PL226751B1 - Głowica drukujaca - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest głowica drukująca.

Druk za pomocą technologii „ink jet” polega na tym, że treść nadruku odtwarzana jest na różnego rodzaju podłożach, w tym np. na papierze, tworzywach sztucznych itp., za pomocą kropli tuszu natryskiwanych na podłoże.

Urządzenia technologii „ink jet'' dzielą się na dwie grupy: drukarki pracy ciągłej - tzw. CIJ od angielskiego zwrotu Continuous Ink Jet - oraz drukarki pracy start-stop - tzw. DOD od angielskiego zwrotu Drop On Demand.

W technologii CIJ ciekły roztwór tuszu i szybko schnącego rozpuszczalnika, z pomocą ciśnienia wytwarzanego przez pompę, tłoczony jest ze zbiornika do działa zakończonego bardzo małą dyszą. Wylatujący z dyszy strumień dzielony jest na krople za pomocą wibracji akustycznych kryształu piezoelektrycznego. Proces ten wspomagany jest przez zjawisko znane jako niestabilność Plateau-Rayleigh'a. Krople przechodzą następnie przez zmienne pole elektromagnetyczne wytwarzane w tzw. elektrodzie ładującej, co umożliwia nadawanie niektórym z nich różnej wartości ładunków elektrycznych. Natężenie pola elektromagnetycznego zmienia się zależnie od żądanego odchylenia kropli w następnej fazie jej lotu, co umożliwia formowanie nadruku na produkcie. A zatem skutkiem działania pola elektromagnetycznego jest możliwość nadania niektórym kroplom ściśle określonego ładunku. Krople naładowane oddzielone są zwykle od siebie kroplami bez ładunku elektrycznego, co zapobiega wzajemnemu oddziaływaniu na siebie naładowanych kropli podczas lotu. W następnej fazie lotu strumień kropli przechodzi przez kolejne pole elektromagnetyczne, tym razem wytwarzane przez tzw. elektrody odchylające. Na tym odcinku krople naładowane zmieniają swój kierunek lotu - w dokładnej zależności od otrzymanego uprzednio ładunku - i zostają skierowane na produkt. Znaczna większość kropli - czyli wszystkie te, które nie otrzymały ładunku z elektrody ładującej - utrzymuje ten sam kierunek lotu (na wprost z dyszy) i trafia do otworu tzw. „ścieku” (ang. „gutter”), wracając w ten sposób do zbiornika z tuszem. System tuszowy w drukarkach z rodziny CIJ wymaga stosowania systemu ciągłej kontroli gęstości i lepkości tuszu, gdyż szybkoschnący rozpuszczalnik ulatnia się z roztworu w trakcie pracy urządzenia, co powoduje konieczność jego bieżącego uzupełniania w celu utrzymania optymalnych dla prawidłowej pracy drukarki właściwości roztworu.

Drukarki z rodziny „DOD” dzielą się na drukarki niskiej rozdzielczości pracujące w oparciu o dysze o stosunkowo dużej średnicy (od kilkudziesięciu mikronów wzwyż), gdzie wyrzucanie kropli tuszu dostarczanego pod ciśnieniem odbywa się w wyniku pracy elektrozaworów, oraz drukarki wysokiej rozdzielczości, gdzie w celu wyrzucania niewielkich kropli tuszu z dysz o małej średnicy (od kilku mikronów wzwyż) stosuje się elementy termiczne lub piezoelektryczne.

W drukarkach termicznych wyrzut kropli z dyszy generowany jest poprzez gwałtowne, punktowe rozgrzanie tuszu w taki sposób, że tusz parując gwałtownie w tym miejscu wytwarza bąbelek gazu wypychający kroplę z końcówki dyszy w kierunku znakowanego produktu. Napięcie powierzchniowe tuszu oraz właściwości jego kondensacji są tak dobrane, aby w bardzo krótkim czasie po wylocie kropli z dyszy bąbel gazu wchłonął się w wyniku kondensacji, co powoduje uzupełnienie ilości tuszu w dyszy ze zbiornika z tuszem. Tusze w tej technologii są zwykle tworzone na bazie wody z dodatkiem czynników nadających kolor, muszą jednak zawierać pewne ilości substancji lotnych, co ułatwia szybkie i skuteczne tworzenie się bąbelka gazu w wyniku gwałtownego odparowania - w przeciwnym razie wyrzut kropli z dyszy nie byłby możliwy.

Na drodze tuszu do końcówki dyszy w drukarkach DOD wysokiej rozdzielczości pracujących w oparciu o technologię piezoelektryczną zamiast elementu termicznego występuję piezoelektryk. Element ten, w wyniku pobudzenia za pomocą prądu elektrycznego, gwałtownie zmienia swój kształt powodując chwilowy, punktowy wzrost ciśnienia tuszu w niewielkiej odległości od dyszy, co prowadzi do wyrzutu kropli z końcówki dyszy. Po powrocie elementu piezoelektrycznego do pierwotnego kształtu, przestrzeń utworzona przez wycofanie fragmentu piezoelektryku ze zbiornika lub przewodu z tuszem wypełniana jest natychmiast przez tusz ze zbiornika. W tego typu procesie DOD, z dyszy może być wyrzucanych od zera do ośmiu kropli tuszu w celu formowania jednej kropki (dot) nadruku na produkcie.

Drukarki wysokiej rozdzielczości znajdują zastosowanie nie tylko w zastosowaniach biurowych - czyli do druku na arkuszach papieru - ale także w niektórych zastosowaniach przemysłowych. Drukarki termiczne pracują zwykle w oparciu o kartridże i są najczęściej stosowane do wykonywania niewielkich nadruków, np. w przemyśle farmaceutycznym. Głowice piezoelektryczne takich firm jak

PL 226 751 B1

Spectra albo Xaar od lat stosuje się w drukarkach przemysłowych do oznaczania kartonów zbiorczych.

Wszystkie drukarki z rodziny DOD - czyli pracy start-stopowej - mają do dziś jedną wspólną cechę. Jest nią czas schnięcia kropli tuszu, który jest znacznie dłuższy niż w wypadku technologii CIJ, szczególnie podczas druku na powierzchniach uniemożliwiających wsiąkanie.

Powodem takiego stanu rzeczy jest możliwość stosowania dużych ilości szybko schnącego rozpuszczalnika w drukarkach pracy ciągłej (typu CIJ), które z tą myślą zostały zaprojektowane, oraz konieczność ograniczania ilości rozpuszczalnika w roztworze tuszu w drukarkach pracy start-stopowej (DOD), a szczególnie w drukarkach wysokiej rozdzielczości. Dzieje się tak dlatego, że stosowanie zbyt szybko zasychającego roztworu w wielodyszowych drukarkach DOD mogłoby prowadzić do zasychania tuszu w okolicy końcówek dysz i ich blokowania.

W większości znanych przykładów zastosowań nadruk z drukarek DOD nanoszony na powierzchnie uniemożliwiające wsiąkanie ma co najmniej dwa razy dłuższy - a zwykle ponad trzy razy dłuższy - czas schnięcia nadruku w porównaniu do nadruku z drukarek CIJ. Cecha ta pozostaje wadą drukarek DOD, gdyż z wielu wypadkach znakowanie przemysłowe wymaga krótkiego czasu schnięcia, względnie utrwalenia nadruku. Istnieje na przykład wiele linii produkcyjnych, na których przed upływem kilku sekund potrzebnych na utrwalenie się nadruku nanoszonego w technologii DOD wchodzi on w kontakt z innymi przedmiotami, co powoduje jego uszkodzenie.

Inną wadą technologii DOD, szczególnie w zakresie drukarek wysokiej rozdzielczości, jest ograniczona energia wyrzutu kropli tuszu z głowicy. Powoduje to konieczność prowadzenia znakowanego produktu równo i bardzo blisko głowicy drukującej, najlepiej w odległości nie przekraczającej 3 mm. Jest to przeszkodą w wielu zastosowaniach przemysłowych, np. wszędzie tam, gdzie znakowana powierzchnia nie jest płaska.

Technologia CIJ również ma pewne ograniczenia wynikające z jej charakteru. Po pierwsze, nie stosuje się jej do druku wysokiej rozdzielczości, gdyż optymalne działanie wymaga pewnego minimalnego rozmiaru kropli i dyszy. Po drugie, jak powszechnie wiadomo, stosowanie tej technologii wiąże się ze stosunkowo dużym zużyciem szybkoschnących rozpuszczalników: obecnie od ok. 2,5 do ok. 10 ml na godzinę pracy urządzenia. Wiąże się to nie tylko z kosztami, ale także z ryzykiem dla obsługi i środowiska, gdyż najskuteczniejsze rozpuszczalniki - np. najczęściej stosowane na bazie MEK (ang. Methyl Ethyl Ketone) - są trujące i toksyczne.

Poniżej prezentowane dokumenty przedstawiają niektóre z prób usprawnienia technologii ink jet w jej obecnej formie,

Artykuł: „Double-shot inkjet printing of donor-acceptor-type organic charge-transfer complexes: Wet/nonwet definition and its use for contact engineering” (T. Hasegawa et al (Thin Solid Films 518 (2010) pp. 3988-3991) prezentuje system drukowania ink jet charakteryzujący się podwójnym wyrzutem kropli - tzw. DS-IJP (Double Shot Ink Jet Printing). W systemie tym dwie małe krople o objętości rzędu pikolitrów, z których jedna zawiera cząstki agenta (np. tetrathiafulvalene, TTF), a druga reagenta (np. tetracyanoquinodimethane, TCNQ), są indywidualnie nanoszone w dokładnie to samo miejsce na podłożu, gdzie łączą się formując nierozpuszczalną powłokę TTF-TCNQ zawierającą metale. Technologia ta obejmuje także różne zakresy zwilżania drukowanego podłoża w celu ograniczenia penetracji nanoszonych kropli agenta i reagenta poza wyznaczony obszar przed ich utrwaleniem się i przejściem w ciało stale. W efekcie, drukowany z dużą dokładnością (skala pikolitrów) na podłożu określony wzór tworzący docelowo ciało stałe.

Innym przykład próby udoskonalenia technologii ink jet przedstawiono w amerykańskim opisie patentowym US7429100. Prezentuje on metodę i urządzenie do zwiększenia ilości kropli w strumieniu drukarki typu CIJ. Wyposażona jest ona w co najmniej dwie dysze, z których każda wyrzuca strumień kropli. Obydwa strumienie łączy się w jeden strumień kropli, o liczbie kropli równej sumie liczby kropli poszczególnych strumieni. Krople z poszczególnych strumieni nie kolidują ze sobą i nic łączą się ze sobą, lecz pozostają oddzielnymi kroplami w połączonym strumieniu.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym US20050174407 przedstawiono z kolei metodę nanoszenia materiałów na podłoże w taki sposób, że krople wyrzucane z co najmniej dwóch różnych dysz lub głowic łączą się ze sobą w locie przed osiągnięciem podłoża, przy czym połączenie następuje poza głowicą drukującą.

W amerykańskim opisie patentowym US8092003 przedstawiono system i metodę cyfrowego nanoszenia nadruków na podłoże z użyciem tuszu i katalizatora (reagentów), które inicjują lub przyśpieszają utrwalanie się nadruku na podłożu. Oba składniki tuszu są od siebie oddzielone gdy

PL 226 751 B1 znajdują się w obrębie głowicy drukującej i łączą się dopiero po jej opuszczeniu, to znaczy poza głowicą. Może to prowadzić do problemów z przebiegiem procesu koalescencji kropli trafiających na siebie podczas lotu w powietrzu. Może też powodować problemy w kontroli nad torem lotu połączonych kropli, co z kolei może osłabić jakość druku.

Problem czasu schnięcia lub utrwalania się nadruku nanoszonego na podłoże za pomocą technologii ink jet - szczególnie w jej wersji DOD - pozostaje wciąż aktualny. Istnieje zatem potrzeba wprowadzenia innowacji do technologii DOD ink jet prowadzącej do skrócenia czasu schnięcia lub utrwalania się nadruku na podłożu. Ponadto byłoby korzystnie uzyskać taki rezultat w połączeniu ze zwiększeniem energii wyrzucanej z głowicy kropli, a co za tym idzie zwiększeniem precyzji drukowania w większym zakresie odległości pomiędzy głowicą drukującą, a drukowanym podłożem.

Istnieje zatem potrzeba wprowadzenia usprawnień do technologii ink jet, które umożliwiłyby skrócenie czasu schnięcia bądź utrwalania nadruku oraz zwiększenie energii kropli wyrzucanej z głowicy. Prezentowany wynalazek zapewnia wyraźny postęp na obu tych polach, umożliwiając zbliżenie czasu utrwalania się nadruku - w drukarkach DOD - oraz energii początkowej kropli - szczególnie w drukarkach DOD wysokiej rozdzielczości - do wartości osiągalnych dotąd jedynie za pomocą technologii CIJ. Prezentowany wynalazek umożliwia także znaczną redukcję wad technologii CIJ dzięki co najmniej 10-krotnemu zmniejszeniu zużycia rozpuszczalników oraz dzięki możliwości zastosowania kropli o znacznie mniejszych rozmiarach, niż jest to możliwe w obecnej technologii CIJ, ale o zwiększonej prędkości początkowej lotu kropli. Wszystko to osiągnięto przy zachowaniu bardzo krótkiego czasu utrwalania się nadruku na wielu różnych podłożach oraz przy zachowaniu bardzo dobrej adhezji do podłoża.

Przedmiotem wynalazku jest głowica drukująca typu ink jet zawierająca zespół dyszowy zawierający: co najmniej dwie dysze; przy czym każda z dysz jest połączona kanałem z odrębnym zbiornikiem cieczy do formowania kropli pierwotnych cieczy przy końcówce dyszy; charakteryzująca się tym, że zawiera ponadto separator o zwężającym się w kierunku przepływu przekroju, umieszczony pomiędzy końcówkami dysz przystosowany do prowadzenia kropli pierwotnych wewnątrz głowicy drukującej od końcówki dyszy do punktu połączenia oraz przystosowany do ograniczania swobody łączenia się kropli pierwotnych w kroplę połączoną w punkcie połączenia, przy czym długość poszczególnych ścian bocznych separatora jest większa od średnicy kropli pierwotnej opuszczającej końcówkę dyszy przyległej do danej ściany bocznej separatora.

Korzystnie, separator ma ściany boczne przyległe do końcówek dysz i jest przystosowany do prowadzenia kropli pierwotnych wzdłuż swych ścian bocznych do połączenia ich w kroplę połączoną na czubku końcówce separatora, która tworzy element ograniczający swobodę łączenia się kropli pierwotnych.

Korzystnie, ściany boczne separatora są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (aA, aB) od 5 do 75 stopni, korzystnie od 15 do 45 stopni.

Korzystnie, obydwie ściany boczne separatora są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod tym samym kątem (aA, aB).

Korzystnie, ściany boczne separatora są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod różnymi kątami (aA, aB).

Korzystnie, ściany boczne separatora są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (aA, aB) nie większym niż kąt (pA, pB) nachylenia kanałów dysz.

Korzystnie, ściany boczne separatora są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (aA, aB) większym niż kąt (pA, pB) nachylenia kanałów dysz.

Korzystnie, separator jest podgrzewany.

Korzystnie, głowica zawiera ponadto dysze doprowadzające gaz do nadmuchu gazu w kierunku końcówki separatora.

Korzystnie, element do prowadzenia kropli pierwotnych ma postać obudowy podstawowej otaczającej końcówki dysz, rozciągającej się w kierunku przepływu i posiadającej pierwszą sekcję do ograniczania swobody łączenia się kropli pierwotnych o średnicy (D1) nie mniejszej niż średnica (dC) połączonej kropli oraz drugą sekcję znajdującą się pomiędzy pierwszą sekcją a końcówkami dysz, której szerokość rozszerza się w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu; a głowica zawiera ponadto źródło strumienia gazu wprowadzanego zgodnie z kierunkiem przepływu do wewnątrz obudowy podstawowej.

Korzystnie, dysze są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (pA, pB) od 5 do 75 stopni, korzystnie od 15 do 45 stopni.

PL 226 751 B1

Korzystnie, obydwie dysze są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod tym samym kątem (βΑ, βΒ).

Korzystnie, dysze są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod różnymi kątami (βΑ, βΒ).

Korzystnie, obudowa podstawowa zawiera ponadto trzecią sekcję przebiegającą w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu równolegle do zewnętrznych ścianek dysz.

Korzystnie, średnica (D1) pierwszej sekcji obudowy pierwotnej jest zasadniczo równa średnicy (dC) połączonej kropli.

Korzystnie, powierzchnia przekroju pierwszej sekcji obudowy podstawowej wynosi co najmniej

80% powierzchni przekroju połączonej kropli.

Korzystnie, długość (L1) pierwszej sekcji obudowy podstawowej jest nie mniejsza niż średnica (dC) połączonej kropli.

Korzystnie, głowica zawiera ponadto obudowę dodatkową otaczającą obudowę podstawową i połączoną ze źródłem strumienia gazu, zawierającą pierwszą sekcję przebiegającą z kierunkiem przepływu od wylotu pierwszej sekcji obudowy podstawowej i mającą średnicę zmniejszającą się wraz z kierunkiem przepływu do średnicy (D2) większej niż średnica (dC) połączonej kropli.

Korzystnie, głowica zawiera ponadto elektrody odchylające przy wyjściu obudowy dodatkowej.

Korzystnie, głowica zawiera ponadto elektrody ładujące przy wyjściu obudowy podstawowej.

Korzystnie, głowica zawiera wiele zespołów dyszowych rozmieszczonych równolegle do siebie.

Korzystnie, końcówki dysz są podgrzewane.

Korzystnie, głowica zawiera ponadto obudowę obejmującą końcówki dysz i punkt łączenia.

Korzystnie, głowica zawiera element grzejny do ogrzewania przestrzeni wewnątrz obudowy.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1, 2A i 2B ilustrują schematycznie pierwszy przykład wykonania wynalazku;

Fig. 3, 4A, 4B, 5 i 6 ilustrują schematycznie drugi przykład wykonania wynalazku;

Fig. 7 ilustruje schematycznie trzeci przykład wykonania wynalazku;

Fig. 8 ilustruje schematycznie czwarty przykład wykonania wynalazku;

Fig. 9, 10 i 11 ilustrują schematycznie przykłady urządzeń do nadawania energii początkowej kropli wystrzeliwanej z dyszy;

Pierwszy przykład wykonania

Pierwszy przykład wykonania omawianego wynalazku ilustruje projekt głowicy drukującej 100 przedstawionej ogólnie na fig. 1, a w przekroju ilustrowanym dwoma figurami - 2A i 2B - w celu czytelniejszej prezentacji opisów.

Głowica drukująca bezdotykowo (typu ink jet) 100 może składać się z jednego lub wielu zespołów dyszowych 110, z których każdy jest przeznaczony do wytwarzania połączonej kropli 122 uformowanej z dwóch kropli 121A i 121B wystrzelonych z dysz 111A i 111Β rozdzielonych separatorem 131. Fig. 1 prezentuje głowicę z ośmioma zespołami dyszowymi 110, drukującą 8-punktowy nadruk 191 na podłożu 190. Należy przy tym odnotować, że tego typu głowica drukująca w innych przykładach wykonania może zawierać zarówno jeden zespół dyszowy 110 do nanoszenia nadruku jednopunktowego, jak i bardzo wiele zespołów dyszowych - np. 256 lub więcej - do nanoszenia nadruków np. wyższej rozdzielczości.

Każda dysza 111A i 111B z zespołu 110 wyposażona jest w kanał 112Α, 112B dostarczający czynnik płynny ze zbiorników 116A i 116B. Na końcówkach dysz 113A i 113B płyn ten, w wyniku działania elementów wyrzucających krople pokazanych na Fig. 9, 10 i 11, formuje krople pierwotne 121A i 121B. Końcówki dysz 113A i 113B przylegają do elementu rozdzielającego 131 o zwężającym się w kierunku przepływu przekroju (korzystnie w kształcie wzdłużnego klina lub stożka), który oddziela od bezpośredniego kontaktu końcówki dysz 113A i 113B, co zapobiega niepożądanemu kontaktowi pomiędzy kroplami 121A i 121B przed ich całkowitym opuszczeniem końcówek dysz 113A i 113B.

Krople pierwotne 121A i 121B po opuszczeniu końcówek dysz 113A i 113B przemieszczają się wzdłuż ścian separatora 131, tak by na jego końcówce 132 trafić na siebie, połączyć się i utworzyć jedną kroplę 122, która następnie odrywa się od końcówki separatora 132 i prze mieszcza się w kierunku drukowanego podłoża.

Czynnik płynny w dwóch zbiornikach 116A i 116B to korzystnie tusz i utrwalacz inicjujący w wyniku kontaktu z tuszem proces jego utrwalania się w ciało stałe. Umożliwia to rozpoczęcie procesu utrwalania tuszu od chwili połączenia kropli pierwotnych w jedną połączoną kroplę i zanim osiągnie ona drukowane podłoże, dzięki czemu można uzyskać lepszą adhezję kropli tuszu do podłoża lub skrócić czas utrwalania się nadruku na podłożu. Dla przykładu: tusz może składać się z estrów kwasu

PL 226 751 B1 akrylowego (50-80 jednostek wagi) kwasu akrylowego (5-15 jednostek wagi), barwnika (3-40 jednostek wagi) surfaktantu - czynnika powierzchniowo czynnego - (0-5 jednostek wagi), gliceryny (0-5 jednostek wagi) oraz modyfikatora lepkości (0-5 jednostek wagi). Utrwalacz mógłby się składać z czynnika na bazie azarydyny (30-50 jednostek wagi), barwnika (3-40 jednostek wagi), surfaktantu (0-5 jednostek wagi), gliceryny (0-5 jednostek wagi), modyfikatora lepkości (0-5 jednostek wagi) i rozpuszczalnika (0-30 jednostek wagi). Płyny te mogą mieć lepkość w granicach 1-30 mPas i napięcie powierzchniowe w granicach 20-50 mN/m. Inne tusze i utrwalacze znane z dotychczasowego stanu techniki mogą być również stosowane. Zawartość rozpuszczalnika w połączonej kropli powinna stanowić nie więcej niż 10%, a korzystnie nie więcej niż 5% wagowej zawartości połączonej kropli. To pozwala na znaczne obniżenie zużycia rozpuszczalnika w procesie drukowania w porównaniu z technologią CIJ, gdzie wagowy udział rozpuszczalników w nanoszonym na podłoże roztworze zwykle przekracza 50%. Dzięki tak dużej korzystnej różnicy w zużyciu rozpuszczalnika pomiędzy powszechnie stosowaną technologią CIJ, a zużyciem możliwym do osiągnięcia przy nanoszeniu nadr u ków za pomocą technologii będącej przedmiotem niniejszego wynalazku, należy uznać tę innowację za proekologiczną.

W pierwszym przykładzie wykonania kropla tuszu łączy się z kroplą utrwalacza w momencie, kiedy obie krople pozostają w kontakcie z elementami konstrukcyjnymi głowicy, a szczególnie z końcówką separatora 132. Główną funkcją separatora 131 jest jednak takie oddzielenie końcówek dysz 113A i 113B, aby zapobiegać przypadkowemu łączeniu się tuszu z utrwalaczem w okolicy końcówek dysz, co mogłoby prowadzić do ich blokowania. W momencie, kiedy krople tuszu i utrwalacza połączą się w jedną wspólną kroplę i rozpocznie się reakcja utrwalania tuszu, ryzyko pozostawienia zanieczyszczeń na końcówce separatora 132 będzie minimalne, ponieważ końcówka ta będzie stykała się z połączoną kroplą bardzo małą powierzchnią i przez bardzo krótki czas, co z kolei jest efektem stosunkowo wysokiej energii kinetycznej połączonej kropli 122. Energia ta, uzyskana w wyniku energii wyrzutu kropli tuszu i utrwalacza, pozwoli połączonej kropli 122 na skuteczne oderwanie się od końcówki separatora 132 i szybkie przemieszczanie się w kierunku podłoża.

Krople pierwotne 121A i 121B są prowadzone bezpośrednio po opuszczeniu końcówek dysz po powierzchni separatora 131 w sposób umożliwiający kontrolę ich przemieszczania się w sposób uporządkowany do momentu ich wzajemnego spotkania się na końcówce separatora 131. Umożliwia to znacznie lepszą kontrolę nad procesem koalescencji kropli oraz nad kierunkiem lotu kropli połączonej. Ułatwia to z kolei kontrolę nad precyzyjnym umieszczaniem kropli nadruku w żądanym miejscu na drukowanym podłożu.

Nawet jeśli z powodu różnic w rozmiarze, gęstości lub energii kinetycznej kropli pierwotnych 121A i 121B kropla połączona 122 nie kierowałaby się w kierunku dokładnie prostopadłym do głowicy, ale pod pewnym kątem, kąt ten byłby taki sam dla wszystkich kolejnych kropli, a zatem przewidywalny i możliwy do uwzględnienia w konfiguracji urządzenia dla procesu drukowania.

Nawet krople stosunkowo dużego rozmiaru - np. stosowane w drukarkach zaworkowych niskiej rozdzielczości - mogą być efektywnie łączone dzięki zastosowaniu separatora 131 dzięki lepszej kontroli nad ich prowadzeniem i procesem koalescencji, niż to mogło mieć miejsce w znanych ze stanu techniki rozwiązaniach, gdzie krople miały łączyć się w locie po opuszczeniu głowicy drukującej.

Separator 131 funkcjonuje zatem jako swego rodzaju prowadnica dla kropli pierwotnych 121A i 121B w głowicy drukującej 100 od końcówek dysz 113A i 113B aż do punku połączenia się kropli na końcówce separatora 132. Końcówka separatora 132 ogranicza swobodę dowolnego łączenia się kropli pierwotnych 121A i 121B w kroplę połączoną 122. Oznacza to, że kropla połączona może się uformować tylko na końcówce separatora 132, co stabilizuje jej dalszą drogę na zewnątrz głowicy drukującej przez otwór w obudowie 181 w kierunku podłoża.

Innymi słowy, w prezentowanej głowicy typu inkjet krople 121A i 121B powstałe z dwóch różnych komponentów, które to komponenty przed połączeniem mają cechy stabilnych płynów, prowadzone są do punktu wzajemnego połączenia w taki sposób, że pozostają w tym czasie w kontakcie z elementami konstrukcyjnymi głowicy drukującej, a ściślej z separatorem 131, aż do jego końcówki 132. Dzięki temu podczas łączenia i koalescencji, krople te pozostają w kontakcie z elementami głowicy drukującej.

Dysze 112A i 112B wyposażone są w elementy generujące pojedyncze krople i nadające im energię kinetyczną. Elementy te, oznaczone jako 161A i 161B, dla zachowania jasności całego obrazu zaznaczono tu jedynie schematycznie, a ich przykładowe warianty zilustrowano na Fig. 9-11. I tak, elementem generującym kroplę i nadającym jej energię kinetyczną może być element termiczny

PL 226 751 B1 (Fig. 9), element piezoelektryczny (Fig. 10) jak też i zawór (Fig. 11). W tym ostatnim wypadku czynnik płynny powinien być dostarczany pod ciśnieniem.

Separator w przykładzie prezentowanym na Fig. 2A and 2B jest symetryczny, tzn. kąty aA, aB pomiędzy jego powierzchniami bocznymi 114A i 114B a osią głowicy 100 lub osią zespołu dyszowego 110 są takie same.

W innych przykładach zastosowań te kąty aA, aB mogą być różne, a sam separator asymetryczny, zależnie od parametrów czynników płynnych dostarczanych z końcówek dysz 113A i 113B.

Kąty aA, aB powinny mieścić się w granicach od 5 do 75 stopni, korzystnie od 15 do 45 stopni.

Kąty nachylenia βΑ, βΒ kanałów tuszowych dysz 112A i 112B powinny być nie mniejsze niż kąty nachylenia aA, aB odpowiadających im powierzchni bocznych separatora 114A i 114B. Dzięki temu krople pierwotne 121A i 121B po opuszczeniu końcówek dysz pozostaną w kontakcie z powierzchniami bocznymi separatora 131.

Separator 131 może być wymienny, co umożliwiłoby dopasowanie zespołu dyszowego 110 wraz z separatorem 131 do różnych właściwości różnego rodzaju tuszów lub utrwalaczy.

Powierzchnie boczne 114A i 114B separatora 131 mają długość odpowiednio LA i LB mierzoną od końcówki dyszy 113A i 113B do końcówki separatora 132 korzystnie nie krótszą, niż średnica dA, dB kropli pierwotnej 121A, 121B w momencie, kiedy zaraz po opuszczeniu końcówki dyszy 113A, 113B znajdzie się ona na powierzchni bocznej separatora 114A, 114B. Zapobiega to możliwemu kontaktowi pomiędzy kroplami pierwotnymi zanim całkowicie opuszczą końcówki dysz, co mogłoby grozić ich zablokowaniem.

Powierzchnie separatora 131 wykonane są tak, aby mieć korzystnie mały współczynnik tarcia, co z kolei ma ograniczać adhezję kropli 121A, 121B, 122 do powierzchni separatora, a także aby przeciwdziałać rotacji kropli pierwotnych 121A, 121B. W celu dalszego ograniczenia adhezji kropli 121A, 121B, 122 do powierzchni separatora, separator i końcówki dysz 113A, 113B mogą być podgrzewane do temperatury wyższej od temperatury otoczenia. Czynniki płynne w zbiornikach 116A, 116B mogą także być korzystnie podgrzewane. W połączeniu z podwyższona temperaturą końcówek dysz i separatora zapewni to podwyższoną temperaturę kropli, co z kolei korzystnie wpłynie na proces koalescencji kropli pierwotnych oraz poprawi lepkość i skróci czas utrwalania połączonej kropli 122 w chwili jej kontaktu z drukowanym podłożem.

Jak pokazano na Fig. 1, separator 131 może być elementem wspólnym dla wielu zespołów dyszowych 110. W innych przykładach wykonania jednak każdy zespół dyszowy 110 może być wyposażony we własny separator 131 i/lub obudowę 181, mogą to też być grupy zespołów dyszowych zebrane wokół jednego separatora 131 i w jednej obudowie 181. Głowica drukująca może również zawierać obudowę 181, która chroni wrażliwe elementy konstrukcji głowicy, a szczególnie końcówkę separatora 132 oraz końcówki dysz 113A, 113B przed wpływem otoczenia, np. zapobiegając przed kontaktem fizycznym z użytkownikiem lub znakowanymi produktami.

Ponadto, obudowa 181 może zawierać elementy grzejne 182, których celem jest podniesienie temperatury wewnątrz obudowy głowicy drukującej, a szczególnie bezpośredniego otoczenia końcówek dysz 113A, 113B i separatora 131 do żądanego poziomu, np. korzystnie w granicach od 40 do 60 st. Celsjusza (inne zakresy temperatur mogą okazać się korzystne dla niektórych czynników i kropli). Podgrzewanie wnętrza głowicy drukującej pozwoli zapewnić stabilne warunki łączenia się i koalescencji kropli. Wewnątrz obudowy 181 może zostać umieszczony czujnik temperatury 183, umożliwiający pomiar temperatury wewnątrz głowicy drukującej.

Ponadto głowica drukująca 110 może zawierać kanały 119A, 119B doprowadzające pod ciśnieniem gaz - np. powietrze albo azot - korzystnie podgrzany, w kierunku końcówki separatora 132, w celu skrócenia czasu utrwalania, wzmocnienia dynamiki kropli oraz w celu usuwania ewentualnych zanieczyszczeń z końcówek dysz.

Drugi przykład wykonania

Drugi przykład wykonania omawianego wynalazku ilustruje głowica drukująca 200 przedstawiona na Fig. 3, oraz 4A i 4B, które pokazują ten sam przekrój z uwypukleniem różnych szczegółów technicznych, a także na Fig. 5 pokazującej kolejny przekrój wzdłużny z perspektywy różnej o 90 stopni w stosunku do Fig. 4A i 4B oraz na Fig. 6 ilustrującej pewne przekroje poprzeczne.

Głowica drukująca 200 może zawierać jeden lub więcej zespołów dyszowych 210, z których każdy wytwarza połączoną kroplę 222 uformowaną z dwóch kropli pierwotnych 221A i 221B wystrzeliwanych z dwóch dysz 211A, 211B. Fig. 3 ilustruje przykład głowicy zawierającej wiele zespołów 210 ustawionych w rzędzie w taki sposób, aby całość mogła nanosić wielopunktowy nadruk 291 na podłoże 290.

PL 226 751 B1

Należy przy tym zaznaczyć, że głowica drukująca tego typu może składać się zarówno z jednego zespołu, jak i z wielu zespołów dyszowych: może zawierać nawet 256 lub więcej zespołów.

W każdej dyszy 211A, 211B z zespołu dyszowego 210 znajduje się kanał 212A, 212B doprowadzający czynnik płynny ze zbiornika 216A, 216B. Na końcówkach dysz 213A i 213B płyn ten, w wyniku działania elementów wyrzucających krople pokazanych na Fig. 9, 10 i 11, formuje krople pierwotne 221A i 221B. Końcówki dysz 213A i 213B przylegają do elementu rozdzielającego 231 w kształcie stożka, który oddziela od bezpośredniego kontaktu końcówki dysz 213A i 213B, co zapobiega niepożądanemu kontaktowi pomiędzy kroplami 221A i 221B przed ich całkowitym opuszczeniem końcówek dysz 213A i 213B.

Krople pierwotne 221A i 221B po opuszczeniu końcówek dysz 213A i 213B przemieszczają się wzdłuż ścian separatora 231, tak by na jego końcówce 232 trafić na siebie, połączyć się i utworzyć jedną kroplę 222, która następnie odrywa się od końcówki separatora 232 i przemieszcza się w kierunku drukowanego podłoża.

Krople pierwotne 221A, 221B prowadzone są wzdłuż powierzchni separatora 231 z pomocą strumieni 271A, 271B składających się z gazu (np. powietrza, azotu) doprowadzonego pod ciśnieniem korzystnie 5 Bar z kanału 219 do wnętrza obudowy podstawowej 241. Kształt obudowy 241 w jej górnej części wspomaga przepływ gazu równolegle do dysz 211A i 211B, co z kolei wspomaga oderwanie się kropli pierwotnych 221A i 221B od końcówek dysz 213A i 213B oraz ich prowadzenie po powierzchni separatora 231 do jego końcówki 232, gdzie formują kroplę połączoną 222.

Dysze 212A i 212B wyposażone są w elementy generujące pojedyncze krople i nadające im energię kinetyczną. Elementy te, oznaczone jako 261A i 261B, dla zachowania jasności całego obrazu zaznaczono tu jedynie schematycznie, a ich przykładowe warianty zilustrowano na Fig. 9-11. I tak elementem generującym kroplę i nadającym jej energię kinetyczną może być element termiczny (Fig. 9), element piezoelektryczny (Fig. 10) jak też zawór (Fig. 11). W tym ostatnim wypadku czynnik płynny powinien być dostarczany pod ciśnieniem.

Obudowa podstawowa 241 charakteryzuje się kształtem przekroju zmiennym wraz z długością, a co za tym idzie zawiera odcinki o różnych kształtach przekroju. Odcinek dolny, tzn. położony najdalej zgodnie z kierunkiem przepływu (powietrza lub przelotu kropli) oznaczony jako 243 ma kształt przekroju na całej swojej długości ten sam - okrągły o średnicy D1 odpowiadającej co do zasady średnicy dC połączonej kropli 222. Alternatywnie, przekrój odcinka 243 powinien mieć średnicę korzystnie nie mniejszą, niż 80% długości przekroju połączonej kropli 222. W ten sposób obudowa podstawowa 241 kończy się dyszą 243, przez którą połączona kropla 222 przelatuje lub przeciska się dzięki posiadanej już energii kinetycznej wspomaganej przepływem gazu. Dysza 243 korzystnie stabilizuje kierunek lotu połączonej kropli 222, co z kolei korzystnie wpływa na dokładność nanoszenia kropli, czyli jakość nadruku.

Sekcja oznaczona jako 244 stanowi odcinek obudowy podstawowej 241 od początku dyszy 243 (od punktu, w którym dysza 243 - do tego miejsca o kształcie walca - zaczyna się rozszerzać) do punktu, w którym kończą się końcówki dysz 213A i 213B. Kształt obudowy podstawowej 241 zmienia się na odcinku 244 w taki sposób, że rozszerza się w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu, z tym, że szerokość przekroju zwiększa się bardziej, niż jego głębokość, przybierając kształt eliptyczny. Ilustruje to przekrój E-E na Fig. 6.

Kształt obudowy podstawowej 241 na odcinku 244 zwęża się stopniowo wraz z kierunkiem przepływu. Dzięki temu, strumienie gazu 271A i 271B napływające głównie w okolicy wewnętrznych ścianek obudowy podstawowej 241 będą następnie wspomagać kierowanie się kropli pierwotnych 221A i 221B, a następnie kropli połączonych 222, w kierunku środka przekroju/przepływu.

Obudowa podstawowa 241 obejmuje także trzeci odcinek 245, znajdujący się powyżej odcinka 244 w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu, zaczynający w miejscu końcówek dysz 213A i 213B.

Przekrój B-B na Fig. 6 ilustruje sposób, w jaki obudowa podstawowa 241 obejmuje dysze 211A i 211B. Odbywa się to tak, aby strumienie gazu 271A i 271B obejmowały dysze 211A i 211B prawie z każdej strony z wyjątkiem przestrzeni znajdującej się pomiędzy dyszami 211A i 211B, gdzie znajduje się element blokujący 233 zakończony następnie separatorem 231.

Strumienie gazu 271A i 271B są prowadzone w tej sekcji równolegle kanałów - dysz 211A i 211B doprowadzających czynniki płynne (tusz i utrwalacz) do końcówek 213A i 213B oraz równolegle do kierunku wyrzutu kropli pierwotnych 221A, 221B. Równoległy przepływ gazu ustabilizowany zanim wejdzie w kontakt z kroplami pierwotnymi 221A i 221B wspomaga kontrolę prawidłowego

PL 226 751 B1 kierunku przelotu kropli pierwotnych od momentu, kiedy opuszczają końcówki dysz 213A i 213B. Dokładnie od tej chwili zarówno kierunek jak i energia kinetyczna lotu kropli są wspomagane przez przepływający wokół gaz. Należy przy tym podkreślić, że kształt obudowy podstawowej 241 powinien być ukształtowany w taki sposób, aby wspomagać właściwe prędkości przepływu gazu przez wymienione odcinki 245, 244 oraz 243. Prędkość przepływającego gazu powinna być korzystnie większa tuż przed osiągnięciem rejonu końcówek dysz, a zatem w odcinku 245, a szczególnie jego końcowej fazie, następnie prędkość przepływu gazu może spowolnić, ale w centrum odcinka 244 powinna pozostać korzystnie co najmniej nie mniejsza, niż prędkość lotu połączonej kropli 222 na tym samym odcinku, następnie prędkość przepływu gazu powinna korzystnie znacznie przyśpieszyć na odcinku 243, gdzie nastąpi wymuszone przyśpieszenie przepływu w związku ze zmniejszeniem powierzchni przekroju. Znaczne spowolnienie przepływu spowodowane stosunkowo największą powierzchnią przekroju na odcinku 244 stwarza warunki do skompensowania za pomocą niewielkich różnic ciśnienia gazu w bardzo krótkim - momencie, kiedy na odcinku 243 przepływ gazu zostanie spowolniony kroplą 222 przelatującą z prędkością wolniejszą. Spowoduje to chwilowy wzrost ciśnienia gazu na odcinku 244, co korzystnie wpłynie na energię kinetyczną kropli 222 w momencie opuszczania przez nią dyszy 243.

W każdym wypadku na odcinku 244 obudowy podstawowej 241 przepływ gazu 271A, 271B jest tak zaprojektowany, aby korzystnie zachował prędkość przepływu nie mniejszą, niż prędkość kropli pierwotnych 221A i 221B podczas ich wyrzutu z końcówek dysz 211A i 211B. Temperatura przepływającego gazu może zostać korzystnie podwyższona w celu poprawy warunków łączenia się i koalescencji kropli pierwotnych 221A i 221B dzięki obniżaniu się wraz ze wzrostem temperatury napięcia powierzchniowego i lepkości cieczy tworzących tusz i utrwalacz.

Geometria odcinka 243 w stosunku do odcinka 244, a szczególnie znacznie mniejsza powierzchnia przekroju odcinka 243 w stosunku do 244, jest zaplanowana w taki sposób, aby przepływ gazu znacznie zwiększał swoją prędkość na odcinku 243, korzystnie od 5 do 20 razy. Przyśpieszenie przepływu gazu na odcinku 243 korzystnie wpłynie na wzrost energii kinetycznej połączonej kropli 222 oraz na utrzymanie przez nią właściwego kierunku w jej dalszych fazach lotu.

Czynniki płynne dostarczane ze zbiorników 216A i 216B stanowią tusz (w jednym ze zbiorników) i utrwalacz (w drugim) zgodnie z opisem zamieszczonym przy okazji pierwszego przykładu wykonania.

W drugim przykładzie wykonania kropla tuszu łączy się z kroplą utrwalacza wewnątrz głowicy drukującej 200, tzn. zanim połączona kropla 222 opuści wnętrze obudowy podstawowej 241. Konstrukcja głowicy zakłada, że końcówki dysz 213A i 213B są oddzielone od siebie za pomocą separatora 231. Tusz i utrwalacz nie wejdą zatem w kontakt między sobą na etapie, gdy wciąż pozostają w kontakcie z końcówkami dysz 213A i 213B, co zapobiega zablokowaniu tych końcówek przez niepożądane (zbyt wczesne) rozpoczęcie procesu utrwalania. W momencie, kiedy krople pierwotne zetkną się ze sobą i zacznie się proces utrwalania tuszu, ryzyko pozostawienia zanieczyszczeń na końcówce separatora 232 będzie minimalne, ponieważ końcówka ta będzie stykała się z połączoną kroplą bardzo małą powierzchnią i przez bardzo krótki czas, co z kolei jest efektem stosunkowo wysokiej energii kinetycznej połączonej kropli 222. Energia ta, uzyskana w wyniku energii wyrzutu kropli tuszu i utrwalacza, pozwoli połączonej kropli 222 na skuteczne oderwanie się od końcówki separatora 232 i szybkie przemieszczanie się w kierunku podłoża.

Krople pierwotne 221A i 221B są prowadzone bezpośrednio po opuszczeniu końcówek dysz po powierzchni separatora 231 w sposób umożliwiający kontrolę ich przemieszczania się w sposób uporządkowany do momentu ich wzajemnego spotkania się na końcówce separatora 231. Umożliwia to znacznie lepszą kontrolę nad procesem koalescencji kropli oraz nad kierunkiem lotu kropli połączonej. Ułatwia to z kolei kontrolę nad precyzyjnym umieszczaniem kropli nadruku w żądanym miejscu na drukowanym podłożu.

Nawet jeśli, z powodu różnic w rozmiarze, gęstości lub energii kinetycznej kropli pierwotnych 221A i 221B, kropla połączona 222 nie kierowałaby się w kierunku dokładnie prostopadłym do głowicy, ale pod pewnym kątem, kąt ten byłby taki sam dla wszystkich kolejnych kropli, a zatem przewidywalny i możliwy do uwzględnienia w konfiguracji urządzenia dla procesu drukowania.

Nawet krople stosunkowo dużego rozmiaru - np. stosowane w drukarkach zaworkowych niskiej rozdzielczości - mogą być efektywnie łączone dzięki zastosowaniu separatora 131 dzięki lepszej kontroli nad ich prowadzeniem i procesem koalescencji, niż to mogło mieć miejsce w znanych ze stanu techniki rozwiązaniach, gdzie krople miały łączyć się w locie po opuszczeniu głowicy drukującej.

PL 226 751 B1

Separator 231 funkcjonuje zatem jako swego rodzaju prowadnica dla kropli pierwotnych 221A i 221B w głowicy drukującej 200 od końcówek dysz 213A i 213B aż do punku połączenia kropli na końcówce separatora 232. Końcówka separatora 232 ogranicza swobodę dowolnego łączenia się kropli pierwotnych 221A i 221B w kroplę połączoną 222. Oznacza to, że kropla połączona może się uformować tylko na końcówce separatora 232, co stabilizuje jej dalszą drogę na zewnątrz głowicy drukującej przez odcinek 243 obudowy podstawowej 241 w kierunku drukowanego podłoża.

Oznacza to, że separator 231 i obudowa podstawowa 241 pełnią funkcje wspomagające właściwe ukierunkowanie i/lub prowad ze n i e kropli pierwotnych 221A i 221B wewnątrz głowicy 200 od końcówek dysz 213A i 213B do punktu połączenia 232. Separator 231 i odcinek 243 (obudowy podstawowej 241) ograniczają zatem swobodę sposobu łączenia się kropli pierwotnych 221A i 221B w kroplę połączoną 222. W istocie sposób prowadzenia tych kropli wymusza ich łączenie się w pobliżu wejścia połączonej już kropli do odcinka 243, który podobnie jak separator 231 wspomaga podtrzymanie właściwego toru lotu połączonej kropli 222 w kierunku wylotu z odcinka 243 i drukowanego podłoża.

Innymi słowy, w prezentowanej głowicy typu inkjet krople 221A i 221B powstałe z dwóch różnych komponentów, które to komponenty przed połączeniem mają cechy stabilnych płynów, prowadzone są do punktu wzajemnego połączenia w taki sposób, że pozostają w tym czasie w kontakcie z elementami konstrukcyjnymi głowicy drukującej, a ściślej z separatorem 231 aż do jego końcówki 232. Dzięki temu, podczas łączenia i koalescencji krople te pozostają w kontakcie z elementami głowicy drukującej.

Dysze 212A i 212B wyposażone są w elementy generujące pojedyncze krople i nadające im energię kinetyczną. Elementy te, oznaczone jako 261A i 261B, dla zachowania jasności całego obrazu zaznaczono tu jedynie schematycznie, a ich przykładowe warianty zilustrowano na Fig. 9-11. I tak, elementem generującym kroplę i nadającym jej energię kinetyczną może być element termiczny (Fig. 9), element piezoelektryczny (Fig. 10) jak też zawór (Fig. 11). W tym ostatnim wypadku czynnik płynny powinien być dostarczany pod ciśnieniem.

Separator 231 może mieć te same cechy, co separator 131 prezentowany w pierwszym przykładzie wykonania. Kąty nachylenia pA, pB dysz 212A i 212B, jak pokazano na Fig. 4A i 4B, są takie same, jak kąty nachylenia aA, aB ścian bocznych separatora 231, a zatem wyrzucane krople pierwotne będą miały wektor równoległy do ścian bocznych separatora. W innych przykładach zastosowań kąty nachylenia pA, pB dysz mogłyby być nieco większe niż odpowiadające im kąty nachylenia aA, aB ścian separatora, co wymuszałoby wzmożony kontakt pomiędzy wyrzucanymi kroplami, a ścianami separatora.

Możliwe jest także wykonanie przewidujące mniejsze kąty pA, pB nachylenia dysz 212A i 212B, niż kąty nachylenia aA, aB ścian separatora 231. W takiej sytuacji krople pierwotne mogłyby stracić kontakt z powierzchnią separatora, zanim zetknęłyby się ze sobą w pewnej odległości od końcówki separatora. W takiej sytuacji separator 231 tylko w pewnym stopniu mógłby pełnić rolę elementu wspomagającego prowadzenie, a jego główną funkcją pozostałoby uniemożliwienie kontaktu tuszu i utrwalacza pozostających w kontakcie z końcówkami dysz 213A i 213B. Rolę wspomagania prowadzenia kropli pierwotnych 221A i 221B, a następnie kropli połączonej 222, pełniłby wówczas w jeszcze większym stopniu strumień gazu 271A i 271B formujący się z pomocą wewnętrznych powierzchni ścian obudowy podstawowej 241, które za pośrednictwem przepływającego gazu pełniłyby funkcje wspomagające prowadzenie kropli pierwotnych 221A i 221B wewnątrz głowicy 200 od chwili opuszczenia przez te krople końcówek dysz 213A i 213B do punktu połączenia się tych kropli. Swoboda co do sposobu łączenia się kropli pierwotnych 221A i 221B w połączoną kroplę 222 byłaby również w takim wypadku mocno ograniczona dzięki porządkującej roli strumieni gazu 271A i 271B kierowanych z pomocą ukształtowania wewnętrznych powierzchni ścian obudowy podstawowej 241.

Dysze 212A i 212B w prezentowanym na Fig. 3 przykładzie są symetryczne, tzn. ich długość i kąt nachylenia pA, pB w stosunku do osi głowicy 200 są takie same.

W innych przykładach zastosowań jednak kąty pA, pB mogą być różne, a sam separator asymetryczny, zależnie od parametrów czynników płynnych dostarczanych z końcówek dysz 213A i 213B.

Kąt pA, pB nachylenia dysz do osi głowicy powinien mieścić się w granicach od 5 do 75 stopni, korzystnie od 15 do 45 stopni.

PL 226 751 B1

Obudowa podstawowa 241 może być elementem wymiennym, co ułatwiłoby dostosowanie jej parametrów do właściwości stosowanych czynników płynnych (tuszu i utrwalacza). Na przykład, można stosować obudowy 241 o różnych średnicach D1 odcinka 243 zależnie od aktualnych cech i wielkości połączonej kropli 222 oraz jej oczekiwanej prędkości wylotowej (czyli w momencie opuszczania odcinka 243). Kąty pA, pB nachylenia dysz 211A i 211B mogą też podlegać zmianie lub regulacji zależnie od właściwości aktualnie stosowanych czynników płynnych podawanych ze zbiorników 216A, 216B.

Odcinek 243 obudowy podstawowej 241 ma długość L1 korzystnie nie mniejszą, niż średnica Dc połączonej kropli 222, korzystnie nie mniejszą niż wielokrotność średnicy dC połączonej kropli 222, co pozwoli na skuteczne ustabilizowanie kierunku lotu połączonej kropli 222, a zatem lepszą precyzję jej ostatecznego położenia na drukowanym podłożu.

Powierzchnie wewnętrzne obudowy podstawowej 243 powinny charakteryzować się zmniejszonym współczynnikiem tarcia lub lepkości zapobiegając w ten sposób możliwości przylegania cząstek tuszu lub utrwalacza lub połączonej kropli 222 do powierzchni we wnętrzu obudowy podstawowej 243 oraz ułatwiając ich usuwanie na zewnątrz przez strumienie gazu 271A i 271B. Przepływ gazu przez obudowę podstawową 243 w kierunku do zewnątrz korzystnie zapobiega także dostawaniu się do jej wnętrza zanieczyszczeń z otoczenia.

Głowica drukująca może obejmować także obudowę dodatkową 251, która otacza obudowę podstawową 241 oraz ma kształt z nią korespondujący, jednak rozszerzony - inaczej mówiąc, przekrój poprzeczny obudowy dodatkowej 251 w stosunku do przekroju poprzecznego obudowy podstawowej 241 tworzy przestrzeń, która umożliwia skierowanie tam strumienia gazu 272. Gaz dostarczany jest pod ciśnieniem z kanału 219, a przepływając wokół odcinka 243 obudowy podstawowej 241 umożliwia dalsze prowadzenie połączonej kropli 222 po tym, gdy podczas lotu na zewnątrz opuści ona odcinek 243 obudowy podstawowej 241. Strumień gazu 272 może dodatkowo przyśpieszać w okolicy dodatkowej końcówki 253 z powodu zmniejszającej się powierzchni przekroju przepływu, co z kolei może spowodować dalsze przyśpieszenie połączonej kropli 222 po opuszczeniu przez nią odcinka 243 obudowy podstawowej 241. Powierzchnia przekroju przepływu gazu 272 - odpowiadająca różnicy powierzchni pomiędzy przekrojem obudowy podstawowej 241 i obudowy dodatkowej 251 zmniejsza się w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu gazu, dzięki czemu prędkość przepływu gazu w pobliżu końca odcinka 243 obudowy podstawowej 241 - czyli miejsca, w którym połączona kropla 222 opuszcza ten odcinek - będzie nie niższa, niż prędkość przelotu tej kropli, a korzystnie wyższa. W celu dalszego zwiększenia prędkości kropli 222, powierzchnia przekroju odcinka 253 obudowy dodatkowej 251 zmniejsza się korzystnie wraz z kierunkiem przepływu strumienia gazu 272, koncentrując w ten sposób ich przepływ wokół osi wzdłużnej oraz wpływając na jego ponowne przyśpieszenie. Odcinek 252 obudowy dodatkowej 251, będący najbliżej jej zakończenia, ma korzystnie przekrój okrągły o średnicy D2 korzystnie większej (korzystnie co najmniej dwukrotnie większej) w stosunku do średnicy D1 odcinka 243. Dzięki temu połączona kropla 222, prowadzona w odcinku 252 przez połączone strumienie gazu 271A, 271B, 272, które wypełniają przestrzeń pomiędzy kroplą 222 a powierzchnią wewnętrzną odcinka 252, uniknie kontaktu z powierzchnią wewnętrzną obudowy dodatkowej 251.

Średnica D2 jest korzystnie co najmniej dwa razy większa od średnicy dC kropli 222. Długość odcinka L2 odcinka 252 może wynosić od zera do wielokrotności średnicy dC, korzystnie do 10, 100 a nawet 1000 razy więcej, niż wynosi średnica dC, co wspomaga kontrolę nad pożądanym kierunkiem lotu kropli 222 oraz zwiększa jej energię kinetyczną w dalszych fazach lotu.

Lepsza kontrola nad kierunkiem lotu i większa energia kinetyczna kropli 222 korzystnie wpłynie na zwiększenie skutecznego dystansu pracy - tzn. odległości pozwalającej na zachowanie jakości nadruku - pomiędzy głowicą drukującą a drukowanym podłożem. Umożliwia to między innymi nanoszenie nadruków na powierzchnie o kształtach zmiennych, innych niż płaskie. Ponadto ułatwia to zachowanie jakości nadruku w sytuacjach, gdy tor lotu kropli znajduje się pod kątem do wektora grawitacji. Ponadto, wydłużenie odcinka L2 umożliwia postęp procesu utrwalania się kropli w locie, co może korzystnie wpłynąć na jej przyczepność do drukowanego podłoża 290.

W trakcie przelotu przez odcinek 253 obudowy dodatkowej 251 gaz zwiększa swoją prędkość zmniejszając jednocześnie ciśnienie i temperaturę. Może to doprowadzić do zwiększenia prędkości lotu oraz spadku temperatury połączonej kropli 222, która pozostaje w tym czasie w strumieniu gazu.

PL 226 751 B1

Obniżenie temperatury kropli może spowodować wzrost jej lepkości i przyczepności, co jest korzystne w momencie kontaktu z drukowanym podłożem zapobiegając niepożądanej penetracji lub rozlewaniu się kropli na boki.

Drugi przykład wykonania może obejmować także obudowę 281 o konfiguracji i funkcjonalności analogicznych do opisywanej już obudowy 181, włączając w to elementy służące do podgrzewania i kontroli temperatury wnętrza głowicy, których nie prezentowano ponownie w celu zachowania czytelności ilustracji.

Trzeci przykład wykonania

Trzeci przykład wykonana przedstawiono na Fig. 7 dla przekroju wzdłużnego głowicy drukującej 300, Ma ona większość cech wspólnych z drugim przykładem wykonania, należy jednak uwzględnić niżej wymienione różnice.

We fragmencie obudowy podstawowej 341 na jej odcinku 343 umieszczono elektrody ładujące 362A, 362B co umożliwia nadawanie poszczególnym kroplom 322 określonego ładunku elektrostatycznego.

Ponadto, we fragmencie obudowy dodatkowej 351 na jej odcinku 352 umieszczono elektrody odchylające 363A, 363B, które umożliwiają kontrolowane odchylanie toru lotu naładowanej kropli 322 kierując ją w ten sposób w określone miejsce na drukowanym podłożu. W celu umożliwienia odchylania toru lotu kropli 322 zanim opuści ona wnętrze głowicy drukującej 300 powiększono szerokość otworu wylotowego 381O w obudowie 381 w taki sposób, aby lecąca po odchylonym torze lotu kropla 322 nie weszła w kontakt z obudową 381.

Działanie elektrod ładujących 362A, 362B oraz elektrod odchylających 363A, 363B jest analogiczne do znanego ze stanu techniki działania elektrod ładujących i odchylających stosowanych powszechnie w drukarkach ink jet pracy ciągłej tzw. CIJ, nie ma zatem potrzeby szczegółowego opisu zasady ich działania w niniejszym wniosku.

Pozostałe elementy o oznaczeniach rozpoczynających się cyfrą 3 (3xx) odpowiadają elementom o oznaczeniach rozpoczynających się cyfrą 2 (2xx) z drugiego przykładu wykonania.

Czwarty przykład wykonania

Czwarty przykład wykonania zilustrowano jako przekrój wzdłużny głowicy 400 na Fig. 8. Ma ona większość cech wspólnych z drugim przykładem wykonania, należy jednak uwzględnić niżej wymienione różnice.

W czwartym przykładzie wykonania nie występuje element 233 i separator 231, które znajdują się pomiędzy dyszami w drugim przykładzie wykonania. Strumień gazu doprowadzony z kanału 419 do wnętrza obudowy podstawowej 441 będzie przepływał wzdłuż jej osi podłużnej jako jeden centralny strumień 473.

Z tego wynika, że krople pierwotne 421A i 421B po wystrzeleniu z końcówek dysz 413A i 413B, przemieszczają się w kierunku osi wzdłużnej obudowy podstawowej 441. Zachowanie tego kierunku wspomagają strumienie gazu 471A, 471B i 473. Zwężający się zgodnie z kierunkiem przepływu gazu i lotu kropli kształt obudowy podstawowej 441 - analogicznie do drugiego przykładu wykonania spowoduje, że krople pierwotne 421A i 421B będą kierowane ku sobie aż do momentu, kiedy spotkają się i połączą w punkcie 432 tworząc połączoną kroplę 422. Połączenie to dobywa się w pewnej odległości od końcówek dysz 413A i 413B, co zapobiega ich zanieczyszczeniu cząstkami połączonego tuszu z utrwalaczem, co mogłoby prowadzić do blokowania dysz. Możliwość zanieczyszczenia wnętrza obudowy podstawowej 441 redukuje z kolei przepływający pod ciśnieniem strumień gazu 471A, 471B, 473, który efektywnie usunie ewentualne zanieczyszczenia zanim zdążą się utrwalić. Kształt obudowy podstawowej 441 za pośrednictwem strumieni gazu kieruje krople 421A, 421B i 422 w kierunku osi wzdłużnej, a zatem krople 421A, 421B i 422 przemieszczają się w sposób kontrolowany i przewidywalny. Umożliwia to nanoszenie kropli422 w żądane miejsce na podłoże, co jest warunkiem zachowania jakości nadruku.

Z tego wynika, że obudowa podstawowa 441 pełni w tym przykładzie wykonania rolę elementu prowadzącego krople 421A i 421B w obrębie głowicy 400 od momentu opuszczenia przez nie końcówek dysz 413A i 413B do punktu połączenia się kropli 432. Jednocześnie kształt odcinka 443 obudowy podstawowej 441 ogranicza możliwy lor dalszego lotu połączonej kropli 422 do kierunku nadanego przez odcinek 443 w kierunku wylotu. Z kolei początek odcinka 443 znajdujący się w pobliżu punktu połączenia kropli 432 dodatkowo wymusza ukształtowanie się połączonej kropli 422 na wejściu do odcinka 443.

PL 226 751 B1

Inaczej mówiąc, w prezentowanym przykładzie wykonania głowicy drukującej ink jet krople 421Α i 421B składające się z dwóch różnych komponentów, które przed połączeniem się miały cechy stabilnych cieczy, prowadzone są do punktu połączenia 432 i po połączeniu się wchodzą w kontakt z elementami konstrukcyjnymi głowicy 400 na wejściu do odcinka 443 obudowy podstawowej 441.

Oznacza to, że połączona kropla 422 wchodzi w kontakt z elementami głowicy drukującej zanim opuści głowicę kierując się na podłoże.

Pozostałe elementy o oznaczeniach rozpoczynających się cyfrą 4 (4xx) odpowiadają elementom o oznaczeniach rozpoczynających się cyfrą 2 (2xx) z drugiego przykładu wykonania.

Kolejne przykłady wykonania

Specjalista zda sobie sprawę z tego, że wymienione powyżej w poszczególnych przykładach zastosowań cechy mogą być na różne sposoby zestawiane łącznie tworząc kolejne konfiguracje, a zatem kolejne przykłady wykonania. Można na przykład zastosować więcej, niż dwie dysze, a połączona kropla może składać się z więcej niż dwóch kropli składowych, aby przy zachowaniu opisanych wyżej rozwiązań skutecznie je wyrzucać z dysz unikając blokowania końcówek dysz, kontrolować tor lotu, formować, także poprzez kontrolowany proces koalescencji, przyśpieszać kolejne krople wewnątrz głowicy drukującej. Można także nadać płynom w jednym lub obu zbiornikach określony ładunek elektrostatyczny, co spowoduje, że krople pierwotne będą wstępie naładowane, co z kolei mogłoby ułatwiać ich łączenie się w jedną kroplę. Mogło by to też skutkować pozostawieniem połączonej kropli z określonym wynikowym ładunkiem elektrostatycznym.

Należy podkreślić, że rysunki wykonano w celu ilustracji zasady działania wynalazku lub jego części - rysunki te przedstawiają jedynie schematycznie przykłady wykonania i nie są skalowane.

Prezentowany wynalazek może okazać się szczególnie przydatny do zastosowań w drukarkach ink jet DOD wysokiej rozdzielczości. Może też jednak znaleźć zastosowanie w drukarkach ink jet niskiej rozdzielczości pracujących w oparciu o zawory i tusz doprowadzany pod ciśnieniem.

Ponadto, prezentowany wynalazek stanowi unikalne dotąd połączenie dwóch znanych i szeroko stosowanych technologii ink jet dzięki możliwości generowania kropli tuszu za pomocą technologii DOD - w tym DOD wysokiej rozdzielczości - z możliwością kontrolowanego odchylania toru kropli oraz czasem schnięcia lub utrwalania się nadruku charakterystycznych dla technologii CIJ.

Rozszerza to znacznie możliwości cyfrowego nanoszenia wysokiej jakości nadruków zmiennych na różnego rodzaju podłoża, szczególnie w zastosowaniach przemysłowych.

Claims (24)

1. Głowica drukująca typu ink jet zawierająca zespół dyszowy zawierający co najmniej dwie dysze; przy czym każda z dysz jest połączona kanałem z odrębnym zbiornikiem cieczy do formowania kropli pierwotnych cieczy przy końcówce dyszy; znamienna tym, że zespół dyszowy zawiera ponadto separator (131; 231; 331) o zwężającym się w kierunku przepływu przekroju, umieszczony pomiędzy końcówkami dysz (113Α, 113Β; 213Α, 213Β; 313Α, 313Β) przystosowany do prowadzenia kropli pierwotnych (121Α, 121Β; 221Α, 221Β; 321Α, 321Β; 421Α, 421B) wewnątrz głowicy drukującej (100; 200; 300; 400) od końcówki dyszy (113A, 113B; 213A, 213B; 313A, 313B; 413A, 413B) do punktu połączenia (132; 232; 332; 432) oraz przystosowany do ograniczania swobody łączenia się kropli pierwotnych (121A, 121B; 221Α, 221Β; 321Α, 321Β; 421Α, 421B) w kroplę połączoną (122; 222; 322; 422) w punkcie połączenia (132; 232; 332; 432), przy czym długość (LA, LB) poszczególnych ścian bocznych separatora (131; 231; 331) jest większa od średnicy (dA, dB) kropli pierwotnej (121A, 121Β; 221Α, 221Β; 321Α, 321B) opuszczającej końcówkę dyszy (113A, 113Β; 213Α, 213Β; 313A, 313B) przyległej do danej ściany bocznej separatora (131; 231; 331).

2. Głowica drukująca według zastrz. 1, znamienna tym, że separator (131; 231; 331) ma ściany boczne przylegle do końcówek dysz (113Α, 113Β; 213Α, 213Β; 313Α, 313Β) i jest przystosowany do prowadzenia kropli pierwotnych (121Α, 121Β; 221Α, 221Β; 321Α, 321Β) wzdłuż swych ścian bocznych do połączenia ich w kroplę połączoną (122; 222; 322) na czubku końcówce separatora (132; 232; 332), która tworzy element ograniczający swobodę łączenia się kropli pierwotnych (121A, 121B; 221A, 221B; 321A, 321Β).

PL 226 751 B1

3. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 1-2, znamienna tym, że ściany boczne separatora (131; 231; 331) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (aA, aB) od 5 do 75 stopni, korzystnie od 15 do 45 stopni.

4. Głowica drukująca według zastrz. 3, znamienna tym, że obydwie ściany boczne separatora (131; 231; 331) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod tym samym kątem (aA, aB).

5. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 3, znamienna tym, że ściany boczne separatora (131; 231; 331) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod różnymi kątami (aA, aB).

6. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 1-5, znamienna tym, że ściany boczne separatora (131; 231; 331) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (aA, aB) nie większym niż kąt (βΑ, βΒ) nachylenia kanałów dysz (112A, 112B; 212A, 212B;

312A, 312B).

7. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 1-5, znamienna tym, że ściany boczne separatora (231; 331) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (aA, aB) większym niż kąt ^A, βB) nachylenia kanałów dysz (112A, 112B; 212A, 212B; 312A, 312B).

8. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 1-7, znamienna tym, że separator (131; 231; 331) jest podgrzewany.

9. Głowica drukująca według dowolnego z zastrzeżeń 1-8, znamienna tym, że zawiera ponadto dysze doprowadzające gaz (119A, 119B) do nadmuchu gazu w kierunku końcówki separatora (132).

10. Głowica drukująca według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienna tym, że:

- element do prowadzenia kropli pierwotnych (221A, 221B; 321A, 321B; 421A, 421B) ma postać obudowy podstawowej (241; 341; 441) otaczającej końcówki dysz (213A, 213Β; 313A, 313B; 413A, 413B), rozciągającej się w kierunku przepływu i posiadającej pierwszą sekcję (243; 343; 443) do ograniczania swobody łączenia się kropli pierwotnych (221A, 221B; 321A, 321B; 421A, 421B) o średnicy (D1) nie mniejszej niż średnica (dC) połączonej kropli (222; 322; 422) oraz drugą sekcję (244; 344; 444) znajdującą się pomiędzy pierwszą sekcją (243; 343; 443) a końcówkami dysz (213A, 213B; 313A, 313B, 413A, 413B), której szerokość rozszerza się w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu;

- i zawierająca ponadto źródło (219; 319; 419) strumienia gazu wprowadzanego zgodnie z kierunkiem przepływu do wewnątrz obudowy podstawowej (241; 341; 441).

11. Głowica drukująca według zastrz. 10, znamienna tym, że dysze (212A, 212B; 312A, 312B;

412A, 412B) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod kątem (|A, βB) od 5 do 75 stopni, korzystnie od 15 do 45 stopni.

12. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-11, znamienna tym, że obydwie dysze (212A, 212B; 312A, 312B; 412A, 412B) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod tym samym kątem (|A, βB).

13. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-11, znamienna tym, że dysze (212A,

212B; 312A, 312B; 412A, 412B) są nachylone względem osi wzdłużnej głowicy pod różnymi kątami ^A, βB).

14. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-13, znamienna tym, że obudowa podstawowa zawiera ponadto trzecią sekcję (245; 345; 445) przebiegającą w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu równolegle do zewnętrznych ścianek dysz (212A, 212B; 312A, 312B; 412A, 412B).

15. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-14, znamienna tym, że średnica (D1) pierwszej sekcji (243; 343; 443) obudowy pierwotnej (241; 341; 441) jest zasadniczo równa średnicy (dC) połączonej kropli (222; 322; 422).

16. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-14, znamienna tym, że powierzchnia przekroju pierwszej sekcji (243; 343; 443) obudowy podstawowej (241; 341; 441) wynosi co najmniej 80% powierzchni przekroju połączonej kropli (222; 322; 422).

17. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-16, znamienna tym, że długość (L1) pierwszej sekcji (243; 343; 443) obudowy podstawowej (241; 341; 441) jest nie mniejsza niż średnica (dC) połączonej kropli (222; 322; 422).

PL 226 751 B1

18. Głowica drukująca według dowolnego z zastrz. 10-17, znamienna tym, że zawiera ponadto obudowę dodatkową (251; 351; 451) otaczającą obudowę podstawową (241; 341; 441) i połączoną ze źródłem strumienia gazu (219; 319; 419), zawierającą pierwszą sekcję (252; 352; 452) przebiegającą z kierunkiem przepływu od wylotu pierwszej sekcji (243; 343; 443) obudowy podstawowej (241; 341; 441) i mającą średnicę zmniejszającą się wraz z kierunkiem przepływu do średnicy (D2) większej niż średnica (dC) połączonej kropli (222; 322; 422).

19. Głowica drukująca według dowolnego z wcześniejszych zastrz. 10-18, znamienna tym, że zawiera ponadto elektrody odchylające (363A, 363B) przy wyjściu (352) obudowy dodatkowej (351).

20. Głowica drukująca według zastrz. 19, znamienna tym, że zawiera ponadto elektrody ładujące (362A, 362B) przy wyjściu (343) obudowy podstawowej (341).

21. Głowica drukująca według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienna tym, że zawiera wiele zespołów dyszowych (110, 210, 310, 410) rozmieszczonych równolegle do siebie.

22. Głowica drukująca według dowolnego z wcześniejszych zastrz., w której końcówki dysz (113A, 113B; 213A, 213B; 313A, 313B; 413A, 413B) są podgrzewane.

23. Głowica drukująca według dowolnego z wcześniejszych zastrz., znamienna tym, że zawiera ponadto obudowę (181; 281; 381; 481) obejmującą końcówki dysz (113A, 113B; 213A, 213B; 313A, 313B; 413A, 413B) i punkt łączenia (132; 232; 332; 432).

24. Głowica drukująca według zastrz. 23, znamienna tym, że obudowa (181) zawiera element grzejny (182) do ogrzewania przestrzeni wewnątrz obudowy (181).