CN1094423C - 喷射颗粒材料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从具有颗粒材料的液体中产生与液体成比例的离散的颗粒材料附聚物并将其喷射到空气中的设备。该设备包括：喷射区域(128)；将电位施加到喷射区域上、以在所述喷射区域形成电场的装置；向喷射区域提供带有颗粒材料的液体(122)的装置。将振荡电压(A)施加到喷射区域，所述电压的幅值低于引起颗粒从喷射区域喷射所需要的电压值，将喷射电压(B)叠加到振荡电压(A)上，以便当需要时，使得喷射区域的电压之和超过喷射所需要的临界值。

Description

喷射颗粒材料的方法和设备
本发明涉及一种从具有颗粒材料的液体中产生与液体成比例的离散的颗粒材料附聚物并将其喷射到空气中的方法和设备。这种方法已经在WO-A-93/11866(PCT/AU92/00665)中公开，其包括向喷射区域提供颗粒材料，向喷射区域施加电位，以形成电场，并在喷射区域形成附聚物。借助于静电装置将附聚物喷射而使其离开喷射区域。
为了控制附聚物和颗粒的喷射，需要使电位从低于临界值改变到高于临界值。但是，已经发现，在一定的结构中，很难完全控制和调整按需喷墨的性能。本发明的目的在于克服这一问题。
按照本发明，提供一种从具有颗粒材料的液体中产生与液体成比例的离散的颗粒材料附聚物并将其喷射到空气中的设备，其包括：喷射区域；将电位施加到喷射区域、以在所述喷射区域形成电场的装置；向喷射区域提供带有颗粒材料的液体的装置；其特征是：
具有向喷射区域施加振荡电压的装置，所述电压的幅值低于引起颗粒从喷射区域喷射时所需要的电压值；
具有将喷射电压叠加到振荡电压上的装置，以便当需要时，使得喷射区域的电压之和超过喷射所需要的临界值。
借助于这一装置，当所施加的喷射电压的周期小于所述振荡电压的一个周期时，叠加到振荡电压上的喷射电压就能够使单独的液滴从打印头喷射，从而能够进行按需喷射液滴的操作。
本发明还包括使用这种设备的方法，其中，向喷射区域施加振荡电压，使所述振荡电压的幅值低于引起颗粒从喷射区域喷射时所需要的电压值；将喷射电压叠加到振荡电压上，以便当需要时，使得喷射区域的电压值之和超过喷射所需要的临界值。
下面参照附图描述本发明的方法和设备的一个实施例。
图1是打印头中墨槽的截面示意图，其中还描绘了流动矢量；
图2、图2A、图3和图3A更详细地表示了相同墨槽的截面；
图4A和图4B表示施加到墨槽电极上的电压的波形图；
图5是初始驱动控制器的方框图；
图6是安装在本发明所述的喷射装置中的第二打印头的局部透视图；
图7是类似于图6的视图，其示出了喷射装置的其它另外一些特征；
图8和图9是通过图6所示墨槽的局部剖视图，并且是图6所示结构的改型。
图1～3A表示打印头的一个墨槽，在本发明中使用多个这种墨槽。这种打印头采用电泳方法(如PCT/GB95/01215所述)聚集不可溶解的油墨颗粒，如图1所示。图示和描述的打印头将单独的象素打印在一个表面上。
打印头使用聚集墨槽120，该墨槽120的内部形状一般呈三角形，其中设有腔体121，在压力作用下(例如采用泵，图中未图示)，通过入口123向所述腔体121供给油墨122，并且为液体中的颗粒形成喷射区域。为了能够连续操作，设置出口124，从而如图1中箭头125所示，在操作中产生流动矢量分布。所示墨槽的外部尺寸为宽10毫米、全长13.3毫米、厚6毫米。
墨槽120包括聚醚醚酮(PEEK)制作的壳体126，如图2和图3所示，该壳体126具有相对置的通常呈楔形的颊板127，这一对颊板127界定出了三角形腔体121和小孔128。小孔128的宽度大约为100微米。图2A和图3A分别表示小孔128和在使用中形成的墨的弯液面133的详细构造。在各个宽表面上，墨槽由塑料侧板129、130封闭，所述塑料侧板129、130是壳体126的组成部分。壳体126可以构成起支撑固定件作用的大型组件的一部分。由于这些支撑固定件不影响操作原理，而且在本文中不必描述，因此未在图中示出这些支撑固定件。
围绕墨槽120的外侧设有薄板状电极131。电极131围绕着狭窄的侧壁，所述狭窄侧壁是由颊板127和塑料壳体126的底部构成的，电极131具有凸片或舌状件135，所述凸片135伸入腔体121中，以便与墨122相接触。电极131(已知作为电泳电极)和颊板127的形状是这样的，即，在使用中，液体中的电场矢量E的分量支配不溶解的油墨颗粒远离墨槽壁。换句话说，E·n＞0围绕墨槽120的大部分周边，其中E是电场矢量，n是从壁进入液体时测得的表面法线。这保证了不溶解的油墨颗粒不被吸引到墨槽的周边，这在另一方面改变了墨槽的电场。
在小孔128内设有喷射电极134(在另一个实施例中，为进行多象素打印，可以成排设置多个电极134′)。电极134是15微米厚的电铸镍，其具有典型电铸部件的横截面。此电极的一个面是平面，另一个面是微曲面。在使用中，油墨颗粒喷射到基材136上。
图4A表示的是相对于地而言施加到电极134上的振荡电压(波形A)以及叠加到该振荡电压上的喷射电压(波形B)。可以看到电压是有周期的，其中喷射电压脉冲的下降边缘与初始驱动脉冲或振荡电压脉冲的下降边缘相一致，而且喷射脉冲的长度小于振荡电压脉冲的长度。在图4B中表示了喷射电极134上的复合电压，在图中将合适的电压值附加到电压脉冲上。通过改变喷射电压脉冲的长度可以在打印中影响灰度值。
在图5中示出的初始驱动控制器50提供了一种用于产生和施加电压波形A、B的装置。为了可靠地获得两个同步的电压波形，将一个打印周期的时间段T分为几个相等的时间区段。这些时间区段的数量由所需的清晰度或灰度值决定。
打印周期由计算机52起动，计算机52发射复位信号，该复位信号设定时间区段的数量为0，并且起动时间区段计数器51，该时间区段计数器51由来自计算机52的时钟信号累加计数。该时钟信号可以具有与所需的打印速度相关的稳定频率或可变频率，该时钟信号例如取决于基材136相对于墨槽120的速度。
振荡电压(波形A)由打开比较器54的初始驱动脉冲和关闭比较器55的初始驱动脉冲产生。各比较器54、55比较时间区段的数量。在当时间区段信号以所需要的区段数量通过比较器54、55后，触发器56被驱动。触发器56的输出信号产生振荡电压输出。
在可变数量X个时间区段通过之后，就是喷射电压脉冲的开始时间。可变数量X储存在图象数据储存器57中。可变数量X取决于所需的喷射电压脉冲的长度和打印周期的时间T内的时间区段的数量。根据区段计数器51计量的时间区段数量X，比较器58输出信号到触发器59，然后该触发器59激发喷射电压脉冲。
当经过时间T时，区段计数器记录的数值达到打印周期的最大区段数量，并且将溢流信号输出到两个触发器56和59，保证喷射电压脉冲和初始驱动脉冲的端点处于同一时刻。
应当指出的是，基材速度监视器60也可以用于控制振荡电压。
当然，应当知道，在打印头墨槽的阵列中，单独的墨槽可以单独用于喷射(如果需要)，并且，初始电压能够以按需喷射墨滴的方式使象素挨着象素进行打印。
在图6～9中示出了另一个实施例。图6示出了阵列式打印头1的局部，该打印头包括基体2，基体2由绝缘材料例如合成塑料或陶瓷材料制成。在基体2中有机械加工出的一系列槽3，并设有插入其中的板状棱4。每个槽3设有各自的墨入口和墨出口(图中未示出，但是分别用箭头I和O表示)，墨入口和墨出口分别设置在槽3的相对的两端，以便使载有要被喷射的材料的墨液(如我们的在先申请中所描述的那样)可以流入到所说的这些槽中，并使得用过的流体可以流出。
各对相邻的槽3形成墨槽5，位于成对的槽3之间的板状棱4(或称分隔件4)构成材料的喷射区，并且具有喷射凸件6、6′。在附图中示出了两个墨槽5，左边的墨槽5具有喷射凸件6，其具有普通的三角形形状，右边的墨槽5所具有的喷射凸件是一种平切结构。各墨槽5由墨槽分隔件7分开，分隔件7由板状棱4之一形成，各分隔件7的角的形状如图所示是斜切而成的，以便提供表面8，使得喷射凸件向外伸出墨槽、超过由斜切表面8形成的墨槽的外部。将平切的喷射凸件6′用于墨槽5的端部，以减小电场的影响，所述电场是通过向喷射电极9施加电压而获得的，所述喷射电极9被设置为板状棱4表面上的金属化表面(即各墨槽分隔件的内表面)而面向喷射凸件6、6′。正如可从图8中看到的那样，喷射电极9沿着板状棱4的整个侧面和槽3的底表面10延伸。喷射电极9的精确程度将取决于打印机的特定的结构和特定的用途。
图7表示打印机侧盖的另外两种形式，第一种是简单的直边缘盖11，其沿着直线封闭槽3的侧面，如附图中顶部所示。图中所示的第二种类型的盖12位于附图的下部，此盖也封闭槽3，但是具有多个边缘切口13，所述边缘切口13与槽3对准。这种类型的盖结构可以用来加强液体弯液面的位置的形成，所说的液体弯液面是在使用中形成的，并且无论什么样的盖，这些盖都可用来提供这样一种表面，即，在该表面上可以形成喷射电极和/或第二或附加电极，以加强喷射过程。
图7还示出了喷射电极9的另一种形式，其包括附加的在板状棱4的面上的金属化表面。板状棱4支撑着喷射凸件6、6′。这有助于带电喷射，而且改善了电场中向前的分量。
图8是通过图6中墨槽5之一的一侧的局部剖视图，图9是相同的截面图，但它表示在斜切面8上存在第二电极19。如同图1～3A所示的第一打印头的情况，可以将相同或相似的电压波形施加到这个第二打印头的喷射电极上。
在各举例说明的打印头中，可以将振荡电压施加到喷射区域的不同电极上。例如，在前面特别描述的喷射电极134上施加电压的同时，可以将电压施加到偏置的第二电极上，所述偏置的第二电极的类型已在我们的英国专利申请NO.9601226.5中公开。

Claims (6)

1.一种从具有颗粒材料的液体中产生与液体成比例的离散的颗粒材料附聚物并将其喷射到空气中的设备，其包括：
喷射区域；
将电位施加到喷射区域、以在所述喷射区域形成电场的装置；
向喷射区域提供带有颗粒材料的液体的装置；
其特征是：
具有向喷射区域施加振荡电压的装置，所述电压的幅值低于引起颗粒从喷射区域喷射时所需的电压值；
具有将喷射电压叠加到振荡电压上的装置，以便当需要时，使得喷射区域的电压之和超过喷射所需要的临界值。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征是：还包括使喷射电压脉冲的端点与振荡电压脉冲的下降端点相一致的装置。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征是：还包括用以改变喷射电压脉冲长度的装置。
4.一种从具有颗粒材料的液体中产生与液体成比例的离散的颗粒材料附聚物并将其喷射到空气中的方法，其包括以下步骤：
在喷射区域将电位施加到喷射区域以形成电场；
向喷射区域提供带有颗粒材料的液体；
其特征是：
向喷射区域施加振荡电压，使所述振荡电压的幅值低于引起颗粒从喷射区域喷射时所需要的电压值；
将喷射电压叠加到振荡电压上，以便当需要时，使得喷射区域的电压之和超过喷射所需要的临界值。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征是：还包括使喷射电压脉冲的端点与振荡电压脉冲的下降端点相一致的步骤。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征是：还包括用以改变喷射电压脉冲长度的步骤。
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