Способ и устройство получения однородных чернил для струйных принтеров
Предложены способ и устройство для получения однородных чернил для струйных принтеров, причем чернильную струю разделяют на отдельные капельки одинакового размера, по меньшей мере части чернильных капелек сообщают электрический заряд, и чернильными капельками управляют посредством отклоняющего устройства. При этом часть чернильных капелек, отклоняющуюся на заданную величину, улавливают посредством гомогенизирующего сборника капель, причем каждая чернильная капелька уловленной части имеет предопределенное соотношение заряд/масса, соответствующее заданной величине отклонения, и чернильные капельки, захваченные гомогенизирующим сборником капель, используют для печати. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения однородных чернил для струйных принтеров с устройством для образования чернильной струи, с сопловой системой, содержащему ультразвуковой вибратор и сопло для разделения чернильной струи на отдельные капельки одинакового размера, с зарядным туннелем, в котором, по меньшей мере, части чернильных капелек сообщается электрический заряд, с отклоняющим устройством, с помощью которого отклоняются отдельные электрически заряженные капельки, и с гомогенизирующим сборником капель.
Уровень техники
В струйных принтерах с непрерывной подачей чернил (принтерах CIJ) под давлением через сопло из печатающей головки 10 выдается чернильная струя 12 (см. фиг.1). Эта струя 12 модулируется с помощью пьезоэлектрического преобразователя, находящегося позади сопла, так что достигается равномерное разделение струи на отдельные капли 16 (рэлеевское (Rayleigh) разделение капель). В зарядном туннеле 18 отделяющиеся капли 16 получают больший или меньший электростатический заряд. Затем капли 16 со скоростью 10-40 м/с пролетают довольно мощный отклоняющий электрод 20, где они благодаря разным удельным электрическим зарядным состояниям отклоняются в сторону или по высоте. После этого в зависимости от типа прибора заряженные и незаряженные капли 16 достигают запечатываемой поверхности 21. Ненужные капли 16 еще на печатающей головке отклоняются в обычный сборник 22 капель, улавливаются и снова возвращаются в контур циркуляции чернил. Из ЕР 0 362 101 известно, что для достижения высокого качества печати осуществляют контроль и управление скоростью капелек, качеством чернил, а также образованием и зарядом капелек.
Из DE-OS 23 31 803 известен матричный струйный принтер с непрерывной подачей чернил (принтер CIJ) и с чернилоулавливающими диафрагмами. Первая чернилоулавливающая диафрагма формирует управляющие сигналы для синхронизации каплеобразования и для заряда капель. Вторая чернилоулавливающая диафрагма улавливает в контрольных интервалах неиспользованные капли, имеющие по сравнению с каплями, используемыми для печати, очень большой заряд, благодаря чему обнаруживаются ошибки системы, как-то: ошибки отклоняющего напряжения или высота знаков.
В реферате японского патента JP 56113463 А описывается двухчастный сборник капель для струйного принтера с непрерывной подачей чернил, улавливающий отклоненные капли и капли, заряженные противоположно относительно капель, используемых для печати. Эти противоположно заряженные капли используются для определения вязкости чернил.
В струйных принтерах используются специальные чернила. Эти чернила состоят из красителей, связующих и растворителей. Для повышения проводимости в зависимости от потребности могут содержаться дополнительные соли, четвертичные аммониевые соединения или другие средства. Кроме того, могут содержаться промоторы адгезии, а также средства для повышения или понижения поверхностного натяжения. Наряду с красителями для окрашивания чернил могут использоваться также пигменты. В то время как чернила из красителей дают сравнительно лучшие цвета, пигментные чернила имеют то преимущество, что на запечатываемой поверхности они расплываются в меньшей степени и демонстрируют более высокую естественность и контрастность.
В способах печати с помощью струйных принтеров с непрерывной подачей чернил особенно важно, чтобы чернила были как можно более однородными, чтобы образовывались по возможности наиболее единообразные чернильные капли. Чернильные капли должны иметь консистентную длину при разрыве капель, скорость капли, массу и электрический заряд. Однородность чернил является условием того, чтобы струя чернил могла разделяться на маленькие капельки с постоянными химическими и физическими свойствами. При этом, в частности, решающее значение имеет электрическая емкость по отношению к весу, поскольку капельки могут быть направлены на предусмотренное им место на печатной матрице, только если они имеют определенное соотношение между зарядом и массой. Поэтому отсутствие единообразия при каплеобразовании ведет к появлению плохо контролируемых или блуждающих чернильных капелек, следствием чего является ухудшение очка шрифта печатающей головки.
Для изготовления чернил с максимально возможной степенью однородности обычно обращается внимание на то, чтобы отдельные компоненты чернил имели по возможности наилучшую растворимость и диспергируемость, и выбираются технологии, обеспечивающие максимально возможную однородность чернил. В частности, чернила при изготовлении многократно фильтруются. Кроме того, чернила до сих пор в точности подбираются под соответствующий прибор, в котором эти чернила должны использоваться (европейский патент ЕР 0 438 427).
Чем хуже качество используемых чернил, тем сложнее оказывается юстировка печатающей головки. Чернила неудовлетворительного качества обеспечивают приемлемую печать лишь в случае точно установленной печатающей головки. Это может привести к тому, что уже при незначительном изменении консистенции чернил или варьировании окружающих условий существенно ухудшается результат печати. В то же время чернила оптимального качества применимы в широком установочном диапазоне без ущерба для отпечатка.
Раскрытие изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, с помощью которых при печати посредством струйных принтеров с непрерывной подачей чернил получается чистое очко шрифта.
Эта задача решается с помощью способа получения однородных чернил для струйных принтеров с непрерывной подачей чернил, причем
- чернильная струя разделяется на отдельные чернильные капельки одинакового размера,
- по меньшей мере, части чернильных капелек сообщается электрический заряд,
- чернильные капельки управляются с помощью отклоняющего устройства,
- чернильные капельки, отклоняемые на заданную величину, улавливаются гомогенизирующим сборником капель, и
- чернильные капельки, захваченные гомогенизирующим сборником капель, используются для печати.
Предпочтительно, каждой чернильной капельке сообщен один и тот же электрический заряд. При этом под «каждой чернильной капелькой» подразумевается только такая чернильная капелька, которая используется для получения однородных чернил для струйных принтеров. Чернильные капельки, необходимые для фазировки (Phasing), даже при способе согласно изобретению заряжаются лишь незначительно и тем самым не принимаются во внимание. Как еще будет показано ниже, способ согласно изобретению, кроме того, может комбинироваться со способом печати с помощью струйных принтеров с непрерывной подачей чернил таким образом, чтобы чернильные капельки, не требующиеся для печати и фазировки (Phasing), использовались для получения однородных чернил. Поэтому «каждая чернильная капелька» относится только к этой указанной последней капельке чернил.
Предпочтительно, длина полета чернильных капелек, используемых для получения однородных чернил, больше, чем при печати с помощью струйных принтеров с непрерывной подачей чернил. Длина полета, предпочтительно, составляет более 50 мм, в частности, более 70 мм. Чем длиннее путь полета чернильных капелек и чем больше отклонение, тем меньше размер частиц фракции в чернильных капельках, захваченных гомогенизирующим сборником капель и тем однороднее полученные чернила.
Предпочтительно, чернильные капельки, улавливаемые гомогенизирующим сборником капель, накапливаются в промежуточной емкости.
Предпочтительно, чернильные капельки отклоняются сильнее, чем при печати с помощью струйных принтеров с непрерывной подачей чернил, чтобы неоднородности чернильных капелек проявлялись особенно отчетливо.
Кроме того, эта задача решается с помощью устройства, содержащего следующие признаки:
- устройство образования струи чернил,
- сопловая система, содержащая ультразвуковой вибратор и сопло для разделения чернильной струи на отдельные чернильные капельки одинакового размера,
- зарядный туннель, с помощью которого, по меньшей мере, части чернильных капелек сообщается электрический заряд,
- отклоняющее устройство, с помощью которого отклоняются отдельные электрически заряженные чернильные капельки, и
- гомогенизирующий сборник капель, дистанцированный от не отклоненной траектории полета чернильных капелек.
Предпочтительно, отклоняющее устройство создает для отклонения чернильных капелек электростатическое или магнитостатическое поле.
Предпочтительно, устройство содержит промежуточную емкость для накапливания чернильных капелек, захваченных гомогенизирующим сборником капель.
Устройство может быть использовано как для получения однородных чернил, так и для запечатывания поверхности однородными чернилами. Для этого оно имеет устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью и сборник капель, установленный таким образом, чтобы он улавливал не отклоненные и не нужные для печати чернильные капельки.
Устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью и гомогенизирующий сборник капель предпочтительно установлены с противоположных сторон сборника капель для не отклоненных чернильных капелек. В частности, устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью может быть установлено над сборником капель для не отклоненных чернильных капелек, а гомогенизирующий сборник капель может быть установлен под сборником капель для не отклоненных чернильных капелек.
Гомогенизирующее устройство согласно изобретению имеет по существу такую же конструкцию, что и обычная чернильная струйная печатающая головка, причем только гомогенизирующий сборник капель предусмотрен за пределами отклоненной траектории полета, так что улавливаются лишь такие чернильные капельки, которые отклоняются на соответствующую величину. При этом в случае струйной печатающей головки речь может идти о печатающей головке для мультидефлекторной или бинарной печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил. При мультидефлекторной печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил посредством печатающей головки с одним единственным сопловым отверстием образуется серия отдельных чернильных капелек, а место, в котором чернильная капелька появляется на запечатываемой поверхности, управляется величиной отклонения, которая, в свою очередь, управляется зарядом капельки. При бинарной печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил посредством печатающей головки с множеством, например, со 192 или 256 сопловых отверстий, образуется соответствующее множество чернильных струй, то есть серий чернильных капелек, а место, в котором чернильная капелька появляется на запечатываемой поверхности, определяется положением соответствующего соплового отверстия на печатающей головке, причем все чернильные капельки либо не имеют электрического заряда, либо имеют одинаковый электрический заряд в зависимости от того, должен ли печататься знак или пробел.
В способе согласно изобретению целесообразным образом сначала подготавливаются сырые чернила, примерно соответствующие требуемым свойствам в отношении вязкости и проводимости. Из этих чернил образуется чернильная струя, которая с помощью ультразвукового вибратора и сопла разделяется на отдельные капельки одинакового размера. С помощью зарядного устройства чернильной струе сообщается заряд, так что каждая капелька, отделяющаяся от чернильной струи, несет заряд. Отклоняющее устройство отклоняет заряженные капельки от их первоначальной траектории полета и направляет чернильные капельки в гомогенизирующий сборник капель. В гомогенизирующий сборник капель принимаются и направляются дальше в промежуточную емкость только те капли, отклонение которых соответствует положению гомогенизирующего сборника капель. Капли, которые из-за неоднородностей или загрязнений чернил испытывают отклонение от предопределенной величины, не поступают в гомогенизирующий сборник капель и не направляются дальше в промежуточную емкость, так что тем самым может производиться эффективное разделение между однородными и неоднородными составными частями чернил. В промежуточной емкости собираются только те капли, которые образуются оптимально и практически не обнаруживают неоднородностей или загрязнений. Таким образом, получаются чернила, которые, разбившись на капли, обладают высокой линейностью и точностью повторения и тем самым дают очень аккуратное очко шрифта.
Чернильные капельки, которые не поступают в гомогенизирующий сборник капель, попадают на отражательную пластину, с которой они стекают в отдельную сборную емкость. Отражательная пластина предпочтительно расположена на траектории полета капель за гомогенизирующим сборником капель. Чернила, улавливаемые сборной емкостью, могут быть снова направлены в гомогенизирующее устройство.
На практике возникает проблема, связанная с тем, что чернильные капельки, непосредственно следующие друг за другом, под действием электростатических сил, и в частности, в результате эффектов спутной струи, оказывают взаимовлияние на траекторию своего полета. Сама по себе спутная струя предыдущей чернильной капельки, даже если капельки имеют идентичное соотношение заряда/массы, может привести к довольно сильному отклонению последующей капельки. Возможно даже, что последующая капелька из-за спутной струи достигает большей скорости и обгоняет предыдущую капельку. Эти эффекты создают помехи, в частности, в начале процесса гомогенизации. Затем со временем устанавливается равновесие, при котором все чернильные капельки, имеющие в этом случае идентичное соотношение заряд/масса, отклоняются на идентичные траектории. Процесс гомогенизации согласно изобретению так же, как и процесс печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил, юстируется с короткими интервалами в несколько секунд для компенсации температурных колебаний, изменений давления и изменений аналогичных рабочих параметров и проведения фазировки (Phasing). После каждой юстировки процесс гомогенизации возобновляется, и необходимо дождаться, пока равновесие не установится снова. Из-за частых перерывов помехи создает эффект спутной струи, возникающий, в частности, при возобновлении процесса гомогенизации.
Существуют различные возможности компенсации взаимовлияния чернильных капелек. Технически простейшее решение заключается в том, чтобы позиционировать гомогенизирующий сборник капель на стабилизированной траектории полета чернильных капелек, то есть там, где чернильные капельки появляются после того, как затухнут начальные помехи, возникающие вследствие эффектов заряда и спутной струи. Недостатком этого решения является некоторое сокращение выхода, поскольку в любом случае примерно 5-8 первых капель не попадают в гомогенизирующий сборник капель независимо от своей консистенции, и тем самым поначалу отбраковывается больше чернил, чем нужно. Поэтому в этом случае имеет смысл улавливать капельки чернил, отбракованные вначале, и снова направлять их в гомогенизирующее устройство.
Альтернативно заряд отдельных чернильных капелек можно определить также эмпирически и при этом управлять им в зависимости от количества впереди летящих чернильных капелек. При этом заряд чернильных капелек последовательно уменьшается до тех пор, пока траектория полета чернильных капелек не стабилизируется. Таким образом, хотя чернильные капельки не теряются, все же необходимо дополнительное нелинейное управление, вследствие чего повышаются затраты как на эксплуатацию, так и на техобслуживание устройства.
Другая альтернатива заключается в том, что попеременно генерируются чернильные капельки с очень мощным зарядом и без заряда или лишь со слабым зарядом. Расстояние между отдельными капельками с очень мощным зарядом в этом случае настолько велико, что они больше не влияют друг на друга. Для увеличения расстояния между чернильными капельками с очень мощным зарядом очень мощный заряд может иметь только каждая третья, четвертая и т.д. чернильная капелька. Хотя в этом методе выход также сильно сокращен, все же может достигаться самая большая и самая стабильная четкость разделения. Для фазировки (Phasing) могут использоваться капельки лишь со слабым зарядом.
Чернильные капельки попеременно можно заряжать также с разной полярностью. В этом случае чернильные капельки попеременно отклоняются вверх и вниз (в геометрии фигур), так что вновь не возникает взаимовлияния траекторий полета чернильных капелек, следующих друг за другом. Правда, на этот случай должен предусматриваться дополнительный гомогенизирующий сборник капель, улавливающий чернильные капельки противоположной полярности.
В целях оптимизации отдельные методы предотвращения взаимовлияния траекторий полета чернильных капелек могут также комбинироваться друг с другом.
Степень отклонения заряженных чернильных капелек зависит от соотношения их заряд/масса. Выбор соотношения заряд/масса может регулироваться за счет позиции гомогенизирующего сборника капель, давления чернил, напряжения заряда, отклоняющего напряжения, а также дистанцирования гомогенизирующего сборника капель относительно зарядного туннеля. Четкость разделения гомогенизирующим устройством может определяться расстоянием между зарядным туннелем и гомогенизирующим сборником капель, а также напряженностью отклоняющего поля.
Заряд, действительно сообщенный чернильной капельке, зависит от проводимости чернил между выходным соплом и точкой отрыва. Изменения проводимости чернил в этой области ведут к разнице в заряде чернильных капелек. При этом положение точки отрыва зависит от скорости или давления чернил, а также от возбуждающего напряжения сопла. Локальные изменения вязкости или поверхностного натяжения, вызываемые неоднородностями чернил, приводят к изменениям длины отрыва и тем самым к изменению заряда соответствующих чернильных капелек.
Отклоняющее поле может быть электростатическим полем, создаваемым одним или несколькими электродами высокого напряжения. Однако отклонение чернильных капелек может реализовываться также с помощью магнитного поля.
В зависимости от долговременной стабильности чернил процесс гомогенизации может осуществляться изготовителем чернил или непосредственно перед печатью. Если чернила обладают высокой долговременной стабильностью, то предпочтительно проводить гомогенизацию еще при изготовлении чернил, а в распоряжение пользователя передавать чернила в виде готового продукта.
Альтернативно чернила могут изготавливаться гомогенизирующим устройством непосредственно в печатающем устройстве пользователя, причем чернила из гомогенизирующего сборника капель направляются дальше в промежуточную емкость, из которой печатающая головка затем извлекает чернила для печати. Поскольку чернила в данном случае изготавливаются «по требованию» («on demand»), т.е., лишь тогда, когда печатающей головке требуются чернила, необходимо предусматривать время для задела, во время которого гомогенизирующее устройство производит необходимые чернила.
Возможно также, чтобы печатающая головка сама использовалась как в качестве печатающего, так и в качестве гомогенизирующего устройства. С этой целью печатающей головке для осуществления процесса гомогенизации наряду с обычным сборником капель необходим еще гомогенизирующий сборник капель. В этом случае во время простоя печатающая головка может получать сырые чернила из первой накопительной емкости, производить гомогенизацию этих чернил, а отфильтрованные чернила направлять в промежуточную емкость. В этом случае для печати печатающая головка извлекает чернила из промежуточной емкости. Преимущество этого комбинированного варианта осуществления состоит в том, что точно та же печатающая головка используется как для печати, так и для гомогенизации чернил. Чернила, которые в процессе гомогенизации уже показали, что они могут быть сформированы этой печатающей головкой в чернильные капельки с желательным соотношением заряд/масса, могут также с большой вероятностью при последующем процессе печати снова разлагаться на единообразные чернильные капельки. В таком варианте осуществления может использоваться вышеупомянутая возможность попеременно противоположного заряда капелек таким образом, чтобы отрицательно заряженные капельки использовались для печати и при необходимости попадали в обычный сборник капель, в то время как положительно заряженные капельки использовались бы для гомогенизации и попадали в гомогенизирующий сборник капель или на отражательную пластину.
В общем случае сопловая система гомогенизирующего устройства должна была бы иметь такую же конструкцию, что и записывающая головка струйного принтера. Диаметр сопла гомогенизирующего устройства должен был бы быть равным или меньше, чем диаметр сопла, используемого в записывающей головке, а рабочая частота гомогенизирующего устройства должна была бы быть равной или больше, чем рабочая частота печатающей головки. Таким образом, обеспечивается образование однородных чернильных капель гомогенизированными чернилами также в записывающей головке струйного принтера и аккуратное очко шрифта.
Преимущество, достигаемое с помощью изобретения, состоит в том, что в результате повышенной однородности используемых чернил получается высококачественное очко шрифта. Кроме того, чернила могут беспрепятственно использоваться в широком установочном диапазоне.
Другое преимущество заключается в том, что даже с помощью пигментных чернил, обычно являющихся менее однородными, чем чернила на основе красителей (Dye), могут быть получены стабильные по составу чернила, оптимально подходящие для печати с помощью струйных принтеров с непрерывной подачей чернил. Предпочтительно, используются пигменты TiO2. Пигменты для использования в печати с помощью струйных принтеров с непрерывной подачей чернил обычно имеют в диаметре 0,5-2 мкм. Размер чернильных капелек обычно составляет 50-120 мкм. Поэтому типичные не отфильтрованные пигментные чернила соответствуют жидкости с гауссовым распределением, то есть распределение размеров пигментов, растворенных в чернилах, примерно соответствует гауссову распределению. Поскольку размер пигментов влияет на химические и физические свойства соответствующей чернильной капельки, с помощью гомогенизирующего устройства согласно изобретению из пигментных чернил с гауссовым распределением можно выбрать такие, соотношение заряд/масса которых, а также ширина полосы точно заданы.
Частицы, суспендированные в чернилах, склонны к агломерации. Такие агломераты препятствуют образованию капелек, а также оказывают отрицательное воздействие на очко шрифта. Благодаря тому, что непосредственно перед процессом печати чернила прошли процесс гомогенизации согласно изобретению, обеспечивается, что чернила, используемые для печати, допускают равномерное образование капель, и что благодаря краткости промежутка времени между гомогенизацией и процессом печати в чернилах не происходит создающей помехи агломерации.
Предпочтительно, гомогенизирующее устройство, не говоря уже о положении гомогенизирующего сборника капель и управлении зарядным туннелем, в конструктивном отношении по существу аналогично печатающей головке, в которой должны использоваться чернила. Таким образом, обеспечивается, что чернила допускают оптимальное образование капелек в окружающих условиях, имеющих место во время печати.
Краткое описание чертежей
Ниже примеры выполнения изобретения более подробно поясняются со ссылкой на чертежи, на которых показано:
фиг.1 - функциональная схема струйного принтера с непрерывной подачей чернил согласно уровню техники,
фиг.2 - гомогенизирующее устройство для чернил струйных принтеров с непрерывной подачей чернил согласно изобретению,
фиг.3 - комбинированное устройство, подходящее как для печати, так и для гомогенизации чернил для струйных принтеров с непрерывной подачей чернил.
Пути реализации изобретения
На фиг.1 изображено устройство обычной печатающей головки 10 струйного принтера с непрерывной подачей чернил. Чернильная струя 12 по трубопроводу 13 высокого давления подается в печатающую головку 10 и с помощью сопловой системы 14, содержащей ультразвуковой вибратор и сопло, разделяется на отдельные чернильные капельки 16 одинакового размера. Зарядный туннель 18 служит для электростатического заряда чернильной струи 12. Чернильная капелька 16, отделяющаяся от заряженной чернильной струи 12, несет в себе частичный заряд. Затем заряженные чернильные капельки 16 направляются отклоняющим устройством 20, в котором чернильные капельки 16 отклоняются от своей первоначальной траектории полета в соответствии со своим соотношением заряд/масса. Поверхность 21 запечатывается в результате согласованных друг с другом вертикального отклонения чернильных капелек 16 и соответствующего горизонтального движения печатающей головки 10 или запечатываемой поверхности 21. Ненужные или незаряженные чернильные капельки 16 остаются на их первоначальной траектории полета, улавливаются сборником 22 капель и возвращаются обратно в накопительную емкость 24.
На фиг.2 изображен вариант исполнения гомогенизирующего устройства 30 согласно изобретению. Конструкция гомогенизирующего устройства 30 в значительной мере соответствует конструкции обычной печатающей головки 10 струйного принтера с непрерывной подачей чернил. Чернильная струя 12, в свою очередь, разлагается на чернильные капельки 16 одинакового размера, причем зарядный туннель 18 сконфигурирован таким образом, чтобы отдельным чернильным капелькам 16, соответственно, сообщался заряд идентичной величины. Затем заряженные чернильные капельки 16 отклоняются электростатическим полем отклоняющего электрода 20 от своей первоначальной траектории полета. При этом отклонение чернильных капелек 16 зависит как от напряженности электростатического поля отклоняющего электрода 20, так и от соотношения заряд/масса чернильных капелек 16. При этом гомогенизирующее устройство 30 регулируется таким образом, чтобы в гомогенизирующий сборник 34 капель попадали, а из него направлялись дальше в промежуточную емкость 36 только те чернильные капельки 32, которые имеют заранее установленное соотношение заряд/масса. В то время как сборник 22 капель на фиг.1 установлен на траектории не отклоненных чернильных капелек 16, гомогенизирующий сборник 34 капель установлен таким образом, что в него попадают только однородные капельки 32. Предопределенная величина соотношения заряд/масса в каждом случае зависит от соответствующих чернил и может устанавливаться за счет соответствующего выбора положения гомогенизирующего сборника 34 капель, давления чернильной струи 12, напряжения заряда в зарядном туннеле 18, напряжения на отклоняющем электроде 20, а также расстояния гомогенизирующего сборника 34 от зарядного туннеля 18. После юстировки процесса гомогенизации или после фазировки (Phasing) в результате электростатического взаимодействия и эффектов спутной струи оказывается воздействие на траектории полета чернильных капелек, следующих друг за другом. Однако в ходе процесса эта траектория полета стабилизируется настолько, что чернильные капельки с одинаковым соотношением заряд/масса имеют в этом случае также идентичную траекторию полета. Поэтому гомогенизирующий сборник капель в варианте выполнения на фиг.2 позиционирован таким образом, что он улавливает чернильные капельки со стабилизированной траекторией полета.
В то же время чернильные капельки 38, отклонение которых не соответствует величине, установленной за счет положения гомогенизирующего сборника 34 капель, отклоняются на разные траектории полета и поэтому не попадают в гомогенизирующий сборник 34 капель. Таким образом, эти неоднородные чернильные капельки 38 фактически отделяются от однородных чернильных капелек 32. В то же время все чернильные капельки, не попадающие в гомогенизирующий сборник 34 капель, то есть неоднородные чернильные капельки и однородные чернильные капельки, испытавшие в начале процесса гомогенизации слишком малое отклонение, попадают на отражательную пластину 39 и возвращаются обратно в накопительную емкость 24.
Чернила, собранные в промежуточной емкости 36, состоят исключительно из чернильных капелек 32, имевших желательное соотношение заряд/масса. Чернила, приготовленные из этих чернильных капелек 32, имеют высокую повторяемость, то есть эти чернила могут снова разлагаться в процессе последующей печати на капельки 32 с неизменным соотношением заряд/масса, так что может быть обеспечено очень аккуратное очко шрифта.
На фиг.3 отображен другой вариант выполнения гомогенизирующего устройства 40 согласно изобретению. В этом варианте выполнения посредством одной и той же печатающей головки 10 могут проводиться как гомогенизация чернил, так и запечатывание поверхности 21. Этот вариант выполнения содержит в дополнение к гомогенизирующему устройству 30 на фиг.2 не показанное детально устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью 21 и обычный сборник 22 капель. С помощью трехходового клапана 42 выбирают снабжение печатающей головки 10 либо сырыми чернилами 10 из накопительной емкости 24, либо гомогенизированными чернилами из промежуточной емкости 36.
Обычный сборник 22 капель расположен на уровне сопловой системы 14, в то время как устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью 21 установлено над этим сборником 22 капель, а гомогенизирующий сборник 34 капель установлен под обычным сборником 22 капель, или наоборот. Вся конструкция может быть также наклонена относительно горизонтали. Существенно, чтобы для печати чернильным капелькам 16 сообщался электрический заряд, противоположный заряду капелек 32, 38, служащих для получения однородных чернил.
Для печати гомогенизированные чернила из промежуточной емкости 36 подаются в печатающую головку 10. Способ печати осуществляется, как описано выше. Чернильные капельки 16 заряжаются и с помощью отклоняющего электрода 20 направляются в предназначенное им положение матрицы печати поверхности 21. Ненужные чернильные капельки 16 заряжаются в сборнике 22 капель и возвращаются обратно в промежуточную емкость 36 для повторного использования чернил на последующем этапе процесса печати. Во время простоя или при слишком низком уровне заполнения промежуточной емкости 36 чернилами способ получения однородных чернил согласно изобретению может осуществляться с помощью печатающей головки 10. Для этого трехходовой клапан 42 управляется таким образом, чтобы сырые чернила поступали в печатающую головку 10 из накопительной емкости 24. Как показано на фиг.2, струя 12 сырых чернил разлагается на единообразные чернильные капельки 16 с одинаковым зарядом. Те чернильные капельки 32, которые имеют предопределенное соотношение заряд/масса, направляются отклоняющим электродом 20 в гомогенизирующий сборник 34 капель, а оттуда - дальше в промежуточную емкость 36. В то же время неоднородные чернильные капельки 38, не имеющие предварительно установленного соотношения заряд/масса, отбраковываются. Те чернильные капельки 16, которые в ходе процесса гомогенизации принимаются в обычный сборник 22 капель (например, во время юстировки устройства), не должны попадать в промежуточную емкость 36, а должны возвращаться обратно в накопительную емкость 24. На этом основании предусмотрен дополнительный трехходовой клапан 44, с помощью которого осуществляется выбор относительно того, в какую емкость направляются чернила из обычного сборника 22 капель.
Пример выполнения
Система печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил фирмы Videojet, Deutschland, Typ EXCEL 2000 opaque была модифицирована следующим образом:
Печатающая головка была заменена печатающей головкой, включая сопло размером 53 мкм, кварц на 80 кГц и программное обеспечение для струйного принтера с непрерывной подачей чернил фирмы Videojet, Typ EXCEL 170i Ultra High Speed.
Гибкая трубка сборника капель была заправлена в вакуумный резервуар для обеспечения подачи только свежих чернил.
За счет установки двух пластин и четырех потенциометров электроника фирмы Excel была модифицирована настолько, чтобы можно было заряжать большее количество капель, чем это необходимо для печати, а также, чтобы напряжение заряда и пороговые величины могли повышаться сверх обычной меры. Тем самым для всех заряженных капель в принудительном порядке устанавливались одинаковый заряд и наибольшее отклонение. Поскольку все капли имеют одинаковый заряд, очко шрифта не производится, а все капли отклоняются максимально. В результате эффективность сбора капель резко повышается.
Параллельно с реконструкцией принтера на монтажной плите был смонтирован гомогенизирующий сборник капель, регулируемый по высоте и с боковых сторон. Гомогенизирующий сборник капель представляет собой металлическую трубку, конец которой изогнут относительно горизонтали, и имеет отверстие с диаметром в свету 1 мм. Эта ловушка для гомогенизированных капель заканчивается резервуаром с пониженным давлением.
Конструкция является передвижной, и благодаря этому за счет позиционирования печатающей головки возможна плавная установка расстояния относительно печатающей головки, или соответственно, относительно пути траектории чернильной капли.
В сочетании с модификацией электроники и со связанной с этим возможностью заряда большого количества капель и большего отклонения генерируемых капель эта конструкция обеспечивает возможность гомогенизации чернильных капель, причем благодаря удлинению пути траектории и варьированию напряжения заряда можно управлять свойствами капель, их размером или массой в широком диапазоне.
Расстояние гомогенизирующего сборника капель от печатающей головки в большинстве экспериментальных испытаний составляло 50 мм. Некоторые экспериментальные испытания проводились также на расстоянии 70 мм.
Чем длиннее траектория полета и чем больше отклонение, тем меньше размеров частиц фракции в гомогенизированных каплях.
Чернильные капли генерируются и заряжаются. Напряжение заряда во время печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил составляло 70-275 вольт. Это - нормальное напряжение полной матрицы 16×24 чернильных капель (h×b). Фазированные капли имеют 10 вольт. Для получения однородных чернил с помощью модифицированной электроники напряжение заряда для всех чернильных капель было повышено до 210 вольт. При этом напряжении заряда еще никакого взаимодействия между чернильными каплями не отмечается. Все чернильные капли, не получившие никакого заряда, направляются обратно в стандартный сборник капель. Пороговая величина для пропуска фазированных капель, заряженных до 10 вольт, и для недопущения их заряда до более высокого уровня составляет 50 вольт.
Заряженные капли отклоняются на плите с высоким напряжением, и, если речь идет об обладающих надлежащим качеством, т.е., гомогенизированных, чернильных каплях, то они собираются в гомогенизирующем сборнике капель.
Чернильные капли, отклоненные не на основе спецификации, вследствие меньших или больших заряда или массы, улавливаются на отражательной плите или на периферии - эти чернильные капли собираются и отбраковываются.
Эта конструкция в пределах 3,5 h обеспечивает получение около 250 мл гомогенизированных чернил, показавших очень хорошие эксплуатационные качества в различных системах печати. Чернила для печати, полученные таким образом, использовались для печати с помощью струйного принтера с непрерывной подачей чернил. Для этого сначала устанавливалась вязкость чернил принтера с тем, чтобы компенсировать потери на испарение, возникающие при получении однородных чернил. В то время как в случае печати с не гомогенизированными сырыми чернилами, имели место 5-10% ошибочных зарядов, ошибочные заряды при использовании гомогенизированных чернил составили менее 1%.
Перечень позиций
| 10 | печатающая головка |
| 12 | чернильная струя |
| 13 | трубопровод высокого давления |
| 14 | сопловая система |
| 16 | чернильные капельки |
| 18 | зарядный туннель |
| 20 | отклоняющий электрод |
| 21 | запечатываемая поверхность |
| 22 | сборник капель для печати |
| 24 | накопительная емкость |
| 30 | гомогенизирующее устройство |
| 32 | однородные чернильные капельки |
| 34 | гомогенизирующий сборник капель |
| 36 | промежуточная емкость |
| 38 | однородные чернильные капельки |
| 39 | отражательная пластина |
| 40 | комбинированное гомогенизирующее печатающее устройство |
| 42 | трехходовой клапан |
| 44 | дополнительный трехходовой клапан |
1. Способ получения однородных чернил для струйных принтеров, причем
- чернильную струю (12) разделяют на отдельные капельки (16) одинакового размера;
- по меньшей мере части чернильных капелек (16) сообщают электрический заряд, и
- чернильными капельками (16) управляют посредством отклоняющего устройства (20),
отличающийся тем, что
- часть чернильных капелек (32), отклоняющуюся на заданную величину, улавливают посредством гомогенизирующего сборника (34) капель, причем каждая чернильная капелька уловленной части имеет предопределенное соотношение заряд/масса, соответствующее заданной величине отклонения, и
- чернильные капельки (32), захваченные гомогенизирующим сборником (34) капель, используют для печати.
2. Способ по п. 1, причем каждой чернильной капельке (16) сообщают один и тот же электрический заряд.
3. Способ по п. 1, причем длина полета чернильных капелек (16) составляет более 50 мм, в частности более 70 мм.
4. Способ по одному из пп. 1-3, причем чернильные капельки (32), улавливаемые гомогенизирующим сборником (34) капель, накапливают в промежуточной емкости (36).
5. Устройство для получения однородных чернил для струйных принтеров с
- устройством для образования чернильной струи (12),
- сопловой системой (14), содержащей ультразвуковой вибратор и сопло для разделения чернильной струи (12) на чернильные капельки (16) одинакового размера;
- зарядным туннелем (18), с помощью которого каждой чернильной капельке (16) сообщается электрический заряд;
- отклоняющим устройством (20), с помощью которого отклоняются отдельные электрически заряженные чернильные капельки (16); и с
- гомогенизирующим сборником (34) капель,
отличающееся тем, что
- гомогенизирующий сборник (34) капель позиционирован для улавливания части чернильных капелек (32), отклоняющейся на заданную величину, причем каждая чернильная капелька уловленной части имеет предопределенное соотношение заряд/масса, соответствующее заданной величине отклонения.
6. Устройство по п. 5, причем отклоняющее устройство (20) создает электростатическое или магнитостатическое поле для отклонения чернильных капелек (16).
7. Устройство по п. 5 или 6 с промежуточной емкостью (36) для накапливания чернильных капелек, захваченных гомогенизирующим сборником (34) капель.
8. Устройство по п. 5, предназначенное как для получения однородных чернил, так и для запечатывания поверхности (21) однородными чернилами, с устройством для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью (21) и со сборником (22) капель, установленным таким образом, что он улавливает неотклоненные и не нужные для печати чернильные капельки (16).
9. Устройство по п. 8, причем устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью (21) и с гомогенизирующим сборником (34) капель установлены на противоположных сторонах сборника (22) капель для неотклоненных чернильных капелек (16).
10. Устройство по п. 9, причем устройство для удержания и направления подложки с запечатываемой поверхностью (21) установлено над сборником (22) капель для неотклоненных чернильных капелек (16), а гомогенизирующий сборник (34) капель - под сборником (22) капель для неотклоненных чернильных капелек (16).
