Способ печати высокого разрешения с помощью капель краски

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 4830427/1 2 (22) 180690 (31) 88 8814073 (32) 18.1038 (33) FR (46) 30.11.93 Бюл. Ма 43-44 (71) Имы СА (FR) (72) Алан Дюнан(ГВ); Эрик Маргэян(Щ (73) Имаж СА (FR) (86) FR 89/00533 (16.10.89) (54) СПОСОБ ПЕЧАТИ ВЫСОКОГО PA3PElllEНИЯ С ПОМОЩЬЮ КАПЕЛЬ КРАСКИ (57) Использование: технология печати высокого (19) RU (11) 2003941 О. (51) 5 G 01 D 15 18 разрешения в печатающем устройстве. Сущность изобретения: в печатающем устройстве непрерывная струя краски дробится на капли в электроде заряда Здесь они селективно заряжаются эпектростатически, причем указанные капли проходят затем между электродами отклонения и обеспечивают появление капель-сателлитов из основной капли.

Данные капли препятствуют слиянию капли-сателлита, предназначенной для печати, со следующей основной каплей путем подачи напряжений на электрод заряда во время формирования указанной основной капли. 5 зл.ф-лы, 20 ип.

2003941

Изобретение относится к способам печати и может быть использовано в процессах печатания непрерывной струей краски.

Известен способ печати высокого разрешения с помощью капель краски, включающий формирование непрерывной струи краски, дробление ее с помощью средств дробления на эквидистантные и эквиразмерные основные капли в пространстве заряжающего электрода, селективный и электростатический заряд указанных капель путем подачи напряжения на заряжающий электрод, перемещение капель в электростатическое поле в пространстве между отклоняющими электродами для формирования траектории полета основных капель на носитель печати.

Недостатками известного способа являются невысокие функциональные возмо>кности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 изображен схематичный вид, представляющий основные электрические и механические элементы г1ечатающей головки печата|ощего устройства со струей краски, в котором используется способ по изобретению; на фиг. 2 — 4 схематично показано формирование и поведение капелексателлитов, получаемых известным 30 способом; на фиг.5 — форма капель, получаемых в случае, когда разбиение струи не производит капель-сателлитов; на фиг.б и

7 — диаграммы, иллюстрирующие изменение напряжений заряда в функции времени, служащие в первом случае для образования и использования капель-сателлитов для печати; на фиг. 8-12 показаны схематично состояния струи выше и ниже места дробления, соответствующие последова- 40 тельным интервалам времени, показанным на фиг.6; на фиг. 13-17 — состояния струи выше и ниже места дробления, соответствующие последовательным интервалам времени по фиг.7; на фиг.18 — три кривые, 45 показывающие соотношение между минимальным напряжением заряда, необходимого для формирования капель-сателлитов, и эффективным напряжением возбуждения резонатора для трех различных скоростей 50 струи; на фиг.19 — диаграмма, иллюстрирующая соотношения между диаметрами капель и каплей-сателлитом, а также диаметром насадки в функции параметра, который будет определен ниже, а в специ- 55 альных условиях в функции скорости струи; на фиг.20 — схематичный вид, показывающий работу печатающего устройства, в котором использован способ по изобретению, и показывающий, в частности, разницу амплитуд отклонения капель-сателлитов по отношению к основным каплям.

Печатающая головка 1, показанная на фиг.1, является печатающей головкой со струей краски типа непрерывной струи, Она имеет насадку 2, запитываемую краской под давлением контуром краски 3 и создающую непрерывную струю J. Под воздействием вибрации резонатора 4, запитываемого цепью модуляции 5, непрерывная струя J дробится в центре электрода заряда 6 на непрерывную последовательность капелек.

Зарядный электрод соединен с зарядной цепью 7. Капли проходят затем в детектор

8, используемый как детектор фазы и скорости капель. Детектор 8 может быть частью устройства регулирования краски и его работы, Заряженные капли отклоняются затем постоянным электрическим полем, поддерживаемым между электродами отклонения 9. Незаряженные или малозаряженные капли собираются капельницей 10, в то время как другие продолжают свой полет к носителю регистрации (не показан).

Собранные в капельнице 10 капли рецикли-. руются в контуре краски 3.

При отсутствии электричЕских эффектов явление фрагментации струи капель С в настоящее время хорошо характеризуется экспериментально, даже если теория, позволяющая полностью описать это поведе-. ние, остается весьма трудной в и рименении. Известн ы и уровень техники, описанный ранее, показывает, в частности, что такие параметры как амплитуда сигнала возбуждения резонатора, длина волны возбуждения, определяемая как iL = jetlf (где

Yjet — скорость струи, à f — частота возбуждения резонатора),.или присутствие различных гармоник в сигнале возбуждения могут привести к формированию капель-сателлитов S, как это показано на фиг.2. В зависимости от комбинаций этих параметров . капельки-сателлиты, расположенные между основными каплями, могут быть "быстрыми" (фиг.3), т,е. они имеют большую скорость. чем скорость основных капель, "медленных" (фиг.3.4), когда их скорость меньше, чем скорость основных капель, или

"бесконечна" (фиг,4), когда их скорость равна скорости основных капель.

На фиг.5 схематично показана форма струи в месте разрыва, полученная в оптимальных условиях работы классического пе- чатающего устройства, т.е. печатающего устройства, в котором используются основные капли G для печати. Жидкие волокна Х; связывающие основные капли непосредственно выше места разрыва, не порождают капли-сателлиты, но приводят к появлению

2003941

25

35

55 малого хвоста Y на основной капле, которая только что сформировалась, Эти оптимальные условия получают, действуя по меньшей мере на один из указанных параметров (амплитуду сигнала возбуждения, длину волны возбуждения, гармоники в сигнале возбуждения).

По изобретению в процессе приложения соответствующего напряжения заряда

Ув. к формирующейся капле Gn и для тех же значений других параметров, что и для случая, показанного на фиг.5, получают формирование капли-сателлита Gn. Напряжение

Уя, приложенное к капле Gn в процессе формирования, показано на фиг.6, где последующие интервалы времени, ограниченные

МОМЕНтаМИ tn, п+1 И т,д., СООтВЕтСтауЮт ПЕриоду сигнала возбуждения, т.е. формированию последовательных капель Gn, Gn+< и т.д.

В течение периода до момента п, который соответствует формированию капли Gn, т.е. состоянию, показанному на фиг.8, в процессе приложения напряжения заряда Ул (напряжение заряда является отрицательным в выбранном случае) электрические заряды противоположных .знаков, показанные схематично знаками+ на фиг.8, появляются на конце непрерывной струи J.

В процессе разрыва струи, т.е. после момента tn, капля 6 отрывается и уносит с собой электрические заряды, которые она сохраняет, вдоль траектории. Эта ситуация показана на фиг.9. При отсутствии напряжения заряда, приложенного между моментами tn и tn+1, положительные заряды капли Gn наводят заряды противоположного знака на капле, которая находится в стадии формирования Gn+> Для условий скорости струи, амплитуды и формы сигнала возбуждения, физических свойств краски (признаки изобретения описываются далее) хвост Уп сформированной капли Gn имеет размер, достаточный для того, чтобы отталкивание между электрическими зарядами, имеющимися на поверхности капли Gn, приводило бы к разрыву между хвостом Ул и телом капли Gn, вызывая создание капелек-сателлитов Sn (фиг.10). Эта капелька-сателлит Sn под совместным воздействием сил отталкивания, связанных с положительными зарядами, остающимися на основной капле Gn, и сил притяжения вследствие отрицательных зарядов на капле Gn+i быстро сближается с последней (фиг.11) и сливается с ней через небольшое время после образования (фиг.12). В этом случае быстрое слияние сателлита Sn с каплей Gn+1 не позволяет использовать сателлит для печати.

По одному признаку изобретения подавляют это явление слияния в течение времени формирования следующей капли Gn+1, т.е. между моментами tn и tn+> путем подачи напряжения Ул+1 амплитуды Ул с тем, чтобы электрически зарядить каплю Gn+> зарядами того же знака, что и заряды на сателлите

Sn. НаПряжЕНИЕ Yn+1 ПОКаааНО На дИаГраМме (фиг.7). Таким образом, как это видно на фиг. 13-17, капелька-сателлит Sn остается достаточно долго в струе между основными каплями Gn и Gn+1 для пересечения отклоняющего электрического поля, расположенного ниже, и отклонения к носителю печати.

Печать капелькой-сателлитом $ характеризуется, следовательно, последовательностью двух последовательных строб-импульсов напряжения заряда Уп и

Yn+1 равных амплитуд, Напряжение Yn+>, необходимое для контролирования сателлита Sn, также приводит к формированию сателлита Sn+1, показанного на фиг.16, па тем же причинам, что обсуждались в случае сателлита Sn на фиг. 8 — 12. Этот сателлит Sn t однако не печатается в отсутствие напряжения Yn+2 в процессе формирования капли

Gn+z, поскольку он быстро сливается с последней, Даже если теоретический анализ процесса формирования и контроля к-пель-сателлитав, описанный выше, ограничен, экспериментальная реализация способа хорошо воспроизводима. Она требует малой вязкости краски, желательно меньше 3 сП, большой амплитуды возбуждения резонатора и сравнительно высокой скорости струи, Б специальном примере реализации, использующем насадку диаметром 50 мкм, частоту капли 83, 333 кгц, треугольную форму сигнала возбуждения и краску с вязкостью . 3 сП, соотношение между минимальным напряжением заряда У и, необходимого для создания капли-сателлита, и эффективным напряжением возбуждения резонатора Упьезо показано на фиг.18, Кривые С1, С2 и С3, показанные на фиг,18, соответствуют трем скоростям: 19 м/с для кривой С1, 20 м/с для кривой С2 и 21 м/с для кривой СЗ. Для этих различных скоростей струи размер сателлитов по отношению к основным каплям составляет порядка

1/3, приблизительно, Эти результаты хорошо согласуются с результатами, 0публикованными в технической литературе и схематично показанными на фиг.19. Кривые

R1 и R2 показывают соответственно отношения между диаметрами основных капель и капель-сателлитов и диаметром насадки в функции параметра К, определяемого как

2003941

35 да, которым предотвращают слияние текущей капли-сателлита со следующей основной каплей и перемещают текущую

40 . каплю-сателлит в электростатическом поле в пространстве между отклоняющими электродами, при этом амплитуды nepaoro и второго напряжений заряда выбирают в зависимости от величины амплитуды от45 клонения, соответствующей месту нанесения на носитель печати текущей капли-сателлита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют краску с вязкостью менее 3 сПэ.

3. Способ no n.2, отличающийся тем, что вязкость краски равна 3 сПз.

4. Способ по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что скорость струи краски выше 19 см/с.

5. Способ no nn. 1 - 4, отличающийся ,тем, что .размер капель-сателлитов изменяют в зависимости от величины скорости струи краски.

1. СПОСОБ П ЕЧАТИ В Ы СО КОГО РАЗРЕШЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ КАПЕЛЬ КРАСКИ, включающий формирование непре-. рывной струи краски, дробление ее с помощью средств дробления на эквидистантные и эквиразмерные основные капли в пространстве заряжающего электрода, селективный и электростатический заряд указанных капель путем подачи напряжения на заряжающий электрод; перемещение капель в электростатическое поле в пространстве между отклоняющими электродами для формирования траектории полета основных капель на носитель печати, отличающийся тем, что во время формирования текущей основной капли на заряжающий электрод подают первое напряжение заряда, соответствующее появлению текущей капли-сателлита, а во время формирования следующей основной капли на заряжающий электрод подают равное первому второе напряжение заряК= — у —, л ЯВ где Я В вЂ” диаметр насадки; а А — длина волны возбуждения (л. = Уструи/f, где

Уструи — скорость струи, f — частота возбуждения резонатора). Для диаметра насадки

50 мкм и частоты возбуждения резонатора

83, ЗЗЗ кГц результаты также показаны на диаграмме фиг.19 (на вторичной оси абсцисс, скорости струи в м/с). Таким образом, можно констатировать, что размер сателлитов более чувствителен к скорости струи, чем основные капли, Это позволяет в случае необходимости в зависимости от диаметра отпечатка выбрать соответствующую скорость струи.

Для заданного напряжения заряда траектории капелек-сателлитов весьма отличаются от траекторий основных капель.

Отклонения капель обратно пропорциональны квадрату из диаметра, т.е. в соотношении приблизительно 1/9 между амплитудой отклонения основных капель и капель-сателлитов, Это позволяет печатать капли-сателлиты с несколькими уровнями отклонения, используя различные напряжения заряда, рекуперируя при этом основные капли в капельницу. Это показано на фиг.

20. где показаны основные элементы печатающей головки по фиг,1, а также плоскость носителя печати по Оу. В нижней части фиг.20 диаграмма дает строб-импульсы напряжения заряда, которые были поданы соответственно на зарядный электрод 6 для формирования капель-сателлитов S>, $п+ и

Формула изобретения

S>+l. Как уже было описано. указанные строб-импульсы соответствуют времени формирования двух основных капель, между которыми находится капля-сателлит, т.е. двойному периоду сигнала возбуждения.

Использование способа по изобретеwe сравнительно просто, поскольку оно требует. лишь небольшого числа модификаций по отношению к пластическим печатающим устройствам, использующим для печати основные капли. Могут быть использованы различные способы регулирования и контроля печатающих устройств, используемых в классических печатающих устройствах (синхронизации заряда детектированием фазы, контроль скорости капель, регулирование вязкости). Меняются лишь напряжения заряда в зависимости от того, хотят ли печатать основными каплями или каплями-сателлитами.

Возможно рассматривать смешанный способ печати, в котором печать реализуется селективно, основными каплями или каплями-сателлитами. В таком способе, обеспечивая вариацию напряжения заряда, можно либо вызвать образование и заряд капель-сателлитов, либо заряжать основные капли без появления капель-сателлитов, В случае печати основными каплями напряжение между отклоняющими электродами должно вырасти по отношению к значению для капель-сателлитов. (56) Патент США N. 4068241, кл. G 01 Р

15/18, 1978.

2003941

6. Способ по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что нанесение на носитель печати капель-сателлитов производят в комбинации с каплеструйной печатью основными каплями.

2003941

Ус

О

VA

Чс

Чп+1

Vn

6 и+1

2003941

C) 6) 6 6) Ф +

+++ +

Ф

Риг.43 бп+1

Яд+1 Sll (:.,:. ф <Э

Фиг. /5 ф: jg;";1Я

Vcmin (Vatts) 20

12

piezo

1Ь

20 22

G

4) (В (В (В

4ье. 4

1!

Ю

1

Фю Я ч ф