CN102470670A - 用于液体射流产生的液滴的轨迹的方向性检测装置、相关静电传感器、打印头和连续喷墨打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对射流产生的且预先带电的液滴的轨迹的方向性进行检测。本发明定义了一种具有功能平面的静电传感器(750，850，950)，该静电传感器无差异地起作用，并且其几何形状和布置方式相对于液滴的标称轨迹是精确的。由于本发明，在平行于传感器平面的平面中和在垂直于传感器平面的平面中可同时遵循液滴的轨迹，因此，可检验其是否存在于或留在预定监测区域中。本发明应用于具有连续偏转射流的打印头中的液滴轨迹的控制，尤其是应用于监测回收槽对并非预期打印的液滴的有效回收。

Description

用于液体射流产生的液滴的轨迹的方向性检测装置、相关静电传感器、打印头和连续喷墨打印机

技术领域

本发明涉及一种用于液体射流产生的液滴的轨迹的方向性检测装置。

更特别地，本发明涉及连续喷墨打印头的功能控制。

本发明检测未打印并从连续的油墨射流产生的液滴是否被有效地引导至这些液滴的回收槽。而且，确定液滴的电荷同步并允许知道从连续射流产生的液滴的速度。

本发明还涉及相关的静电传感器、打印头和具有连续的油墨射流的打印机。

背景技术

连续喷墨打印头包括本领域技术人员众所周知的功能装置。

图1示出了根据现有技术的这种打印头。该打印头基本上包括以下功能装置，按照射流的前进方向顺序描述：

-包含导电油墨的液滴发生器1，由于油墨回路而保持处于一定压力下，并发射至少一个油墨射流11，

-用于每个油墨射流的相应的充电电极4，

-由两个放置在射流轨迹的任一侧上且位于充电电极4下游的偏转板2、3构成的组件，

-用于收集未用于打印的喷墨以使其返回油墨回路并由此循环的回收槽20。

下面描述这些不同装置的功能。包含在液滴发生器1中的油墨从至少一个校准喷嘴10发出，以形成至少一个油墨射流11。在放置于喷嘴上游的定期激励装置(未示出)的作用下，该定期激励装置例如由放置在油墨中的压电陶瓷构成，在喷嘴下游的精确的射流点处，油墨射流以与激励信号的周期相对应的规则的时间间隔中断。油墨射流的这种被迫分裂(fragmentation)通常由于激励装置的定期振动在射流的所谓“断裂”点13处导致。在该断裂点的位置处，连续射流转变成均匀隔开的相同油墨液滴的空间顺序11。按照通过几何结构与理论上连接回收槽20的中心的射流的喷射轴线共线的轨迹引导这种液滴顺序。没有外力的作用，液滴的实际轨迹遵循所谓的“静态”方向，该“静态”方向可能与讨论中的理论方向稍微不同，一方面是由于产生固定方向误差的制造中的不精确性，而另一方面是由于操作期间的射流方向偏离，这是由于喷嘴改变射流的操作条件的原因。具体地，这些改变可能由于油墨污垢的累积导致的喷嘴中及其周围的表面条件的变化。在长时间操作打印机之后，此问题变得特别敏感。

位于射流的断裂点附近的充电电极4旨在选择性地对每个所形成的液滴以预定的电荷值充电。为此，通过将油墨在液滴发生器中保持在固定电位，对充电电极施加确定的电压，对于每个液滴周期是不同的。为了正确地对液滴充电，电压的瞬时施加必须稍微发生在射流的瞬时断裂之前，从而确保射流的电连续性并通过静电影响将给定量的电荷吸引至射流的顶端(tip)。因此，必须使电压的瞬时施加与射流的断裂过程完全同步。

电驱动两个偏转板2、3至相对固定的高值电位，这产生基本上垂直于液滴的轨迹的电场Ed。该电场可使在板之间接合的带电液滴偏转一定幅值，该幅值随它们的电荷和这些液滴的速度而变。这些偏转轨迹12不被槽20收集，并碰撞待打印介质30。通过赋予射流液滴的各个偏转的组合来获得液滴在待打印于基质上的液滴碰撞矩阵上的位置，所述液滴在打印头和待打印介质之间具有相对位移。这两个偏转板2、3通常是平的。其中一个也可具有向内弯曲的轮廓或者可以一定角度布置。更精细的结构是在本申请人提交的申请FR 2 821 291中披露并在图2A和图2B中示出的结构，图2A和图2B分别是打印头的前视图和根据图2A的方向U的侧视图。在此结构中，两个板是弯曲的并基本上彼此平行。板2相对于液滴的中间轨迹15是凹入的，而板3相对于中间轨迹15是凸出的。凹板2保持在零电位并装配有狭槽16，以使未偏转或稍微偏转的液滴通过。板的这种布置对于偏转液滴来说非常有效，因为不管偏转角度如何，偏转电场都保持基本上垂直于轨迹。

回收槽20在其入口处包括开口21，其有效部分是其入口表面在与位于与槽接触的正上游的未偏转射流的标称(nominal)轴线垂直的平面上的投影。在本发明的上下文中，此平面将叫做槽的入口平面。在本发明的范围内，将未偏转射流的标称轴线理解为表示，当制造打印头的所有子组件并且一旦装配打印头便将这些子组件相对于彼此标称放置时的射流的理论轴线。在具有弯曲板的打印头中，例如在申请FR 2 821 291中所描述的，由于狭槽16的存在，槽20可定位在比偏转板2、3的下端更上游的位置，如图2B所示。这种上游定位进一步减小了液滴在打印头中的飞行距离，并由此使液滴偏转的精确控制更简单。从而，通过液滴的更高的位移精度，改善了打印机的性能，特别是打印质量。

已知的是连续喷射打印头的功能的控制进一步需要之前描述的功能装置，使用一定数量的互补装置，一方面允许控制液滴的偏转(其很大程度上由电荷和液滴的速度决定)，另一方面允许监测未打印液滴的回收的适当功能。

关于控制液滴的偏转，已知的是执行专用装置，特别是，一方面确保液滴的电荷信号与射流的瞬时断裂的同步施加(叫做电荷的同步)，另一方面测量液滴的速度Vg，以将其伺服控制至预设值。为此，根据现有技术的打印头通常包括由液滴携带的电荷的代表性大小的测量装置。该测量装置布置在充电电极的下游。当执行这种电荷测量时，通常，当带有特定电荷的液滴在此装置的前面通过时，通常采用的以便选择相对于断裂而同步瞬时充电的方法包括以下步骤，执行用比液滴周期更短的持续时间的一系列电荷信号来改变液滴顺序的重复试验，但是在整个液滴周期中具有不同分布的不同电荷瞬时(也叫做“相位”)，并且，对于每个分配的相位，测量由液滴携带的电荷水平。电荷水平代表液滴的充电过程的效率，并由此代表电荷同步的适用性。一些相位产生普通的或者甚至非常差的电荷同步，但是通常，一定数量的相位允许最大电荷。从后者中选择打印时将使用的电荷相位。根据所采用的用来由于电荷同步而测量液滴电荷的解决方案，除了液滴电荷的这些测量结果以外，通常可以推导出带电液滴的速度的有效测量结果。事实上，通过检测与在打印头的不同特征几何位置处识别的液滴存在相对应的某些特征瞬时，可以由此推导出液滴在这些已知位置之间的平均移动时间，并由此推导出液滴在这些位置之间的平均速度。

在现有技术的所有装置中，通常使用静电传感器来完成该功能。

例如，在授予Linx公司的专利US 6,357,860中描述了这样一种传感器，其由两个沿着液滴轨迹隔开的平电极组成，并形成其中一个偏转板的主要部分。当带电液滴经过每个电极前面时，这种双电极传感器提供信号：信号的幅值代表每个液滴的嵌入(embedded)电荷的量，并且，由两个电极中的每个进行的检测之间的时间偏差给出飞行的持续时间。因此，可推导出射流液滴在分离距离已知的这两个点之间的速度。这种放置在偏转板位置处的传感器的解决方案具有的优点是，不增加打印头中的液滴在喷嘴和待打印介质之间的飞行距离。相反，这里的缺点是，将传感器暴露于相当大的静电干扰中，特别是由以下噪声产生的干扰：由打印头的内部环境中的带电液滴的循环产生的噪声，以及由打印头的不同内部元件(它们受到可变或有干扰的电压)发出的噪声。这些条件由于传感器的干扰非常大的信号而不允许非常精确地测量。

以本申请人名义的专利EP 0 362 101 B1描述了一个放置在充电电极和偏转板之间的静电传感器以及相关信号的处理。由静电屏蔽保护这种传感器的灵敏芯部和该灵敏芯部前面的带电液滴的循环空间不受到静电干扰。由带电液滴对传感器的灵敏芯部的静电影响来检测特定带电液滴的存在。从在该传感器前面经过的这些液滴获得的信号的利用可对这些液滴的电荷水平进行非常精确的测量，并定义它们进入和离开传感器的瞬时，从而定义这些液滴在传感器的检测区域中的通过持续时间。如果被通过的区域的有效长度是已知的，那么可推导出在传感器前面经过的液滴的平均速度。

关于监测未打印液滴的收集，已知的是利用专用装置来检测未用于打印的油墨被适当地回收。如果这种油墨离开槽，那么必须停止射流以避免打印头及其环境的结垢，结垢对于打印机的用户来说通常是不可接受的。这些问题可能由不能排出未打印液滴的油墨的回收装置的缺陷或由异常的射流行为而产生。事实上，射流方向可能改变，例如在启动时被设置为与标称值不同的值，或者可能在操作过程中远离标称值。当预计不用于打印的液滴的轨迹到达槽的内部时，不会出现功能问题。相反，当射流轨迹离开槽时或当液滴撞击槽的边缘时，出现功能障碍。可以不同的方式进行回收检测，特别是通过对槽的入口正下游的油墨的返回回路的流体管路的电阻率的分析。不幸地，该系统是有缺点的，因为其在正确起作用的情况和当不适当地定向时撞击槽的边缘的情况之间通常不会形成差异。在这种情况中，部分油墨进入槽，以产生电阻率传感器将表现为部分地由槽回收的射流的条件，也代表以正常打印为特征的情况。因此，在射流不适当地定向的情况中，射流的所有或部分油墨污染槽边缘的直接环境，或者在槽内流动，这通常在其累积之后导致大的功能障碍。因此，对于现有技术的解决方案来说，油墨在槽内的正确回收的检测是不可靠的。

这是为什么已经提出了一定数量的利用传感器来定位这种情况中的液滴的解决方案的原因。在使用喷墨打印机的工业条件下，通过压力传感器上的物理接触或通过光学屏障对油墨液滴进行定位是不可靠的，特别是由于这些解决方案对油墨结垢的灵敏度的原因。

根据现有技术的其他解决方案包括利用静电传感器，就形成液滴的液体是导电的而言，液滴能够被充电。一般原理利用这样的特性，根据该特性，在电荷经过的过程中，由静电传感器检测的信号的水平取决于传感器的有源表面和带电液滴之间的距离。根据现有技术的带电液滴的定位原理包括：利用两个对称地放置在液滴轨迹的任一侧上的静电传感器，其相对于标称轨迹的间隔待被评估。当带电液滴在传感器前面经过时，所传送的电流信号的幅值的差异表示液滴在某一方向上相对于传感器的实际位置。

授予IBM公司的专利US 3,886,564描述了几种类型的成对静电传感器的布置，差分处理的传送信号确定在传感器前面经过的液滴的相对位置。在对切割这些液滴的轨迹的平面进行定义的两个方向上检测带电液滴的位置需要四个布置成两对的静电传感器以及电子装置和相关信号处理的执行。

授予剑桥咨询公司的专利US 4,551,731和EP 0 036 789描述了这种类型的布置：相对于在传感器前面经过的标称轨迹而言在液滴的实际轨迹的两个方向上，对于每个将被监测以用于评估漂移的液滴的轨迹，确定地需要四个传感器。在连续喷墨打印头上使用此原理会导致复杂、笨重且昂贵的实现方式。此实现方式导致其他缺点：

-一方面，如果不在狭窄空间中部分地掩盖限制于传感器位置处的射流的可见性，则无法使用放置在射流周围的四个传感器，难以维修打印头，特别是难以清洗充电或偏转元件；

-另一方面，专用于测量射流的定向漂移的装置必须沿着射流轨迹在喷嘴和回收槽之间插入。传感器固有的笨重会产生物理集成的问题，并趋向于增加液滴在其电荷与其在待打印介质上的撞击位置之间的飞行距离。缺点是，液滴的长飞行距离会损害撞击的位置精度并由此损害打印质量。

总而言之，根据现有技术的来自液体射流的液滴的回收检测解决方案的主要缺点如下所述：

-借助于对槽中的流体管路中流动的油墨进行分析的传感器来检测油墨在槽中的通过并不足以防止污染风险，因为当射流撞击槽的边缘时不会将其检测为缺陷情况；

-通过使用几对静电传感器的技术的解决方案，可以在垂直于射流的标称轨迹且在槽的入口附近的平面位置处评估液滴的实际位置，但是以明显的笨重性和成本限制为代价；

-在射流周围布置两对静电传感器使得非常难以接近打印头的不同功能装置，以便进行维修，特别是进行清洗；

-使用专门用来测量射流轨迹上的射流的定向偏移的传感器使得打印头中的液滴飞行路径更长，从而损害打印质量；

-使用容易被来自打印头的不同电信号和来自打印头运动中的电荷的噪声干扰的静电传感器会影响测量精度。通常必须或者以笨重的方式产生传感器的灵敏零件的有效屏蔽，或者执行所产生的信号的额外处理，这证明是昂贵的。

因此，本发明的目的是消除现有技术的缺点。

本发明的一个特定目的是提出一种可靠且便宜的用于检测从打印头中的连续射流产生的油墨液滴的轨迹的方向性的解决方案，其确保对操作缺陷的快速检测和对这些可能缺陷的最佳管理，对装配有打印头的打印机的用户而言，限制有害的结果。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于液体射流产生的液滴的轨迹的方向性检测装置，液滴是带电的。

根据本发明的装置包括静电传感器，该静电传感器包括：用于电荷检测的部分，由导电材料制成，即灵敏区域；所述灵敏区域被由电绝缘材料制成的部分包围，即绝缘区域；所述绝缘区域本身被由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的部分包围，即屏蔽区域；传感器的各区域界定至少一个连续平面，传感器的灵敏区域包括至少四个边缘，其包括由两个侧边缘彼此连接的上游边缘和下游边缘，传感器的布置使得：

·上游边缘和下游边缘基本上垂直于射流的标称轨迹的方向，并分别被直线H切成两个部段，直线H是标称轨迹在垂直于后者的平面上的几何投影；

·对于由直线H界定的传感器的每侧，上游边缘的部段和下游边缘的部段具有不同的长度，较长部段的长度至少等于轨迹相对于标称轨迹在所考虑直线H的一侧偏移的最大容许幅值，并且，较短部段的长度最多等于轨迹相对于标称轨迹在所考虑直线H的一侧偏移的最大容许幅值。

该装置还包括用于处理由传感器检测的运动中的液滴的电荷所产生的电信号的信号处理装置，所述装置分别适于：

·评估从分别在传感器的上游边缘和下游边缘位置处检测到的运动中的电荷所得到的电流的代表信号的入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平，并且

·计算Pe和Ps的水平之间的差异的代表函数的值(例如在绝对值上是比值Pe/Ps或差值Pe-Ps)，

·将所述函数的值与至少一个第一预定恒定值或预定值的范围进行第一次比较，

·将最高入口峰值Pe或出口峰值Ps相对于彼此的水平与至少一个第二预定恒定值进行第二次比较，这些预定值是液滴的标称轨迹的特征。

在根据本发明的装置中，第一次比较允许知道液滴的轨迹在平行于传感器平面的平面中的实际位置，第二次比较允许知道液滴的相同轨迹在垂直于传感器平面的平面中的实际位置。

这里指出，在本发明的范围内，必须参考从液体射流产生的液滴的飞行方向来理解术语“上游”和“下游”。因此，灵敏区域的上游边缘是给定液滴首先在其前面通过的灵敏区域的一部分。

类似地，通常参考从液体射流产生的液滴的飞行方向来理解术语“高度”：根据本发明的传感器区域的高度是根据直线H的尺寸，直线H是标称轨迹的投影。

有利地，信号处理装置包括用于评估入口峰值Pe和出口峰值Ps之间的时间间隔T以从中推导出液滴在传感器位置处的速度Vg的装置。事实上，通过知道根据本发明的传感器的有效长度Leff，可以用关系式Vg＝Leff/T来推导出液滴的速度。如下面指出的，有效长度基本上定义为将绝缘区域的两个条带的中心隔开的距离，其中一个条带位于灵敏区域的上游边缘附近，另一个条带位于灵敏区域的下游边缘附近。

根据一个实施方式，传感器的布置使得其灵敏区域相对于直线H对称，直线H是液滴的标称轨迹的几何投影。

根据一个替代方式，传感器的布置使得其灵敏区域相对于直线H不对称，直线H是液滴的标称轨迹的几何投影。

因此，可用相对于直线H并非必须对称的灵敏区域来执行根据本发明的检测。换句话说，根据本发明的静电传感器可具有不对称的形状，但布置成使得上游边缘和下游边缘基本上彼此平行，并且，位于直线H的相同侧上的这些边缘中的每个的部段具有不同的长度。

根据一个特征，相对于直线H位于相同侧上的上游边缘的部段和下游边缘的部段之间的长度之差的绝对值至少大于液滴直径的一倍。

有利地，传感器的布置使得其平面与液滴的标称轨迹远离一定距离，该距离在液滴直径的两倍与传感器的灵敏区域的高度之间。标称轨迹的液滴与传感器的平面之间的距离是对在苛刻环境中起作用的同时进行可靠检测而折中的结果。

因此，在连续喷墨打印头的内部环境中，必须在两个技术必要性之间找到平衡：

-一方面，未偏转油墨射流必须离传感器的平面足够远，以通过油墨本身最佳地限制此表面的结垢风险。这些风险与启动时射流的可能不稳定性相关，或者，如果射流的断裂没有非常好的质量，那么可能与伴随射流的微液滴的产生相关。随着液滴发生器的喷嘴与根据本发明的静电传感器之间的固有距离的增加，这些风险会更大；

-另一方面，液滴必须尽可能紧密地接近传感器的平面，以产生良好的信噪比并由此产生精确的测量结果。

灵敏区域的高度有利地是射流中的连续液滴之间的距离的3至100倍。

在上游边缘和下游边缘位置处包围灵敏区域的绝缘区域的高度是液滴直径的0.5至10倍。灵敏区域和绝缘区域的高度的选择产生相当大的检测分辨率。事实上，确定这些高度，以在信号上产生非常不同的入口峰值和出口峰值，即，没有可能的重叠，对给定液滴特征具有最大幅值(液滴串的长度、速度和电荷)。

而且，由灵敏区域界定的平面的尺寸有利地必须与液滴的静电影响面积相关。此面积取决于液滴相对于根据本发明的传感器的距离。事实上，在传感器上产生的电荷的量必须足以产生可由信号处理装置利用的电流。根据一个优选实施方式，灵敏区域的宽度大于液滴直径的两倍。

本发明还涉及一种静电传感器，其包括用于电荷检测的部分，由导电材料制成，所谓灵敏区域，灵敏区域被由电绝缘材料制成的部分包围，所谓绝缘区域；绝缘区域本身被由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的部分包围，所谓屏蔽区域；传感器的各区域被至少一个连续平面界定，传感器的灵敏区域在平面的前视图中包括至少两个基本上彼此平行的边缘，垂直于这些边缘并通过这些边缘中的一个的中间的直线将另一边缘切割成在任一侧上界定不同长度的两个部段。

根据一个替代方式，本发明还涉及一种静电传感器，其包括：用于电荷检测的部分，由导电材料制成，所谓灵敏区域；灵敏区域被由电绝缘材料制成的部分包围，所谓绝缘区域；绝缘区域本身被由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的部分包围，所谓屏蔽区域；传感器的各区域被至少一个连续平面界定，传感器的灵敏区域在平面上的前视图中包括至少两个基本上彼此平行且具有不同长度的边缘，垂直于这些边缘并通过这些边缘中的一个的中间的直线还通过这些边缘中的另一个的中间。

在平面的前视图中，根据本发明的此实施方式，传感器的灵敏区域具有梯形几何形状，包围灵敏区域的绝缘区域定义一类似的梯形形状。

在平面的前视图中，将彼此平行的两个边缘连接的灵敏区域的侧边缘可具有弯曲的直线状或阶梯状轮廓。可根据最佳地适应检测区域的规格来选择轮廓。

关于制造根据本发明的静电传感器，在预计将是灵敏表面的区域中的小绝缘板中优选地制造导电通路。优选地将组件在板的两个面上和板的至少一个边缘上金属化，然后局部蚀刻，以去除代表功能平面的绝缘区域的图案上的金属并使导电通路终止于背面上的区域绝缘。因此，功能平面的屏蔽在大部分背面上延伸，确保灵敏区域的最佳电保护。导电通路将灵敏区域的电连续性传递至板的由适应端子占据的背面。然后，优选地，将板紧紧地且参考地固定在壳体上。当将根据本发明的静电传感器植入连续喷射打印头中时，此壳体本身将参考地一方面相对于槽安装，另一方面相对于未偏转射流的标称轨迹安装(实际上，是打印头的机械参考结构)。

其中形成有导电通路的小绝缘板优选地由99.7％纯度的A1₂O₃陶瓷制成。其还可由任何类型的可金属化的绝缘材料制成。

导电通路优选地由粘住的金属插入物组成，但是也可由金属化管道组成。

优选地，通过沉积由金属蒸汽沉积形成的薄层来执行金属化步骤。金属化层优选地包括由一层金覆盖的铬的子层。可使用导致相同结果的其他金属化技术。

导电层的蚀刻步骤可有利地通过激光切除，但也可以是化学蚀刻或机加工。本领域技术人员将确保考虑此蚀刻步骤过程中的较高精度。端子优选地由导电粘结剂连接的“弯曲”类型的带状电缆组成(柔性

上的印刷电路)。其还可由焊接电缆或通过导电弹簧触点形成的电连接组成。

其他技术对于制造根据本发明的传感器也是可行的，例如：

-使用利用LTCC技术(低温共烧陶瓷)的共烧多层陶瓷；

-使用机械装配和机加工的传统制造。

本发明还涉及一种连续喷墨打印头，其包括：装配有从中产生连续射流的油墨喷嘴的液滴发生器、布置在喷嘴下游且用于对从射流产生的液滴充电的充电电极、一对彼此隔开且布置在充电电极下游的用于选择性地使预期用于打印的带电液滴偏转的偏转电极、用于未偏转液滴的回收槽、以及至少一个如之前所描述的静电传感器。

每个偏转电极优选地具有向内弯曲的有源表面，其中一个有源表面包括用于使未偏转液滴通过的通路狭槽，静电传感器布置在所述狭槽与回收槽之间。在前言中引用的专利EP 0 362 101 B1中公开的偏转电极是特别指定的。

优选地，静电传感器布置在未偏转液滴的回收槽的上游并靠近之。因此，对于70μm至250μm之间的液滴直径，灵敏区域的下游边缘优选地与槽的入口平面远离0.5mm至5mm之间的最小距离。事实上，传感器的下游边缘必须尽可能地靠近槽的开口，以在检测表面的评估中具有最大精度。这还有助于用几个参数上的增益将灵敏区域放大至最大，所述参数例如信噪比，射流/传感器距离，等等。相反，当液滴以高速在槽内接触时，存在结垢的风险：液滴会从槽中溅出并使传感器结垢。因此，传感器必须离槽足够远，以离开这些飞溅液滴到达的范围。实际上，以上定义的距离的折中已经证明对70μm至250μm之间的液滴直径是最佳的，有效地与从打印机的连续油墨射流产生的液滴的类型相对应。传感器在打印头中的第一种布置，使得其平面基本上垂直于液滴的偏转面并与偏转方向(被定义为是零偏转轨迹与偏转电极在打印过程中导致的多个偏转轨迹之间的方向)相对。

传感器的另一种布置，使得其平面基本上平行于液滴的偏转面并基本上平行于油墨射流的后部，参考打印头的前面来定义油墨射流的前部。通过这两种布置，用于打印头维护的可接近性是最佳的。

还具有使用两个静电传感器的组合的可行性，每个静电传感器布置在两个上述垂直位置中的一个中。并不强制地将两个传感器沿着射流轨迹定位在离槽相同的距离处。对于两个传感器，仅通过确定入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平之间的差异的代表函数来使打印头中的检测区域扩展。事实上，当液滴远离传感器的面时，通过信号的衰减和信噪比的减小，限制液滴和单个传感器之间的距离的评估：因此，使用相对于第一静电传感器垂直布置的第二静电传感器使检测区域扩展。

本发明最后涉及一种连续喷墨打印机，其包括之前描述的打印头和之前还描述的检测装置的信号处理装置。

由根据本发明的检测装置检测的液滴优选地是叫做测试液滴的液滴，在打印机的正常操作的过程中，由充电电极对测试液滴充电，并将测试液滴插入由偏转电极偏转的以打印为目的的一连串液滴内。测试液滴可被充以与以打印为目的而偏转的液滴的极性相反的极性。

有利地，信号处理装置可连接至警报器，如果至少一个比较导致确认已经超过其中一个值或预定值的范围，那么触发警报器，警报器的触发会发出所有未偏转油墨液滴未被槽回收的危险的信号。

根据本发明的打印机可有利地包括用于改变液滴的电荷相位的装置。在电荷相位的改变过程中，信号处理装置适于确定从在传感器的相同边缘位置处检测的运动电荷得到的电流的代表信号的最高峰值，然后，在打印机的操作过程中，将充电电极设定在导致此最高峰值的电荷相位上。

以上定义的本发明使得能够检测并监测标称轨迹周围的液滴射流的双向位移。

事实上，从根据本发明的静电传感器产生的信号的处理同时允许对平行于传感器的液滴相对于其标称轨迹的侧向位移的值进行评估，以及对这些液滴的轨迹与传感器的平面之间的距离进行评估。这导致对在传感器前面通过的位置处的液滴在标称轨迹周围的液滴的二维方向性进行评估。

如以上说明的，本发明应用于打印头中，特别是应用于监测未打印液滴的轨迹，以检验液滴被很好地引导至槽的内部。当射流的液滴具有过于靠近槽的边缘的轨迹时，由传感器对液滴轨迹的实际位置进行的检测使得可以触发警报器。

另一方面，不会增加例如之前描述的打印头的复杂性，即，通过使用单个静电传感器，来自传感器的信号的处理还搜索电荷同步的最佳相位并测量射流中的液滴的速度。

在连续喷墨打印头的上下文中，发明人由此尝试通过自动测量来确保在确定射流的实际方向时在槽入口处系统地引导射流。

附图说明

参照附图，阅读以下对在连续喷墨打印头中应用的根据本发明的检测装置并参考未打印液滴的回收的特定监测的详细描述后，本发明的其他优点和特征将更显而易见，附图中：

图1示出了根据现有技术的利用偏转连续喷墨(CIJ)技术的打印头的工作原理；

图2A和图2B分别示出了在利用同样根据现有技术的偏转连续喷墨技术的打印头中使用的U形改进的偏转电极的前视图和侧视图；

图3A至图3E以示意性平面图示出了利用偏转连续喷墨技术的打印头的回收槽入口和根据本发明的在所述槽的入口处检测的区域；

图4是根据本发明的利用偏转连续喷墨技术的打印头的透视示意图，在此情况中，示出了未打印液滴的轨迹的允许界线；

图5示意性地示出了在根据本发明的静电传感器位置处的水平面中待检测的液滴的轨迹的投影；

图6A是根据本发明的静电传感器的纵向截面的视图，示出了靠近传感器的同一轨迹的带电液滴的不同位置以及它们对传感器的电影响模式；

图6B示出了电荷演化的信号以及当带电液滴根据图6A通过时由静电传感器产生的导出电流信号；

图7示出了根据本发明的具有优选几何形状的检测装置和传感器布置的优选实施方式；

图8A至图8C示出了由根据图7的传感器产生的信号随平行于传感器平面的液滴的轨迹相对于标称轨迹的偏移而变的速率；

图8D示出了入口峰值Pe和出口峰值Ps之比Pe/Ps的绝对值随平行于图7的传感器平面的液滴的轨迹相对于标称轨迹的偏移而变的演化；

图9A和图9B示出了确定的入口峰值Pe和出口峰值Ps的值的速率及其随垂直于图7的传感器的平面的液滴的轨迹相对于标称轨迹的偏移而变的Pe/Ps之比；

图10A和图10B示出了静电传感器的几何形状的变型；传感器的功能面的替代结构的实例；

图11A和图11B分别示出了根据本发明的利用偏转连续喷墨技术的包括弯曲偏转电极的打印头的前视图和侧视图。

具体实施方式

在前言中已经评论了与根据现有技术的利用偏转连续喷墨技术的打印头相关的图1至图2B，这里不再在不同装置的功能方面进一步说明。

发明人已经面临的问题如下：理论上，由这些图1至图2B中的11表示的未偏转液滴的轨迹是唯一的并经过回收槽20的入口21的中心。实际上，如在本申请的前言中所指出的，在打印过程中的任何瞬时会发生这样的情况：未偏转液滴在该标称轨迹周围采取不同的轨迹。这可能是由于打印头的不同功能装置的制造和装配公差的原因，或者是由于在打印启动时设置射流的随机条件的原因，或者还由于逐渐结垢的原因，例如喷嘴的逐渐结垢，这导致射流方向的缓慢改变。

因此，发明人决定使用可将油墨带电液滴(所谓的测试液滴)的通过位置定位在基本上垂直于其轨迹且位于充电电极4与回收槽20之间的平面上。

这里，在所示实施方式中，测试液滴310是在打印头的正常操作过程中发射的液滴：因此它们以预期用于打印的一连串偏转液滴被插入。然而，在打印头的正常操作过程中，对偏转板2、3持续地供应连续的高电压，因此，板之间的偏转场存在于测试液滴310的整个轨迹中。为了使测试液滴310经历最小偏转并为了使它们以最接近可能的方式表现为待监测的未偏转液滴(必须返回至回收槽的那些液滴)，用充电电极4产生最小电荷水平。在所示模式中，在测试液滴310上设置电荷水平，使得它们的轨迹相对于未偏转液滴的轨迹不再比传感器位置处的液滴直径偏转得更多，将监测其方向性。

发明人首先尝试几何地限定检测区域。现在将参考图3A至图3E说明在回收槽的位置处限定检测区域的精确约束条件。

这些图示出了槽的入口平面411，槽的边缘具有厚度e，按照射流的标称理论轨迹的方向观察该平面。这里指出，所示槽的入口21的圆形形状仅构成一个实例，并且，其可采用任何形状，例如椭圆形。为了清楚起见，在入口平面411中示出了两条彼此垂直的轴线X、Y：轴线Y是液滴的标称偏转轴线(即，从一个偏转电极2到另一个偏转电极3)，而轴线X是指向打印头的前部的轴线。换句话说，轴线X平行于传感器的平面并垂直于轴线Y。因此，轴线Y和X示出了用于定义液滴轨迹相对于槽的中心并相对于传感器的相对位置的轴线系统。

在图3A的标称状态中，直径与液滴直径相同的圆300代表这样的位置，在该位置，从未偏转射流产生的标称轨迹经过回收槽20的入口平面411。圆300代表测试液滴的交叉位置，在所示情况中，以与打印液滴的极性相反的极性对测试液滴充电。偏转最小的打印液滴的轨迹也应考虑；其通过槽的外侧上的入口平面，位于离槽的外边缘为距离d处，即圆320所表示的点处。

点300、310和320的相对位置很大程度上与未偏转射流的方向无关，且对于任何给定的应用保持相同。

图3B、图3C、图3D示出了未偏转射流且预期将由槽20回收的轨迹的偏移的三种允许的限制情况：

-在图3B中，未偏转流射300沿着负轴线Y偏移稍微小于d的距离：液滴300与槽的外边缘不接触；

-在图3C和图3D中，未偏转射流300分别沿着负和正轴线X偏移：液滴300几乎与槽的内壁接触。

图3E示出了未偏转射流300偏移的所有允许的限制情况：面向槽的内壁的未偏转液滴300的点的外部限定由其入口平面中的曲线330界定的表面。因此，该曲线330界定实际未偏转射流可进入槽的表面。

然而，按照定义，静电传感器仅可检测带电液滴：检测区域由此是由图3E中的曲线340界定的表面。当未偏转射流穿过所有允许的限制情况时，该曲线340连接通过入口平面的测试液滴310的轨迹点。

而且，根据本发明的传感器由于其固有尺寸而不能物理地位于槽的入口平面411的位置处：因此，其位于一中间平面的位置处，该中间平面位于充电电极4和槽20之间，优选地靠近后者。

在具体方面，如图4中显而易见的，本发明提出，在确定其实际轨迹是否在基本上圆锥形的空间400(其原点401在喷嘴附近，其旋转轴线402与未偏转射流的标称轨迹相对应，并且，其位于槽20的入口位置处的横向最大截面410(垂直于轴线402)是由图3E中的曲线330界定的表面)中时，执行未偏转射流的二维方向性监测。

在实际方面，这意味着检测测试液滴310通过由圆锥形空间400(之前定义的)和垂直于射流的标称轨迹402的平面421(平行于入口平面411)的交叉面所界定的表面420。该表面420是表面410在平面421上的圆锥形投影。因此，根据本发明的静电传感器布置在该平面421中。

图5表示槽20的由其壁部530(虚线)界定的入口的平面421中的圆锥形投影和在限定检测表面420的曲线510中投射的曲线340的投影。在此投影510中，阴影部分500表示测试液滴310的通过必须触发警报器的区域。该区域从基本上平行于曲线510的表面420处的内部界限至少延伸至槽的投影的外边缘加上一安全值，超过此安全值，未打印液滴明显地到达槽的一侧，而不接触槽。通过检测区域的中心部分501(冠部500的内部)的测试液滴310不会触发警报器。因此，内部区域501限定用于使未偏转射流的轨迹偏移的安全或公差表面。如果测试液滴310通过冠部500的外部520，那么没有液滴进入回收槽20。然后，不被根据本发明的装置检测的这种轨迹偏移情况可由另一互补装置检测到。例如，该互补检测装置可以是用于对紧跟于回收槽入口后面的返回回路中循环的油墨管路的电阻率进行分析的装置。

根据本发明的检测装置基于例如在图6A的纵向截面图中所示地组成和布置的单个静电传感器的原理。在其顶部，其由构成灵敏区域612的导电材料的一部分组成，该灵敏区域与由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的一部分隔开，所谓屏蔽区域610，被由电绝缘材料制成的一部分隔开，所谓绝缘区域611。这三个区域610、611、612界定了一连续平面。传感器的平面610、611、612布置成靠近平行于液滴600的轨迹601的平面并位于该平面中。灵敏区域612的相对于射流行进方向的上游边缘701和下游边缘702基本上垂直于未偏转射流的标称轨迹。

随着带电液滴600在传感器附近的通过，每个液滴600在其上导致每单位表面的电荷量发生变化。该电荷变化在曲线620上示出，随带电液滴在其位移方向上的相对位置而变(图6B)。

在传感器和地面之间循环的电流(其是电荷曲线620的导数)给出这样的信号：其代表曲线630具有入口峰值631和出口峰值632，这两个峰值的极性相反。

信号的动态和水平取决于多个因素，其中包括：液滴的电荷水平、液滴与传感器之间的距离、液滴的速度、绝缘区域的宽度、存在于液滴的静电影响面积中的灵敏区域的表面。图6A所示的此静电影响面积602代表液滴周围的场的范围，明显地受此液滴的电荷影响。

由于其他参数是固定的，所以入口或出口峰值的绝对值水平代表每个液滴嵌入的电荷量。对于与射流的瞬时断裂正确同步的电荷相位，峰值的绝对值水平是最大的。然而，它们的幅值取决于传感器的使用条件和应用特征(油墨、喷射速度、液滴频率、测试液滴310的顺序，等等)。

通过公式Vg＝Leff/Tvol，通过确定在两个入口和出口峰值的极值瞬时之间过去的时间Tvol，知道传感器的灵敏区域612的有效长度Leff可以给出在传感器前面的液滴的平均通过速度Vg。在本发明的范围内，有效长度定义为基本上是两个绝缘部分区域610的中间之间的长度，一个位于灵敏区域612的上游边缘701附近，另一个位于下游边缘702附近。

图7示出了根据本发明的静电传感器的一个优选实施方式，具有优选的几何形状和优选的布置。传感器的连续平面750设置在未打印液滴的前面且位于槽20的入口的上游。更精确地，表面750定位成与未偏转射流的标称轨迹402平行，监测未偏转射流的方向性。未偏转射流的标称轨迹以直线H垂直地投射在传感器的表面平面750上。

传感器的连续平面750由三个不同区域组成：被绝缘区域720与周围的屏蔽区域710隔开的灵敏导电区域700。

灵敏区域700由四个边缘界定：由两个侧边缘703和704连接的上游边缘701和下游边缘702，它们在图7中是直线。如图7所示，灵敏区域具有梯形几何形状。灵敏区域700连接至电流放大器(未示出)，电流放大器将由电荷循环产生的信号传递至信号处理链(同样未示出)。

屏蔽区域710是导电的并接地。其在传感器的整个面上延伸，除了包括被其整个外围上的边缘增大的灵敏表面700在内的保留部分以外。

绝缘区域720与上面定义的所述边缘相对应，与灵敏表面的每个边缘面对面(vis a vis)的绝缘区域的部分的宽度可以不同，甚至可以沿着每个边缘可变。

传感器的布置使得上游边缘701和下游边缘702基本上垂直于从未偏转射流产生的液滴402的标称轨迹。

直线H(其是未偏转射流的标称轨迹402在垂直于后者的传感器的平面750上的投影)在直线H的任一侧上将上游边缘分成两个部段705、706，并将下游边缘分成两个部段707、708。如所示出的，静电传感器相对于直线H是对称的。

相对于直线H位于相同侧上的上游部段和下游部段(一方面是705和707，另一方面是706和708)的长度不同。在H的相同侧上，一方面，较短部段的长度小于或等于射流在所考虑H的一侧的方向上沿着轴线X的轨迹偏移的最大允许幅值，另一方面，较长部段的长度基本上大于此相同的幅值。

在图7所示的优选实施方式中，H的任一侧上的较小部段(相应地较长部段)在相同的边缘上，并构成下游边缘702(相应地构成上游边缘701)。

在图7所示的优选实施方式中，以上表达的约束条件的应用导致限定比槽的直径小的下游边缘的长度和比槽的直径大的上游边缘的长度，长度的差异至少等于液滴直径的两倍。

优选地选择下游边缘702的长度等于槽20的内径的大约2/3。在本情况中，此槽内径大于液滴直径的10倍。

还优选地选择上游边缘701的长度等于槽的内径的大约4/3。与上游边缘和下游边缘面对面的绝缘区域是具有约3.5倍液滴直径的恒定宽度的条带。

优选地，与侧边缘703和704面对面的绝缘区域是具有大约2倍液滴直径的恒定宽度的条带。此宽度小于与上游边缘和下游边缘面对面的绝缘区域的宽度。

根据打印机的操作设置来调节灵敏区域700的高度，特别是：液滴大小、液滴频率和射流速度。给定打印机的操作设置的其他参数的值，此高度具有射流中的液滴之间的距离的大约15倍的优选值。

未偏转射流的标称轨迹与由灵敏、绝缘和屏蔽区域700、710、720界定的传感器的平面之间的距离优选地对有污染传感器风险的射流不稳定性最大可能地产生最大公差；这里，其基本上等于灵敏区域的高度的1/6。

如上所述，在优选实施方式中，以与预期打印的液滴的极性相反的极性对测试液滴310充电，并以最低可能的电荷值充电，这导致最低可能的偏转，同时保持可测量。

给定传感器相对于槽20的相对上游位置和偏转最小的液滴与槽的外边缘之间的标称距离d(在这里大于液滴直径的大约两倍)，在传感器位置处，测试液滴310必须保留在与图4的测试部分420基本上相同形状的表面中。

对于约150μm的平均液滴直径来说，对于图7所示的静电传感器和靠近其布置在下游的回收槽20，分别具有以下值：

-槽20的内径≈1.5mm，

-下游边缘702的长度≈1mm，

-上游边缘701的长度≈2mm，

-与上游边缘和下游边缘面对面的绝缘区域的高度≈500μm，

-与侧边缘面对面的绝缘区域的宽度≈300μm，

-灵敏区域700的高度≈4.8mm，

-平面700、710、720与液滴的标称轨迹的轴线之间的距离≈800μm，

-测试液滴310沿着轴线Y的偏转≈-100μm，

-测试液滴310的轨迹轴线与传感器的平面之间的距离≈700μm，

-测试部分420的距离：在轴线Y上放在离传感器≈400至1300μm之间的位置，在轴线X上放在+/-600μm的位置。

现在将描述液滴轨迹方向性检测装置的操作。

应用于从传感器测量的信号的处理是不同的，以产生射流轨迹沿着轴线X(平行于传感器)或沿着轴线Y(垂直于传感器)的偏移的评估，并顺序地进行描述。

射流轨迹沿着平行于传感器的轴线X的偏移的评估：

图8A至图8C示出了在处理后获得的时间信号，当正确充电的液滴(在良好的同步相位中)传感器前面通过时，对于沿着轴线X具有给定偏移的三个射流特征轨迹，分别是：零或另外表达为中心(X＝0)，在固定检测极限上(X＝+600μm)和超过固定极限(X＝900μm)。在剩下的说明中，应记住，图8A至图8C中给出的曲线的纵坐标的刻度不相同，并且，在此轴线上使用的单位并不直接是电流单位，而是代表在信号处理之后循环至传感器的电流的幅值。由于图7所示实施方式中的传感器的几何形状和布置，直线H还是传感器平面的对称轴线：图8A至图8C所示的信号由此对于相对于直线H的对称射流轨迹偏移是相同的。

在图8A至图8C的实例中，测试液滴310的轨迹保持在与传感器基本上平行的平面中。为了记录测试液滴310所经历的偏转值(沿着轴线Y-100μm)，将测试液滴310在其中具有其轨迹的平面定位在沿着轴线Y距离槽的中心-100μm处。

图8A示出了零偏移或另外表达测试液滴310的入口位置：因此它们保持在传感器的对称平面中。注意到，在处理后获得的信号上，入口峰值和出口峰值的水平具有同阶的绝对值Pe和Ps。然而，出口峰值的水平比入口峰值的水平稍低(110的值相对于146的值)。这是由于与带电液滴的静电影响面积面对面的灵敏区域的相对表面减小的原因：另外表达为，液滴从上游向下游前进得越远，由灵敏区域检测的其影响表面区域由于灵敏区域的梯形形状而越小，导致入口Pe和出口Ps之间的峰值水平的自然减小。

图8B示出了在H右侧的检测极限(或+600μm)处的测试液滴310的轨迹偏移。当液滴垂直地通过上游边缘705到达沿着X的侧端进一步远离轨迹偏移的区域时，传感器的场中的进入条件相对于情况8A变化较小。因此，入口峰值Pe的水平与图8A的入口峰值的水平为同阶。存在约8％(等于146-135/135的比值)的微小衰减。这同样是由于与带电液滴的静电影响面积面对面的灵敏区域的相对表面减小的原因。相反，出口峰值水平Ps相对图8A的出口峰值Ps的水平明显衰减。此衰减为约33％(等于110-74/110的比值)：这是由于这样的事实，液滴经过边缘的侧极限位置垂直地到达下游边缘702(见图8B中702位置处的虚线)，并由此与侧绝缘条带720相对。因此，在灵敏表面上产生的电荷急剧减少。

图8C示出了在H右侧的检测极限(或+900μm)处的测试液滴310的轨迹偏移。当测试液滴310面向与上游边缘701的侧极限垂直的灵敏区域时，其给出入口峰值Pe，该入口峰值水平相对于图8A和图8B的水平衰减：然而其大小保持在可与图8A的入口峰值的水平相比的水平(减小25％)。在下游边缘702的位置处，测试液滴310已经超过绝缘侧条带720并垂直地通过而到达屏蔽710。出口峰值Ps急剧衰减：其水平相对于图8A的出口峰值的水平减小61％。既然如此，当液滴面向下游边缘702时，它们保持充分靠近后者，能够产生在基本上与图8A和图8B的之前偏移情况相同的瞬时定位的出口峰值Ps，但是具有非常低的水平。图8C所示的此偏移情况实际上相当于信号的可靠利用的极限。

还指出，对于比图8C的偏移更大的偏移(超过900μm)，入口峰值急剧衰减，而且，出口峰值消失并且不精确地位于信号中。

因此，可用当测试液滴310在旁边通过时从循环至传感器的电流的代表信号提取的入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平之间的差异的代表函数来评估射流沿着平行于传感器设置的轴线X的侧偏移。触发发出射流过度偏移(其是不允许的)的信号的警报器的决定，是对此函数提供的值进行测试的结果。

优选实施方式中的函数是入口峰值和出口峰值的水平之间的比值的绝对值Ps/Pe，并且，测试包括：检验所获得的值是否大于单个预定阈值R。在传感器的灵敏区域的形状可区分液滴移动方向的结构中，可将入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平的函数的值与两个预定阈值进行比较，这两个预定阈值分别对应于直线H右侧和左侧的轨迹偏移情况。

图8D示出了根据沿着轴线X的侧偏移射流轨迹代表比值Pe/Ps的绝对值(|Ps/Pe|)的曲线，与测试液滴310相关的轨迹均沿着轴线Y偏移-100μm的距离。应指出，比值Pe/Ps保持基本上恒定，并且当射流开始远离标称轨迹时最大，然后，当偏移的幅值接近传感器的灵敏区域的下游边缘702的侧端时，进行基本上线性的减小。因此，对于约0.55的预定值R，沿着轴线X的检测区域相当于期望的+/-600μm。发明人所进行的验证表明，当射流轨迹沿着轴线Y的偏移在检测极限内变化时，上述入口峰值和出口峰值的相对行为保持基本相同。

射流轨迹沿着垂直于传感器的轴线Y的偏移的评估：

沿着轴线Y的射流偏移导致相对于传感器的平面而言测试液滴310的接近或远离。测试液滴310的标称轨迹在距离传感器700μm的距离处进入。沿着轴线Y的射流偏移的预期效果是在传感器中循环的电流的代表信号的入口峰值和出口峰值的幅值的变化。

如果在射流留在传感器的对称平面(X＝0)中的同时考虑沿着轴线Y的这种射流偏移，那么，如果测试液滴不接近彼此，则测试液滴310将留在离传感器小于400μm(或相对于位于离传感器700μm处的标称测试液滴轨迹为-300μm)的安全区域内，并且如果测试液滴不远离彼此，则测试液滴将留在大于1300μm(相对于标称轨迹为+600μm)的安全区域内。在图9A中用垂直虚线表示标称轨迹。

图9A示出了当轨迹偏移沿着轴线Y发展时代表Pe和Ps的绝对水平的实验曲线。这里，而且，在曲线的纵坐标“峰值水平”上使用的单位并不直接是电流单位，而是代表信号处理之后的在峰值末端处循环至传感器的电流的幅值。可以看到，入口峰值Pe的水平在大约+350(偏心-400μm)和64(偏心+500μm)之间变化(相对于700μm的标称值偏心的电流幅值代表)。因此，此水平可用作在此轴线上产生过度偏心警报的测试的标准；该测试包括验证最大峰值的水平(相当于优选实施方式中的Pe)是否在最小值Nmin和最大值Nmax之间。

在图9A中，应指出：

-入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平中的每个都逐渐减小，随轨迹相对于传感器的距离而变，

-两个入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平之间的差保持大约恒定。

当射流集中于轴线X上时，在图9B的曲线上示出的所计算的比值Ps/Pe从0.9(在轴线Y上偏移-400μm)到0.56(在相同轴线Y上偏移+500μm)。

射流轨迹的过度双向偏移(不容许)的检测：

如前所述，预定安全表面501(图5)中的射流偏移的评估可仅从来自根据之前描述的发明的检测装置的信号的入口峰值和出口峰值的水平相对于定义参考轨迹的测试液滴310的评估中来实现。

因此，入口峰值的水平表示传感器的平面与测试液滴310的轨迹之间的距离，对于此距离，比值Ps/Pe表示测试液滴310的轨迹的侧偏移。

根据本发明，还可从射流偏移评估建立警报过程。此警报过程必须在两种情况之间导致二进制输出形式：

-或者测试液滴310定位在确保从连续喷墨产生的液滴与槽的壁部不相互作用的区域中，

-或者测试液滴310定位在液滴与槽之间存在相互作用的危险的互补区域中(此区域在图5中标为500)。根据后一种情况，触发警报器。

优选地，在确保利用最佳电荷相位之后启动警报过程，产生最佳信号。事实上，相对于连续喷墨的断裂的较差的电荷同步会导致异常和不稳定的峰值水平，不可用于测试和警报。

当射流接近允许安全区域的极限时，触发警报器的过程的步骤如下所述：

1发射一连串测试液滴310；

2当测试液滴310在静电传感器前面通过时，确立在检测装置中所产生的电流的代表信号；

3评估存在于信号中的入口峰值Pe和出口峰值Ps的水平并计算比值Ps/Pe的绝对值(|Ps/Pe|)；

4在更高水平的峰值P(或Pe或Ps)与预定值Nmin和Nmax之间进行比较：如果P＞Nmax或P＜Nmin，那么触发警报器并放弃过程。更高的峰值是具有根据图7的传感器和布置的入口峰值Pe；

5否则(Nmin＞P＞Nmax)，根据峰值P的水平选择预定值R(从存储表或根据计算)；

6在比值|Ps/Pe|和值R之间进行比较：如果|Ps/Pe|＜R，那么触发警报器并放弃过程；

7否则，过程终止。在此步骤7中，由此认为射流轨迹是允许的。

相位搜索并测量从射流产生的液滴的速度：

通过与图7所示相同的检测装置，可以搜索液滴的最佳电荷相位并测量其速度。事实上，在发射具有不同相位的带电测试液滴310后获得的信号中，最高峰值水平代表电荷的质量。另一方面，在入口峰值和出口峰值的极值之间过去的时间是液滴在与传感器相对地通过时所花费的时间。因此，知道灵敏区域的有效长度使得可以计算测试液滴310在传感器前面通过的速度。所达到的实验测量结果表明，入口峰值和出口峰值的特征的质量(代表峰值的水平、定位精度)保持足以执行相位搜索并测量射流速度，无论射流在安全区域内如何漂移。

由于本发明，由此可以相同的测试顺序执行相位搜索、速度测量和实际喷射位置的评估的组合。其优点是减少了用来控制装配有如上所述的静电传感器和信号处理装置的根据本发明的打印机的测量结果所分配的时间。这是更显著的，因为在此控制时间的过程中中断打印机的正常操作，即中断打印过程。另外表达为，在减少专门用来执行根据本发明的步骤的控制时间时，增加了打印机的可用性。

在图11A和图11B中示出了连续喷射打印头中的根据本发明的静电传感器的有利布置。

在现有技术中，在打印头中实现静电传感器需要增加液滴在打印头中的飞行路径的长度，因为必须在充电电极和槽之间物理地设置一传感器。现有技术的传感器的体积不可避免地增大，以在灵敏芯部周围施加屏蔽。例如，专利EP 0 362 101描述了一种静电U形传感器，其灵敏区域设置在狭槽的底部。U形传感器的外部被完全屏蔽，允许有效地面对面地保护打印头中的静电环境。类似地，对于直接暴露于静电环境中的扁平传感器，现有技术提出对与传感器的功能表面面对面的屏蔽表面施加在传感器的平面与所施加的屏蔽表面之间通过的射流轨迹。例如，这种结构是市场上商标为“Serie Imaje Serie 9020”的打印头的结构。

但是液滴的飞行路径长度的这种增加并不是所希望的，因为其会导致打印机性能的退化，特别是打印液滴的位置不准确。

图11A和图11B所示的打印头是在申请FR 2 821 291中公开的打印头，增加了根据本发明的静电传感器750。

图11A示出了具有液滴发生器1、充电电极4、保持在0V的偏转板2和高压偏转电极(也叫做偏转板)3的打印头压板的前视图。这两个偏转板2、3是弯曲的，基本上彼此平行且彼此靠近，以增加偏转效率。此结构需要打开板2中的狭槽16，以使未偏转或稍微偏转的液滴通过。图11B是在观察方向T上的侧视图，板3和板2可分别透明和半透明地观察到。如下所述地设置传感器750：

-位于槽20的上方，尽可能地远离喷嘴，以使测量精度最大，但是同样地距离槽入口足够远，以使由来自槽的飞溅产生的污染风险最小；

-传感器的平面750垂直于液滴的偏转面；

-位于保持在0V的偏转板的后面且距离后者非常近。如上所述，偏转电极由此在有效地面对面地屏蔽传感器平面时起着重要作用，无需增加额外的屏蔽功能。

有利地，可将槽设置在比偏转板的下端更上游的位置。传感器的壳体和槽可机械地连接，以更容易地相互定位，并使得检测区域的规格仅由结构来限定(在装配过程中无需调节)。

与图11A和图11B中一样，在打印头中执行传感器由此不会增加液滴的飞行路径长度，并对打印机增加监测射流方向性漂移的功能，无需改变打印机的性能。此外，对于槽和传感器的接近以便维护是最佳的。

由于可以精确地实时评估带电液滴的轨迹相对于标称轨迹在后者的给定位置(有利地靠近回收槽)处的实际双向移动位置，所述发明特别改进了液滴轨迹的方向性检测。

根据本发明的连续喷墨打印机相对于现有技术的喷墨打印机的优点如下所述：

-精确地评估从打印头的液滴发生器的射流产生的油墨液滴的轨迹的双向移动；

-如果在具有所监测的液滴轨迹的给定传感器位置附近通过的液滴的位置接近极限或从安全区域离开，特别是从回收槽的入口离开，那么触发警报器；

-如果在槽中需要作为对来自流量传感器的信息的补充(由具有足够安全余量的槽捕获的任何液滴，或检测到对于一些液滴来说任何明显的撞击槽的边缘的风险)，那么对连续喷射打印机的用户提供关于未打印液滴的回收的可靠信息；

-搜索最佳电荷相位同步并测量液滴速度。

另外，本发明的执行不增加打印头的复杂性也不增大其体积。通过根据本发明的检测，并不改变在打印头中循环的液滴的飞行时间：由此保持打印性能。传感器的布置不会损害打印头的可接近性，这由此保持最佳的维护。根据本发明的传感器在具有弯曲偏转电极的打印头中的集成会产生与电磁干扰面对面的所述传感器的有效屏蔽，不会干扰偏转液滴的通过。

在不背离本发明的范围的前提下，可进行其他改进。

特别地，如果在详细描述中已经检测方向性的轨迹是使前者通向回收槽的中心的未偏转油墨液滴的轨迹，那么本发明也可应用于监测在标称轨迹周围的液滴轨迹的方向性，可选地是偏转的，并非必须指向回收槽。

而且，根据本发明所检测的带电液滴的极性可与偏转打印液滴的极性相同，或者采用相反的值。

而且，之前准确描述的静电传感器是这样的传感器，其灵敏区域和绝缘区域在其平面上具有梯形形状：可通过使由灵敏区域界定的平面的形状与绝缘条带的形状适应来调节检测，例如根据图10A和图10B中的前视图所示的形状。在这些图10A和图10B中，静电传感器具有：对称的灵敏区域800或900、包围灵敏区域且限定基本上类似形状的绝缘区域820或920、以及包围绝缘区域且不对称的屏蔽区域810、910。图10A的灵敏区域800的形状由两个彼此叠加的矩形界定。图10B的灵敏区域900的形状由在根据本发明的检测中构成上游边缘和下游边缘的两个边缘901和902界定。这两个上游边缘和下游边缘901、902由弯曲轮廓的侧边缘903、904连接。

Claims (26)

1.一种用于液体射流产生的液滴的轨迹的方向性检测装置，所述液滴是带电的，所述装置包括：

-静电传感器(750，850，950)，包括：用于电荷检测的部分，由导电材料制成，即灵敏区域(700，800，900)；所述灵敏区域被由电绝缘材料制成的部分包围，即绝缘区域(720，820，920)；所述绝缘区域本身被由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的部分包围，即屏蔽区域(710，810，910)；所述传感器的各区域界定至少一个连续平面，所述传感器的灵敏区域包括至少四个边缘，其包括由两个侧边缘(703，704，803，804，903，904)彼此连接的上游边缘(701，801，901)和下游边缘(702，802，902)，所述传感器的布置使得：

·所述上游边缘和下游边缘基本上垂直于所述液滴的标称轨迹的方向，并分别被直线H切成两个部段，所述直线H是标称轨迹在垂直于后者的平面上的几何投影；

·对于由所述直线H界定的传感器的每侧，所述上游边缘的部段和所述下游边缘的部段具有不同的长度，较长部段的长度至少等于轨迹相对于所述标称轨迹在所考虑直线H的一侧偏移的最大容许幅值，并且，较短部段的长度最多等于轨迹相对于所述标称轨迹在所考虑直线H的一侧偏移的最大容许幅值，

-信号处理装置，用于处理由所述传感器检测的运动中的液滴的电荷所产生的电信号，所述信号处理装置分别适于：

·评估从分别在所述传感器的上游边缘和下游边缘的水平面处检测到的运动中的电荷所得到的电流的代表信号的入口峰值Pe的水平和出口峰值Ps的水平，并且

·计算Pe和Ps的水平之间的差异的代表函数的值，

·将所述函数的值与至少一个第一预定恒定值或预定值的范围进行第一次比较，

·将更高的入口峰值Pe或出口峰值Ps相对于彼此的水平与至少一个第二预定恒定值进行第二次比较，所述预定值是所述液滴的标称轨迹的特征，

其中，第一次比较允许知道所述液滴的轨迹在平行于传感器平面的平面中的实际位置，并且第二次比较允许知道所述液滴的相同轨迹在垂直于所述传感器平面的平面中的实际位置。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，Pe和Ps的水平之间的差异的代表函数的绝对值是比值Pe/Ps或差值Pe-Ps。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述信号处理装置包括对入口峰值Pe和出口峰值Ps之间的时间间隔进行评估以从中推导出液滴在所述传感器的位置处的速度的装置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其中，所述传感器的布置使得其灵敏区域相对于直线H对称，所述直线H是液滴的标称轨迹的几何投影。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其中，所述传感器的布置使得其灵敏区域相对于直线H不对称，所述直线H是液滴的标称轨迹的几何投影。

6.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，相对于所述直线H位于相同侧上的所述上游边缘的部段和所述下游边缘的部段之间的长度之差的绝对值至少大于液滴直径的一倍。

7.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述传感器的布置使得其平面与所述液滴的标称轨迹远离一定距离，所述距离在液滴直径的两倍与所述灵敏区域的高度的一倍之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述灵敏区域的高度是所述射流中的连续液滴之间的间隔的3至100倍。

9.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，在所述上游边缘和下游边缘的位置处包围所述灵敏区域的绝缘区域的高度是液滴直径的0.5至10倍。

10.一种静电传感器(750，850，950)，包括：用于电荷检测的部分，由导电材料制成，即灵敏区域(700，800，900)；所述灵敏区域被由电绝缘材料制成的部分包围，即绝缘区域(720，820，920)；所述绝缘区域本身被由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的部分包围，即屏蔽区域(710，810，910)，所述传感器的各区域被至少一个连续平面界定，所述传感器的灵敏区域在平面的前视图中包括至少两个基本上彼此平行的边缘(701，801，901，702，802，902)，垂直于这些边缘并通过这些边缘中的一个的中间的直线将另一边缘切割成在任一侧上界定不同长度的两个部段。

11.一种静电传感器，包括：用于电荷检测的部分，由导电材料制成，即灵敏区域(700，800，900)；所述灵敏区域被由电绝缘材料制成的部分包围，即绝缘区域(720，820，920)；所述绝缘区域本身被由导电材料制成并接地以产生电屏蔽的部分包围，即屏蔽区域(710，810，910)，所述传感器的各区域被至少一个连续平面界定，所述传感器的灵敏区域在平面上的前视图中包括至少两个基本上彼此平行且具有不同长度的边缘(701，801，901，702，802，902)，垂直于这些边缘并通过这些边缘中的一个的中间的直线还通过另一边缘的中间。

12.根据权利要求11所述的静电传感器，其中，所述灵敏区域在平面上的前视图中具有梯形几何形状，包围所述灵敏区域的绝缘区域定义一类似的梯形形状。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的静电传感器，其中，将彼此平行的两个边缘连接的灵敏区域的侧边缘在平面上的前视图中具有弯曲的直线状或阶梯状轮廓。

14.一种连续喷墨打印头，包括：装配有从中产生连续射流的油墨喷嘴的液滴发生器(1)、布置在所述喷嘴的下游且用于对从射流产生的液滴充电的充电电极(4)、一对彼此隔开且布置在所述充电电极的下游的用于选择性地使预期用于打印的带电液滴偏转的偏转电极(2，3)、用于未偏转液滴的回收槽(20)、以及至少一个根据权利要求10至13中任一项所述的静电传感器(750，850，950)。

15.根据权利要求14所述的打印头，其中，每个所述偏转电极(2，3)具有向内弯曲的有源表面，其中一个偏转电极(2)的表面包括用于使所述未偏转液滴通过的通路狭槽，所述静电传感器布置在所述狭槽与所述回收槽之间。

16.根据权利要求14或15所述的打印头，其中，所述静电传感器布置在未偏转液滴的回收槽(20)的上游并靠近之，对于70μm至250μm之间的液滴直径，所述灵敏区域的下游边缘与所述槽的入口平面远离0.5mm至5mm之间的最小距离。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的打印头，其中，所述传感器的布置使得其平面基本上垂直于所述液滴的偏转面并与偏转方向相对，所述偏转方向被定义为是零偏转轨迹与打印过程中启动的多个偏转轨迹之间的方向。

18.根据权利要求14至16中任一项所述的打印头，其中，所述传感器是布置使得其平面基本上平行于所述液滴的偏转面并基本上平行于油墨射流的后部，参考所述打印头的前面来定义油墨射流的前部。

19.一种包括两个根据权利要求10至13中任一项所述的静电传感器的打印头，其中一个传感器根据权利要求17设置，而另一个传感器根据权利要求18设置。

20.一种连续喷墨打印机，包括根据权利要求14至19中任一项所述的打印头和根据权利要求1至9中任一项所述的检测装置的信号处理装置。

21.根据权利要求20所述的连续喷墨打印机，其中，由所述检测装置检测的液滴是叫做测试液滴(310)的液滴，在所述打印机的正常操作过程中，由所述充电电极(4)对所述测试液滴充电，并将所述测试液滴插入由所述偏转电极(2，3)偏转的以打印为目的的一连串液滴内。

22.根据权利要求21所述的连续喷墨打印机，其中，所述测试液滴(310)被充以与以打印为目的而偏转的液滴的极性相反的极性。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的连续喷墨打印机，其中，所述信号处理装置连接至警报器，如果至少一个比较导致确认已经超过其中一个值或预定值的范围，那么触发所述警报器，所述警报器的触发发出所有未偏转油墨液滴未被所述槽(20)回收的危险的信号。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的连续喷墨打印机，除了所述传感器的信号处理装置以外，进一步包括用于对缺陷或离开槽的射流进行检测的槽(20)中的油墨流的补充分析装置，例如缺陷槽功能。

25.根据权利要求24所述的连续喷墨打印机，其中，所述槽(20)中的油墨流的补充分析装置包括在直接位于所述槽(20)的入口后面的油墨回路中循环的油墨管路的电阻率分析装置。

26.根据权利要求20至25中任一项所述的连续喷墨打印机，包括用于改变所述液滴的电荷相位的装置，在电荷相位的改变过程中，所述信号处理装置适于确定从在所述传感器的相同边缘的位置处检测的电荷得到的电流的代表信号的最高峰值，在所述打印机的操作过程中，将充电电极信号设定在导致此最高峰值的电荷相位上。

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