao meio de recepção. Uma vez que gotas de tinta estão usualmente carregadas, há interações de gota a gota entre gotas adjacentes, a partir de bocais adjacentes em uma impressora CIJ. Estas interações podem afetar adversamente a colocação de gota e qualidade de impressão. Em sistemas de impressão CIJ baseados em eletrostática usando arranjos de bocais de alta densidade, uma fonte significativa de erro de colocação de gota sobre um receptor é devida a interações eletrostáticas entre gotas de impressão carregadas adjacentes.

[009] À medida que as gotas percorrem do cabeçote de impressão para o meio de recepção (distância de lançamento) através de uma zona de deflexão eletrostática, o espaçamento relativo entre as gotas varia progressivamente, dependendo da configuração de gotas de impressão. Quando gotas de impressão espaçadas cuidadosamente de bocais adjacentes são similarmente carregadas enquanto viajam pelo ar, interações eletrostáticas farão com que o espaçamento destas gotas de impressão vizinhas adjacentes aumente, à medida que as gotas de impressão viajam na direção do meio de recepção. Isto resulta em erros de impressão que são observados como um espalhamento da configuração de líquido impressa pretendida em uma direção para fora e são denominados erros de afunilamento ou erros de colocação de gota em trilha transversal. Uma vez que erros de afunilamento aumentam com o aumento da distância de lançamento, é requerido que a distância de lançamento seja tão curta quanto possível, o que afeta negativamente as margens de impressão definidas como a separação entre gotas de impressão e gotas de calha.

[0010] Na impressão a jato de tinta, algumas vezes é desejável usar uma técnica de meio tom para melhorar a capacidade de produzir vários níveis de gradação para sombras de tom médio. Meio tom é a técnica reprográfica que simula imagens através do uso de pontos, variando seja em tamanho, em forma ou no espaçamento. Por exemplo, fotografias de tom contínuo preto e branco contém milhões de sombras de cinza. Quando impressas, estas sombras de cinza são convertidas para uma configuração de pontos pretos que simula os tons contínuos da imagem original. Sombras mais claras de cinza consistem de poucos ou menores pontos pretos espaçados distantes. Sobras mais escuras de cinza contém mais pontos pretos ou maiores, espaçados mais próximos. A Patente U.S. No. 7.637.585 por M. Serra e outros descreve uma impressora a jato de tinta com impressão de meio tom de gotejamento sob demanda que forma pontos diferentemente dimensionados sobre o meio, depositando diferentes configurações de gotas adjacentes que se amalgamam nas gotas diferentemente dimensionadas.

[0011] Em impressoras CIJ, tem sido difícil imprimir simultaneamente com gotas dimensionadas diferentes, no sentido de produzir uma imagem multi-tom. Como tal, há uma necessidade em curso de prover um sistema de impressão a jato de tinta contínuo de alta resolução de impressão, que possa produzir gotas dimensionadas diferentes em um meio de gravação, usando um único arranjo de bocal de todos os orifícios de bocal do mesmo tamanho. Há também uma necessidade de prover tal sistema de impressão de um mecanismo de deflexão eletrostática para defletir gotas de impressão selecionadas usando um arranjo de bocal endereçável individualmente e um eletrodo de carga comum, no sentido de prover um projeto simplificado, qualidade de imagem de impressão melhorada e uma margem de impressão melhorada.

SUMÁRIO

[0012] De acordo com um aspecto da presente invenção, um método para ejetar gotas de líquido inclui prover líquido sob pressão suficiente para ejetar um jato de líquido através de um bocal de uma câmara de líquido, com o jato líquido incluindo um período fundamental de ruptura do jato líquido. Um dispositivo de formação de gota é associado ao jato líquido. Um período de impressão é definido como N vezes o período fundamental de ruptura de jato líquido, onde N é um inteiro maior que 1. Dados de imagem de entrada são providos, apresentando M níveis por pixel de imagem de entrada, incluindo um nível e não impressão onde M é um inteiro e 2<M~ N+1. Um dispositivo de carregamento é provido e inclui um eletrodo de carga associado ao jato líquido e uma fonte de potencial elétrico variável entre o eletrodo de carga e o jato líquido. A fonte de potencial elétrico variável provê uma forma de onda ao eletrodo de carga. A forma de onda se repete pelo menos uma vez durante cada período de impressão. A forma de onda inclui um ou mais estados de tensão de gota de impressão e um ou mais estados de tensão de gota de não impressão. A forma de onda é independente dos dados de imagem de entrada.

[0013] O jato líquido é modulado usando o dispositivo de formação de gota para fazer com que, seletivamente, porções do jato líquido se rompam em uma sequência de gotas de impressão e gotas de não impressão viajando ao longo de um caminho inicial, provendo diversas formas de onda ao dispositivo de formação de gota. Cada uma das diversas formas de onda apresenta um período igual ao período de impressão. Cada forma de onda é selecionada em resposta aos dados de imagem de entrada, para formar uma gota de impressão possuindo um volume que corresponde ao nível do pixel de imagem de entrada. Por exemplo, uma forma de onda pode ser selecionada para controlar a temporização da ruptura do jato e formação de gota de gotas de impressão e gotas de não impressão, durante o período de impressão em resposta aos dados de imagem de entrada. O dispositivo de carga e o dispositivo de formação de gota são sincronizados para produzir uma relação de carga para massa de gota de impressão, sobre gotas de impressão, à medida que estas interrompem a partir do jato líquido e para produzir uma relação de carga para massa de gota de não impressão sobre gotas de não impressão à medida que estas rompem a partir do jato líquido. A relação de carga para massa de gota de impressão e relação de carga para massa de gota de não impressão, sendo diferentes quando comparadas uma com a outra. É feito com que pelo menos uma dentre as gotas de impressão e as gotas de não impressão se desviem do caminho inicial usando um dispositivo de deflexão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] Na descrição detalhada do exemplo de realizações da invenção apresentada abaixo, é feita referência aos desenhos que a acompanham, nos quais:

[0015] A Figura 1 é um diagrama em blocos esquemático simplificado de um sistema de jato de tinta contínuo típico, de acordo com a presente invenção;

[0016] A Figura 2 mostra uma imagem de um jato líquido sendo ejetado a partir de um gerador de gota e sua subsequente ruptura em gotas em seu período fundamental vo apresentando um espaçamento de gota n;

[0017] A Figura 3A mostra um exemplo de dados de imagem de entrada de 4 pixel por 4 pixel (Figura 3A) e os correspondentes níveis de pixel de entrada (Figura 3B);

[0018] A Figura 3B mostra níveis de pixel de entrada correspondentes aos dados de imagem de entrada de 4 pixel por 4 pixel mostrados na Figura 3A;

[0019] A Figura 4A mostra as gotas de impressão viajando pelo ar para a configuração 4 por 4 pixel mostrada na Figura 3A;

[0020] A Figura 4B mostra gotas de impressão da configuração 4 por 4 pixel mostrada na Figura 3A, sendo impressas sobre um meio de gravação;

[0021] A Figura 5 mostra a temporização de ruptura de gotas de impressão de vários tamanhos e gotas de não impressão, juntamente com o estado da forma de onda de tensão de eletrodo de carga como uma função do tempo, mostrado em períodos de gota fundamentais;

[0022] A Figura 6 mostra formas de onda de formação de gota típicas como uma função do tempo, usadas gerar eventos de temporização de ruptura mostrados na Figura 5;

[0023] A Figuras 7A-7E mostram um ponto de vista seccional em corte através de um jato líquido de uma realização de um sistema de ejeção de líquido contínuo de acordo com esta invenção, com a Figura 7A mostrando uma condição de não impressão; Figura 7B mostrando impressão de gotas de tamanho 1X; Figura 7C mostrando impressão de gotas de tamanho 2X; Figura 7D mostrando impressão de gotas de tamanho 3X e Figura 7E mostrando impressão de gotas de tamanho 4X;

[0024] A Figuras 8A-8C mostram exemplos de impressão de gotas de vários tamanhos sobre um meio de gravação com a Figura 8A mostrando gotas 1X e 3X; Figura 8B mostrando gotas 1X e 2X; e Figura 8C mostrando gotas 2X e 3X; e

[0025] A Figura 9 mostra um diagrama em blocos de um método de impressão de gota de tamanho variável, de acordo com um exemplo de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0026] A presente descrição será direcionada em particular a elementos fazendo parte ou cooperando mais diretamente com aparelho de acordo com a presente invenção. Deve ser entendido que elementos não mostrados ou descritos especificamente podem assumir várias formas bem conhecidas dos especialistas na técnica. Na seguinte descrição e desenhos, numerais de referência idênticos foram usados, onde possível, para designar elementos idênticos.

[0027] Os exemplos de realizações da presente invenção são ilustrados esquematicamente e não em escala, para maior clareza. Um especialista na técnica será capaz de determinar prontamente o tamanho específico e interconexões dos elementos do exemplo de realizações da presente invenção.

[0028] Conforme descrição aqui, exemplos de realizações da presente invenção provêm um cabeçote de impressão ou componentes de cabeçote de impressão usados tipicamente em sistemas de impressão a jato de tinta. Em tais sistemas, o líquido é uma tinta para imprimir sobre um meio de gravação. Entretanto, outras aplicações estão emergentes, que usam cabeçotes de impressão a jato de tinta para emitir líquidos (diferentes de tintas) que necessitam ser finamente medidos e serem depositados com alta resolução espacial. Como tal, conforme descrito aqui, ou Vgtoqu “níswkfq” g “VkpVc” referem-se a qualquer material que pode ser ejetado pelo cabeçote de impressão ou componentes de cabeçote de impressão descritos abaixo.

[0029] Geradores de gota de jato de tinta contínuo (CIJ) baseiam-se na física de um jato fluido não forçado, primeiramente analisado em duas fkogpuõgu rqt H0T0U0 *Nqtf+ Tc{ngkij, “KpuVcdükV{ qh jgVu”, Rtqeo Nqpfqp Math. Soc. 10(4), publicado em 1878. A análise de Lorde Rayleigh mostrou que líquido sob pressão, P, fluirá através de um orifício, o bocal, formando um jato líquido de diâmetro dj, movendo-se a uma velocidade vj. O diâmetro do jato dj é aproximadamente igual ao diâmetro efetivo do bocal dn e a velocidade do jato é proporcional à raiz quadrada da pressão do reservatório P. A análise de Rayleigh mostrou que o jato romperá naturalmente em gotas de tamanhos variáveis, com base nas ondas de superfície que apresentam comprimentos de onda n mais longos que rdj, isto é, n > rdj. A análise de Rayleigh também mostrou que comprimentos de onda de superfície particulares se tornarão dominantes se iniciados a uma magnitude grande o dcuVcpVg. fguVg oqfq "estimulando” q jcVq c rtqfwzkt iqVcu fg Vcocnhq úpkeq. Geradores de gota de jato de tinta contínuo (CIJ) tipicamente empregam um processo físico periódico, woc cuuko ehcocfc “rertwtdc>«q” qw “euVkownc>«q” swg Vgo q gfekVq fg guVcdgngegt woc qpfc fg uwrgtfíekg dominante, particular, sobre o jato. A estimulação resulta no rompimento do jato em gotas de dimensão única sincronizadas com a frequência fundamental da perturbação. Foi mostrado que a eficiência máxima da ruptura do jato ocorre em uma frequência ótima Fopt o que resulta no tempo mais curto para ruptura. Na frequência ótima Fopt (frequência de Rayleigh ótima) o comprimento de onda n da perturbação é aproximadamente igual a 4,5dj. A frequência na qual o comprimento de onda da perturbação n é igual a rdj é chamada frequência de corte de Rayleigh, FR, uma vez que perturbações do jato líquido a frequências mais altas que a frequência de corte não chegarão a fazer com que uma gota seja formada.

[0030] O fluxo de gota que resulta de aplicar estimulação de Rayleigh será referido aqui como criando um fluxo de gotas de volume predeterminado. Embora em sistemas CIJ da técnica anterior as gotas de interesse para imprimir ou depositar camada padronizada fossem invariavelmente de volume unitário, será explicado que, para as invenções atuais, o sinal de estimulação pode ser manipulado para produzir gotas de múltiplos predeterminados do xqnwog wpkVátkOo Fcí. c htcug “flwzou fg iqVcu fg xqnwogu rtgfgVgtmipcfou” ser inclusiva de fluxos de gotas que são fracionadas em gotas, todas apresentando um tamanho ou fluxos fracionados em gotas de volumes diferentes planejados.

[0031] Em um sistema CIJ, algumas gotas, usualmente denominadas “ucVfilkVgu”, owkVq ogpqtgu go xqlwog swg q xqlwog wpkvátkq rtgfgVgtokpcfq, podem ser formadas como golas de fluxo em um ligamento fino de fluido. Tais satélites podem não ser totalmente previsíveis ou podem nem sempre mesclar com uma outra gota de uma formas previsível, deste modo alterando ligeiramente o volume de gotas pretendido para impressão ou padronização. A presença de gotas satélite pequena, imprevisível é, entretanto, sem consequências para a presente invenção e não é considerada para evitar o fato de que tamanhos de gotas foram predeterminados pelos sinais de energia de sincronização usados na presente invenção. Gotas de volume predeterminado possuem, cada uma, uma porção associada da forma de onda de formação de gota responsável pela criação da gota. Gotas satélite não possuem uma porção fkuVkpVc fc fotoc fg qpfc tgurqpuáxgl rqt uwc etkc>«qo GpV«o. c htcug “xqlwog rtgfgVgtokpcfq” eqpfotog wucfc rctc fguetgxgt c rtgugpVg kpxgp>«q. fgxgtkc ser entendida para compreender que alguma pequena variação no volume de gota em relação a um valor alvo planejado pode ocorrer devido à formação de gota satélite imprevisível.

[0032] Um sistema de impressão a jato de tinta contínuo 10 é ilustrado na Figura 1 e a Figura 2 mostra uma imagem de um jato líquido 43 sendo ejetado a partir de um gerador de gota único de um cabeçote de impressão 12 e sua subsequente ruptura em gotas 35 e 36 em seu período fundamental vo apresentando um espaçamento de gota adjacente n. O sistema de impressão a jato de tinta contínuo 10 inclui um reservatório de tinta 11 que bombeia continuamente tinta em um cabeçote de impressão 12, também chamado ejetor de líquido ou gerador de gota, para criar um fluxo contínuo de gotas de tinta. O sistema de impressão a jato de tinta contínuo 10 recebe dados de processamento de imagem digitalizada de uma fonte de imagem 13 tal como um digitalizador, computador ou câmera digital ou outra fonte de dados digital que provê dados de imagem de varredura, dados de imagem de contorno na forma de uma linguagem de descrição de página ou outras formas de dados de imagem digital. Os dados de imagem a partir da fonte de imagem 13 são enviados periodicamente a um processador de imagem 16. O processador de imagem 16 processa os dados de imagem e inclui uma memória para armazenar dados de imagem. O processador de imagem 16 é tipicamente um processador de imagem de varredura (RIP), que converte os dados de imagem recebidos em dados de impressão, um bitmap de pixels para imprimir. Os dados de impressão são enviados a um controlador de estimulação 18 que gera formas de onda de estimulação 55; configurações de pulsos de estimulação elétrica variáveis no tempo para provocar um fluxo de gotas para formar a saída de cada um dos bocais no cabeçote de impressão 12, como será descrito. Estes pulsos de estimulação são aplicados em um instante apropriado e a uma frequência apropriada ao(s) dispositivo(s) de estimulação 59 associados a cada um dos bocais 50 com amplitudes apropriadas, ciclos de trabalho e temporizações para fazer com que gotas 35 e 36 sejam rompidas a partir do fluxo contínuo 43. O cabeçote de impressão 12 e o mecanismo de deflexão 14 trabalham cooperativamente no sentido de determinar se gotículas de tinta são impressas sobre um meio de gravação 19 na posição apropriada designada pelos dados na memória de imagem, ou defletidas e recicladas através da unidade de reciclagem de tinta 15. O meio de gravação 19 é também chamado um receptor e é comumente composto de papel, polímero ou algum outro substrato poroso. A tinta na unidade de reciclagem de tinta 15 é direcionada de volta ao reservatório de tinta 11. A tinta é distribuída sob pressão à superfície posterior do cabeçote de impressão 12 por um canal de tinta que inclui uma câmara ou plenum formado em um substrato tipicamente construído de silício. Alternativamente, a câmara poderia ser formada em uma peça única à qual o substrato de silício é anexado. A tinta preferivelmente flui da câmara através de fendas e/ou orifícios depositados através do substrato de silício do cabeçote de impressão 12 até sua superfície frontal, onde diversos bocais e dispositivos de estimulação estão situados. A pressão de tinta adequada para operação ótima dependerá de um número de fatores, incluindo geometria e propriedades térmicas dos bocais e propriedades térmicas e dinâmicas de fluidos da tinta. A pressão de tinta constante pode ser obtida aplicando pressão ao reservatório de tinta 11, sob controle do regulador de pressão de tinta 20.

[0033] O RIP ou outro tipo de processador 16 converte os dados de imagem para uma imagem de página de imagem mapeada por pixel, para impressão. Dados de imagem podem incluir dados de imagem brutos, dados de imagem adicionais gerados a partir de algoritmos de processamento de imagem para melhorar a qualidade das imagens impressas e dados a partir de correções de colocação de gota, que podem ser geradas a partir de muitas fontes, por exemplo, a partir de medições de erros de direção de cada bocal no cabeçote de impressão 12, como é bem conhecido dos especialistas na técnica de caracterização de cabeçote de impressão e processamento de imagem. A informação sobre o processador de imagem 16 podem então ser consideradas representando uma fonte geral de dados para ejeção de gotas, tais como localizações desejadas de gotículas de tinta a serem impressas e identificação daquelas gotículas a serem coletadas para reciclagem.

[0034] Durante a impressão, o meio de gravação 19 é movido em relação ao cabeçote de impressão 12 por meio de diversos roletes de transporte 22 que são eletronicamente controlados pelo controlador de transporte de mídia 21. Um controlador lógico 17, preferivelmente baseado em microprocessador e adequadamente programado como é bem conhecido, provê sinais de controle para cooperação do controlador de transporte de mídia 21 com o regulador de pressão de tinta 20 e controlador de estimulação 18. O controlador de estimulação 18 compreende uma ou mais fontes de forma de onda de estimulação 56 que geram formas de onda de formação de gota em resposta aos dados de impressão e provêm ou aplicam as formas de onda de estimulação 55, também chamadas formas de onda de estimulação, para o(s) dispositivo(s) de estimulação 59, também chamados dispositivo(s) de formação de gota 59 associados a cada bocal 50 ou jato líquido 43. Em resposta aos pulsos de energia das formas de onda de estimulação aplicadas, o dispositivo de formação de gota 59 perturba o fluxo de líquido contínuo 43, também chamado um jato líquido 43, para fazer com que gotas de líquido individuais rompam a partir do fluxo líquido. As gotas rompem a partir do jato líquido 43 a uma distância BL a partir da placa do bocal. A informação no processador de imagem 16 então pode ser dita como representando uma fonte geral de dados para formação de gota, tais como localizações desejadas de gotículas de tinta a serem impressas e identificação daquelas gotículas a serem coletadas para reciclagem.

[0035] Pode ser verificado que diferentes configurações mecânicas para controle de transporte de receptor podem ser usadas. Por exemplo, no caso de um cabeçote de impressão de largura de página, é conveniente mover o meio de gravação 19 após um cabeçote de impressão 12 estacionário. Por outro lado, no caso de um sistema de impressão do tipo varredura, é mais conveniente mover um cabeçote de impressão ao longo de um eixo (isto é, uma direção de varredura principal) e mover o meio de gravação ao longo de um eixo ortogonal (isto é, uma direção de sub varredura) em movimento de varredura relativa.

[0036] Pulsos de formação de gota são providos pelo controlador de estimulação 18 que pode ser geralmente referido como um controlador de gota e são, tipicamente, pulsos de tensão enviados ao cabeçote de impressão 12 através de conectores elétricos, como é bem conhecido na técnica de transmissão de sinal. Entretanto, outros tipos de pulso, tais como pulsos ópticos, podem também ser enviados ao cabeçote de impressão 12, para fazer com que gotas de impressão e não impressão sejam formadas em bocais particulares, como é bem conhecido nas técnicas de impressão a jato de tinta. Uma vez formadas, gotas de impressão viajam através do ar até um meio de gravação e posteriormente incidem sobre uma área de pixel particular do meio de gravação ou são coletadas por um captador, como será descrito.

[0037] Referindo-se à Figura 2, o sistema de impressão tem associado a ele um cabeçote de impressão que é operável para produzir, a partir de um arranjo de bocais 50, todos do mesmo diâmetro, um arranjo de jatos líquidos 43. Associados a cada jato líquido 43 estão um dispositivo de formação de gota 59 e uma fonte de forma de onda de formação de gota 56 que fornece uma forma de onda de estimulação 55, também chamada uma forma de onda de formação de gota, ao transdutor de formação de gota. O dispositivo de formação de gota 59, comumente chamado um transdutor de formação de gota ou um transdutor de estimulação de gota, pode ser de qualquer tipo adequado para criar uma perturbação no jato líquido, tal como um dispositivo térmico, um dispositivo piezelétrico, um atuador MEMS, um dispositivo eletrohidrodinâmico, um dispositivo óptico, um dispositivo eletroestritivo, e combinações destes. Dependendo do tipo de transdutor usado, o transdutor pode ser localizado dentro ou adjacente à câmara de líquido que fornece o líquido aos bocais, para atuar sobre o líquido na câmara de líquido, estar localizado dentro ou imediatamente em torno dos bocais para atuar sobre o líquido à medida que este passa através do bocal, ou localizado adjacente ao jato líquido para atuar no jato líquido após este ter passado através do bocal. A fonte de forma de onda de formação de gota 56 fornece uma forma de onda de formação de gota apresentando uma frequência fundamental fo e um período fundamental de vo = 1/ fo para o transdutor de formação de gota, que produz uma modulação com um comprimento de onda n no jato líquido. A modulação cresce em amplitude para fazer com que porções do jato líquido se rompam em gotas. Através da ação do dispositivo de formação de gota, uma sequência de gotas é produzida em uma frequência fundamental fq com um período fundamental de vq = 1/ fq. Tipicamente, a frequência fundamental fq para um cabeçote de impressão é escolhida para ser aproximadamente igual à frequência de Rayleigh ótima Fqpt .

[0038] Na Figura 2, um jato líquido 43 rompe em gotas com um período regular na localização de ruptura 32, que é uma distância BL a partir do bocal 50. A distância entre um par de gotas sucessivas 35 e 36 é essencialmente igual ao comprimento de onda n do jato líquido. O par de gotas sucessivas 35 e 36 que rompe a partir do jato líquido forma um chamado par de gota 34, cada par de gota apresentando uma primeira gota e uma segunda gota. Então, a frequência de formação do par de gota 34, comumente chamada a frequência do par de gota fp é dada por fp = fq/2 e o período do par de gota correspondente é vp = 2vo. Usualmente, a frequência de estimulação de gota dos transdutores de simulação para o arranjo inteiro de bocais 50 em um cabeçote de impressão é a mesma para todos os bocais no cabeçote de impressão 12.

[0039] É também mostrado na Figura 2 um dispositivo de carga 83 compreendendo eletrodo de carga 44 e fonte de tensão de carga 51. A fonte de tensão de carga 51 provê uma fonte para variar o potencial elétrico entre o eletrodo de carga e o jato líquido. A fonte para variar o potencial elétrico provê uma forma de onda de eletrodo de carga 97 para o eletrodo de carga, que controla o sinal de tensão aplicado ao eletrodo de carga. A forma de onda do eletrodo de carga repete pelo menos uma vez durante cada período de impressão (ver definição abaixo), e a forma de onda inclui um ou mais estados de tensão de gota de impressão e um ou mais estados de tensão de gota de não impressão. A forma de onda do eletrodo de carga é também independente dos dados de imagem de entrada. O eletrodo de carga 44 é associado ao jato líquido e é posicionado adjacente ao ponto de ruptura 32 do jato líquido 43. Quando uma tensão não nula é aplicada ao eletrodo de carga 44, é produzido um campo elétrico entre o eletrodo de carga e o jato líquido aterrado eletricamente. O acoplamento capacitivo entre o eletrodo de carga e o jato líquido aterrado eletricamente induz uma carga líquida na extremidade do jato líquido eletricamente condutor. (O jato líquido é aterrado por meio de contato com a câmara de líquido do gerador de gota aterrado). Se a porção de extremidade do jato líquido rompe para formar uma gota enquanto houver uma carga líquida na extremidade do jato líquido, a carga daquela porção de extremidade do jato líquido é capturada na gota recém formada. Quando o nível de tensão no eletrodo de carga é modificado, a carga induzida no jato líquido varia devido ao acoplamento capacitivo entre o eletrodo de carga e o jato líquido. Daí, a carga nas gotas recém formadas pode ser controlada variando o potencial elétrico no eletrodo de carga.

[0040] No sentido de imprimir uma imagem multi-tom usando a presente invenção, os dados de imagem de entrada necessitam ser convertidos para uma imagem multi-nível correspondendo ao número de níveis que devem ser impressos. Utilizar codificação de 2 bits permite três diferentes tamanhos de gota de impressão e não impressão com 00 correspondendo a branco, 01 correspondendo a um primeiro cinza, 10 correspondendo a um segundo cinza e 11 correspondendo a preto. Utilizar codificação de 3 bits permite 7 diferentes tamanhos de gota de impressão e não impressão com 000 correspondendo a branco e 001 - 110 correspondendo a 6 diferentes densidades de cinza e 111 correspondendo a preto. Em geral, todos os diferentes níveis não precisam ser utilizados, uma vez que a geração de gotas maiores reduz a velocidade de impressão máxima. Imprimir uma gota de N vezes o volume de gota de impressão fundamental requer um intervalo de tempo de N vezes o período de gota de impressão fundamental para gerar uma gota daquele tamanho. Na prática desta invenção, é provido um período de impressão de duração de tempo N vezes o período fundamental do jato líquido rompido, onde N é um inteiro maior que 1.

[0041] Ao praticar a invenção, são providos dados de imagem de entrada apresentando M níveis por pixel de imagem de entrada onde M é um inteiro e 2>M~N+1. Um dos M níveis é um nível de não impressão ou um nível de branco. Os M níveis resultam em diferentes sombras de luminosidade e escuridão ou multi-tons, quando impressos no meio de gravação. Figura 3A mostra um exemplo de dados de imagem de entrada de 4 pixel por 4 pixel que usam um total de 5 níveis, incluindo não impressão (branco) (decimal 0), 3 níveis de cinza (decimal 1, 2 e 3) e preto (decimal 4). Figura 3B mostra os níveis de pixel de entrada correspondentes mostrados em notação decimal. No sentido de criar uma imagem de 5 níveis, é requerida codificação de 3 bits. Usualmente, o branco decimal 0 corresponderia ao binário 000 e decimal 4 ou binário 100 na codificação de 3 bits corresponderia a preto.

[0042] A Figura 4A mostra as gotas de impressão viajando pelo ar após as gotas de não impressão serem defletidas e capturadas por um coletor para a configuração de 4 pixel por 4 pixel mostrada na Figura 3, supondo que o fundo da imagem seja gerado primeiro. A direção de fluxo do jato líquido é indicada pelas setas 26. As gotas de impressão de tamanhos diferentes sendo 1X, 2X, 3X e 4X são mostradas como 35, 37, 30 e 31, respectivamente. F 4B mostra a configuração de gota impressa resultante na mídia de gravação produzida pelas gotas viajando no ar na Figura 4A, a partir dos dados de imagem de entrada da Figura 3. Na Figura 4B, os contornos de pixel são representados por linhas sombreadas 62. Os pixels não impressos ou pixels brancos são representados por 53. A gota impressa 1X é representada por 46, a gota impressa 2X é representada por 45, a gota impressa 3X é representada por 42 e a gota impressa 4X é representada por 49. À medida que N aumenta, o tamanho das gotas impressa aumenta, resultando em uma densidade média de impressão aumentada, quando vista por um observador.

[0043] A dinâmica de formação de gota, de gotas formadas a partir de um fluxo de líquido sendo lançado de um bocal de jato de tinta, pode ser variada alterando as formas de onda aplicadas ao respectivo transdutor de formação de gotas associado a um orifício de bocal particular. Modificar pelo menos um dentre a amplitude, ciclo de trabalho ou temporização relativa a outros pulsos na forma de onda ou em uma sequência de formas de onda, pode alterar a dinâmica de formação de gota de um orifício de bocal particular. No sentido de praticar esta invenção, é desejável que as gotas formadas de vários volumes, rompidas a aproximadamente à mesma distância BL do arranjo de bocal. As formas de onda de formação de gota e temporização de ruptura para formar gotas de vários volumes variando de 1-4 vezes o volume de gota fundamental são descritas nas Figuras 5 e 6.

[0044] A Figura 5 mostra um exemplo de diagrama de temporização mostrando a temporização de ruptura de gotas de impressão e gotas de não impressão de vários tamanhos, juntamente com o estado de forma de onda e tensão de eletrodo de carga com uma função do tempo medido em períodos de formação de gota fundamentais para um único período de impressão que tem a duração de 4 períodos de formação de gota fundamentais. A forma de onda de eletrodo de carga 97 mostrada é uma forma de onda de 2 estados possuindo um estado de tensão de gota de não impressão 96, também chamado estado de tensão de coleta de gota 96, e um estado de tensão de gota de impressão 95 que é mostrado para se repetir duas vezes durante um período de impressão. Cada estado de tensão é mostrado ativo por um período de formação de gota fundamental. A temporização de ruptura de gotas para as várias formas de onda de tamanho de gota de impressão que são mostradas na Figura 6, é também mostrada na Figura 5. Gotas de impressão são formadas quando se rompem adjacentes ao eletrodo de carga, quando o eletrodo de carga está no estado de tensão de gota de impressão 95, que produz uma relação de carga para massa de gota de impressão nas gotas de impressão. Gotas de não impressão, também chamadas gotas coletoras, são formadas quando se rompem adjacentes ao eletrodo de carga, quando o eletrodo de carga está no estado de tensão de gota de não impressão 96 que produz uma relação de carga para massa de gota de não impressão nas gotas de não impressão. A relação de carga para massa de gota de impressão é diferente da relação de carga para massa de gota de não impressão. O estado de tensão de gota de impressão não necessita estar no potencial de terra e algumas vezes é vantajoso que este esteja em um nível DC não zero. Havendo uma polarização DC apropriada durante a ruptura de gotas de impressão, a carga nas gotas de impressão pode ser reduzida para próxima de carga zero. Em uma realização, a polarização DC é ajustada ou selecionada de tal modo que a carga das gotas de impressão 1X é aproximadamente carga zero, enquanto as gotas de impressão dos outros tamanhos podem diferir ligeiramente de carga zero. Sendo feita a seleção da gota 1X como a gota para apresentar carga zero, pois esta possui a menor massa e é portanto, mais suscetível a interações eletrostáticas gota a gota e outas gotas de impressão. Para reduzir adicionalmente possíveis interações gota a gota eletrostáticas, um deslocamento de fase pode ser aplicado entre as formas de onda de formação de gota aplicadas a bocais adjacentes. Por exemplo, as formas de onda de formação de gotas aplicadas aos dispositivos de formação de gotas associados aos bocais de numeração ímpar podem ser retardadas de / período de impressão ou equivalentemente de duas vezes o período de formação de gota, em relação a formas de onda de formação de gota aplicada aos dispositivos de formação de gota associados aos bocais de numeração par. Deste modo, o espaçamento entre gotas de impressão a partir de bocais adjacentes pode ser aumentado, reduzindo as forças eletrostáticas entre gotas de impressão levemente carregadas.

[0045] Um outro modo de reduzir variações da relação carga para massa em gotas de impressão de volumes diferentes, inclui utilizar uma gota de não impressão de um tamanho predeterminado, que precede gotas de impressão. Por exemplo, em um período 4X, gotas de impressão de tamanhos 1X, 2X e 3X, são precedidas por uma gota de não impressão 1X. Isto reduz o efeito de campos elétricos dependentes da configuração de gota na área de ruptura de jato e auxilia a aumentar a consistência da relação de carga para massa nas gotas de impressão.

[0046] A temporização de ruptura das gotas formadas ao utilizar a forma de onda de gota de não impressão é mostrada como diamantes pretos; a temporização de ruptura de gotas formadas usando a forma de onda de gota de impressão 1X é mostrada como triângulos pretos; a temporização de ruptura de gotas formadas usando a forma de onda de gota de impressão 2X é mostrada como círculos pretos; a temporização de ruptura de gotas formadas usando a forma de onda de gota de impressão 3X é mostrada como quadrados pretos e a temporização de ruptura de gotas formadas usando a forma de onda de gota de impressão 4X é mostrada como cruzes. Os tamanhos relativos dos símbolos usados para indicar os eventos de ruptura correlacionam-se aos tamanhos das gotas que se rompem. Notar que todas as gotas de impressão mostradas na Figura 5 se rompem durante o segundo período de tempo fundamental, durante o período de impressão. Em geral, um retardo de fase constante é aplicado entre a temporização dos pulsos aplicada aos transdutores de formação de gota é à forma de onda do eletrodo de carga, no sentido de sincronizar adequadamente a temporização ou os eventos de ruptura, de tal modo que gotas de impressão dos tamanhos desejados se rompem durante o estado de carga de gota de impressão da forma de onda de tensão de carga e gotas de não impressão se rompem durante o estado de carga de gota de não impressão da forma de onda de tensão de carga.

[0047] A Figura 6 mostra um exemplo de formas de onda de formação de gotas com uma função de tempo, usada para gerar os eventos de temporização de ruptura na Figura 5. A forma de onda de formação de gota a ser impressa é baseada nos dados de imagem de entrada. A forma de onda de gota de não impressão 70 consiste de um par de pulsos de formação de gota 2X 92, ocorrendo durante o primeiro e terceiro períodos fundamentais do período de impressão. A forma de onda de gota de impressão 1X 71 consiste de um par de pulsos de formação de gota 1X 91 ocorrendo durante o primeiro e segundo períodos fundamentais e um pulso de formação de gota 2X 92 ocorrendo durante o terceiro período fundamental do período de impressão. A forma de onda de gota de impressão 2X 72 consiste de um pulso de formação de gota 1X 91 durante o primeiro período fundamental, um pulso de formação de gota 2X 92 durante o segundo período fundamental e um pulso de formação de gota 1X 91 durante o terceiro período fundamental do período de impressão. A forma de onda de gota de impressão 3X 73 consiste de um pulso de formação de gota 1X 91 durante o primeiro período fundamental e um pulso de formação de gota 3X 89 durante o segundo período fundamental do período de impressão. A forma de onda de gota de impressão 4X 74 consiste de um pulso de formação de gota 4X 90 durante o segundo período fundamental do período de impressão. As formas de onda 71-74 mostradas na Figura 6 produzem gotas de impressão de X vezes o volume fundamental, em resposta a um nível X de dados de pixel de imagem de entrada, onde 1 ~X~ N. Outros conjuntos de diagramas de temporização poderiam também ser usados para prover as gotas de impressão de tamanhos variados. Em todos os casos, quando o nível de dados de imagem de entrada for 0, as formas de onda são moduladas para fazer com que porções do jato líquido rompam em uma ou mais gotas de não impressão. Nas várias formas de onda de formação de gota 70, 71, 72, 73 e 74 mostradas na Figura 6, a energia total aplicada ao transdutor de formação de gota através do período de impressão é a mesma.

[0048] Figuras 7A-E mostram um ponto de vista seccional em corte através de um jato líquido único de uma realização do sistema de ejeção de líquido contínuo de acordo com esta invenção, enquanto não está imprimindo em A, enquanto imprimi gotas 1X em B, enquanto imprime gotas 2X em C, enquanto imprime gotas 3X em D e enquanto imprime gotas 4X em E, usando um período de impressão de quatro períodos fundamentais de duração e as formas de onda de gota e temporização mostradas nas Figuras 5 e 6. Nas várias realizações da invenção, o sistema de ejeção de líquido contínuo 40 inclui um cabeçote de impressão 12 compreendendo uma câmara de líquido 24 em comunicação de fluido com um arranjo de um ou mais bocais 50, para emitir jatos líquidos 43. Líquido é fornecido sob uma pressão suficiente para ejetar jatos de líquido através dos bocais da câmara de líquido. Os jatos líquidos possuem um período fundamental de ruptura de jato líquido. Um transdutor de estimulação 59 é associado a cada jato líquido. Nas realizações mostradas, o transdutor de estimulação 59 é formado na parede em torno do bocal 50. Transdutores de estimulação 59 separados podem ser integrados a cada um dos bocais, em diversos bocais. O transdutor de estimulação 59 é atuado por uma fonte de forma de onda de formação de gota 56 que provê a estimulação periódica do jato líquido 43 na forma de formas de onda de estimulação 55 mostradas na Figura 6 como 70, 71, 72 e 73 que são dependentes dos dados de imagem de entrada.

[0049] A energia e temporização das formas de onda de estimulação aplicadas aos jatos líquidos é controlada de tal modo que todas as gotas rompem a partir do fluxo de líquido contínuo 43 adjacente, na mesma distância 32 a partir da saída do bocal. À medida que as gotas de vários tamanhos rompem a partir dos jatos líquidos 43, estas viajam ao longo de um caminho inicial 87, conforme mostrado na Figura 2. Através da Figura 7A-E, gotas são indicadas com círculos de vários tamanhos, para indicar o tamanho relativo das gotas. Gotas de impressão são mostradas sem qualquer carga e gotas de não impressão são mostradas como possuindo um sinal negativo. Os numerais 35, 37, 30 e 31 representam gotas de impressão 1X, 2X, 3X e 4X, respectivamente, e os numerais 36 e 38 representam gotas de não impressão 1X e 2X, respectivamente.

[0050] Um mecanismo de deflexão 14 é requerido para defletir gotas de não impressão. O mecanismo de deflexão inclui o dispositivo de carga 83 consistindo do eletrodo de carga 44, da fonte de tensão de carga 51 e da forma de onda de eletrodo de carga 97, o coletor 47 apresentando a face de coletor 52 e o eletrodo de deflexão opcional 66 com sua fonte de tensão de eletrodo de deflexão 67. O eletrodo de carga 44 é comum a todos os bocais dentre os diversos bocais do cabeçote de impressão 12. A fonte de tensão de pulso carga 51 fornece um potencial elétrico variável no tempo (forma de onda de eletrodo de carga 97) entre o eletrodo de carga 44 e o jato líquido 43, que é usualmente aterrado. A forma de onda de eletrodo de carga se repete pelo menos uma vez durante cada período de impressão, a forma de onda inclui um ou mais estados de tensão de gota de impressão e um ou mais estados de tensão de gota de não impressão e a forma de onda de eletrodo de carga é independente dos dados de imagem de entrada. Nos exemplos mostrados na Figura 7, a forma de onda do eletrodo de carga se repete duas vezes durante um ciclo de impressão, que é de 4 períodos fundamentais de duração, e apresenta um estado de tensão de gota de impressão e um estado de tensão de gota de não impressão, conforme mostrado na Figura 5. Quando um potencial de tensão é aplicado ao eletrodo de carga 44 localizado de um lado do jato líquido adjacente ao ponto de ruptura, o eletrodo de carga 44 atrai a extremidade carregada do jato, antes da ruptura de uma gota, e também atrai as gotas carregadas 36 e 38, após sua ruptura a partir do jato líquido. Este mecanismq fg fgflgz«q fok fguetkVq go L0C0 McVgtdgti. “Ftor ejctikpi cpf fgflgeVkqp wukpi a rlanct ejctig platg”. 6vj KpVgmcVkqpan Eopitguu qp Advances in Non-Impact Printing Technologies. O coletor 47 também compõe uma porção do dispositivo de deflexão 14. Conforme descrito na Patente U.S. No. 3.656.171 de J.Robertson, gotas carregadas passando diante de uma face de coletor condutora fazem com que as cargas da superfície na face do coletor condutor 52 sejam redistribuídas de tal modo que as gotas carregadas são atraídas para a face de coletor 52. Nas realizações mostradas nas Figuras 7A-7E, gotas 36 e 38 são altamente carregadas negativamente e defletidas na direção e capturadas pelo coletor 47, e recicladas enquanto as gotas de impressão 35, 37, 30 e 31 apresentam uma carga relativamente baixa e verifica-se que são relativamente não defletidas. Na prática, as gotas de impressão podem ser ligeiramente defletidas para longe do coletor e podem atingir o meio de gravação 19. Para operação adequada do cabeçote de impressão 12 mostrado nas Figuras 7A-7E, o coletor 47 e/ou a placa de fundo do coletor 57 são aterrados para permitir que a carga nas gotas interceptadas seja dissipada, à medida que a tinta flui na face de coletor 52 e entra no canal de retorno de tinta 58. A face de coletor 52 do coletor 47 faz um ângulo s com respeito ao eixo de jato líquido 87 mostrado na Figura 2. Gotas carregadas 36 e 38 são atraídas para a face de coletor 52 do coletor 47 aterrado e interceptam a face de coletor 52 na localização de contato de coletor de gota carregada 27, para formar um filme de tinta 48 viajando para a face do coletor 47. O fundo da face do coletor apresenta uma superfície curva de raio R, em torno da qual a tinta pode fluir da face de coletor 52 no canal de retorno de tinta 58. O canal de retorno de tinta 58 é formado entre o fundo do corpo do coletor e a placa de fundo do coletor 57 para captura e recirculação da tinta no filme de tinta 48. Se uma diferença de potencial de tensão positiva existe, do eletrodo de carga 44 para o jato líquido 43 no instante de ruptura de uma gota, rompendo-se adjacente ao eletrodo, uma carga negativa será induzida na gota em formação, que será retida após ruptura da gota a partir do jato líquido.

[0051] A Figura 7A mostra um modo de não impressão, que usa a forma de onda de gota de não impressão 70 mostrada na Figura 6, que faz com que as gotas se rompam a partir do jato líquido 43 com a temporização de ruptura mostrada pelos diamantes pretos na Figura 5, em relação à forma de onda de eletrodo de carga. Somente gotas negativamente carregadas 2X 38 sofrem ruptura e são atraídas e capturadas pelo coletor 47 e recirculadas. Estas gotas de não impressão 2X 38 seguem a trajetória da gota de não impressão ou caminho mostrado pela linha tracejada 39. Se utilizado, o eletrodo de deflexão opcional 66 seria fornecido com uma tensão DC negativa pela fonte de tensão de eletrodo de deflexão 67.

[0052] A Figura 7B mostra um modo de impressão de gota 1X que usa a forma de onda de gota de impressão 1X 71 mostrada na Figura 6 que faz com que as gotas se rompam a partir do jato líquido 43 com a temporização de ruptura mostrada pelos triângulos pretos na Figura 5. Neste caso, uma gota 1X única é impressa em cada pixel como gotas 1X impressas 46 no meio de gravação 19 que está se movendo a uma velocidade vm. As gotas de impressão 1X 35 são relativamente não defletidas à medida que viajam no ar na direção do meio de gravação 19 e seguem a trajetória ou caminho da gota de impressão mostrada pela linha tracejada 34. Ambas gotas de não impressão 1X 36 e gotas de não impressão 2X são atraídas e capturadas pelo coletor 47 e recirculadas à medida que viajam ao longo da trajetória de gota de não impressão 39. As gotas 1X impressas sub preenchem a área de pixel, conforme mostrado na Figura 4B, conforme indicado pelas gotas não superpostas sobre o meio de gravação 19 na Figura 7B.

[0053] A Figura 7C mostra um modo de impressão de gota 2X que usa a forma de onda de gota de impressão 2X 72 mostrada na Figura 6, que faz com que as gotas se rompam a partir do jato líquido 43 com a temporização de ruptura mostrada pelos círculos pretos na Figura 5. Neste caso, uma gota 2X única é impressa em cada pixel como gotas 2X impressas 45 no meio de gravação 19, que está se movendo à velocidade vm. As gotas de impressão 2X 37 são relativamente não defletidas à medida que viajam no ar na direção do meio de gravação 19 e seguem a trajetória da gota de impressão 34 mostrada. As gotas não impressas 1X 36 são atraídas e capturadas pelo coletor 47 e recirculadas à medida que viajam ao longo da trajetória de gota de não impressão 39. As gotas 2X impressas 45 são maiores que as gotas impressas 1X 46 mas ainda sub preenchem a área de pixel, conforme mostrado na Figura 4B, conforme indicado pelas gotas não superpostas sobre o meio de gravação 19 na Figura 7B.

[0054] A Figura 7D mostra um modo de impressão de gota 3X que usa a forma de onda de gota de impressão 3X 73 mostrada na Figura 6, que faz com que as gotas se rompam a partir do jato líquido 43 com a temporização de ruptura mostrada pelos quadrados pretos na Figura 5. Neste caso, uma gota 3X é impressa em cada pixel como gotas 3X impressas 42 no meio de gravação 19, que está se movendo à velocidade vm. As gotas de impressão 3X 30 são relativamente não defletidas à medida que viajam no ar na direção do meio de gravação 19 e seguem ao longo da trajetória de gota de impressão 34. As gotas não impressas 1X 36 são atraídas e capturadas pelo coletor 47 e recirculadas à medida que viajam ao longo da trajetória de gota de não impressão 39. As gotas 3X impressas 42 são maiores que as gotas impressas 2X 45 e as extremidades entre gotas adjacentes formadas a partir do mesmo bocal 50 tocam nos contornos entre gotas. Conforme mostrado na Figura 4B, as gotas 3x impressas ainda sub preenchem a área de pixel.

[0055] Figura 7E mostra um modo de impressão de gota 4X que usa a forma de onda de formação de gota de impressão 4X 74 mostrada na Figura 6, que faz com que as gotas se rompam a partir do jato líquido 43 com a temporização de ruptura mostrada pelas cruzes na Figura 5. Neste caso, uma gota 4X é impressa em cada pixel como gotas 4X impressas 49 no meio de gravação 19, que está se movendo à velocidade vm. As gotas de impressão 4X 31 são relativamente não defletidas à medida que viajam no ar na direção do meio de gravação 19 e seguem ao longo da trajetória de gota de impressão 34. Neste caso, nenhuma das gotas que se rompem a partir do jato líquido 43 são atraídas e capturadas pelo coletor 47 e recirculadas. As gotas 4X impressas 31 são maiores que as gotas impressas 3X 42.

[0056] Exemplos de gotas de impressão de várias dimensões simultâneas sobre um meio de gravação usando as formas de onda de formação de gota mostradas na Figura 6, são mostradas na Figura 8. Em cada seção A-C da Figura 8, uma sequência de gotas e impressa por um arranjo de bocais. As gotas são impressas bem espaçadas afastadas para permitir que o tamanho das gotas individuais seja visto. Na seção A, as formas de onda de estimulação de gota alternadas entre forma de onda de gota de impressão 1X e forma de onda de gota de impressão 3X, separadas por diversas formas de onda de gota de não impressão, são aplicadas ao dispositivo de formação de gota para imprimir gotas de impressão 1X 46 e gotas 3X 42. Na seção B, as formas de onda de estimulação de gota alternadas entre forma de onda de gota de impressão 1X e forma de onda de gota de impressão 2X, separadas por diversas formas de onda de gota de impressão, foram aplicadas ao dispositivo de formação de gota para imprimir gotas 1X 46 e gotas 2X 45. Na seção C, as formas de onda de estimulação de gota alternadas entre forma de onda de gota de impressão 2X e forma de onda de gota de impressão 3X, separadas por diversas formas de onda de gota de impressão, foram aplicadas ao dispositivo de formação de gota para imprimir gotas 2X 45 e gotas 3X 42. É observado que as gotas impressas 1X 46 são menores em diâmetro que as gotas impressas 2X 45, que são menores em diâmetro que as gotas de impressão 3X 42.

[0057] A Figura 9 mostra um diagrama em blocos delineando as etapas requeridas para praticar o método de impressão de acordo com várias realizações da invenção. Referindo-se à Figura 9, o método de impressão começa com a etapa 150. Na estrutura de suporte 150, líquido pressurizado é provido sob uma pressão que é suficiente para ejetar um jato líquido através de um bocal ou de um arranjo linear de bocais. A etapa 150 é seguida pela etapa 155.

[0058] Na etapa 155, são providos dados de imagem de entrada de tamanho de gota múltiplo. É selecionado um período de impressão definido como N vezes o período fundamental da ruptura do jato líquido onde N é um inteiro maior que 1. Os dados de imagem de entrada possuem M níveis por pixel de imagem de entrada incluindo um nível de não impressão onde M é um inteiro e 2<M~N+1. A etapa 155 é seguida pela etapa 160.

[0059] Na etapa 160, os jatos líquidos são seletivamente modulados para fazer com que porções dos jatos líquidos se rompam em uma ou mais gotas de vários tamanhos, viajando ao longo de um caminho dependente dos dados de imagem de entrada. O jato líquido é modulado usando um dispositivo de formação de gota que faz com que, seletivamente, porções do jato líquido se rompam em sequências de gotas de impressão e gotas de não impressão viajando ao longo de um caminho inicial, provendo diversas formas de onda ao dispositivo de formação de gota. Cada uma das diversas formas de onda tem um período igual ao período de impressão, e cada forma de onda é selecionada em resposta aos dados de imagem de entrada, para formar uma gota de impressão apresentando um volume que correspondente ao nível do pixel de imagem de entrada. A etapa 160 é seguida pela etapa 165.

[0060] Na etapa 165, é provido um dispositivo de carga. O dispositivo de carga inclui um eletrodo de carga e uma fonte de potencial elétrico variável no tempo. O eletrodo de carga é comum e associado a cada um dos jatos líquidos. A fonte de potencial elétrico variável no tempo aplica uma forma de onda de eletrodo de carga entre o eletrodo de carga e os jatos líquidos. A forma de onda de eletrodo de carga se repete pelo menos uma vez durante cada período de impressão e inclui um ou mais estados de tensão de gota de impressão e um ou mais estados de tensão de gota de não impressão. A forma de onda do eletrodo de carga é independente dos dados de imagem de entrada aplicados aos dispositivos de formação de gota dos bocais. Etapa 165 é seguida pela etapa 170.

[0061] Na etapa 170, o dispositivo de carga e o dispositivo de formação de gota são sincronizados, de tal modo que o estado de tensão de gota de impressão está ativo quando gotas de impressão de vários tamanhos se rompem a partir dos jatos e o estado de tensão de gota de não impressão está ativo quando gotas de não impressão de vários tamanhos rompem a partir do líquido. Isto produz uma relação de carga para massa de gota de impressão em gotas de impressão de vários tamanhos, à medida que estas rompem a partir do jato líquido e produzem uma relação de carga para massa de gota de não impressão nas gotas de não impressão de vários tamanhos, à medida que estas se rompem a partir do jato líquido, a relação de carga para massa de gota de impressão sendo diferente da relação de carga para massa de gota de não impressão. A etapa 170 é seguida pela etapa 175.

[0062] Na etapa 175, gotas de não impressão são gotas de impressão que são forçadas a viajar ao longo de trajetórias diferentes, usando um mecanismo de deflexão. O mecanismo de deflexão inclui um dispositivo de deflexão eletrostático que faz com que as gotas de não impressão de vários tamanhos viajem ao longo de uma trajetória de gotas de não impressão e faz com que as gotas de impressão de vários tamanhos viajam ao longo de uma trajetória de gota de impressão distinta, a trajetória de gota de impressão e a trajetória de gota de não impressão sendo diferentes. Então, pelo menos uma dentre as gotas de impressão e a gotas de não impressão se desviam do caminho inicial, usando o dispositivo de deflexão. Etapa 175 é seguida pela etapa 180.

[0063] Na etapa 180, gotas viajando ao longo de uma e apenas uma dentre a primeira trajetória e a segunda trajetória, são interceptadas por um coletor para reciclagem. Estas gotas são gotas de não impressão e as gotas viajando ao longo da outra trajetória além das gotas que são interceptadas pelo coletor, tenham permissão para contatar o meio de gravação e serem impressas.

[0064] Geralmente, esta invenção pode ser praticada para criar gotas de impressão de 1-100 pl, com diâmetros de bocal na faixa de 5-50 om, dependendo das exigências de resolução da imagem impressa. A velocidade do jato é preferivelmente na faixa de 10-30 m/s. A frequência de geração de gota fundamental é preferivelmente na faixa de 50-1000 kHz. A seleção específica deste tamanho de gota, velocidade de gota, tamanho de bocal e parâmetros de frequência de geração de gota é dependente da aplicação de impressão.

[0065] A invenção também permite que as gotas sejam selecionadas para impressão ou não impressão, sem a necessidade de um eletrodo de carga separado ser usado para cada jato líquido em um arranjo de jatos líquidos conforme encontrado em impressoras a jato de tinta baseadas em deflexão eletrostática convencionais. Ao invés disso, um único eletrodo de carga comum é utilizado para carregar gotas a partir dos jatos líquidos, em um arranjo. Isto elimina a necessidade de alinhar criticamente cada um dos eletrodos de carga com os bocais. A interferência de carregamento de gotas de um jato líquido por meio de um eletrodo de carga associado a um jato líquido diferente, não é um problema. Uma vez que a interferência de carregamento não é um problema, não é necessário minimizar a distância entre os eletrodos de carga e os jatos líquidos, como é requerido para sistemas de carga de gota tradicionais. O eletrodo de carga comum também oferece eficiência de carga e deflexão melhorada, permitindo deste modo uma distância de separação maior entre os jatos e o eletrodo. Distâncias entre o eletrodo de carga e o eixo do jato na faixa de 25-300 om são utilizáveis. A eliminação do eletrodo de carga individual para cada jato líquido também permite densidades de bocais mais altas do que no sistema de jato de tinta contínuo de deflexão eletrostática tradicional, que requer eletrodos de carga separados para cada bocal. A densidade de arranjo de bocal pode ser na faixa de aproximadamente 30 bocais por centímetro a aproximadamente 472 bocais por centímetro.

[0066] Nas realizações das várias figuras, as gotas de impressão foram relativamente não carregadas e relativamente não defletidas, enquanto as gotas de não impressão foram carregadas e defletidas para atingir o coletor. Em outras realizações, as gotas de impressão podem ser carregadas e defletidas e as gotas de não impressão serem relativamente não carregadas e relativamente não defletidas, com o coletor posicionado para interceptar a trajetória das gotas de não impressão não defletidas.

[0067] Os exemplos de realizações discutidos acima com referência às Figuras 1-9 são descritos usando uma combinação particular de uma estrutura de carga de gota, estrutura de deflexão de gota, estrutura de coleta de gota e dispositivo de formação de gota. Deveria ser entendido que há muitas configurações conhecidas de estruturas de carga de gota, de estruturas de deflexão de gota, de estruturas de coleta de gota e dispositivos de formação de gota, incluindo alguns nos quais uma estrutura única realiza funções múltiplas (tal como uma estrutura de eletrodo que serve a ambas gotas de carga e as deflete) e várias combinações destas estruturas podem ser empregadas. LISTA DE PARTES 10 Sistema de Impressão a Jato de Tinta Contínuo 11 Reservatório de Tinta 12 Cabeçote de Impressão ou Ejetor de Líquido 13 Fonte de Imagem 14 Mecanismo de Deflexão 15 Unidade de Reciclagem de Tinta 16 Processador de Imagem 17 Controlador Lógico 18 Controlador de Estimulação 19 Meio de Gravação 20 Regulador de Pressão de Tinta 21 22 24 26 27 30 31 32 34 35 36 37 38 39 40 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Controlador de Transporte de Mídia Roletes de Transporte Câmara de Líquido Direção de Fluxo de Jato Líquido Localização de Contato de Coletor de Gota Carregada Gota de Impressão 3X Gota de Impressão 4X Localização de Ruptura Trajetória de Gota de Impressão Gota de Impressão 1X Gota de Não Impressão 1X Gota de Impressão 2X Gota de Não Impressão 2X Trajetória de Gota de Não Impressão Sistema de Ejeção de Líquido Contínuo Gota Impressa 3X Jato Líquido Eletrodo de Carga Gota Impressa 2X Gota Impressa 1X Coletor Filme de Tinta Gota Impressa 4X Bocal Fonte de Tensão de Carga Face de Coletor Pixels de Branco Fonte de Modulação de Velocidade Forma de Onda de Estimulação de Gota 56 57 58 59 62 65 66 67 70 71 72 73 74 83 87 90 91 92 95 96 97 150 155 160 165 170 175 180 185 Fonte de Forma de Onda de Formação de Gota Placa de Fundo do Coletor Canal de Retorno de Tinta Dispositivo de Formação de Gota Contornos de Pixel Seta Eletrodo de Deflexão Fonte de Tensão de Eletrodo de Deflexão Forma de Onda de Gota de Não Impressão Forma de Onda de Gota de Impressão 1X Forma de Onda de Gota de Impressão 2X Forma de Onda de Gota de Impressão 3X Forma de Onda de Gota de Impressão 4X Dispositivo de Carga Eixo Central de Jato Líquido Pulso de Formação de Gota 4X Pulso de Formação de Gota 1X Pulso de Formação de Gota 2X Estado de Tensão de Gota de Impressão Estado de Tensão de Gota de Não Impressão Forma de Onda de Eletrodo de Carga Etapa de Prover Líquido Pressurizado Etapa de Prover Dados de Imagem de Entrada Etapa de Modular Jato Líquido Etapa de Prover Dispositivo de Carga Etapa de Sincronização Etapa de Mesclar Pares de Gotas Etapa de Defletir Gotas Selecionadas Etapa de Interceptar Gotas Selecionadas

Claims (10)

1. Método para ejetar gotas de líquido, caracterizado pelo fato de compreender: prover líquido sob pressão suficiente para ejetar um jato líquido (43) através de um bocal (50) de uma câmara de líquido (24), o jato líquido (43) incluindo um período fundamental de ruptura do jato líquido; prover um dispositivo de formação de gota (59) associado ao jato líquido (43); prover um período de impressão definido como N vezes o período fundamental de ruptura do jato líquido (43), onde N é um inteiro maior que 1; prover dados de imagem de entrada possuindo M níveis por pixel de imagem de entrada, incluindo um nível de não impressão onde M é um inteiro e 2 < M < N + 1; prover um dispositivo de carga (83) incluindo: eletrodo de carga (44) associado ao jato líquido (43); e fonte de potencial elétrico variável (51) entre o eletrodo de carga (44) e o jato líquido (43), a fonte de potencial elétrico variável (51) provendo uma forma de onda (97) ao eletrodo de carga (44), a forma de onda se repetindo pelo menos uma vez durante cada período de impressão, a forma de onda (97) incluindo um ou mais estados de tensão de gota de impressão e um ou mais estados de tensão de gota de não impressão, a forma de onda sendo independente dos dados de imagem de entrada; modular o jato líquido (43) usando o dispositivo de formação de gota (59) para fazer com que, seletivamente, porções do jato líquido (43) se rompam em uma sequência de gotas de impressão e gotas de não impressão viajando ao longo de um caminho inicial, provendo diversas formas de onda ao dispositivo de formação de gota (59), cada uma das diversas formas de onda apresentando um período igual ao período de impressão, cada forma de onda sendo selecionada em resposta aos dados de imagem de entrada, para formar uma gota de impressão possuindo um volume que corresponde ao nível do pixel de imagem de entrada; sincronizar o dispositivo de carga (83) e o dispositivo de formação de gota (59) para produzir uma relação de carga para massa de gota de impressão, sobre gotas de impressão, à medida que estas interrompem a partir do jato líquido (43) e para produzir uma relação de carga para massa de gota de não impressão sobre gotas de não impressão à medida que estas rompem a partir do jato líquido, a relação de carga para massa de gota de impressão sendo diferente da relação de carga para massa de gota de não impressão; e fazer com que pelo menos uma das gotas de impressão e gotas de não impressão se desviem do caminho inicial, usando um dispositivo de deflexão (14).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que modular o jato líquido (43) inclui fazer com que porções do jato líquido interrompam em uma ou mais gotas de não impressão, quando o nível de dados de imagem de entrada for 0 e fazer com que porções do jato líquido (43) interrompam em gotas de impressão de volumes diferentes para cada um dos dados de imagem de entrada de nível de pixel 1 a M.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o volume da gota de impressão é igual a X vezes um volume de gota fundamental, o volume de gota fundamental correspondendo ao período fundamental do jato líquido rompido em resposta a dados de pixel de imagem de entrada nível X, onde 1 < X < N.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do bocal (50) ser um dentre diversos bocais, o eletrodo de carga (44) do dispositivo de carga (83) compreendendo um eletrodo que é comum e associado a cada um dos jatos líquidos ejetados a partir dos bocais dentre os diversos bocais, onde os diversos bocais são todos do mesmo tamanho.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de deflexão (14) compreende adicionalmente pelo menos um eletrodo de deflexão (67) para defletir gotas carregadas, o pelo menos um eletrodo de deflexão (67) estando em comunicação elétrica com uma dentre uma fonte de potencial elétrico e a terra.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de deflexão (14) compreende adicionalmente um eletrodo de deflexão (67) em comunicação elétrica com uma fonte de potencial elétrico que cria um campo de deflexão de gota para defletir gotas carregadas.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estado de tensão de gota de impressão (95) inclui um nível DC não zero.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as diversas formas de onda providas ao dispositivo de formação de gota (59) são selecionadas a partir de um conjunto de pelo menos M formas de onda, onde as diversas formas de onda incluem, cada uma, uma sequência distinta de pulsos.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as diversas formas de onda providas ao dispositivo de formação de gota (59) são selecionadas a partir de um conjunto de pelo menos M formas de onda, onde uma energia total aplicada ao transdutor de formação de gota ao longo do período de impressão é a mesma para cada uma das diversas formas de onda.

10. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os diversos bocais (50) são arranjados em dois ou mais grupos, de tal modo que as gotas de impressão a partir dos bocais adjacentes não estão alinhadas.

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