專利名稱：噴射設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從液體中噴射材料的方法和設備。更具體地說，所采用的這種方法和設備通常是WO-A-93-11866、PCT/GB95/01215和WO-A-94-18011所描述的那種類型。在這些專利申請所描述的方法中，在噴射位置獲得附聚或聚集的顆粒，再將從噴射位置獲得的顆粒噴射到基材上，例如進行打印。在陣列式打印機中，可以將多個墨槽排列成一排或多排。
在現(xiàn)有技術中已知利用靜電場產生和噴射顆粒，但是這種類型的噴射存在著問題，例如(a)控制所噴射的液滴或顆粒的運動方向，其取決于對噴射電極附近的靜電場的緊密控制；(b)開關和遠位置電接地的困難；(c)噴射取決于噴射電極與基材之間的間隙；(d)在施加靜電場期間吸引移動的顆粒進入噴射器。
按照本發(fā)明，提供一種從液體噴射材料的設備，該設備包括具有電極的噴射區(qū)；將電位施加到噴射區(qū)電極上、以在所述噴射區(qū)形成電場的裝置；向噴射區(qū)提供包含顆粒材料的液體的裝置；以及位于與噴射區(qū)相鄰的位置上的第二電極，與噴射區(qū)電極上的電壓相關聯(lián)的第二電極上的電壓被控制，以減小外電場對打印頭靈敏度的影響。
還可以控制第二電極上的電壓，以便減小打印頭對噴射區(qū)與基材(所述顆粒被噴射到所述基材上)之間距離的變化的靈敏度。
本發(fā)明還包括操縱這種設備、以將附聚的顆粒噴射到基材上的方法。
在使用中，由合適的電子控制電路來控制第二電極的電壓相對于噴射區(qū)的電壓。
在具有成排的多個墨槽的陣列式系統(tǒng)中采用第二電極還具有特殊的優(yōu)點。在這種設備中，需要連接到噴射區(qū)電極上的接頭數(shù)量和第二電極均可以減少。例如，在電極所在位置，通過將相鄰的電極成對地連接在一起，并且對第二電極作同樣的連接，對于每一組電極來說所需的接頭數(shù)量就可以減少一半。于是，通過使相連接的成對的第二電極的設置位置相對于噴射區(qū)中相連接的成對的電極相互偏離，就可通過對噴射區(qū)中的電極和呈“陣列尋址”模式的第二電極有選擇地施加電壓而實現(xiàn)對噴射的控制，并因此而實現(xiàn)對打印的控制，這是因為噴射區(qū)中每一成對連接的電極將被設置在與不同的成對連接的第二電極相對置的位置上，即，相對置的第二電極將不進行電連接。這樣，可將噴射電壓施加到成對的噴射區(qū)電極上，而且，通過在相對置的第二電極上施加不同的電壓，可以分別控制各墨槽的噴射操作。如果需要，可以進行多路傳輸。
最好，第二電極是絕緣的，而噴射電極不絕緣。但是，在某些設計中也可以是兩者都不絕緣或者兩者都絕緣或者噴射電極絕緣而第二電極不絕緣。


圖1是具有一排噴射墨槽和相應的第二電極的打印頭的局部透視圖；圖2是圖1所示結構的側視圖；圖3是電極結構的示意圖，以便使單獨的噴射電極能夠成對地尋址；圖4是示意圖，其表示如何將第二電極用于陣列尋址方式的操作；圖5是按照本發(fā)明安裝在噴射裝置中的另一種打印頭的局部透視圖；圖6是類似于圖5的視圖，其表示噴射裝置的其它另外一些特征；圖7是通過圖5所示墨槽的局部剖視圖。
圖1和圖2以圖解方式示出了打印頭，所述打印頭具有多個墨槽1，所述多個墨槽1由絕緣壁2分開，各墨槽1中裝有噴射電極3。如WO-A-93-11866所述，在各墨槽中，由液體運載的附聚顆粒可以在將電壓施加到各電極3上的條件下從墨槽中噴出，如圖1中的箭頭所示。圖2表示顆粒附聚到基材4上，例如用于打印，附聚顆粒從墨槽1中噴射。為了減小打印頭對墨槽與基材4之間的距離變化的靈敏度，在噴射墨槽的前方設置第二電極5，所述第二電極5上具有相對著各墨槽3設置的多個孔6。如圖所示，電極5設置在支承件7的第一側，在支承件7的另一側設有第二電極8。從墨槽1中噴射的帶電的附聚顆粒穿過電極5和電極8到達接地的基材4上。
在一種方法中，例如施加到噴射電極上的電壓可以是1KV，以便進行噴射，在第二電極5上施加500V電壓，在另一個第二電極8上施加0V電壓。電極支承件7可以由150微米厚的玻璃片制作，在玻璃片的兩面鍍鉻，形成電極5、8，并且具有帶有45°斜面的孔6，其寬度為50微米。第二電極8與噴射墨槽的最外端分開的距離為200微米。已經發(fā)現(xiàn)，通常第二電極結構到噴射墨槽的距離越近，它們之間的區(qū)域中的電場就越強，但是這也導致在整個液體彎液面上的靜電壓力增加。通過增加第二電極5上的電位可以恢復所需要的壓力分布。
另外，電極上的電壓可以是如在我們的英國專利申請9601232.3中所述的那樣，這在下面詳細說明。
在另一個實施例中，可以有多個第二電極，例如以與圖1和圖2所述方式相類似的方式形成，但是具有分開形成的第二電極，每一個第二電極圍繞相應的孔6。當然，在特定的應用條件下可以形成適用的不同結構。
圖3表示初級電極3和第二電極5彼此相互偏離，并且成對地相連接為A、B、C、D、E、F等。這樣，每一組電極所需的接頭數(shù)減少一半，并且通過將成對連接的第二電極5設置成相對于噴射區(qū)中成對連接的電極3是偏置的，就可以通過對噴射區(qū)的電極和呈“尋址”模式的第二電極有選擇地施加電壓而實現(xiàn)對噴射的控制，并因此而實現(xiàn)對打印的控制，這是因為每一成對連接的噴射電極3將被設置在不同的成對連接的第二電極的對面，即，相對置的第二電極將不進行電連接。這樣，可對一對噴射區(qū)電極3施加噴射電壓，并通過在相對置的第二電極上施加不同的電壓而對每一墨槽的噴射進行單獨的控制。
在圖4中所示的結構與圖3不同。這種結構使被采用的陣列尋址系統(tǒng)能夠驅動該裝置。這種尋址系統(tǒng)類似于所使用的平板顯示技術中的系統(tǒng)，其可以采用2N條尋址線對N2個噴射電極尋址。在此實施例中，16(42)個元件的陣列可以由8(2×4)條尋址線驅動。這種多路傳輸?shù)奶貏e重要的優(yōu)點是可以增加電極數(shù)目，從而例如可以在打印頭上采用16(2×8)條尋址線(8條接初級電極，8條接第二電極)對256(28)個電極尋址。當然，如果需要，初級和第二電極的詳細的連接方式可以互換或顛倒。
如我們的英國專利申請9601232.3所述，可以對噴射區(qū)施加振蕩電壓，所述振蕩電壓的大小低于引起顆粒從噴射區(qū)噴射時所需的量值；當需要時，在各帶有振蕩電壓的第二電極上附加噴射電壓，以使噴射區(qū)的電壓之和超過噴射所需的臨界值。
圖5～7表示其它的實施例。圖5示出了陣列式打印頭1的局部，該打印頭1包括由絕緣材料例如合成塑料或陶瓷材料制成的基體2。在基體2中有機械加工出的多個槽3，并設有插入其中的板狀棱4。槽3設有各自的墨入口和墨出口(未圖示，但是分別用箭頭I和O表示)，墨入口和墨出口分別設置在槽3的相對兩端，以使載有要被噴射的材料的墨(如我們的在先申請所述)可以流入到這些槽中，并使得用過的流體可以流出。
各對相鄰的槽3形成墨槽5，位于成對的槽3之間的板狀棱4(或稱分隔件4)構成材料的噴射區(qū)，并且設有噴射凸件6、6′。在附圖中示出了兩個墨槽5，左邊的墨槽5具有噴射凸件6，其具有普通的三角形形狀，右邊的墨槽5所具有的噴射凸件是一種平切結構。各墨槽5由墨槽分隔件7分開，分隔件7由板狀棱4之一形成，各分隔件7的角的形狀如圖所示是斜切而成的，以便提供表面8，使得噴射凸件向外伸出墨槽、超過由斜切表面8形成的墨槽的外部。將平切的噴射凸件6′用于墨槽5的端部，以減小電場的影響，所述電場是通過向噴射電極9施加電壓而獲得的，所述噴射電極9被設置為板狀棱4表面上的金屬化表面(即各墨槽分隔件的內表面)而面向噴射凸件6、6′。從圖7中可以看出，噴射電極9沿著板狀棱4的整個側面和槽3的底表面10延伸。噴射電極9的精確程度將取決于打印機的特定的結構和特定的用途。
圖6表示打印機側蓋的另外兩種形式，第一種是簡單的直邊緣蓋11，其沿著直線封閉槽3的側面，如附圖中頂部所示。圖中所示的第二種類型的蓋12位于附圖的下部，此蓋也封閉槽3，但是具有多個邊緣切口13，所述邊緣切口13與槽3對準。這種類型的蓋結構可以用來加強在使用中形成的液體彎液面的位置的形成，并且無論什么樣的蓋，這些蓋都可用來提供這樣一種表面，即，在該表面上可以形成噴射電極和/或第二或附加電極，以加強噴射過程。
圖6還示出了噴射電極9的另一種形式，其包括附加的在板狀棱4的面上的金屬化表面，板狀棱4支撐著噴射凸件6、6′。這有助于帶電噴射，而且改善了電場中向前的分量。
圖7是從圖5中墨槽5之一的一側剖開的局部剖視圖，其中所示的第二電極19位于墨槽分隔件板狀棱4上的斜切面8上，因此基本上是沿著噴射凸件的側面設置。在另一個實施例(未圖示)中，第二電極至少一部分可以在墨槽分隔件板狀棱4的面上形成(并且因此而位于噴射凸件的后面)，噴射電極也位于此面上，但是相互分開。
權利要求
1．一種用于從液體中噴射材料的設備，該設備包括具有電極的噴射區(qū)；將電位施加到噴射區(qū)的電極上、以在所述噴射區(qū)形成電場的裝置；向噴射區(qū)提供包含有顆粒材料的液體的裝置；與噴射區(qū)相鄰設置的第二電極。
2．按照權利要求1所述的設備，其特征是第二電極上的電壓相對于噴射區(qū)電極上的電壓是可控制的，以減小打印頭對外電場影響的靈敏度。
3．按照權利要求1所述的設備，其特征是第二電極上的電壓是可控制的，以減小打印頭對噴射區(qū)與顆粒要被噴射到其上的基材之間的距離的變化的靈敏度。
4．按照權利要求1～3之一所述的設備，其特征是第二電極被設置在噴射區(qū)的前方。
5．按照權利要求1～3之一所述的設備，其特征是第二電極被設置在噴射區(qū)的后面。
6．按照權利要求1～3之一所述的設備，其特征是第二電極被設置在噴射區(qū)的側面。
7．按照權利要求1～6之一所述的設備，其特征是還包括多個成排設置的噴射區(qū)以及相應的多個第二電極，各噴射區(qū)具有噴射電極。
8．按照權利要求1～6之一所述的設備，其特征是還包括多個成排設置的噴射區(qū)以及一個為噴射區(qū)所共有的第二電極，各噴射區(qū)具有噴射電極。
9．按照上述權利要求之一所述的設備，其特征是還包括至少一個與一個第二電極或多個第二電極緊密相鄰設置的第三電極。
10．一種操縱權利要求1所述的設備、將材料噴射到基材上的方法，該方法包括可選擇地將第一電壓施加到噴射電極上，可選擇地將第二電壓施加到第二電極上。
11．按照權利要求10所述的方法，其特征是相對于噴射區(qū)電極上的電壓控制第二電極上的電壓，以減小打印頭對外電場影響的靈敏度。
12．按照權利要求10所述的方法，其特征是相對于噴射區(qū)電極上的電壓控制第二電極上的電壓，以減小打印頭對外電場影響的靈敏度。
13．按照權利要求10所述的方法，其特征是控制第二電極上的電壓，以減小打印頭對噴射區(qū)與顆粒要被噴射到其上的基材之間的距離變化的靈敏度。
14．按照權利要求10所述的方法，其特征是控制第二電極上的電壓，從而將低的脈沖電壓施加到噴射電極上，從而控制噴射。
全文摘要
一種用于從液體中噴射材料的設備,其具有帶電極(3)的噴射區(qū)(1)。將電位施加到噴射區(qū)電極上,在該噴射區(qū)形成電場;將液體提供給噴射區(qū),所述液體中包含有從噴射區(qū)噴射的顆粒材料。第二電極(5,8)與噴射區(qū)相鄰設置,噴射區(qū)電極上的電壓是可控制的,以減小打印頭對外電場的靈敏度。
文檔編號B41J2/04GK1209771SQ971918
公開日1999年3月3日 申請日期1997年1月22日 優(yōu)先權日1996年1月22日
發(fā)明者蓋伊·查爾斯·費恩利·紐科姆, 尼爾·埃默頓, 約翰·蒂普, 彼德·約翰·泰勒, 理查德·威廉·詹斯·范·倫斯伯格 申請人:唐杰Pty有限公司