NL8902304A

NL8902304A - Continuous ink jet printing machine - operates by electrostatic acceleration of ink droplets with output screen trapping splash-back droplets from print

Info

Publication number: NL8902304A
Application number: NL8902304A
Authority: NL
Original assignee: Stork X Cel Bv
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-04-02

Abstract

Ink is fed to a chamber (1) which is squeezed by a piezoelectric device (5) to produce a jet (4) of ink from a nozzle (3). As the jet passes through an electrostatically charged aperture plate (9) it breaks up into droplets (11) which are accelerated between deflection electrodes (14,15) towards an earthed output screen. Undeflected droplets pass through the holes in the screen and impinge on the paper (21). Tiny splash-back droplets of ink (23) are attracted back to the screen and trapped by capillary action or run-down grooves on the outer face of the screen. @(11pp Dwg.No.1/3)@.

Description

Korte aanduiding: Inktstraaldrukinrichting.Short designation: Inkjet printing device.

De uitvinding heeft betrekking op een inktstraaldrukinrichting, omvattende middelen voor het uit een hoeveelheid inkt vormen van een straal opeenvolgende, electrisch geladen druppels en voor het afhankelijk van de lading van de druppels ten opzichte van een door de middelen opgewekt electrisch veld selectief via een uitlaatopening naar een tegenover de uitlaatopening aangebracht substraat doorlaten van de druppels en een tussen de uitlaatopening en het substraat aangebracht scherm voor het blokkeren van deeltjes die zich buiten de weg van de selectief naar het substraat doorgelaten druppels verplaatsen en met een doorgang voor het doorlaten van deze druppels.The invention relates to an ink-jet printing device, comprising means for forming a jet of successively electrically charged drops from an amount of ink and for selectively depending on the charge of the drops relative to an electric field generated by the means via an outlet opening to a substrate disposed opposite the outlet opening and allowing the droplets to pass between the outlet opening and the substrate for blocking particles moving outside the path of the droplets selectively transmitted to the substrate and having a passage for the passage of these drops.

Een inktstraaldrukinrichting van deze soort is bekend uit de praktijk. Meestal worden daarbij de drukinrichting en het substraat ten opzichte van elkaar verplaatst voor het door middel van de selectief doorgelaten inktdruppels op een oppervlakgedeelte van een substraat vormen van een afbeelding . Zodra een druppeltje gevormd is en naar het substraat verplaatst wordt zal het door wrijving met de lucht, die zelf meestal turbulent in beweging is, viskeuze krachten ondervinden die de door de druppeltjes gevolgde baan kan beïnvloeden. Ten einde het nadelige effect daarvan op een op het substraat te vormen afbeelding te verminderen is het daarom gewenst de uitlaatopening van de drukinrichting zo dicht mogelijk bij het substraat aan te brengen. Wanneer een selectief doorgelaten inktdruppel het substraat treft, bijvoorbeeld bij een trefsnelheid van 20-40 m/s, kunnen kleinere inktdruppeltjes naar de uitlaatopening terugspatten, waardoor de uitlaatopening vervuild kan raken en daardoor de baan van de selectief doorgelaten druppels beïnvloed kan worden, zodat vervaging of vervorming van de gewenste afbeelding op het substraat optreedt. Dergelijke kleine druppeltjes treden vaak ook op bij het starten van de inktstraaldrukinrichting in de vorm van een mist, zodat ook onafhankelijk van het oppervlak van het substraat, zacht of hard, vervuiling van de uitlaat-opening kan optreden. Door middel van het tussen de uitlaat-opening en het substraat aanggbracht scherm wordt daarom bij de bekende inrichting tegengegaan dat de uitlaatopening vervuilt. Omdat het electrisch veld relatief sterk is en daardoor stof en geladen deeltjes kan aantrekken bestaat in een verdere uitvoeringsvorm van de bekende inrichting het scherm uit metaal en is geaard, zodat het sterke electrische afbuigveld van de druppeltjes en het stof tussen het scherm en het substraat afgeschermd wordt.An inkjet printer of this kind is known from practice. Typically, the printer and the substrate are moved relative to each other to form an image on the surface portion of a substrate by means of the selectively transmitted ink drops. Once a droplet has been formed and moved to the substrate, it will experience viscous forces through friction with the air, which itself is usually turbulent, which can affect the path followed by the droplets. Therefore, in order to reduce the adverse effect thereof on an image to be formed on the substrate, it is desirable to arrange the outlet of the printer as close as possible to the substrate. When a selectively transmitted ink drop hits the substrate, for example, at a hit speed of 20-40 m / s, smaller ink droplets can splash back to the outlet opening, which can contaminate the outlet opening and thereby affect the path of the selectively transmitted drops, causing blurring whether distortion of the desired image on the substrate occurs. Such small droplets often also occur at the start of the ink jet printer in the form of a mist, so that contamination of the exhaust opening can also occur independently of the surface of the substrate, soft or hard. By means of the screen arranged between the outlet opening and the substrate, the known device therefore prevents the outlet opening from becoming dirty. Because the electric field is relatively strong and can therefore attract dust and charged particles, in a further embodiment of the known device the screen consists of metal and is earthed, so that the strong electric deflection field of the droplets and the dust between the screen and the substrate is shielded. is becoming.

Omdat de gekozen inkt van een soort is waarvan een gedeelte verdampt wanneer het het substraat bereikt heeft zal het ook gedeeltelijk verdampen wanneer het door het scherm geblokkeerd wordt. Daarbij zal in de inkt aanwezig stof op het scherm achterblijven en daarbij een vuile koek vormen die na enige tijd het substraat kan raken, of waardoor de afstand tussen het scherm en het substraat relatief groot moet zijn, wat ongewenst is, en waarbij de doorlaatopening van het scherm vervuild kan raken, waardoor vrije doorgang van inktdruppels naar het substraat via de doorgang ongewenst verhinderd kan worden.Because the chosen ink is of a kind, a portion of which evaporates when it has reached the substrate, it will also partially evaporate when it is blocked by the screen. In addition, dust present in the ink will remain on the screen and thereby form a dirty cake which can touch the substrate after some time, or as a result of which the distance between the screen and the substrate must be relatively large, which is undesirable, and the passage opening of the screen can become contaminated, whereby free passage of ink drops to the substrate via the passage can be undesirably prevented.

De uitvinding beoogt de bezwaren van de bekende inrichting op te heffen.The object of the invention is to eliminate the drawbacks of the known device.

Deze doelstelling wordt voor de inktstraaldrukinrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding bereikt doordat het scherm in het gebied van de doorgang gaatjes met elk een zodanige doorsnede heeft dat in de gaatjes inkt gevangen kan worden. Door capillaire werking kan de in het scherm gevangen inkt en het eventueel daarin aanwezige stof naar een gedeelte zonder inkt wegstromen, waardoor ophoping van inkt en van stof in het bijzonder in de omgeving van de doorgang van het scherm en daardoor verstopping van de doorgang tegengegaan wordt.This objective is achieved for the ink-jet printing device of the type mentioned in the opening paragraph according to the invention in that the screen in the region of the passageways has holes with a cross-section each such that ink can be trapped in the holes. Capillary action allows the ink trapped in the screen and any dust contained therein to flow out to an inkless portion, thereby preventing ink and dust build-up especially in the area of the screen passage and thereby blockage of the passage .

Bij voorkeur omvat de inrichting daarbij middelen voor het aan de druppelaanvoerkant van het scherm opwekken van een onderdruk. Hierdoor kan bij een geschikt gekozen onderdruk de inkt uit de gaatjes gezogen worden zonder dat de baan van de naar het substraat te voeren druppels ongewenst beïnvloed wordt.The device then preferably comprises means for generating an underpressure at the droplet supply side of the screen. This allows the ink to be sucked out of the holes at a suitably chosen negative pressure without the path of the drops to be fed to the substrate being influenced undesirably.

Bij voorkeur bevindt ziqh bovendien op afstand van het scherm een ander scherm met een doorgang voor het doorlaten van de selectief naar het substraat doorgelaten druppels, waarbij een inlaat van de middelen voor het vormen van een onderdruk in verbinding met de ruimte tussen de schermen staat. Hoewel niet noodzakelijk kan het andere scherm identiek aan het eerste scherm zijn. Hierdoor kan aan weerskanten van de schermen inkt ingevangen en tussen de schermen afgevoerd worden.Preferably, further away from the screen, there is another screen having a passageway for passing the droplets selectively transmitted to the substrate, an inlet of the means for forming an underpressure communicating with the space between the screens. Although not necessary, the other screen can be identical to the first screen. As a result, ink can be collected on both sides of the screens and discharged between the screens.

De afvoer wordt vergemakkelijkt en de onderdruk kan kleiner zijn wanneer de afstand tussen de schermen voldoende klein is voor het toelaten van een capillair transport van inkt tussen de schermen.Drainage is facilitated and the negative pressure can be reduced if the distance between the screens is sufficiently small to allow capillary transport of ink between the screens.

Als alternatief kan tussen de schermen een afstand-stuk aangebracht zijn met een zodanige vorm dat de tussen de schermen opgewekte onderdruk wordt beperkt tot een gebied in de omgeving van de doorgangen en een daarmee en met de inlaat in verbinding staand kanaal. Hierbij wordt zoveel mogelijk het aanzuigen van valse lucht voorkomen.Alternatively, a spacer may be provided between the screens in such a form that the underpressure generated between the screens is limited to an area in the vicinity of the passages and a channel communicating therewith with the inlet. This prevents the intake of false air as much as possible.

Het scherm, of elk van de schermen, kan ook uit poreus materiaal bestaan dat geschikt is voor het daarin door capillaire werking transporteren van inkt. Door middel van met het scherm verbonden zuigmiddelen kan daarbij de inkt uit het scherm gezogen worden.The screen, or any of the screens, may also consist of a porous material suitable for transporting ink therein by capillary action. The ink can be sucked out of the screen by means of suction means connected to the screen.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. In de tekening tonen:The invention is elucidated with reference to the drawing. Show in the drawing:

Fdg. 1 een uitvoeringsvorm van een inktstraaldruk-inrichting waarin een scherm volgens de uitvinding is toegepast;Fdg. 1 an embodiment of an ink-jet printing device in which a screen according to the invention is applied;

Fig. 2 een doorsnede van een gedeelte van een alternatief scherm; enFig. 2 is a sectional view of a portion of an alternative screen; and

Fig. 3 een combinatie van twee schermen en een af-standstuk daartussen voor vier stralen selectief door te laten inktdruppels.Fig. 3 a combination of two screens and a spacer between them for selectively passing ink drops.

De in fig. 1 getoonde inktstraaldrukinrichting omvat een deel 1 met daarin een kamer die in verbinding staat met een leiding 2 voor de aanvoer van inkt onder druk en een uitlaat 3 voor het leveren van een inktstraal 4. Aan het deel 1 is een piëzo-electrisch trillingsorgaan 5 bevestigd, dat van een stuureenheid 6 via geleiders 7 en 8 een puls-signaal ontvangt voor het in trilling brengen van de inkt in de kamer van het deel 1 en in de uitlaat 3. zodat in het gebied van een laadelectrode 9 met een doorgang 10 druppeltjes 11 van de straal 4 afbreken. De uitlaat 3 en de laadelectrode 9 ontvangen van de stuureenheid 6 via geleiders 12 respectievelijk 13 een spanning voor het electrisch laden van het uiteinde van de straal 4 en dus van de druppels 11. Stroomafwaarts van de electrode 9 zijn aan weerszijden van de door de druppels 11 gevolgde baan twee afbuigelectroden 14, 15, aangebracht, die via geleiders 16, 17 een hoge spanning van de stuureenheid 6 ontvangen voor het selectief afhankelijk van de lading van de druppels 11 afbuigen van de druppels 11. Druppels 11 waarvan verder transport gestopt moet worden worden naar een opstaande rand 18 van de electrode 15 afgebogen en langs deze electrode 18 afgevoerd.The inkjet printer shown in Fig. 1 comprises a part 1 containing a chamber which communicates with a conduit 2 for supplying ink under pressure and an outlet 3 for supplying an inkjet 4. At the part 1 there is a piezo electrically vibrating member 5, which receives from a control unit 6 via conductors 7 and 8 a pulse signal for vibrating the ink in the chamber of the part 1 and in the outlet 3. so that in the region of a charging electrode 9 with a passage 10 of droplets 11 of the beam 4 break off. The outlet 3 and the charging electrode 9 receive a voltage from the control unit 6 via conductors 12 and 13, respectively, for electrically charging the end of the beam 4 and thus of the droplets 11. Downstream of the electrode 9, on either side of the droplets 11 track followed two deflecting electrodes 14, 15, which receive via conductors 16, 17 a high voltage from the control unit 6 for selectively deflecting the drops 11 depending on the charge of the drops 11. Drops 11 from which further transport must be stopped are deflected to an upright edge 18 of the electrode 15 and discharged along this electrode 18.

Stroomafwaarts van de afbuigelectroden 14, 15 is een scherm 19 met een doorgang 20 in de weg van de selectief doorgelaten druppels 11 aangebracht. De door de doorgang 20 doorgelaten druppels 11 treffen een substraat 21, dat bijvoorbeeld in de richting van de pijl 22 ten opzichte van de drukinrichting 1 t/m 20 en loodrecht op het vlak van de tekening verplaatst wordt voor het daarop vormen van een afbeelding.Downstream of the deflection electrodes 14, 15, a screen 19 with a passage 20 in the path of the selectively transmitted droplets 11 is provided. The droplets 11 passed through the passage 20 strike a substrate 21, which is moved, for example, in the direction of the arrow 22 with respect to the printing device 1 to 20 and perpendicular to the plane of the drawing to form an image thereon.

De stuureenheid 6 ontvangt van een niet-getoond invoerorgaan een binair signaal voor het afhankelijk van de amplitude daarvan veranderen van de spanning tussen de uitlaat 3 en de electrode 9 voor het in overeenstemming daarmee laden van de druppels 11. Afhankelijk van de lading worden de druppels 11 door een constant electrisch veld tussen de electroden 14 en 15 afgebogen.The control unit 6 receives from a input device (not shown) a binary signal for changing the voltage between the outlet 3 and the electrode 9 depending on the amplitude thereof, for charging the drops 11 accordingly. Depending on the charge, the drops are 11 deflected by a constant electric field between electrodes 14 and 15.

Als alternatief kan de spanning tussen de uitlaat 3 en de electrode 9 constant zijn, zodat alle druppels 11 geladen worden en kan de stuureenheid 6 afhankelijk van het ingangspulssignaal de spanning tussen de electroden 14 en 15 tussen een hoog niveau en een laag niveau veranderen.Alternatively, the voltage between the outlet 3 and the electrode 9 can be constant, so that all drops 11 are charged and the control unit 6 can change the voltage between the electrodes 14 and 15 between a high level and a low level depending on the input pulse signal.

Afhankelijk van het soort substraat 21 en afhankelijk van de snelheid van een druppel 11 kunnen wanneer de druppel 11 het substraat 21 treft een aantal kleinere druppeltjes, zoals aangegeven bij 23, terugspatten. Ook kan bij het starten van de drukinrichting een mist van dergelijke kleine druppeltjes 23 bij het substraat 21 ontstaan. Deze kleine druppeltjes worden rond de doorgang 20 door het scherm 19 tegengehouden, zodat zij het gedeelte van de drukinrichting stroomopwaarts van het scherm 19 niet kunnen vervuilen en/of de weg van de druppels 11 niet kunnen beïnvloeden.Depending on the type of substrate 21 and depending on the speed of a droplet 11, when the droplet 11 hits the substrate 21, a number of smaller droplets, as indicated at 23, may splash back. Also, when starting the printing device, a mist of such small droplets 23 may form at the substrate 21. These small droplets are retained around the passage 20 through the screen 19 so that they cannot contaminate the portion of the printer upstream of the screen 19 and / or affect the path of the drops 11.

Het scherm 19 beperkt ook de doorsnede van de bundel druppels 11 die door de afbuigelectroden 14, 15 doorgelaten worden, zodat op het substraat 21 een afbeelding met een hoge resolutie verkregen kan worden.The screen 19 also limits the cross-section of the bundle of drops 11 which are transmitted through the deflection electrodes 14, 15, so that a high-resolution image can be obtained on the substrate 21.

Afhankelijk van de hoeveelheid inkt die door het scherm 19 opgevangen wordt kan het scherm 19 voorzien zijn van groeven of ribbels voor het zodanig naar beneden afvoeren van de opgevangen inkt dat deze inkt niet over de doorgang 20 druipt. Dit kan, zoals getoond in fig. 2, ook voorkomen worden door een verbreding 24 van het bovenste randgedeelte van de doorgang 20.Depending on the amount of ink collected by the screen 19, the screen 19 may be provided with grooves or ridges for discharging the collected ink downwardly so that this ink does not drip across the passage 20. As shown in Fig. 2, this can also be prevented by widening the upper edge portion of the passage 20.

Bij voorkeur bestaat het scherm 19 uit metaal of heeft het een metaallaag daarop, dat, zoals aangegeven bij 25, geaard is. Hierdoor wordt door een luchtstroom tussen het scherm 19 en het substraat 21 meegevoerde stof of bij het treffen van het substraat 21 door de druppels 11 uit het substraat vrijgekomen stof afgeschermd van de hoge spanning tussen de afbuigelectroden 14, 15, zodat het stof niet door deze electroden 14, 15 wordt aangetrokken en daardoor vervuiling van de uitlaatopening tussen de electroden 14, 15 en de doorgang 20 van het scherm 19 tegengegaan wordt.Preferably the screen 19 is made of metal or has a metal layer thereon which is grounded as indicated at 25. As a result, dust entrained by an air flow between the screen 19 and the substrate 21, or dust released from the substrate by the drops 11 when the substrate 21 is hit, is shielded from the high voltage between the deflecting electrodes 14, 15, so that the dust does not pass through these electrodes 14, 15 are attracted and thereby contamination of the outlet opening between the electrodes 14, 15 and the passage 20 of the screen 19 is prevented.

Het scherm 19 kan eenvoudig, bijvoorbeeld door uitvoering ervan als slede, verwijderbaar aangebracht zijn, zodat het scherm 19 wanneer nodig gemakkelijk voor reiniging of vervanging verwijderd kan worden.The screen 19 can simply be removed, for example by designing it as a slide, so that the screen 19 can easily be removed for cleaning or replacement if necessary.

Hoewel niet getoond zijn in de omgeving van de doorgang 20 een aantal gaatjes aangebracht met een zodanige doorsnede dat de druppeltjes 23 ingevangen en door capillaire werking afgevoerd kunnen worden. Het scherm 19 kan dan ook in haar geheel een zeef met zeer kleine maasafmetingen zijn.Although not shown, a number of holes have been made in the vicinity of the passage 20 with a cross section such that the droplets 23 can be collected and discharged by capillary action. The screen 19 can therefore as a whole be a sieve with very small mesh dimensions.

Als alternatief bestaat het scherm 19 uit poreus materiaal, dat verbonden kan zijn met een inlaat van niet getoonde zuigmiddelen voor het zuigend in het scherm 19 vangen van kleine inktdruppeltjes en het naar de zuigmiddelen transporteren van de ingevangen inkt.Alternatively, the screen 19 consists of a porous material, which may be connected to an inlet of suction means (not shown) for absorbing small ink droplets in the screen 19 and transporting the trapped ink to the suction means.

Fig. 3 toont een schermsamenstel bestaande uit in hoofdzaak drie componenten die in werkelijkheid tegen elkaar aangebracht zijn. Het samenstel omvat een stroomafwaarts scherm 19' met een aantal doorgangen 20', een stroomopwaarts scherm 19" met een gelijk aantal doorgangen 20" en een tussenliggend afstandstuk 26 met een overeenkomstig aantal uitsparingen 27 die uitkomen in een kanaal 28 met een opening 29 aan een zijkant van het afstandstuk 26. De schermen 19' kunnen van dezelfde soort zijn als het hiervoor toegelichte scherm 19. De doorgangen 20', 20" en de uitsparingen 27 liggen op één lijn, zodat na samenstelling van de delen 19', 19" en 26 vier samengestelde doorgangen 20', 27, 20" gevormd worden voor het door elk daarvan doorlaten van een straal druppels 11 naar het substraat 21. Elke inktstraal kan een verschillende kleur hebben.Fig. 3 shows a screen assembly consisting of mainly three components which are actually mounted against each other. The assembly includes a downstream screen 19 'with a plurality of passages 20', an upstream screen 19 "with an equal number of passages 20", and an intermediate spacer 26 with a corresponding number of recesses 27 opening into a channel 28 with an opening 29 on a side of the spacer 26. The screens 19 'can be of the same type as the screen 19 previously explained. The passages 20', 20 "and the recesses 27 are aligned, so that after assembly of the parts 19 ', 19" and 26 four composite passages 20 ', 27, 20 "are formed for passing a jet of drops 11 through each of them to the substrate 21. Each ink jet may be a different color.

Na samenstelling van de delen 19', 26, 19" wordt de opening 29 van het kanaal 28 met een inlaat van niet getoonde zuigmiddelen verbonden.After assembly of the parts 19 ', 26, 19 ", the opening 29 of the channel 28 is connected to an inlet of suction means (not shown).

Omdat, zoals getoond, de uitsparingen 27 in hoofdzaak in het gebied van de doorgangen 20', 20" gevormd zijn wordt het aanzuigen van valse lucht tegengegaan, kan de capaciteit van de zuigmiddelen beperkt worden en kan, door geschikte keuze van de vorm van elk kanaal tussen een uitsparing 27 en de opening 29 in hoofdzaak dezelfde onderdruk in elk van de uitsparingen 27 verkregen worden, zodat de invloed van de zuigmiddelen voor elk van de stralen gelijk is.Since, as shown, the recesses 27 are formed substantially in the region of the passages 20 ', 20 ", the suction of false air is prevented, the capacity of the suction means can be limited and, by suitable choice of the shape of each channel between a recess 27 and the opening 29 substantially the same underpressure is obtained in each of the recesses 27, so that the influence of the suction means for each of the jets is equal.

Claims

An ink jet printer, comprising means for forming a jet of successive, electrically charged droplets from an amount of ink and for selectively depending on the charge of the droplets relative to an electric field generated by the means via an outlet opening to an opposite outlet opening applied substrate passing the drops and a screen arranged between the outlet opening and the substrate for blocking particles moving outside the path of the drops selectively transmitted to the substrate and having a passage for passing these drops, characterized in that that in the region of the passage the screen has holes each of which has a diameter such that ink can be trapped in the holes.

Inkjet printing device according to claim 1, characterized by means for generating an underpressure on the droplet supply side of the screen.

Inkjet printing apparatus according to claim 2, characterized by another screen disposed at a distance from the droplet supply side of the screen with a passageway for transmitting the droplets selectively transmitted to the substrate, wherein an inlet of the means for forming a negative pressure in communication with the space between the screens.

Inkjet printing device according to claim 3, characterized in that the distance between the screens is sufficiently small to allow a capillary transport of ink between the screens.

Ink-jet printing device according to claim 3 or 4, characterized by a spacer arranged between the screens in such a form that the underpressure generated between the screens is limited to an area in the vicinity of the passages and with it and with the inlet of the means for forming an underpressure communicating channel.

Ink-jet printing device according to Claim 1, characterized in that the screen consists of a porous material which is suitable for transporting ink therein by capillary action.

Ink-jet printer according to claim 6, characterized by means connected to the screen for drawing ink from the screen.

Ink-jet printer according to claim 1, characterized in that the screen on the opposite side of the substrate has guide elements which direct the ink on that side of the screen to a discharge point and prevent the ink from passing through the screen.

Ink-jet printing device according to one of the preceding claims, characterized in that the screen at least in the region of the passage consists of electrically conductive material connected to electric earth.