專利名稱：利用致動器激活波形的連續(xù)式打印機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來說涉及數(shù)字控制的打印裝置領(lǐng)域，且更具體地涉及 連續(xù)式噴墨打印機，其中液體墨流破裂成液滴且其中一些被選擇性地
偏轉(zhuǎn)(deflect).
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上通過兩種技術(shù)中的一種來實現(xiàn)數(shù)字控制的彩色打印能力， 二者針對所提供的每種顏色的墨都需要獨立的墨源.通過形成在打印 頭中的通道給送墨。每個通道包括噴嘴，墨滴從該噴嘴被選擇性地擠 出且被沉積在介質(zhì)上. 一般每個技術(shù)針對打印中使用的每種墨色都需 要分離的墨遞送系統(tǒng). 一般使用減色三原色(three primary substractive colors)，即青、黃和品紅，因為這些顏色一般可產(chǎn)生多達幾百萬個的 陰影或顏色組合.
第一種技術(shù)一般被稱為"按需供墨"噴墨打印，其使用加壓致動器 (熱、壓電等)選擇性地提供墨滴以沖擊在記錄表面上。致動器的選 擇性激活導(dǎo)致形成和噴射飛出的墨滴，該飛出的墨滴穿過打印頭和打 印介質(zhì)之間的空間并擊打打印介質(zhì)，通過控制生成期望圖像所需的墨 滴的單獨形成來實現(xiàn)打印圖像的形成，通常，在每個通道內(nèi)的輕微的 負(fù)壓力使得墨不會不慎通過噴嘴逸出，且還在噴嘴處形成微凹彎月面 以幫助保持噴嘴干凈.
傳統(tǒng)的按需供墨噴墨打印機利用熱致動器或壓電致動器來在打印 頭的孔口處產(chǎn)生噴墨滴.通過熱制動器，放置在便利位置處的加熱器 加熱墨以使少量的墨相變成過熱蒸汽泡，該過熱蒸汽泡提高內(nèi)部墨壓 力使得足以排出墨滴.利用壓電致動器，機械力導(dǎo)致墨滴被排出.
第二種技術(shù)一般被稱為"連續(xù)流，，或簡單地稱為"連續(xù)式"噴墨打
印，其使用產(chǎn)生墨滴的連續(xù)流的被加壓墨源.傳統(tǒng)上墨滴被選擇性地 充電。偏轉(zhuǎn)電極沿著與沒有被充電的滴的飛行路徑不同的飛行路徑引 導(dǎo)已被充電的那些滴。可使用偏轉(zhuǎn)或未偏轉(zhuǎn)的滴來在接收介質(zhì)上打印，而其他滴進入墨捕獲機構(gòu)(捕捉器、攔截器、溝槽等)以被循環(huán)利用
或處理。1933年12月26日授權(quán)給Hansell的美國專利No.l，941，0M， 以及1968年3月12日授權(quán)給Sweet等的美國專利No,3，373，437都公開 了連續(xù)式噴墨噴嘴陣列，其中待打印的墨滴被選擇性地充電且朝向記 錄介質(zhì)偏轉(zhuǎn).
1973年1月9日授權(quán)給Robertson的美國專利No.3,709，432公開了 一種方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備用于通過使用換能器激勵工作流細絲， 使得工作流破裂成均勻間隔的墨滴.在破裂成墨滴之前細絲的長度通 過控制提供給換能器的激勵能量來調(diào)整，其中高幅度激勵導(dǎo)致短細絲， 而低幅度導(dǎo)致長細絲.在長短細絲的端部的中間點處穿過液體路徑的 空氣流在細絲破裂成滴之前對細絲的軌跡的影響比對墨滴本身的軌跡 的影響更多，因而，通過控制細絲的長度，可控制墨滴的軌跡，或?qū)?其從一個路徑切換到另一個路徑.這樣， 一些墨滴可被導(dǎo)入捕捉器中 而允許其他被選擇的墨滴施加至接收元件.
2000年6月27日授權(quán)給Chwalek等的美國專利No.6，079，821公開 了一種連續(xù)式噴墨打印機，該連續(xù)式噴墨打印機使用不對稱加熱器的 致動以由工作流細絲產(chǎn)生單獨的墨滴并且使這些墨滴偏轉(zhuǎn).打印頭包
括可採作以形成打印墨滴和非打印墨滴的被加壓墨源和不對稱加熱 器.打印墨滴沿JT印墨滴路徑流動，最終擊打打印介質(zhì)，而非打印墨 滴沿非打印墨滴路徑流動，最終擊打捕捉器表面.這些非打印墨滴然
后通過形成在捕捉器中的墨移除通道被循環(huán)利用或處理.而Chwalek 等中公開的噴墨打印機對于其期望目的工作非常良好，使用不對稱加 熱器產(chǎn)生墨滴并使墨滴偏轉(zhuǎn)增加了該裝置的能量和功率需求.
在2005年2月8日授權(quán)的美國專利No.6，851，796中，墨滴形成機 構(gòu)選擇性地產(chǎn)生沿第 一路徑行進的具有多個不同體積的墨滴的流.被 引導(dǎo)穿過墨滴流的空氣流與該墨滴流相互作用.該相互作用對較小滴 的偏轉(zhuǎn)比較大滴大，因此將具有一體積的墨滴與具有其他體積的墨滴 分離開來.
由于上述滴選擇機構(gòu)取決于滴大小，因此需要在使大體積滴暴露 于偏轉(zhuǎn)空氣流之前完全地形成大體積滴.考慮例如大體積滴將具有等 于四個小體積滴的體積的情況.在滴形成期間經(jīng)?？吹綄⑿纬纱篌w積
滴的墨流的部分會在需要時與主流分離，但是然后會在聚結(jié)以形成大體積滴之前破裂，需要在通過滴偏轉(zhuǎn)空氣流之前完成該聚結(jié).否則將 形成大體積滴的分離片段將以大于單個大體積滴的量被偏轉(zhuǎn).相似地， 小體積滴在通過偏轉(zhuǎn)空氣流之前不能在空氣中合并。如果分離的小體 積滴合并，則其會比期望的偏轉(zhuǎn)得小.
已發(fā)現(xiàn)聚結(jié)的大體積滴之間的小體積滴可被非常不均勻地間隔. 在極端情況下，大體積滴通常僅保持被部分地形成，直到大體積滴完 全越過了偏轉(zhuǎn)空氣流.部分地形成的大體積滴和緊挨在其之前的小體 積滴必須合并以產(chǎn)生完整的大體積滴.偶爾在距孔口的 一定距離處會 發(fā)生小體積滴和大體積滴的不期望的合并.在沒有小體積滴和大體積 滴或和鄰近的小體積滴的額外合并的情況下，在斷裂之后盡可能快地 聚結(jié)合并的墨滴是合乎期望的.

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是在斷裂之后、并且在沒有小體積滴和大體 積滴或和鄰近的小體積滴合并的情況下盡可能快地聚結(jié)大的滴片段。
本發(fā)明的另一目的是提高小體積滴的滴速度的均勻性，從而使得 小體積滴的不期望合并被延遲.
部分地通過使用傳遞給裝置的加熱器電阻器的專門電壓/電流脈沖 波形操縱滴速度和破裂時間來實現(xiàn)本發(fā)明的這些和其他目的。
因此，本發(fā)明的特征是通過下列處理來操作液滴生成器以選擇性
地形成大體積滴和小體積滴，所述處理為提供具有噴嘴開口的滴生 成器及相關(guān)聯(lián)且可調(diào)節(jié)的激勵裝置；給滴生成器提供受壓液體，從而 使得從噴嘴開口發(fā)射出預(yù)定直徑D的液體流；激活相關(guān)聯(lián)的激勵裝置 以對液體流的直徑產(chǎn)生第一組擾動，該擾動具有周期x，以使液體流形 成小體積滴；選擇性地調(diào)節(jié)激勵裝置以對液體流的直徑產(chǎn)生笫二組擾 動，該笫二組擾動具有周期Nx，以使液體流的一部分形成大體積滴， 借此大體積滴是小體積滴的體積的N倍；以及進一步調(diào)節(jié)激勵裝置以 在周期Nx期間對液體流的直徑產(chǎn)生笫三組擾動，第三組擾動的擾動之 間的時間段t足夠短從而形成大體積滴的液體流的所迷部分不會破裂。


通過以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例和附困的說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將更明顯，在附困中
困l是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例制作的打印頭的示意困；
圖2 (a) -2 (f)示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱器的頻率控制；
困3是示出了當(dāng)被引導(dǎo)穿過墨滴流的空氣流與墨滴流相互作用時
如何分離不同體積的墨滴的噴墨打印頭的截面圖4是示出了根據(jù)體積的滴分離效果的噴墨打印機的示意圖； 圖5是當(dāng)前用于產(chǎn)生隨后是八個小體積滴的單個大體積滴的標(biāo)準(zhǔn)
波形的圖6是圖5的波形的數(shù)據(jù)表；
圖7是由圖5的波形產(chǎn)生的滴的圖像；
圖8是困5的波形的滴生成結(jié)果的表；
困9是根據(jù)本發(fā)明特征的用于產(chǎn)生隨后是八個小體積滴的單個大 體積滴的波形的圖IO是圖9的波形的數(shù)據(jù)表；
圖ll是由圖9的波形產(chǎn)生的滴的圖像；
圖12是圖9的波形的滴生成結(jié)果的表；
圖13是根據(jù)本發(fā)明另一特征的用于產(chǎn)生隨后是八個小體積滴的單 個大體積滴的波形的圖14是圖13的波形的數(shù)據(jù)表；
圖15是由圖13的波形產(chǎn)生的滴的困像；
圖16是閨13的波形的滴生成結(jié)果的表；
圖n是由本發(fā)明再一特征的波形產(chǎn)生的滴的困像；
圖18是根據(jù)本發(fā)明再一特征的用于產(chǎn)生隨后是八個小體積滴的單 個大體積滴的波形的困；以及
困19是根據(jù)本發(fā)明另一特征的用于產(chǎn)生隨后是八個小體積滴的單 個大體積滴的波形的圖.
具體實施例方式
本說明書將具體地涉及形成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一部分或與該設(shè) 備更直接協(xié)作的元件.應(yīng)理解，未具體示出或說明的元件可采用對本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說已知的各種形式.
參考困1,打印設(shè)備10包括打印頭12、至少一個墨源14和控制器16.在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用已知的半導(dǎo)體制造技術(shù)(CMOS 電路制造技術(shù)、微機電結(jié)構(gòu)(MEMS)制造技術(shù)等)由半導(dǎo)體材料(硅 等)形成打印頭12.然而，打印頭12可使用現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)已知的任 何制造技術(shù)由任何材料形成.
至少一個噴嘴18形成在打印頭12上.噴嘴18通過也形成在打印 頭12中的墨通道19與墨源14保持流體連通(fluid communication )。 打印頭12可結(jié)合具有對應(yīng)噴嘴的另外的墨源，以提供多滴灰度級打印 和/或使用多種墨顏色的彩色打印.
與噴嘴18鄰近地布置墨滴形成激勵裝置21。在該實施例中，激勵 裝置21是加熱器20.然而，墨滴形成激勵裝置21還可以是壓電致動 器、熱致動器等.加熱器20至少部分地形成或布置在對應(yīng)噴嘴18周 圍的打印頭12上.盡管加熱器20可遠離對應(yīng)噴嘴18的邊緣呈放射狀 布置，加熱器20優(yōu)選地以同心方式靠近對應(yīng)噴嘴18布置.在優(yōu)選實 施例中，以基本上圃形或環(huán)形形狀形成加熱器20.然而，可以以部分 環(huán)形、方形等形成加熱器20.在優(yōu)選實施例中加熱器20包括通過導(dǎo)體 24電連接到電接觸片22的電阻加熱元件。
導(dǎo)體24和電接觸片22可至少部分地形成或布置在打印頭12上， 并且提供控制器16和加熱器20之間的電連接.可替代地，控制器16 和加熱器20之間的電連結(jié)可以以任何已知的方式來完成。另外，控制 器16可以是可搮作用于以期望的方式來控制許多組件(加熱器20、墨 滴形成機構(gòu)10等)的相對簡單的裝置(加熱器20的電源等)或相對 復(fù)雜的裝置(邏輯控制器、可編程微處理器等).
圖2a-2b示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的由控制器16提供給加熱器20的電激 活波形的例子. 一般地，加熱器20的激活的高頻率導(dǎo)致小體積滴26， 而加熱器20的激活的低頻率導(dǎo)致大體積滴28.根據(jù)應(yīng)用，大體積滴 28或小體積滴26可用于打印，而小體積滴26或大體積滴28被捕獲以
用于墨的再循環(huán)或處理.
針對一個打印情況的加熱器20致動的電波形在圖2(a)中示意性 地示出，在圖2 (b)中示意性地示出結(jié)合該加熱器致動、由來自噴嘴 18的墨的噴射導(dǎo)致的各個大體積滴28.加熱器20激活脈沖(activation pulse) 32的持續(xù)時間一般是0.1-5微秒，且在該例子中是1,0微秒，加 熱器20致動(actuation)之間的延遲時間34是42微秒.針對一個非打印情況的加熱器20激活的電波形在困2 (c)中示意性地給出.激活 脈沖32的持續(xù)時間是1.0微秒，且激活脈沖之間的延遲時間36是6.0 微秒。如圖2(d)所示的小體積滴26是采用該非打印波形的加熱器 20的激活的結(jié)果，致動脈沖時間與總時間段(致動脈沖時間加上延遲 時間)的該比在現(xiàn)有技術(shù)中被已知為占空比(duty cycle).
圖2 (e)是針對混合圖像數(shù)據(jù)的加熱器20激活的電波形的示意圖 示，其中示出了從非打印狀態(tài)到打印狀態(tài)再回到非打印狀態(tài)的變遷。 圖2 (f)是形成的結(jié)果滴流.顯然，可基于所需的且通過對應(yīng)噴嘴18 噴射的墨顏色、打印頭12相對于打印介質(zhì)W的移動以及要打印的圖 像來獨立地控制頭20的激活。另外，可基于特定的打印需求(如墨和 介質(zhì)類型或圖像格式和尺寸)調(diào)節(jié)小體積滴26和大體積滴28的體積.
參考圖3，如上所述的按照下述方式的打印頭12的搮作與根據(jù)滴 體積將滴分成打印或非打印路徑的系統(tǒng)39耦合，所述方式為提供對 滴體積的有關(guān)圖像(image-wise)的調(diào)節(jié).通過打印頭12中的噴嘴18 噴射墨，產(chǎn)生沿軸X的、與打印頭12基本垂直地移動的工作液體55 的細絲.物理區(qū)域(在該物理區(qū)域上工作液體55的細絲為完整的)被 標(biāo)記為n.根據(jù)圖像數(shù)據(jù)以各種頻率選擇性地激活加熱器20 (墨滴形 成機構(gòu)21)，使得工作液體55的細絲破裂成單獨的墨滴26、 28的流. 在形成大體積滴28時通常發(fā)生滴的一些聚結(jié)，噴射破裂和滴聚結(jié)的區(qū) 域被標(biāo)記為r2.在區(qū)域r2之后，在區(qū)域r3完成滴形成，從而使得在距 系統(tǒng)39被應(yīng)用到的打印頭12的rs距離處，滴26、 28基本上為兩個尺 寸類別小體積滴26和大體積滴28.在優(yōu)選實現(xiàn)方式中，系統(tǒng)包括由 基本上垂直于軸X的氣流提供的力46.力46在小于或等于距離n的 距離L上作用.大體積滴28比小體積滴26具有更大的質(zhì)量和更大的 動量，由于氣體力46與墨滴流相互作用，因此單獨的墨滴根據(jù)每個滴 體積和質(zhì)量分離.因此，可在小體積滴路徑S中將氣流速率調(diào)整到與 大體積滴路徑K足夠的差異D，以允許大體積滴28擊打打印介質(zhì)W, 而小體積滴26被如下所述的墨捕捉器結(jié)構(gòu)捕獲.可替代地，可允許小 體積滴26擊打打印介質(zhì)W而通過稍微改變墨捕捉器的位置來收集大 體積滴28,
參考圖4，由基本上沿噴射路徑X從打印頭12連續(xù)(in a stream) 噴射的墨形成大體積滴28和小體積滴26。滴偏轉(zhuǎn)器40包含上集氣室(plenum) 42和下集氣室44,它們促進了滴偏轉(zhuǎn)器40中氣體的層流 (laminar flow )。來自泵60的受壓氣體進入與下集氣室44相對地布 置的上集氣室42，在保護沿路徑X移動的滴流不受外部空氣干擾的同 時增進層流狀態(tài)(laminar gas flow).真空泵68與下集氣室44連通 并提供用于氣體流動的槽.在滴偏轉(zhuǎn)器40的中心布置接近路徑 (proximate path)X.氣體流動導(dǎo)致的力46的施加將墨滴分成小滴路徑 S和大滴路徑K,
靠近路徑X布置在下集氣室44的一個壁上的墨收集結(jié)構(gòu)48攔截 沿路徑S移動的小體積滴26的路徑，同時允許沿大體積滴路徑K行進 的大體積滴28繼續(xù)到由打印鼓58承栽的記錄介質(zhì)W上.小體積滴26 擊打墨收集結(jié)構(gòu)48中的多孔元件50。多孔元件50可以是網(wǎng)篩、網(wǎng)格、 燒結(jié)不銹鋼或陶瓷類材料.小體積滴26通過毛細力被吸引到多孔材料 50中的凹口中，且因此不在多孔元件50的表面上形成大體積滴。墨回 收(recovery)導(dǎo)管52與多孔元件50的背側(cè)連通，且在相對于下集氣 室44中的氣體壓力而言降低的氣體壓力下?lián)呑?導(dǎo)管52中的壓力降 低足以吸引回收的墨，然而其沒有大到足以造成穿過多孔元件50的顯 著的空氣流動.以這種搮作方式，回收的墨的起泡被最小化.墨回收 導(dǎo)管52還與回收儲存器54連通以便利由墨返回線56對非打印墨滴的 回收以用于隨后的再使用.墨回收儲存器54可包含開孔海綿或泡沫64， 這避免了在打印頭12被快速掃描的應(yīng)用中的墨的潑濺，輛合到負(fù)壓力 源的真空導(dǎo)管62可與墨回收儲存器54連通以在墨回收導(dǎo)管52中產(chǎn)生 負(fù)壓力，如上所迷這改善了墨滴分離和墨滴移除.
與集氣室42、 44的設(shè)計相結(jié)合調(diào)節(jié)滴偏轉(zhuǎn)器40中的氣體壓力， 從而使得靠近墨排放(ink guttering)結(jié)構(gòu)48的打印頭組件中的氣體 壓力相對于打印鼓58附近的環(huán)境空氣壓力為正.因而阻止環(huán)境灰塵和 紙纖維靠近和附著到墨排放結(jié)構(gòu)48，此外使環(huán)境灰塵和紙纖維無法進 入下集氣室44.
在搮作中，通過打印鼓58以已知的方式在與軸x橫斷的方向上輸 送記錄介質(zhì)W。記錄介質(zhì)W的輸送與打印設(shè)備10的移動和/或打印頭 12的移動相協(xié)調(diào).這可以通過已知的方式使用控制器16來完成.可從 包括紙、乙烯樹脂、織物、其他纖維材料等的廣泛多樣的材料中選擇 記錄介質(zhì)W.從連續(xù)式噴墨裝置生成滴以用在空氣偏轉(zhuǎn)打印頭中需要以可預(yù)測
的方式產(chǎn)生具有二元體積(binary volume)的滴，例如，小體積滴可 具有基本體積"x"，而由(多個)"N，，個聚結(jié)的小體積滴組成的大體積 滴可具有體積Nx.即，破裂后在飛行中合并的N個lx小體積滴產(chǎn)生 一個Nx大體積滴.對于本說明書，假定N-4且大體積滴體積是4x,
通過滴形成處理的背景，提供給滴生成器的墨通過孔板(orifice plate)的噴嘴，形成具有直徑D的液體柱，這也近似是噴嘴的直徑. 該柱或液體的射流以速度Vj"移動.當(dāng)激活驅(qū)動脈沖被施加到激勵裝置 (即圍繞噴嘴的加熱器20)時，在噴嘴處在射流(jet)的直徑中產(chǎn)生
擾動.該擾動以速度Vjet與液體一起移動.如果另一脈沖被施加到激勵
裝置，則在噴嘴處在射流的直徑中產(chǎn)生另一擾動，其也以Vj"與射流一 起移動.已知的是，如果對射流的擾動的間隔大于近似為tt*D的瑞利 (Rayldgh )限度，則擾動的幅度可增大( 一般參見Lord Rayleigh， "On the Instability of Jets", Proc. London Math. Soc. X(1878)).隨著擾動 增大，最終其將增大到會導(dǎo)致滴與射流分離的點.另一方面，如果間 隔小于瑞利限度，則擾動的幅度將縮小，且其將不會導(dǎo)致滴從射流分 開.
用于產(chǎn)生隨后是八個小體積滴的單個4x大體積滴的激活驅(qū)動脈沖 的傳統(tǒng)波形的例子如困5所示，其中"x"是小體積滴的體積.單獨的脈 沖幅度、周期和占空比是變量且取決于特定的墨、墨壓力、噴嘴尺寸 和所需的滴生成速率.在一個例子中，將具有15微米的孔直徑和4微 米的襯底厚度的3.2"陣列長度300jpi滴生成器與室溫和52psi-53psi的 壓力下的墨一起使用.小體積滴生成頻率被設(shè)為360kHz且脈沖幅度是 常數(shù)3Vdc,除非另有說明.通過圖6的表中的波形數(shù)據(jù)連同30kHz的 栽波(或重復(fù)說)頻率Fc—起給出對圖5的脈沖波形的完整說明.
如前所述，到激勵裝置的每個激活驅(qū)動脈沖對液體流產(chǎn)生擾動. 圖5波形中相鄰的激活驅(qū)動脈沖2-8之間的時間對液體流產(chǎn)生由周期x 間隔開的擾動.在x的擾動間隔或周期處，擾動增大且使液體流破裂 成小體積滴.激活驅(qū)動脈沖1和2之間的時間是相鄰脈沖2-8之間的時 間的N倍，其中如困所示N等于4，結(jié)果，激勵裝置對液體流的直徑 產(chǎn)生第二組擾動.第二組中的這些擾動具有關(guān)于液體流的周期Nx，且 使得液體射流的部分形成具有體積是小體積滴體積的N倍的大體積滴。
圖6的波形數(shù)據(jù)的列1中所示的每個脈沖的相對幅度對于該報告 中討論的所有波形而言都是l.第二列以百分比列出了每個脈沖的占空 比.笫三列列出了用于由波形生成器電學(xué)地描述每個脈沖的點數(shù)，且 該第三列可被認(rèn)為是每個脈沖的相對周期(即所列的第一脈沖具有后 面八個脈沖中的每個的四倍的周期)，每個脈沖的實際周期由相對脈 沖周期、總波形周期和栽波頻率來確定，例如，具有相對周期1000的 lx小體積滴具有2.78微秒(psec)的周期，且4x大體積滴的周期是 11.11微秒.采用先前給出的噴射參數(shù)由施加到滴生成器的該波形產(chǎn)生 的滴如圖7所示，
如圖7中所見，部分地聚結(jié)的大體積滴之間的小體積滴被非常不 均勻地間隔開.此外，大體積滴保持3x，直到該滴遠離(farbeyond) 圖像的右手側(cè)為止.3x滴和緊挨其之前的小體積lx滴必須合并以產(chǎn)生 4x大體積滴。如圖8的表中所示的滴生成結(jié)果示出測量的斷裂長度 (break off length, BOL)、大體積滴形成長度(large-volume droplet formation length, LDFL)和(不期望的)小體積滴到小體積滴的合并 長度(small-volume droplet-to-small-volume droplet merge length, SD-SD).有時，在與孔的一定距離處(通常適當(dāng)超過PDFL)會發(fā)生 小體積滴和4x大體積滴的不期望的合并，且被稱為LD-SD合并長度.
期望在不存在lx小體積滴與Nx大體積滴或與相鄰的小體積滴合 并的情況下、在斷裂后盡可能快地聚結(jié)合并的滴.根據(jù)本發(fā)明，控制 由連續(xù)式噴墨裝置進行的小體積和大體積滴的產(chǎn)生是通過使用傳遞給 裝置的加熱器電阻器的專門的電壓/電流脈沖波形操縱滴速度和斷裂時 間來完成的.
通過背景，提供給滴生成器的墨穿過孔板的噴嘴，形成具有直徑 D的液體柱，該直徑近似是噴嘴的直徑.該液體柱或液體射流以速度 Vje,移動.當(dāng)脈沖被施加到激勵裝置(即圍繞噴嘴的加熱器)時，在噴 嘴處在射流的直徑中產(chǎn)生擾動.該擾動隨液體一起移動.因此該擾動
以速度Vjet移動.如果另一脈沖被施加到該激勵裝置，則在噴嘴處在射
流的直徑中產(chǎn)生也以Vj"與射流一起移動的另一擾動.已知的是，如果
對射流的擾動的間隔大于近似為7l*D的瑞利限度，則擾動的幅度會增
大( 一般參見Lord Rayleigh， "On the Instability of Jets", Proc. LondonMath. Soc. X(l878)).隨著擾動增大，最終其將增大到會導(dǎo)致滴從射 流分離的點，另一方面，如果間隔小于瑞利限度，則擾動的幅度會縮 小，且其將不會導(dǎo)致滴從射流斷裂.
本發(fā)明中所采用的改善大體積滴聚結(jié)以及均勻的小體積滴穩(wěn)定性 的主要方式是通過在要形成大體積滴的時間間隔期間引入更高頻率的 激勵脈沖串(burst of stimulations pulse).比較圖9和圖5，在圖9中 可見在圖5中呈現(xiàn)的笫一和笫二脈沖之間的間隙中插入的多個窄脈沖. 這些插入的脈沖對液體射流的直徑產(chǎn)生第三組擾動.每個"脈沖串模式 (burst mode)"脈沖和在其之前的脈沖之間的時間段足夠短從而使得 這些脈沖串模式脈沖不引起滴斷裂，也就是說對射流的擾動之間的間 隔小于rr*D.結(jié)果，這些插入的擾動在幅度上縮小而不是增大，因此 將不導(dǎo)致液體流的部分?jǐn)嗔岩孕纬蓡为毜男〉?盡管這些脈沖串模式 脈沖不導(dǎo)致單獨滴形成，但是其能夠改變大體積滴的形成以改進聚結(jié) 過程。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖9是可用來生成用于空氣偏轉(zhuǎn)的八 個lx小體積滴和一個4x大體積滴的脈沖配置的例子，且在此被稱為 "大體積滴脈沖串(Large-Volume Droplet Burst)"波形.然而，本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)理解可連續(xù)形成任何數(shù)目的小體積或大體積滴.在圖10 的表中列出了波形參數(shù)，以及用于這些實驗中的大部分的波形栽波頻 率Fc,
小體積滴短脈沖(burst pulse)(即困9中緊密間隔的脈沖)具有 與其他脈沖相同的占空比，但僅具有一半的周期.因此，短脈沖以其 它脈沖的兩倍頻率被生成，如果正常脈沖的X/D小于2tt，則短脈沖的 小于7i，且不由短脈沖通過瑞利(Rayleigh)射流破裂直接生成滴， 然而短脈沖對滴生成具有影響，如困ll所示.注意，在通過困6的標(biāo) 準(zhǔn)波形生成的滴和通過困9的脈沖串波形(Burst waveform )生成的滴 之間存在若干不同.脈沖串波形產(chǎn)生以下改變
1. 大體積滴之間的小體積滴被更均勻地間隔，
2. LDFL被改進，變得更小，如困12的表中所列。
3. SD-SD合并長度被增加得足以使得合并長度越過測量域，
4. LD-SD距離被增加且現(xiàn)在比由標(biāo)準(zhǔn)波形產(chǎn)生的LD-SD合并距 離更長.5.在大體積滴和拖尾的小體積滴之間存在滴間隔異常(droplet spacing anomaly),
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，圖13是被修改以校正圖9-11的滴間隔異 常的大體積滴脈沖串波形(burst waveform )的例子，其中在插入的脈 沖串(burst of pulse)中的最后的脈沖具有比插入的脈沖串中的其他脈 沖更大的占空比.在圖14的表中示出了大體積滴脈沖串參數(shù)(burst parameter)。該修改對小直徑滴間隔的影響如圖15所示.
可以看出，通過圖13的波形修改，圖9的未修改的大體積滴脈沖 串波形的小體積滴間隔異常被大大減少或消除.該修改是最后的大體 積滴短脈沖占空比從35%到80%的增加.該增加用來使最后的大體積 滴短脈沖和笫一小體積滴脈沖之間的"休止"時間(off time)與其余小 體積滴脈沖之間的休止時間更一致.由修改的脈沖串波形產(chǎn)生的滴生 成結(jié)果在圖16的表中示出，該滴生成結(jié)果示出除了消除小體積滴間隔 異常之外還改善了整個滴生成性能.用以修改大體積滴脈沖串波形的 最后的短脈沖的占空比從35%到80%的增加是通過系統(tǒng)地改變該脈沖 的占空比同時觀察對滴間隔和生成性能的影響來決定的.如圖17中所 示，最后的短脈沖的占空比以10%的步長從10%-90%變化，且記錄對 異常小體積滴位置的影響.
在上述說明中，在形成大滴期間所采用的激活驅(qū)動脈沖串(burst of activation drive pulse)期間的激活驅(qū)動脈沖頻率是用于產(chǎn)生小滴的激 活驅(qū)動脈沖頻率的兩倍，以對射流產(chǎn)生均勻間隔的擾動，該擾動具有 用于產(chǎn)生小滴的擾動周期的一半的周期，本發(fā)明不限于該頻率比，
設(shè)計第三組擾動的其他傳統(tǒng)方法可提供不同的但是特定CIJ系統(tǒng) 所必需的特征.例如并且也是對圖13的實施例的擴展，并不必要使產(chǎn) 生笫三組擾動的脈沖的占空比保持為常數(shù).圖18所示的占空比的漸增 提供了更短的聚結(jié)長度這一優(yōu)點.可替代地，可利用非系統(tǒng)方法，其 中每個占空比被獨立地指派和調(diào)節(jié)以提供所需的PDFL或LDFL，如圖 19所示，
其他實施例可包括第三組的周期的調(diào)整，其中該周期隨著隨后的 擾動增加或減小。再次，占空比可隨每個可變的周期而調(diào)整.然而， 該調(diào)整將要求第三組內(nèi)的擾動數(shù)目相應(yīng)地改變以使得Nx時間限制不 變化.
權(quán)利要求
1.一種用于操作液滴生成器以選擇性地形成大體積滴和小體積滴的方法，所述方法包括以下步驟提供具有噴嘴開口的滴生成器和可調(diào)節(jié)的激勵裝置；將被加壓液體提供給所述滴生成器，使得具有預(yù)定直徑D的液體流從所述噴嘴開口發(fā)射出；激活所述激勵裝置以對所述液體流的直徑產(chǎn)生第一組擾動，所述擾動具有周期x以使所述液體流形成小體積滴；選擇性地激活所述激勵裝置以對所述液體流的直徑產(chǎn)生第二組擾動，所述第二組擾動具有周期Nx以使所述液體流的部分形成大體積滴，借此大體積滴是小體積滴體積的N倍；以及進一步激活所述激勵裝置以在周期Nx期間對所述液體流的直徑產(chǎn)生第三組擾動，所述第三組擾動的擾動之間的時間段足夠短從而使得形成所述大體積滴的所述液體流的所述部分因此不破裂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中激活所述激勵裝置的所述步驟 包括將激活驅(qū)動脈沖施加到所述激勵裝置，
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所迷第三組擾動的擾動之間的間 隔小于一D.
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在形成所述大體積滴期間 將激活驅(qū)動脈沖串引入所述激勵裝置來形成所述第三組擾動.
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中N=4.
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第三組的擾動被均等地間 隔開.
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第三組的擾動不被均等地 間隔開。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括通過對所述小體積滴和 所述大體積滴施加力來使所述大體積滴和小體積滴偏轉(zhuǎn)來將小體積滴 與大體積滴分離.
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中使用連續(xù)氣體流將所述力施加 到所述滴.
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在形成所述大體積滴期間所 述激活驅(qū)動脈沖串的每個激活驅(qū)動脈沖不具有相同的占空比.
11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中在形成所述大體積滴期間所述激活驅(qū)動脈沖串中的最后的激活驅(qū)動脈沖具有大于在前脈沖的占空 比的占空比.
全文摘要
通過以下處理來操作滴生成器以形成大體積滴和小體積滴，所述處理為提供具有噴嘴的滴生成器及可調(diào)節(jié)的激勵裝置，給滴生成器提供液體，從而使得從噴嘴發(fā)射出直徑D的流，激活激勵裝置以對液體流產(chǎn)生第一組擾動，該擾動具有周期x，以使液體流形成小體積滴(26)；選擇性地調(diào)節(jié)激勵裝置以對液體流產(chǎn)生第二組擾動，該第二組擾動具有周期Nx，以使液體流的一部分形成大體積滴(28)，從而大體積滴是小體積滴的體積的N倍；以及進一步調(diào)節(jié)激勵裝置以在周期Nx期間對液體流產(chǎn)生第三組擾動。
文檔編號B41J2/03GK101678675SQ200880016168
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者J·A·蓋哈特, O·哈達, R·J·西蒙, R·L·費格奎斯特 申請人:伊斯曼柯達公司