CN110770030B - 充电电极 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于连续喷墨打印的对墨滴充电的充电电极。该充电电极具有大致圆柱形主体，该主体限定用于墨滴的大致圆柱形通道，所述通道沿着行进轴线延伸，在使用中，该行进轴线表示墨射流进入电极的位置以及一旦墨滴从墨射流分离时墨滴的行进方向。充电电极包括两个不同的轴向设置的区域：第一区域，用于根据需要对液滴充电；以及第二区域，用于将带电液滴从可能不期望地影响墨射流和/或液滴的轨迹的任何电场屏蔽。第二区域可以完全围绕行进轴线的至少一部分。因此，本发明提供了用于墨射流和/或液滴的改进的屏蔽。这进而可以使得能够对施加到带电液滴的电荷和/或它们的行进轨迹进行更好地控制。

Description

充电电极

技术领域

本发明涉及充电电极。特别地，本发明涉及用于连续喷墨打印机的充电电极。

本发明还涉及一种连续喷墨打印头；涉及包括这种电极的设备，例如打印头或连续喷墨打印机；并且涉及一种打印方法。

背景技术

连续喷墨打印是一种在工业环境如生产线中快速标记可移动基底的成熟技术。通过位于打印头上的相应的一个或多个打印喷嘴以微丝的形式喷射一个或多个连续的墨射流。打印头与容纳适当组分的墨的贮器流体连通。在多射流应用中，可以提供多个喷嘴和/或喷口，每个喷口对应于一个墨射流。在二元阵列打印机中，墨射流被布置成阵列。

通常通过一个或多个压电元件将振动施加到一个或多个墨射流，所述压电元件分别适当地设置在打印头和/或喷嘴的部件中并与打印头和/或喷嘴的部件联接。在使用中，振动引起墨射流破碎开并形成离散的墨滴，其可以被选择性地充电，使得带电液滴可以在它们行进至打印基底时通过由一对偏转板产生的偏转电场而偏转。在典型的布置结构中，偏转的液滴在一位置处被打印到衬底上，该位置取决于带电液滴所携带的电荷，并且不带电液滴被收集在槽中。

因此，重要的是仅对意图要打印的墨滴充电。此外，还重要的是，将要打印的液滴以所需的电荷量被一致且可靠地充电。为此目的，通常设置充电电极，并且充电电极通常位于喷嘴的紧下游。

由于各种因素，例如墨组分、喷嘴压力、温度和其它工作条件的变化，液滴沿着连续墨丝形成时所处的位置可能变化。同样地，在时域中，每个液滴形成的时刻可能变化。重要的是首先预测然后测量液滴在何处和何时分离，因为该信息进而使得能够将正确的充电信号施加到充电电极以对所需的液滴充电。如果过早地施加电场，即在液滴从墨射流分离之前，由充电电极在即将形成的液滴上暂时感应的电荷会在液滴已经分离之前消散在墨射流中。如果施加电场太晚，则在分离的液滴上可能不再能够感应正确的电荷，或者液滴可能根本无法充电。在这些限制情况之间，在任何墨滴上实际感应的电荷和所需电荷之间可能存在不匹配。

通常在打印头布置结构中还提供一个或多个传感器，以检测与液滴的形成特别是带电液滴的形成有关的参数，并且根据需要测量它们的飞行时间、尺寸、速度或电荷。这些检测的参数中的一些被称为相位数据（或相位参数），因为它们允许描述液滴形成和参考信号（例如驱动压电元件的调制信号）之间的相位关系（例如时间延迟）。这些传感器中的至少一些可以相应地被称为相位传感器。

相位信息适合被用于对液滴充电。然而，充电电极的当前设计是相当基本的，并且仍然可能发生液滴的不适当或不准确的选择性充电。此外，通过充电电极或从其离开的带电液滴的预期轨迹可以被充电和/或偏转电场或任何杂散的相邻电场偏转。本发明解决了这些缺点，并与现有技术相比提供了一种改进的用于连续喷墨打印的充电电极。

发明内容

根据本发明的一个方面，因此提供了一种用于连续喷墨打印机的充电电极，所述电极限定用于形成和屏蔽带电墨滴的通道，所述通道沿着行进轴线延伸，在使用中，所述行进轴线表示进入电极的墨射流的位置，并且墨滴在电极内部从所述墨射流分离，并且所述行进轴线表示墨滴在它们离开电极之前的行进方向，其中，电极包括第一和第二轴向设置的区域，其中，第一区域被构造成通过与墨射流的电容耦合在选定的墨滴上感应电荷，并且第二区域被构造成通过围绕所述行进轴线的至少一段来屏蔽带电墨滴，其中，充电电极具有尺寸为5毫米或更长的轴向延伸范围。

在优选实施例中，充电电极在所述行进轴线的方向上具有细长形状。

与现有技术不同，本发明的实施例相应地提供了一种用于连续喷墨打印机的充电电极，其中，对于墨射流和/或墨滴穿过充电电极的路径的至少一部分，墨射流和/或墨滴被隧洞包围地穿过充电电极。然而，应当理解，还包括这样的构造，其中，液滴在它们通过充电电极的整个路径上被隧洞包围地进入充电电极中。

第一和第二轴向设置的区域可被构建和/或构造成彼此相比大致不同。

在优选实施例中，第一轴向设置的区域可以相对于第二轴向设置的区域被更好地构建和/或构造成在带电墨滴上感应所述电荷。例如，在优选实施例中，所述通道穿过所述第一区域比穿过所述第二区域可大致更窄。

在优选实施例中，第二轴向设置的区域可以相对于第一轴向设置的区域被更好地构建和/或构造成屏蔽带电液滴。例如，在优选实施例中，所述第二区域可以在轴向上比所述第一区域更长。

第一轴向设置的区域可以被构造成在所述选定的墨滴上感应所述电荷，以使所述选定的墨滴被一个或多个偏转板偏转，以便在预定位置处打印到移动基底上。

充电电极可以是大致管状的。因此，本发明的实施例可提供一种用于连续喷墨打印机的大致管状的充电电极，其中，墨射流和墨滴被隧洞包围地穿过大致管状的充电电极，以便首先充电并在此后被屏蔽，或者其中，对于墨滴经过管状充电电极的路径的至少一部分，在这些墨滴已被充电之后，至少带电墨滴被隧洞包围地穿过大致管状的充电电极以被屏蔽。

因此，本发明提供了对进入充电电极的墨射流和/或带电墨滴的改进的屏蔽，例如诸如改进的电磁屏蔽，并且因此，当带电墨滴从墨丝破碎时，可以使得能够更好地控制施加到带电墨滴的电荷或带电墨滴的预期轨迹。

在优选实施例中，充电电极完全围绕行进轴线的所述段。然而，应当理解，对于本发明的存在而言，不需要充电电极完全围绕，即不间断地和没有间隙地围绕沿着该段的行进轴线，例如绕整个360°角（相对于垂直于该轴线的平面）。充电电极基本围绕所述的行进轴线的段以便基本环绕带电墨滴的行进方向并因此对在电极中经过的带电墨滴提供改进的屏蔽就足够了。

因此，如下的充电电极设计被认为在本发明的范围内：充电电极的至少一段如上所述基本上沿着所述段包绕墨射流液滴。

因此，充电电极的优选实施例的特征可在于充电电极的连续或不间断的第二区域，其绕墨滴的行进方向完全围绕墨滴。相反，目前使用的充电电极的设计总是包括绕墨滴的行进轴线的基本上周向的不连续或间隙，并且因此可能不能充分地屏蔽带电墨滴。当然，这些设计被从所附权利要求的范围排除。

优选地，充电电极包括大致圆柱形主体，其可以：增加或优化所述屏蔽效果；至少促进充电电极的安装；或者提供充电电极的紧凑或替代设计。

所述大致圆柱形主体可以限定圆柱体轴线。所述圆柱体轴线可至少部分地与所述行进轴线重叠。然而，在优选实施例中，由充电电极的通道限定的所述行进轴线在所述圆柱体轴线上延伸。在优选实施例中，称为同轴充电电极，行进轴线和圆柱体轴线重合。

优选地，充电电极设置有观察孔，用于观察并因此确认墨滴的形成。尽管该特征可以代表期望的可选特征（取决于应用），但是观察孔也可以被认为是对本发明的减损，因为观察孔将在某种程度上减少与带电墨滴有关的所需的遮蔽效应。因此，观察孔可以例如在液滴的行进方向上仅部分地沿着充电电极延伸，而不是像现有技术中的情况那样在充电电极的整个长度上延伸。

在本发明的实施例中，围绕带电液滴的行进轴线的所述段或部分的充电电极的第二区域可限定设置在充电电极的出口端（或远端）处的出口孔。所述出口端（或远端）可以例如设置在电极的设置有所述观察孔的那部分的一侧。

所述观察孔可以设置在所述充电电极的所述大致圆柱形主体的一侧上。观察孔可具有沿行进方向和/或圆柱体轴线延伸的细长形状，并且可具有大致矩形形状，可选地具有圆形端部。

充电电极的两个端部可以限定在观察孔的任一侧上。所述两个端部可以一个是充电电极的入口端（或近端），而另一个端部可以是所述出口或远端。

大致圆柱形主体可包括外部台阶状轮廓。外部台阶状轮廓可限定相对于圆柱形主体的其余部分直径增加的圆柱形长度。该圆柱形长度例如可以设置在所述入口端的近侧，并因此用于立即识别充电电极的入口端。大致圆柱形主体可包括在充电电极的相对端（这将会是充电电极的该实施例的出口端）的所述出口孔。

入口端，或者在某些实施例中，具有增大直径的所述圆柱形长度可以设置有用于墨射流的入口孔。第一轴向区域可包括所述圆柱形长度。在一些实施例中，第一轴向区域包括所述入口端。

入口孔可以比出口孔更小。入口孔的较小尺寸和出口孔的较大尺寸可一起有助于充电电极与墨射流的适当对准。因此，用户可仅需要将充电电极的入口端（特别是其入口孔）与墨射流充分对准，以观察在其预期轨迹上从充电电极的出口孔成功喷射的带电液滴。然而，反过来也是可能的，虽然这种解决方案将是不太期望的，因为电极与墨丝的对准可能更加困难。

应当理解，出口孔的尺寸比入口孔的尺寸更大（和/或，在一些实施例中，与充电电极的第二轴向设置的屏蔽区域对应的电极通道的尺寸比与电极的第一轴向设置的充电区域对应的电极通道的尺寸更大）可能部分地损害本发明，因为出口孔的较大尺寸可能导致带电液滴额外地（因此不期望地）暴露于前述电场。然而，根据本发明的这个方面，通过允许相对较长的充电电极，可以补救这种潜在的退步，对于任何给定的出口孔尺寸，充电电极的任何增加的长度都有助于减少上述暴露。

在任何情况下，充电电极的等于或大于5毫米的轴向延伸范围被认为潜在地提供了足够的空间，用于有效地屏蔽或遮蔽带电墨滴，而同时充电电极能够在所述屏蔽或遮蔽发生之前对选定的墨滴充电。

入口和/或出口孔可以是大致圆形、大致椭圆形、细长或卵形的形状。在优选实施例中，入口孔是椭圆形、卵形或具有圆形边缘的细长矩形孔，并且限定了一个比另一个长的第一（主）和第二（次）横截面对称轴线（此后称为横截面对称“直径”，以便不使这些特征与用于墨射流和带电液滴的通道轴线混淆或与大致圆柱形主体的轴线混淆）。出口孔可以是圆形的，并且其直径大于入口孔的大直径，或者如果入口孔也是圆形的，则大于入口孔的直径。在优选实施例中，出口孔的尺寸大约是入口孔的尺寸的大约两倍。在优选实施例中，主横截面对称直径可以是较小横截面对称直径的长度的大约两倍。

优选地，通道也是大致圆柱形的。大致圆柱形主体和大致圆柱形通道可以是同轴的或基本同轴的。因此，在充电电极的通道内测量的任何直径可以小于在充电电极的大致圆柱形主体上测量的任何直径。

通道可以包括限定通道的内部台阶状轮廓的台阶。因此，通道可以被分成具有第一直径和横截面的第一部分以及具有分别大于第一直径和横截面的第二直径和横截面的第二部分。这些部分可以限定或至少允许容易地识别电极的前述第一和第二区域。充电电极的第一轴向区域可包括通道的第一部分，或者其可由通道的所述第一部分识别和/或限定。充电电极的第二轴向区域可包括通道的所述第二部分，或者其可由所述第二部分识别和/或限定。

在优选实施例中，出口孔的直径大约是充电电极在出口端处的大致圆柱形主体的直径的一半。

优选地，充电电极包括用于将充电电极安装在打印头上的安装特征部。安装特征部可以是设置在充电电极的大致圆柱形主体上的平坦部的形式。该平坦部可以另外提供用于充电电极的弹簧加载的电接触。然而，应当理解，可以根据替代布置结构提供电接触。在优选实施例中，所述平坦部位于充电电极的出口端和/或第二轴向区域上，并且可以部分地沿着大致圆柱形主体的长度延伸，平行于行进轴线和/或圆柱体轴线和/或通道轴线。然而，应当理解，其它安装特征部也是可能的。

优选地，充电电极包括定向特征部，用于当充电电极安装在打印头上时实现或促进充电电极定向或配准在适当位置。这可以防止充电电极的不正确安装。定向特征部可以邻近观察孔定位，并且可以大致沿相同方向延伸，例如平行于墨滴的行进轴线。在优选实施例中，安装特征部和定向特征部是同一个特征部。在优选实施例中，安装和定向特征部可由上文所述的平坦部提供。安装和/或定向特征部以及观察孔可以设置在充电电极的同一侧上。在圆柱形布置结构中，安装和/或定向特征部以及观察孔可相对于共同的角度基准（例如，在0度或180度处）设置在相应的周向位置处。

优选地，充电电极的第二区域的长度大于2 mm。这可以有利地提供附加的并且因此增强的屏蔽或遮蔽。与现有技术不同，本发明的实施例因此可以在墨滴的行进方向上提供更长或细长的充电电极。应当理解，在本段落中，术语“长度”是指带电液滴在电极内行进的空间。

优选地，充电电极可以长于6 mm。优选地，充电电极可以长于7 mm。优选地，充电电极可以长于8 mm。优选地，充电电极可以长于9 mm。优选地，充电电极可以长于10 mm。在优选实施例中，这些增量对应于充电电极的第二轴向区域的长度的增量。

观察孔的长度可以达到5 mm的最大值。这被认为至少对于大多数应用是足够的。然而，由于上述原因，希望使观察孔的尺寸最小化。当然，还应当理解，可以选择观察孔的长度，以便长到足以允许方便地观察破碎点位置的范围。因此，观察孔的长度可以在1和5 mm之间，并且可以优选地为大约3到3.5毫米。

充电电极的总长度也可以由上限来界定。然而，这将取决于应用，并且因此在本专利说明书中将不详细讨论。然而，通常，这种上限（即最大电极长度）将由如下要求来决定：避免在形成液滴的时刻与液滴沉积在基底上的时刻之间的比所需液滴飞行更长的飞行。空气动力学阻力和带电相邻液滴之间的潜在电相互作用可能另外意味着打印可能变得困难或不令人满意。

上述考虑通过对比要求来平衡，以提供用于液滴的足够的充电设施，并且在飞行期间偏转带电液滴轨迹以用于打印。如将会是显见的，本发明在对液滴充电并在充电发生时和紧接着充电发生之后控制它们的轨迹的背景下出现，并因此涉及充电电极的设计、形状和/或尺寸，但不涉及充电电极的最大长度，其可以替代地基于其它考虑来确定。

电极可以可移除地或可调节地安装到打印头平台（deck）上。替代地，电极可以安装在整体式打印头平台内，整体式打印头平台是布置成至少支撑喷嘴和充电电极的单个零件。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括如本文结合本发明的上述方面所描述的充电电极的设备。所述设备例如可以是打印头的一部分。这可以被预先组装，或者可以作为用于组装的套件提供。

根据本发明的另一方面，提供一种连续喷墨打印头，包括：

喷嘴，其用于产生连续的墨射流和从所述连续的墨射流分离的墨滴；

本文结合本发明的前述方面所描述的充电电极；

一个或多个偏转板，其用于偏转任何带电墨射流液滴，以便在与打印头相关联的移动基底上进行打印；以及

用于再循环任何不带电墨滴的槽。

喷嘴可以被构造成以速度V喷射连续的墨射流。速度V可以在从最小速度Vmin（例如，这可以是18米每秒-m/s）到最大速度Vmax（例如，这可以是25米每秒）的速度范围内。

打印头可以被布置成以频率F形成墨射流液滴。频率F可以在从最小频率Fmin（例如，这可以是64 kHz）到最大频率Fmax（例如，这可以是128 kHz）的频率范围内。

因此，可以以墨滴间距DP=V/F来产生墨滴。因此，墨滴间距DP可以在最小墨滴间距DPmin=Vmin/Fmax（例如，这可以是大约140微米）和最大墨滴间距DPmax=Vmax/Fmin（例如，这可以是大约390微米）之间变化。

在优选实施例中，第二区域的长度可以大于15个最小液滴间距DPmin（在上文提供的示例中，对应于2.1 mm）。因此，在这些优选实施例中，最少16个潜在带电液滴可以同时被充电电极的第二区域屏蔽。

充电电极的长度可以大于15个最大液滴间距DPmax（在上文提供的示例中，对应于约5.8 mm）。这可以有利地适应液滴形成位置沿墨射流的更大变化。

在优选实施例中，充电电极的长度可以小于70个最大液滴间距DPmax（在上文提供的示例中，对应于27.3 mm）。充电电极的长度可以小于70个最小液滴间距DPmin（在上文提供的示例中，对应于9.8 mm）。这可以有利地减少液滴的飞行时间。

根据本发明的另一方面，提供了一种设备，其包括如本文结合本发明的上述方面所描述的连续喷墨打印头。所述设备例如可以是连续喷墨打印机。

根据本发明的另一方面，提供了一种连续喷墨打印的方法，该方法包括：

产生连续的墨射流；

从所述连续的墨射流形成多个墨滴；

使用如本文结合本发明的上述相应方面所描述的充电电极，选择性地对墨滴充电以便在移动基底上打印；

使任何带电墨滴偏转以在预定位置处将它们打印在所述移动基底上。

应当理解，除非另外说明，或者在技术上不可能这样做的地方，否则这里描述的或下面要求保护的与本发明的上述方面中的任何一个有关的特征可以与结合任何其它描述的或要求保护的方面描述的特征组合。

附图说明

现在将结合附图仅通过示例的方式描述本发明，附图中：

图1是现有技术的充电电极的一部分的侧视图；

图2是现有技术的连续喷墨打印头的平台的顶视图，示出了图1的充电电极；

图3是根据本发明的实施例的充电电极的第一透视图；

图4是从相对端观察的图3的充电电极的第二透视图；

图5是根据本发明实施例的连续喷墨打印头的平台的俯视图，其包括图3和图4的充电电极；

图6（其由图6a、6b和6c组成）示出了根据本发明的充电电极的替代实施例；并且

图7是图3和图4的充电电极的横截面图，表示出了最多的尺寸（以毫米-mm为单位）。

具体实施方式

在可能的情况下，相应的特征在下文用相同的附图标记来标记。这适用于现有技术的充电电极并且适用于所描述的实施例。

在可能的情况下，下文使用标志'、''、'''和''''来标识本发明的不同实施例的相应特征。

连续喷墨打印机将加压墨供应到打印头液滴发生器，在那里，从喷嘴1（图2中所示）发出的连续墨流被例如容纳在该液滴发生器中的振荡压电元件破碎成单独的规则的液滴。

液滴或微滴被引导经过充电电极2，在那里，它们在穿过横跨一对偏转板3提供的横向电场之前被选择性地且单独地给予预定电荷。图1示出了根据现有技术的充电电极的侧视图，并且图2示出了同样根据现有技术的打印头10的布置结构，其包括图1的充电电极。

每个带电液滴在撞击到基底S上之前被电场偏转一定的量，其取决于带电液滴的电荷大小，而不带电液滴无偏转地前进并且被收集在槽4处，它们从那里被再循环到墨源以便再次使用。

带电液滴绕过槽4并在由液滴上的电荷和基底S相对于打印头的位置确定的位置处撞击基底S。

通常，基底S相对于打印头10沿一个方向移动，并且液滴沿大致垂直于该方向的方向偏转，尽管偏转板可以定向成相对于该垂线倾斜，以补偿基底的速度（基底相对于打印头在液滴到达之间的移动意味着一行液滴不会完全垂直于基底的移动方向延伸）。应当理解，在图2（和相应的图5）中，基底S在垂直于纸张的方向上行进。

在连续喷墨打印中，字符从包括潜在液滴位置的规则阵列的矩阵而打印出来。每个矩阵包括多个列（竖划），每个列由包括多个潜在液滴位置（例如，7个）的线限定，所述多个潜在液滴位置由通过充电电极2施加到液滴上的电荷确定。

因此，每个可用的液滴根据其在竖划（stroke）中的预期位置而被充电。如果不使用特定的液滴，则不对该液滴充电，并且该液滴被捕获在槽4处，用于再循环。对矩阵中的所有竖划重复该循环，然后对下一字符矩阵再次开始该循环。

墨在压力下被供墨系统（图2中仅示出其一部分）输送到打印头10，该供墨系统通常容纳在机柜的密封隔间内，该机柜包括用于控制电路的单独隔间和用户界面面板。该系统包括主泵，该主泵经由过滤器从贮器或罐抽取墨并在压力下将墨输送至打印头10。当墨被消耗时，根据需要从可更换的墨盒重新填充贮器，该可更换的墨盒通过供应导管可释放地连接到贮器。墨从贮器经由柔性输送导管11供给到打印头10。由槽4捕获的未使用的墨滴被泵（未示出）经由返回导管（也未示出）再循环到贮器。在这些导管的每一个中的墨流通常由电磁阀和/或其它类似部件（也未示出）控制。

如从图1和图2中可以看出的，安装在这种喷墨打印机中的常规充电电极2是开槽的圆柱形筒7的形式。筒7通常具有几毫米的直径d，并且在图1的电极的情况下为6毫米。这与图2中提供的尺寸一致。筒7安装在打印头平台9上，筒7的轴线a垂直于图2中可见的平台前表面。

因此，充电电极2在墨滴行进方向上的长度对应于6毫米。这是现有技术中的上限，大多数常规充电电极的尺寸为5毫米或更小。这个限制由提供紧凑的打印头10同时允许充电电极2和偏转板3之间足够间隙的要求来决定。

当充电电极2被供应大约250 V的最大电压以对液滴充电时，偏转板被供应称为超高压（EHT）的高得多的电压，例如在6000-8000 V之间，以偏转带电液滴。

在墨滴行进方向上，偏转板3和充电电极2之间的距离使得偏转板3和充电电极2不变为电桥接，如将会明白的。

如从图1中可以看到的，在包含圆柱体7的轴线a的平面上，具有小于1毫米的宽度w的槽6在中间位置被切割穿过圆柱形筒7的上端8。槽6轴向向下延伸深度de，深度de大约是筒7的直径d的尺寸（即大约6毫米）。

充电电极2设置在打印头平台9上，如图2所示，即使得墨滴在基本垂直于筒7的轴线a的方向上经过槽6而穿过筒7的头部8。

如上所述，该布置结构使得墨滴在充电电极中从喷嘴1所喷射的连续墨射流中破裂。因此，液滴最多可以在充电电极内通过等于充电电极2的直径的距离，即在本例中为6毫米。然而，这样的距离通常小于6毫米，因为液滴将会在穿过电极的某个位置处形成。重要的是，充电电极2由适当的电路（未示出）驱动，使得当液滴即将在该内部位置处破碎开时，由充电电极2精确地产生所需的电场。

本发明源于发明人的如下认识，即充电电极2的当前设计可能不足以保护进入充电电极2的连续墨射流和/或在其内形成的带电墨滴，或者在任何情况下都可能改进现有技术的充电电极设计。

特别地，本发明源于如下认识，即有可能改进充电电极2相对于任何污染或杂散电场的屏蔽或遮蔽效果，所述污染或杂散电场例如是在任何带电液滴形成的时候以及在它们初始行进阶段的时候由偏转板3产生的电场。

另一个不期望的电场污染源可能是安装在平台9的后侧上的任何电子电路。另外，打印头10可能靠近外部电子设备，并且该设备可能构成不期望的电场源。

关于任何选择性充电的墨滴在它们形成于充电电极内之后立即飞过充电电极2，在每个带电墨滴上感应所需电荷时存在于槽6的壁和未断裂的墨丝之间的电极中的电场至少在原理上也可能不期望地使带电墨滴的预期路径偏转。在本发明的实施例中，这种影响也可以被附加地和/或替代地减少或消除，如将在下面进一步解释的。

此外，由于通道的壁和墨丝之间的电容耦合，根据本发明实施例的充电电极的细长布置结构可以使得在墨滴上感应所需电荷更简单。例如，现有技术可能需要电极的电荷感应壁和墨丝之间的距离为约300微米，这取决于由打印喷口的尺寸确定的墨射流的尺寸，这对于本领域技术人员来说是清楚的。在根据本发明的充电电极的实施例中，所述距离可以是375微米或更大。这将在下文结合图7进一步描述，图7示出750微米的入口孔，即375微米的两倍。这进而可以降低电极对准要求或其对静电操纵（electrostatic steerage）的敏感性，如下文将进一步描述的。

根据本发明的不同实施例的充电电极2'、2''、2'''、2''''在图3-7中示出。这些充电电极2'、2''、2'''、2''''与现有技术的那些典型电极的不同之处在于它们是细长同轴充电电极的示例，能够在墨丝进入电极时使墨丝被隧洞包围并且在墨滴从电极离开时使墨滴被隧洞包围，从而在墨滴形成之前、在它们充电的时候或者在它们飞行穿过电极时将墨丝和/或墨滴屏蔽起来而免受任何不需要的电场影响。应当理解，在本文的上下文中使用的术语“同轴”是指墨射流和墨滴至少部分地位于充电电极的轴线上。这种布置结构不同于图1和图2所示的布置结构，因为在图1和图2中，充电电极2的轴线a不与墨射流和墨滴的行进方向重合，墨射流和墨滴的行进方向而是与轴线a大致垂直并在一个交点（未示出）处与轴线a相交。

通过提供细长同轴的或者在一些实施例中通常为管状的充电电极2'、2''、2'''、2''''，现在可以将充电电极设置成使得墨丝和墨滴在形成时将会平行于它们的轴线a'、a''、a'''、a''''行进，而不是如现有技术中的情况那样在垂直于轴线a'、a''、a'''、a''''的方向上行进。

因此，现在可以通过使充电电极2'、2''、2'''、2''''的长度沿着使用时为墨滴行进方向的方向延伸来获得对墨射流和/或墨滴的附加的有用的屏蔽。同时，由这些充电电极的同轴构造提供的同轴电容耦合允许槽/通道6'、6''、6'''、6''''的充电壁有利地大致位于离墨丝增加的距离处。通常在这种壁和墨丝之间需要小的距离以在墨丝上感应适量的电荷。然而，这可能导致丝的静电操纵。因此，对于给定量的电容耦合，丝和所述壁之间的增加的距离是有益的，因为在充电电极2'、2''、2'''、2''''中的墨射流的任何不希望的静电操纵可以同时被减少或消除。

应当注意，延长现有技术的充电电极2的长度将没有益处或益处非常有限。这将仅允许充电电极2提供增加的表面以捕获墨滴的碎开部分（break-offs），但将需要总体上更长的打印头10，而不会提供或改进对带电液滴的任何屏蔽或遮蔽。这显然是不期望的，尤其是当如上所讨论的可以使用定相（phasing）来确保墨滴在需要时被充电的时候。由根据本发明的充电电极的实施例提供的改进的屏蔽反而可以将现有技术的这种潜在缺点变成期望的特征。

通过提供充电电极2'、2''、2'''、2''''的细长同轴设计，或者在一些实施例中，通过提供充电电极2'、2''、2'''、2''''的大致管状设计，电极2'、2''、2'''、2''''的轴向长度可以有效地增加，以改进通道的屏蔽或屏蔽效果，该通道首先被墨射流穿过并且在墨滴已经从充电电极内的墨射流分离之后被行进的墨滴穿过。

同时，如上所讨论的，电极的充电壁和墨射流之间的距离可以有效地增加。

与相同类型的较短电极相比，较长的、大致同轴或管状的电极2'、2''、2'''、2''''将会提供额外的屏蔽。因此，发明人已经认识到，现在可以接受的是，提供总体上更长的打印头10'，以适应充电电极2'、2''、2'''、2''''的任何附加的长度（以及与其相关联的益处）。充电电极的长度的这种增量可以例如是1毫米，或者是其子单元，例如十分之一或百分之一毫米。这与图1和图2中所示的现有技术形成对比，对于图1和图2中所示的现有技术而言，如上所讨论的，充电电极在液滴行进方向上的附加长度仅仅表示捕获液滴碎开部分的附加长度的方式。这个优点可以被本发明的充电电极的实施例保留下来，但是它对于提供改进的屏蔽而言将是辅助的。为此，显然充电电极2'、2''、2'''、2''''也可以使得能够使用较低性能的并且因此可能较便宜的设备来执行令人满意的定相。

如图5所示，其示出了安装图3和图4所示的充电电极2'的打印头10'，喷嘴3和槽4之间的距离为52毫米，而图2所示的现有技术打印头10中的喷嘴3和槽4之间的距离较短，为47.3毫米。在充电电极处的改进的屏蔽证明了提供较长的打印头是合理的。

参照图3、图4和图7，充电电极2'的第一所示实施例限定了通道6'，用于在进入充电电极2'的墨丝上感应电荷，从而对墨滴充电。通道6'沿着轴线a'延伸，该轴线a'在使用中代表墨滴的行进轴线，并且通道6'遮蔽墨射流和带电液滴。如图7中最佳示出的，充电电极2'可以被认为其在沿电极2'的不同轴向位置处被分成两个不同的区域R1和R2。

第一轴向区域R1负责接收墨丝和在墨丝上感应电荷。这可仅发生在丝断裂成单独的墨滴之前。然而，为了表示的简单和清楚，图7中的区域R1的长度被示为延伸直到在电极2'的侧面上提供的观察孔25'的远端。这将会大致对应于最大破碎距离，假设整个系统被设计成破碎事件发生在所述观察孔内的位置处。第一轴向区域R1包括直径为0.75 mm的通道6'的圆柱形部分（这是通道的壁和375微米的墨丝之间所需的电容距离的两倍），其延伸区域R1的整个长度，其为6.55 mm，如图7所示。因此，在该图示中，第一轴向区域R1延伸到其中可以预期液滴会发生破碎的电极区域并且包括该电极区域。替代地，可能有必要定位液滴破碎位置，并相应地画出区域R1的远侧边界。

第二轴向区域R2负责在任何带电液滴通过电极2'时对它们的飞行进行屏蔽。带电液滴越过电极2'行进的最小距离是图7中所示的3.95 mm的区域R2的轴向长度（这已被计算为对应于充电电极的总长度的10.50 mm减去第一轴向区域R1的长度的6.55 mm）。然而，液滴通常形成在从观察孔25'可见的某一位置处。因此，充电电极2'通常为带电微滴提供超过图7所示3.95 mm的距离的屏蔽，例如5 mm，并且第二轴向区域R2将因此延伸该长度。充电电极2'的第二轴向区域R2因此围绕所述行进轴线a'的一段，使得在使用中，带电墨滴在它们行进通过充电电极2'时被充电电极2'用隧洞包围和屏蔽。第二轴向区域因此可以被定义为专用于所形成的液滴的排他性通过的电极区域（即，根据定义，墨丝不能到达所述第二区域R2）。

在图3、图4和图7所示的实施例中，充电电极2'的端部区段21'、22'相对于与电极轴线a'正交的平面以360°完全包围电极轴线a'的相应部分。

在图6所示的替代实施例2''、2'''、2''''中，充电电极2''、2'''、2''''在沿着各自轴线a''、a'''、a''''的所有位置处均不相对于与这些轴线正交的平面绕360°角完全围绕轴线的任何部分。

图6a的充电电极2''包括透过壁的切除狭缝c1和c2，其从电极的任一边缘向内且平行于轴线a''部分地延伸通过电极2''的长度L''，从而周向地重叠长度l''。

图6b中所示的充电电极2'''具有从充电电极2''的一个边缘轴向地和周向地延伸到另一个边缘的透过壁的切除螺旋c3。

图6c中所示的充电电极2''''具有两个透过壁的切除狭缝c4和c5，其从电极的任一边缘向内且平行于轴线a''部分地延伸通过电极2''''的长度L''''，从而在锁眼孔25''''处会合。在图3、图4和图7所示的实施例中还存在锁眼孔25'的形式的观察孔，并且将在下面进一步详细描述。

继续参照图3-7，充电电极2'、2''、2'''、2''''由各自的大致圆柱形主体7'、7''、7'''、7''''构成，具有用于墨丝和墨滴的各自的直通道6'、6''、6'''、6''''。

图3、图4和图6c中所示的电极2'、2''''另外还设置有各自的观察孔25'、25''''，用于确认各个墨滴的破碎并观察它们飞行通过电极2'、2''''的第一瞬间。在这些实施例中，观察孔25'、25''''呈基本矩形的锁眼孔的形式，在图3和图4的实施例的情况下具有圆形边缘。这些孔允许通过使用闪频灯来目测检查液滴的形成，如本领域已知的。在图3和图4的实施例中，完全围绕轴线a'的一部分并包括观察孔25'的是端部区段22'。

图5在组装好的打印头10'的情况下示出了图3、图4和图7的充电电极2'及其锁眼孔25'。锁眼孔25'在液滴的行进方向上具有细长形状，并且在锁眼孔25'的任一侧上限定充电电极2'的两个端部23'、24'。第一端23'限定用于墨丝的通向充电电极2'的入口孔26'，而第二端24'限定用于墨滴的出口孔27'。在图5中，入口孔26'位于锁眼孔25'的右手侧，邻近喷嘴1。

在图3、图4和图7的充电电极2'的情况下，大致圆柱形主体7'具有外部台阶状轮廓28'。外部台阶状轮廓28'限定圆柱体头部29'形式的圆柱体长度，该圆柱体头部29'相对于圆柱形主体的其余部分30'具有增大的直径。

在所描述的这个实施例中，通向墨射流的入口孔26'设置在圆柱体头部29'上。入口孔26'小于出口孔27'，并且这可有助于充电电极2'在图5所示的打印头10'的打印头平台9'上的安装和定位。除非充电电极已经被精确地定位，否则墨射流将不能进入通道6'并且在电极内以从墨射流分离的墨滴的形式穿过通道6'。

在该实施例中，通道6'也是大致圆柱形的并且与充电电极2'的大致圆柱体7'同轴。通道6'具有内部台阶状轮廓。在该实施例中，所述台阶（如图7所示，位于离入口6.55 mm的距离处）分开，并允许观察者立即识别图7所示的第一和第二轴向区域R1和R2。通道6'具有第一横截面cs1，其与圆柱体头部29'有关并沿着端部区段22'的包括观察孔25'的那部分。该通道具有第二且不同的横截面cs2，其与第二区域R2有关。

在所描述的这个实施例中，出口孔27'是圆形的，其直径（如图7所示为1.4 mm）大约是大致圆柱形主体7'在远端24'处的外径（如图7所示为4 mm）的三分之一。然而，其它几何形状也是可能的，并且可以在细节上有很大变化。

充电电极2'具有安装和定向特征部35'，用于将充电电极2'安装在图5所示的打印头10'上，使得观察孔25'配准在所需位置。在所描述的这个实施例中，安装和定向特征部是设置在充电电极2'的大致圆柱形主体7'上的平坦部35'的形式。平坦部35'设置在充电电极2'的出口端24'上，并平行于轴线a'沿大致圆柱体7'的长度L'部分地延伸。然而，应当理解，其它安装和/或定向特征部也是可能的。

图3、图4和图7中所示的充电电极2'的长度L'为10.5毫米，并且这可以参考图5和图7上提供的尺寸来理解。然而，其它长度也是可能的。

如本领域所公知的，本文描述的充电电极由诸如钢的合适的导电材料制成，并且将会设置有到调节放大器和/或其它控制电路的合适的连接。然而，这些没有在本文中进行描述。

上述喷嘴1被构造成在本例中以等于大约20 m/s的速度V从60微米的喷口喷射连续的墨射流。然而，其它速度也是可能的，通常在约18和25 m/s之间的范围内。替代的喷口宽度也是可能的，例如40、50或70微米。应当理解，这些较小的喷口通常需要在宽度和长度上成比例地较小的电极，并且较大的孔口需要成比例地较大的电极。

上述打印头10'被布置成在本例中以等于77 kHz的频率F形成墨滴。然而，其它频率也是可能的，通常在约64 kHz到128 kHz之间的范围内。

因此，在打印头10'的所描述的实施例中，墨滴以等于大约260微米的液滴间距DP=V/F相应地产生。电极2'的长度L'因此可以用液滴间距来表示。图3和图4中所示的充电电极2'的长度L'因此大小为略大于40.3个液滴间距。这适应了液滴形成位置沿墨射流的宽度变化。因此，降低了液滴可能形成在充电电极外部的可能性。图7所示的第二轴向区域R2的（最小）长度就液滴间距而言略大于15个液滴间距。这对应于每毫米大约4个液滴。

尽管上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于本文描述的方式实施。本说明书不意图限制本发明，而是根据所附权利要求的范围来限定本发明。

Claims (29)

1.一种用于连续喷墨打印机的充电电极，所述电极限定用于形成和屏蔽带电墨滴的通道，所述通道沿着行进轴线延伸，在使用中，所述行进轴线表示进入电极的墨射流的位置，并且墨滴在电极内部从所述墨射流分离，并且所述行进轴线表述所述墨滴在它们离开所述电极之前的行进方向，其中，所述电极包括第一轴向设置的区域和第二轴向设置的区域，其中，所述第一轴向设置的区域被构造成通过电容耦合在选定的墨滴上感应电荷，并且所述第二轴向设置的区域被构造成通过围绕所述行进轴线的至少一段来屏蔽带电墨滴，其中，所述充电电极具有尺寸为5 mm或更长的轴向延伸范围。

2.如权利要求1所述的充电电极，其中，所述充电电极包括大致圆柱形主体，所述大致圆柱形主体限定了与所述行进轴线大致平行的主体圆柱体轴线。

3.如权利要求2所述的充电电极，其中，所述通道为大致圆柱形通道并且限定与所述行进轴线大致平行的通道圆柱体轴线。

4.如权利要求3所述的充电电极，其中，所述充电电极是同轴充电电极，并且所述大致圆柱形主体的主体圆柱体轴线和/或所述大致圆柱形通道的通道圆柱体轴线与所述行进轴线大致重叠，或者一个与另一个重叠。

5.如权利要求2、3或4所述的充电电极，其中，所述大致圆柱形主体包括外部台阶状轮廓，所述外部台阶状轮廓限定相对于所述圆柱形主体的其余部分的直径增加的圆柱体长度，其中，所述第一轴向设置的区域包括所述圆柱体长度，并且其中，所述第二轴向设置的区域包括所述圆柱形主体的其余部分的至少一部分。

6.如权利要求1-4中任一项所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域包括用于所述墨射流的入口孔。

7.如权利要求6所述的充电电极，其中，所述第二轴向设置的区域包括用于所述墨滴的出口孔，其中，所述出口孔位于所述入口孔的对面，其中，所述入口孔的尺寸小于所述出口孔的尺寸。

8.如权利要求2、3或4所述的充电电极，其中，所述电极还包括用于监测墨滴形成的观察孔，其中，所述观察孔设置在所述大致圆柱形主体的一侧上。

9.如权利要求8所述的充电电极，其中，所述观察孔具有在所述行进轴线和/或所述主体圆柱体轴线的方向上延伸的细长形状。

10.如权利要求8所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域和所述第二轴向设置的区域位于所述观察孔的两侧。

11.如权利要求1-4、7和9-10中任一项所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域和所述第二轴向设置的区域限定所述电极的相对端。

12.如权利要求1-4、7和9-10中任一项所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域和所述第二轴向设置的区域彼此邻接。

13.如权利要求1-4、7和9-10中任一项所述的充电电极，其中，所述通道包括限定所述通道的台阶状轮廓的台阶，其中，所述台阶分开和/或识别所述第一轴向设置的区域和所述第二轴向设置的区域，其中，所述通道在对应于所述第一轴向设置的区域处比在对应于所述第二轴向设置的区域处大致更窄。

14.如权利要求1-4、7和9-10中任一项所述的充电电极，其中，所述充电电极包括安装和/或定向特征部，用于在使用中将所述充电电极安装和/或配准在打印头或打印头平台上的适当位置。

15.如权利要求14所述的充电电极，其中，所述安装和/或定向特征部是设置在所述充电电极上的平坦部的形式，其中，所述平坦部设置在所述第二轴向设置的区域上。

16.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，所述充电电极的长度大于6 mm，或者大于7 mm，或者大于8 mm，或者大于9 mm，或者大于10 mm，其中，所述充电电极的长度的增量与所述第二轴向设置的区域有关。

17.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，被所述第二轴向设置的区域围绕的所述段的长度为2 mm或更长。

18.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，所述充电电极具有轴向细长形状。

19.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域被构建和/或构造成与所述第二轴向设置的区域相比大致不同。

20.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域比所述第二轴向设置的区域被更好地构建和/或构造成在带电墨滴上感应所述电荷。

21.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，所述第二轴向设置的区域比所述第一轴向设置的区域被更好地构建和/或构造成屏蔽所述带电墨滴。

22.如权利要求1-4、7、9-10和15中任一项所述的充电电极，其中，所述第一轴向设置的区域被构造成在所述选定的墨滴上感应所述电荷，以使所述选定的墨滴被一个或多个偏转板偏转，以便在预定位置处打印到移动基底上。

23.用于打印头的设备，所述打印头包括如权利要求1至22中任一项所述的充电电极。

24.一种打印头，包括：

喷嘴，所述喷嘴用于产生连续的墨射流和从其分离的墨滴；

如权利要求1至22中任一项所述的充电电极或根据权利要求23所述的设备；

一个或多个偏转板，所述一个或多个偏转板用于偏转由所述电极充电的任何墨滴，以便在与所述打印头相关联的移动基底上打印；以及

用于再循环任何不带电墨滴的槽。

25.如权利要求24所述的打印头，其中，所述喷嘴被构造成以速度V喷射所述连续的墨射流，所述打印头被布置成以频率F形成所述墨滴，并且所述墨滴以液滴间距DP=V/F从所述连续的墨射流中破碎，并且其中，所述电极的长度大于15个液滴间距。

26.如权利要求25所述的打印头，其中，所述充电电极的长度小于70个液滴间距。

27.一种打印设备，包括如权利要求24、25或26所述的打印头。

28.如权利要求27所述的打印设备，其中，所述打印设备是连续喷墨打印机。

29.一种打印方法，所述方法包括：

产生连续的墨射流；

从所述连续的墨射流形成多个墨滴；

使用如权利要求1至22中任一项所述的充电电极选择性地对所述墨滴充电以便在移动基底上打印；

使任何带电墨滴偏转以在预定位置处将它们打印在所述移动基底上。

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