CN104334356B - 用于喷液打印机的受电阻器保护的偏转板 - Google Patents

Abstract

提供了一种喷液打印设备，其具有用于朝向基板射出液体液滴流的喷嘴、用于向液体液滴提供电荷的充电段和一对导电偏转板，该对导电偏转板用于产生能够将液体液滴偏转到基板的期望位置的电场，其中将电阻器设置在电源与电场之间，以在偏转板之间产生电弧期间限制来自电场的电流，由此最小化电场的中断和最小化电磁脉冲。

Description

用于喷液打印机的受电阻器保护的偏转板

技术领域

本发明大体上涉及喷液打印机(liquid jet printer)，该喷液打印机具有一对充电偏转板，用于指引液体液滴的路线，本发明尤其涉及偏转板，该偏转板在电源与在偏转板之间形成的电场之间具有电阻器以最小化板之间电弧的影响。

背景技术

第7,438,396 B2号美国专利公开了一种连续喷墨打印机，其具有喷嘴阵列，用于跨基板(诸如织物结构)的宽度同时打印。对于每个喷嘴，存在(i)液滴形成段，诸如压电式换能器，(ii)液滴充电段，诸如平行的金属板，和(iii)液滴偏转段，用于指引液滴落到待打印的基板的期望位置的路线。对液滴进行偏转的范围使得相邻的喷嘴可以重叠，以在基板上打印出无缝图案。各偏转板间隔开，并且被相反地充电至例如1至5kV，以产生电场。液滴上的电荷和/或偏转板产生的电场的强度可以改变，以造成对液滴的偏转更大或更小。在一个示例中，未被充电的液滴不会偏转且会聚集在水槽中。

在打印机的工作期间，液体可能聚集在偏转板的表面上，导致在板之间产生电弧，且随后会干扰电场和打印机电子器件。

发明内容

本发明涉及一种喷液打印设备，具有能够朝向基板射出单个液体液滴的流的喷嘴、能够为液滴提供电荷的液滴充电段，和在喷嘴下游的一对间隔开的带电偏转板，该偏转板用于产生能够将液滴偏转到基板的期望位置的电场。喷液打印机可以发射连续的液体液滴流或按要求射出液体液滴。在连续喷液打印机的情况下，诸如水槽的收集装置被插入在喷嘴与基板之间，以例如在特定的液体颜色不是正在打印的图案的部分时阻止至少部分液滴撞击到基板上。收集的液滴可以被回收到液滴形成段。

电源连接到在电路中的每一个偏转板，以在偏转板之间产生电压差。在偏转板之间的空间中形成的电场是电压的函数。在打印机工作期间，液体液滴可能积聚在偏转板的表面上。该积聚可由于水槽的泼溅、错误方向的滴落或由于墨水被回弹而离开正被打印的基板的表面造成的。该积聚物可结合到偏转板的表面上，从而将有效间隙减小成低于空气的击穿电势，并且可能从一个板到相邻的反向充电的板形成电弧。在偏转板之间形成高能电弧可能造成电压降低，因此中断电场且干扰对充电的液体液滴的控制。此外，与高能电弧相关联的电流中的电涌可能产生电磁脉冲(“EMP”)，这可能会破坏打印机电子器件。

本发明的一个目标是通过在形成电弧期间最小化跨板的电压差的降低，而最小化对偏转板之间的电场的中断。本发明的另一个目标是在偏转板之间产生的电弧可能造成通过电路的电流中的电涌时，最小化由通过电路的电流中的电涌造成的EMP事件。本发明的再一个目标是最小化由形成的电弧造成的电压降低和EMP事件，而不会在偏转板之间形成电弧之后向电源/轨组件(rail assembly)(总线)/偏转板的电阻器-电容器电路(“RC”电路)再充电的时间中引入过多延迟。尤其是，过高的电阻值可能导致RC电路上升时间对于高速打印来说太长，并且将导致能量不足以将液体从湿的偏转板吹掉。

本发明的这些目标是通过将电阻器引入到电路中在电源与在偏转板之间形成的电场之间来实现的，由此在偏转板之间形成电弧期间电阻器充分限制了电流。在本发明的一个实施例中，电源产生跨偏转板的大小为从4KV至8KV的电压差，且将电阻值为从1至100兆欧姆的电阻器设置在电路中位于电源和在偏转板之间形成的电场之间。在另一个实施例中，电阻器设置在电路中位于电源和在偏转板之间形成的电场之间，其中在偏转板之间形成电弧期间，电阻器将来自电源的电流限制到0.6mA或更少。

本发明可用于具有连接到电源的多对偏转板的应用中，为此第一总线将电源的负极端子连接到负偏转板，且第二总线将电源的正极端子连接到正偏转板。这些总线(本文中也称为轨组件)由于其相当大的金属量，会有效地向系统中引入相当大的寄生电容。本发明的目标可通过提供多个电阻器来实现，其中一个电阻器设置在电路中位于各个总线(正的或负的)与在偏转板之间形成的电场之间。例如，在电路中在正的或负的总线分别与每一个正的或负的偏转板之间可设置一个电阻器。通过将电阻器设至成紧接在每个单个偏转板之前，而不是电源和每条总线之间，一个电阻器就可以避免RC电路上升时间较长和产生高能电弧。

这些电阻器可以是常规的，两个终端电组件并入电路中位于电源与偏转板之间，或者可以将偏转板自身的组合物选择成能够提供实现本发明的目标所必须的电阻水平。还可以理解可通过使用不同于常规电阻器的装置，诸如一定长度的高电阻电线或纤维来提供电源与偏转板之间的期望电阻。

本发明还包括一种打印的方法，其特征在于使用喷射打印设备，并入电阻器保护，以例如如本文中提到的不同应用中描述的那样在基板上打印。

附图说明

图1是用于在基板上打印的包括喷嘴、充电站、偏转站的装置的侧视图。

图2是电源、总线、电阻器和偏转板的示意图。

图3是电源、总线和高阻偏转板的示意性视图。

图4是一对具有绝缘体核心和导电涂层的高阻偏转板的横截面视图。

图5是一对具有散布在非导电基质中的导电填料的高阻偏转板的横截面视图。

具体实施方式

以下阐明了本发明的优选实施例和特征，而不对本发明的范围造成限制。在说明书中提到的所有美国专利均通过参考并入本文中。除非另作说明，否则条件有：25℃，1个大气压和50％的相对湿度，浓度是用重量计算的，分子量是基于重均分子量(weight average molecular weight)的。

在本申请中使用的术语“聚合物”或“聚合材料”表示具有至少为5000的重均分子量(Mw)的材料。这样的聚合材料可以是非结晶的、晶体状的、或半晶体材料，包括弹性聚合物材料。

喷液打印机

参考图1，本发明可与喷液打印机1结合起来使用，该喷液打印机1具有能够朝向基板4射出单个液体液滴3的流的喷嘴2。液滴可由结合到喷嘴2中的压电式换能器产生。液滴遵循通过充电板5和6以及一对导电偏转板7和8的路线，充电板能够为液体液滴提供电荷，导电偏转板用于产生能够将液体液滴3偏转到基板4的期望位置的电场。可通过改变由充电板5和6放置到液滴上的电荷、改变由偏转板7和8产生的电场，或改变施加到个体液滴的电荷和电场二者来控制液滴3经历的偏转的量。

喷液打印机1可按要求射出连续的液体液滴流或射出液体液滴。在连续喷液打印机的情况下，诸如水槽9的收集装置被插入在喷嘴2与基板4之间，以防止液体液滴3撞到基板4上，例如，在特定的液体的颜色不是正在打印的图案的部分时。在所示示例中，水槽9定位成收集未被偏转的液体液滴3。可以理解的是，水槽可以定位成收集偏转的液体液滴，并且可将并不打算撞到基板上的液滴偏转到水槽。偏转板7和8中的每一个分别具有内侧10和11，该内侧面向液体液滴3的流的路线。偏转板7和8的边缘可以是圆的，以防止因为减小的场强度产生电弧。举例来说，喷嘴2与基板4之间的距离“a”可以为58mm，水槽9与基板4之间的距离“b”可以为8mm。

与本发明兼容的喷液打印机的示例可以在US 7,438,396 B2、US7,594,717 B2、US 7,524,042 B2、US 7,182,442 B2、US 7,104,634 B2、US6,106,107、US 6,003,980、US 5,969,733和US 2008/0106564 Al中找到。

本发明的液体打印机可以是一个或多个喷嘴的，例如，一个喷嘴分别用于黑色颜料、青色颜料、品红色颜料和黄色颜料，该喷嘴跨基板地从一侧移到另一侧，同时基板相对于打印机被纵向地运送。可替换地，固定喷嘴的阵列跨基板的整个宽度设置。喷嘴的喷射图案可以是邻接的或重叠的，以提供完整覆盖。在两种示例中，每个喷嘴与能够为液滴提供电荷的液滴充电段以及一对间隔开的充电的偏转板相耦接，该对偏转板在喷嘴的下游用于产生能够将液滴偏转到基板的期望位置的电场。

本发明可以利用多种液体组合物。作为示例，该组合物可以是水性的或非水性的。在该组合物中存在的着色剂可以是染料或颜料。该组合物也可以包括粘合剂、分散剂、助溶剂、表面能改性剂(诸如乙二醇和盐)。本发明可用于并入了着色剂(例如，酸性染料、分散染料和/或活性染料)的液体组合物。在本发明的一个实施例中，液体是染料溶于其中的水性组合物。

电阻保护的偏转板

喷液打印机可以配备有喷嘴的阵列，该喷嘴用于在基板以纵向方向通过设备时跨基板宽度地射出单个液滴的流。阵列的每个单元具有充电段和一对相反充电的偏转板。电路可以包括第一总线和第二总线，该第一总线将每对板中的充负电的偏转板连接到电源的负极端子，该第二总线将每对板中的充正电的偏转板连接到电源的正极端子。

在本发明的一个实施例中，提供了多个电阻器，其中一个电阻器定位在电路中位于第一(负)总线与每对偏转板之间产生的电场之间，且一个电阻器定位在第二(正)总线与每对偏转板之间产生的电场之间，并且其中这两个电阻器对来自电源的电流进行限制。

该电阻器的电阻值被选择成能实现本发明的目的，即，能平衡最小化压降和EMP事件的目的，而不会在RC电路上升时间中引入过多的延迟。对于偏转板两端的在4K至8KV的范围内的电压，值在1至100兆欧姆的范围内，尤其在10至30兆欧姆的范围内的电阻器被认为是有用的。可替换地，该电阻器的特征可以在于在偏转板之间产生电弧的期间将来自电源的电流限制到0.3mA或更少，尤其是限制到0.1mA或更少。

此外，本发明的一个令人意料不到的优点是基于观察到低能量电弧事件会导致聚集在偏转板表面上的液体被吹掉。例如，已经发现0.1mA至0.3mA的电流电涌能够将聚集的液体从偏转板表面上吹掉。因此，在本发明的一个实施例中，电阻不应过高以致于完全防止了形成任何电弧。

参考图2，提供了本发明的一个实施例的示意图，其中电阻器是常规的，两端电阻器插入在电路中位于电源和其中一个偏转板之间。电源12具有正极端子13和负极端子14。正极端子13连接到总线15，其在电路中首先连接到电阻器16a-16e，然后连接到正偏转板17a-17e。类似地，负极端子14连接到总线18，其在电路中首先连接到电阻器19a-19e，然后连接到负偏转板20a-20e。

每条总线(轨组件)的金属物质代表RC电路内的寄生电容。如果单个电阻器在电路中定位在电源与每条总线之间，则会存在总线电容可能促使在偏转板之间产生高能电弧以及导致RC电路上升时间较长的风险。因为每个板的金属物质相对较小，在电路中将电阻器放置在总线之后且紧接在每个偏转板之前使寄生电容最小化，并因此使RC上升时间和可用于电阻器下游的电弧的存储能量最小化。

电阻器可以是固定电阻器也可是可变电阻器，由于成本、空间和简洁性的原因固定电阻器是优选的。适宜的固定电阻器的示例包括复合型的，诸如碳复合电阻器、绕线型和薄膜型(诸如金属薄膜、碳薄膜和金属氧化物薄膜)电阻器。

现有技术的偏转板典型地由诸如铝、不锈钢或铜这样的导电金属制成。然而，在本发明的另一个实施例中，期望的电阻是通过提供由以下这样的材料构成的偏转板来实现的，该材料选择成能提供电源与偏转板之间的电场之间的期望电阻。参考图3，示意图显示电源21具有正极端子22和负极端子23。正极端子22连接到总线24，该总线24在电路中连接到正的高电阻率偏转板25a-25e。类似地，负极端子23连接到总线26，该总线26在电路中连接到负的高电阻率偏转板27a-27e。

参考图4，一对高电阻率偏转板28和29分别连接到正总线30和负总线31。高电阻率偏转板28和29中的每一个被构造成具有绝缘芯32和导电涂层33。作为示例，绝缘芯32可以是玻璃的、陶瓷的或非导电聚合物，该非导电聚合物包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯和弹性体。导电涂层33可以是弱导电材料，包括诸如聚苯胺和聚吡咯的导电聚合物、其中散布有导电填料的非导电聚合物，或金属/金属氧化物/金属氮化物复合材料。该导电涂层可通过溶液或气象沉淀技术来施加。

参考图5，在本发明的可替换实施例中，高电阻率偏转板34和35分别连接到正总线36和负总线37。偏转板34和35中的每一个可以是组合物，包括绝缘相(insulator phase)38和散布在绝缘相38中的导电填料39。作为示例，绝缘相可由不导电的聚合物形成的基质，并且散布在基质中的导电填料可以选自于金属的纤维和颗粒、金属氧化物和碳。通过改变散布在组合物中的导电填料的量可以很容易地调节偏转板的电阻。

本发明之前的描述涉及具有喷嘴阵列的液体打印机。然而，应理解，本发明的受电阻器保护的偏转板可以是在具有电源的电路中的单一一对偏转板，或者是包括多对偏转板的阵列，其中每一对偏转板在电路中与电源相连，以在相反充电的偏转板之间产生电场。

示例1

10兆欧姆的电阻器与两个偏转板中的每一个串联连线，并且一个板连接到稳压EMCO高压电源的正输出端，一个板连接到该稳压EMCO高压电源的负输出端。一个板上施加的电压为-3000伏特，另一个板上的施加电压为+3000伏特。电源的电流容量为0.5mA。当板被墨水弄湿时，产生的电弧非常小、无声且几乎不可能看见，并且颜色是暗紫色的。在产生电弧期间电源电压不会振荡或降低。

示例2

重复示例1中描述的试验，只是用33兆欧姆的电阻器代替10兆欧姆的电阻器。结果与示例1中相同，只是电弧更小且更暗。

示例3

重复示例1中描述的试验，只是用100兆欧姆的电阻器代替10兆欧姆的电阻器。结果与示例1和2中相同，只是电弧更小且更暗。

示例4–比较

重复示例1中描述的试验，只是通过在电阻器周围跳线而将电阻器实际上从电路中取出。电弧发出刺耳的噼啪声，电弧尺寸大出很多，且颜色是亮蓝色的。电源电压降低了几百伏特。

应用

本发明可用于连续的以及按需求的(on-demand)喷液打印机，该打印机采用充电的偏转板以对将液体液滴施加到基板的操作进行指引。可用的基板包括纸、聚合物薄膜和织物，包括机织织品和针织织品、地毯、地毡和地毯块(carpet tile)，且包括由自然和合成纤维或二者组合制成的织品。尤其令人感兴趣的是与包含尼龙纤维的基板组合起来使用包含酸性染料的水性液体组合物。

通过参考所附权利要求可用进一步理解本发明。

Claims (19)

1.用于在基板上打印的设备，包括：

(a)喷嘴，能够朝向所述基板射出单个的液体液滴的流；

(b)液滴充电段，在所述喷嘴的下游，能够为所述液滴提供电荷；

(c)间隔开的导电偏转板对，在所述喷嘴的下游；

(d)电源，其由电路连接到所述偏转板，以提供跨所述偏转板的电压差和产生能够将所述液滴偏转到所述基板的期望位置的电场；

(e)电阻器，具有从1至100兆欧姆的电阻值，被定位在所述电路中位于所述电源与在所述偏转板之间产生的电场之间，其中所述电阻器在所述偏转板之间产生电弧期间对来自所述电源的电流进行限制，

其中所述偏转板起到电阻器的作用，并且其中所述偏转板选自于(i)绝缘芯和导电涂层；和(ii)包括绝缘相和散布在所述绝缘相中的导电填料的组合物的组。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述电阻器定位在所述电源与所述偏转板之间。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述电阻器选自于包括合成型的、绕线型的和薄膜型的电阻器的组中。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述电源在所述偏转板对的两端产生从4KV至8KV的电压差。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述电阻器的电阻值为从10至30兆欧姆。

6.一种用于在基板上打印的设备，包括：

(a)喷嘴，其能够朝向所述基板射出单个液体液滴的流；

(b)液滴充电段，在所述喷嘴的下游，能够为所述液滴提供电荷；

(c)间隔开的导电偏转板对，在所述喷嘴的下游；

(d)电源，其由电路连接到所述偏转板，以提供跨所述偏转板的电压差和产生能够将所述液滴偏转到所述基板的期望位置的电场；

(e)电阻器，定位在所述电路中位于所述电源与在所述偏转板之间产生的电场之间，其中所述电阻器在所述偏转板之间产生电弧期间将来自所述电源的电流限制到0.3mA或更小，

其中所述偏转板起到电阻器的作用，并且其中所述偏转板选自于包括(i)绝缘芯和导电涂层；和(ii)包括绝缘相和散布在所述绝缘相中的导电填料的组合物的组。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述电阻器定位在所述电源与所述偏转板之间。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述电阻器选自于包括合成型的、绕线型的和薄膜型的电阻器的组中。

9.如权利要求6所述的设备，其中所述电源在所述偏转板对的两端产生从4KV至8KV的电压差。

10.如权利要求6所述的设备，其中在所述偏转板之间产生电弧期间，所述电阻器将来自所述电源的电流限制到0.1至0.3mA。

11.一种用于在基板上打印的设备，包括：

(a)多个喷嘴，其能够朝向所述基板射出单个液体液滴的流；

(b)多个液滴充电段，分别设置在所述喷嘴中的一个喷嘴的下游，能够为所述液滴提供电荷；

(c)多对间隔开的导电偏转板，所述多对导电偏转板中的每一对包括负偏转板和正偏转板，并且所述多对导电偏转板中的每一对均设置在所述喷嘴的下游；

(d)电源，其由电路连接到每对偏转板，以提供跨所述偏转板的电压差和产生能够将所述液滴偏转到所述基板的期望位置的电场，由此所述电路包括第一总线和第二总线，所述第一总线将所述电源的负极端子连接到所述负偏转板，所述第二总线将所述电源的正极端子连接到所述正偏转板；

(e)多个电阻器，其中一个电阻器定位在所述电路中位于所述第一总线与在每对偏转板之间产生的电场之间，并且所述电阻器中的一个电阻器定位在所述电路中位于所述第二总线与在每对偏转板之间产生的电场之间，

其中所述偏转板起到电阻器的作用，并且其中所述偏转板选自于包括(i)绝缘芯和导电涂层；和(ii)包括绝缘相和散布在所述绝缘相中的导电填料的混合物的组。

12.如权利要求11所述的设备，其中所述电阻器定位在所述电路中位于所述第一总线或所述第二总线与偏转板之间。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述电阻器选自于包括合成型的、绕线型的和薄膜型的电阻器的组中。

14.如权利要求11所述的设备，其中所述电阻器的电阻值为从1至100兆欧姆。

15.如权利要求11所述的设备，其中在所述偏转板之间产生电弧期间，所述电阻器将来自所述电源的电流限制到0.6mA或更少。

16.如权利要求15所述的设备，其中所述电源在所述每对偏转板的两端产生从4KV至8KV的电压差。

17.如权利要求11所述的设备，其中所述电源在所述每对偏转板的两端产生从4KV至8KV的电压差，且其中所述电阻器的电阻值为从1至100兆欧姆。

18.如权利要求11所述的设备，其中所述电阻器被定位在所述电路中位于所述第一总线或所述第二总线与偏转板之间，所述电源产生跨所述每对偏转板的大小为从4KV至8KV的电压差，所述电阻器的电阻值为从1至100兆欧姆，并且其中所述电阻器选自于包括合成型的、绕线型的和薄膜型的电阻器的组中。

19.一种在基板上打印的方法，包括以下步骤：

(a)通过多个喷嘴中的每个喷嘴朝向所述基板射出单个液体液滴的流；

(b)为所述液滴提供电荷，为此液滴的每个流通过多个液滴充电段中的一个，每个液滴充电段定位在其中一个所述喷嘴的下游；

(c)提供多对间隔开的导电偏转板，所述多对导电偏转板中的每一对包括负偏转板和正偏转板，并且所述多对导电偏转板中的每一对均设置在其中一个所述喷嘴的下游，其中所述偏转板起到电阻器的作用，并且其中所述偏转板选自于包括(i)绝缘芯和导电涂层；和(ii)包括绝缘相和散布在所述绝缘相中的导电填料的混合物的组；

(d)利用电源在每对偏转板之间产生电场，该电源由电路连接到每对偏转板以提供跨所述偏转板的电压差和产生能够将所述液滴偏转到所述基板的期望位置的电场，由此所述电路包括第一总线和第二总线，所述第一总线将所述电源的负极端子连接到所述负偏转板，所述第二总线将所述电源的正极端子连接到所述正偏转板；

(e)通过使来自每个流的充电液滴通过所述偏转板，使每个流中的液滴偏转；以及

(f)为此提供多个电阻器，其中所述电阻器中的一个电阻器定位在所述电路中位于所述第一总线与在每对偏转板之间产生的电场之间，并且所述电阻器中的一个电阻器定位在所述电路中位于所述第二总线与在每对偏转板之间产生的电场之间。