Устройство для формирования потоков жидкостных капель в блоках струйной печати

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ («)878211 (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 180778 (21) 2649251/18-24 (23) Приоритет — (32) 18.07.77 (51)М. Кл.з

G 06 К 15/00

G 01 D 15/18

F l5 С 3/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (33) США (31) 816 6 0 7

Опубликовано 30.10.81.Бюллетень HP 40

Дата опубликования описания 30.10.81 (53) УДК 621-525 (088 ° 8) Иностранец

Чарльз Л.Ча (CIA) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма,"Дзе МЭД Корпорейшн" (США) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОТОКОВ

ЖИДКОСТНЫХ КАПЕЛЬ В БЛОКАХ СТРУЙНОЙ

ПЕЧАТИ

Изобретение относится к устрой- ствам для генерирования капель жид- кости или к генерированию матрицы из однородных капель жидкости из ли" нейного массива струй для использования в блоках струйной печати.

Известны устройства для генерирования однородных моноволокон и синхронных капель жидкости для блоков струйной печати. B таких устройствах существуют один или несколько рядов отверстий, в которые. поступает электропроводящая жидкость для печатания из находящегося под давлением резервуара для подачи жидкости (1 .

По мере образования капель.они избирательно заряжаются от зарядных электродов, расположенных вблизи моноволохон в том месте, где они разбиваются с образованием капель. 3аряженные капли отклоняются электрическим--полем и попадают в улавливатель. Капли, которые не заряжены, проходят через электрическое поле без отклонения и откладываются на рулоне, который перемещается с высокой скоростью перпендикулярно к направлению пути капель. При этом достигается максимальное качество печати. Но необходимо также достигнуть максимальной ширины печати. Для этого необходимо, чтобы в массиве струй йроисходили минимальные колебания энергии.Эта однородность энергии проявляется в однородности длины моноволокон в пределах массива. Чрезмерные колебания энергии колебания длины моноволокон. вызывают либо образование капель-спутников, либо нелинейное поведение струй, что является неприемлемым для печатания, Информация печатания передается каплям с помощью заряда. Для того, чтобы осуществлять печатание при максимальном разрешении, зарядное напря жение должно подаваться к зарядным электродам с частотой генерирования капель. Это позволяет каждой наносимой капле определить ячейку разрешения, отличную от тех, которые соответствуют остальным каплям. Кроме того, информация печатания не может быть точно перенесена к самим каплям, если каждый зарядный электрод не будет возбужден с той же фазой, с которой происходит образование капель у соответствующего моноволокна. Несоблюдение этих условий приводит к получению частично заряженных капель, которые минуя улавлнва-

878211 тель, откладываются в неправильных положениях на рулоне.

Поэтому указанные устройства не могут работать при максимальной производительности, если капли во всех струях не будут генерироваться синхронно со связанными с ними передаваемыми зарядными импульсами. Это, в свою очередь, требует либо хронометрирования генерирования капель из каждого и любого моноволокна, либо контролирования генерирования капель таким образом, чтобы время или фаза генерирования. капель были заранее известны.

Таким образом, необходимо возмущения для стимуляции капель приклады- 15 вать ко всем моноволокнам с общей амплитудой и синхрониэированно.

В выше упомянутом устройстве генерирование капель происходит по методу бегущей волны. Этот метод имеет огра- 20 ничения как с точки зрения ширины печатания, так и со стороны качества печати. Серия бегущих волн распространяется вдоль длины пластины с отверстиями, и струи стимулиРуются по мере их выхождения. Однако распространение волн сопровождается рассеянием энергии, что вызывает постоянное удлинение моноволокон струй вдоль массива. Иногда колебания длины моноволокон становятся черезмерными и дос- З тигается максимальная полезная ширина печатания. Причина Ограничения вышеуказанного метода заключается в недостаточном качестве печати, так как в этой системе различные струи не генерируют капли одновременно, а между ними существует известное соотношение по фазе.

Таким образом, система может теоре-. тически работать с лучшим разрешением,gg но при этом каждый канал должен быть оборудован контуром для сдвига фаз, что требует большого количества электронного оборудования и на практике трудно достигаемого из-эа непредсказываемого колебания длины волны у пластины и; следовательно, из-за ошибки в фазах, что вызывается неоднородными границами пластины с отверстиями. Даже в том случай, если достигается такая синхронизация, наилучшее качество печатания все же не имеет места в связи с тем фактом, что квадратная матрица капель не может быть образована бегущей волной, Таким образом, подобные системы 55 рабоуают с одной пятой или одной четвертой долей от максимального тес., ретического разрешения.

Известно также устройство для формирования капель, в котором одно- ® временно генерируются однородные моноволокна и капли в ряде струй. В этом устройстве используются плас,,тины с отверстиями, расположенные в нижней части резервуара с печат- у ной краской. Изменения давления привыталкивании печатной краски из Отверстий индуцируются гибкой пластиной, расположенной на расстоянии от поверхности пластины с отверстиями, но в пределах резервуара с печатной краской 2 .

Множество преобразователей электрического сигнала в перемещение пьезоэлектрических преобразователей установлены на поврехности пластины, так ;что, когда одновременно возбуждаются, они создают поперечный изгиб вдоль длины пластины с созданием равномерного распределения давления в жидкости над отверстиями и эта однородность в размерах моноволокон и капель создается при выходе их из Отверстий.

Однако в таком устройстве необходимо установить значительное число пьезоэлектрических преобразователей, что приводит к усложнению конструкции.

Другой недостаток заключается в образовании щели у каждого конца пластины, так как пластина, находящаяся под давлением, располагается в пределах самого резервуара, т.е. находится по обеим сторонам пластины. Это приводит к тому, что верхняя пластина вибрирует, изгибаясь вперед и назад. Однако при этом происходит образование вторичных волн в жидкости, проходящей сквозь отверстия.

Это вызывает нежелательные возмущения в моноволокнах, что снижает однородность моноволокон и размера капель, а также ухудшает эффективность передачи энергии от пластины, находящейся под давлением, к отверстиям.

Наличие указанных щелей может вызывать и неоднородность распределения энергии вдоль пластины, а также ослабить возмущения, передаваемые пластиной жидкости.

Цель изобретения — улучшение качества формирования потоков капель путем обеспечения однородного каплеобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для формирования потоков жидкостных капель в блоках струйной печати, содержащем резервуар заполненный жидкостью, дном которого является прямоугольная пластина с фильерами, расположенными по прямой линии, а крышкой — прямоугольная упругая пластина, и преобразователи электрического сигнала в перемещение, например пьезоэлектрические, подключенные к блоку управления и сопряженные с внешней поверхностью упругой пластины, установлена опорная пластина, на которой размещены преобразователи электрического сигнала в перемещение, и демпфирующие элементы, размещенные между параллельными плоскостями упругой и Опорной пластин, причем ширина дна реэер878211

45 вуара меньше половины длины изгибных волн в указанном дне при максимальной рабочей частоте.

Расстояние между поверхностями крыши и дна резервуара кратно нечетной четверти длины волны сжатия в жид- 5 кости при рабочей частоте.

Ширина контакта каждого преобразователя с упругой пластиной меньше половины длины изгибной волны в данном преобразователе при рабочей частоте.

Расстояние между контактными площадками на упругой пластине меньше половины длины изгибных волн в данной пластине при рабочей частоте °

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, на фиг.2 — то же, поперечный разрез; на фиг.3 — пьезоэлектрический преобразователь| на фиг.4 — пластина-крымска, находящаяся под давлением, и пьезоэлектрические 20 преобразователи; на фиг.5 — схема изображающая рекомендуеьий тип . контакта между пьезоэлектрическими преобразователями и пластиной, находящейся под давлением. 25 устройство содержит резервуар 1, заполненный жидкостью, дном которого является прямоугольная пластина

2 с фильерами 3, расположенными по прямой линии, а крыакой — прямоуголь- 30 ная упругая пластина 4, находящаяся под давлением. В устройство также входят преобразователи 5 электрического сигнала в перемещение, например пьезоэлектрические, подключенные к блоку 6 управления. Резервуар 1 выполнен в форме удлиненного отверстия в прямоугольном металлическом блоке с внутренними коническими боковыми стенками 7 и 8 (фиг.2). Жидкость подается в резервуар по трубке 9 под 40 заранее установленным давлением и полностью его.заполняет, Пластина 2 жестко крепится к резервуару, а ее толщина выбирается из условия отсутствия ее вибрации при колебаниях давления жидкости в резервуаре.

Крышкой коллектора является упругая пластина 4, являющаяся достаточно гибкой для деформации ее перпендикулярно ее продольной оси под 50 действием преобразователя 5. Она жест ко прикреплена к краю резервуара 1 так, что только ее часть, находящаяся под давлением, может изгибаться под действием преобразователей 5 °

К верхней поверхности пластины 4 крепится пара демпфирующих элементов 10 и 11, изготовленных из относительно упругого материала, такого, как полиуретан. Преобразователи 5>i один из которых показан на фиг.3, 40 например, представляют собой пьезоэлектрические преобразователи, хотя могут быть использованы и другие типы электроакустических преобразователей.

Так, например, можно пользоваться 65 магнитострикционными преобразователями, электродинамическими или электростатическими преобразователями.

Каждый преобразователь 5 состоит из верхней ограничивающей пластины

12, пары керамических преобразовате-. лей моды толщины 13 и 14, пластины

15 .для монтажа, которая является электродом для преобразователей 13 и

14, упругих элементов 16, которые являются диэлектриками, и элемента

17 для передачи усилия. Каждый преобразователь 5 крепится болтом 18, который является электродом преобразователей 13 и 14.

Ряд верхних ограничивающих пластин 12 должен иметь более высокий акустический индекс, чем элемент 17 для передачи усилия, для того, чтобы увеличить передачу усилия к пластине 4.

Элемент 17, передающий усилие,для каждого преобразователя может быть самой различной конфигурации.

Упругость элементов 16 должна предотвращать появление бегущей волны в пластине резервуара и оказывать благоприятное влияние на выдавливание капель из отверстий.

Преобразователи 13 и 14 возбуждаются под действием центрального электрода, т.е. пластины 15 и болта

18 под действием элементов 16, таким образом, что ряд преобразователей 5 может быть активирован одновременно °

Как показано на фиг.4, преобразователи расположены на равном расстоянии вдоль продольной оси симметрии верхней поверхности пластины

4, находящейся под давлением, и их контактные площадки 19 отделены расстоянием друг от друга. На практике расстояние 3 имеет довольно важное значение и оно должно быть меньше половины длины Л /2 изгибных волн в пластине при рабочей частоте.Это необходимо для того, чтобы, больше снизить возможный потенциал для интенсифицирующих стоячих волн между смежными и более отдаленными друг от друга преобразователями 5;

То же самое требование относится к ширине M контакта каждого преобразователя с упругой пластиной, т.е. ширина должна быть существенно меньше половины длины иэгибной волны в преобразователе 5 при рабочей частоте. Это снижает возможность интерференции со стороны отраженных волн или искажений за счет этих волн в пределах данного преобразователя.

Несмотря на то, что поперечный размер контактной площадки преобразователя 5,т.е. размер по ширине,пластины. 4, не имеет столь критического значения, как ширина У, предпочтительно, чтобы он был меньше половины длины изгибных волн в пределах

878211 данного преобразователя при рабочей частоте.

Следует отметить, что на практи.ке расстояние D и ширина И могут быть приближены к половине длины изгибной волны без существенного изменения однородности энергии, а следовательно, и однородности длины моноволокон.

На фиг.5 представлено рекомендуемое положение контактных площадок 19.

Необходимо, чтобы вдоль продольной оси пластины .4 имелся линейный контакт. Однако может быть и точечный контакт или контакт по площади прямоугольного сечения, если это необходимо для индивидуального варианта.

Для исключения перманентной связи между преобразователями и пластиной

4 в устройство введена опорная пластина 20.

В случае широкополосных стимулирующих устройств расстояние между нижней поврехностью пластины 4 и верхней поверхностью пластины 2 с отверстиями, т.е. высота Н резервуара 1 для жидкости, не имеет критического значения и может быть настолько малым, насколько это поэволяет гидродинамика. Для узкополосных стимулирующих устройств оно должно быть кратно нечетной четверти длины волны сжатия в жидкости при рабочей частоте. Это обеспечивает размещение пластины с отверстиями в узловой плоскости, в которой амплитуда вибраций в основном затухает.

Пластина 2 с фильерами-отверстиями является жесткой. Для этого параметры внутренних стенок резервуара в месте пересечения с верхней поверхностью пластины 2 в основном меньше половины длины изгибных волн в пластине 2 при максимальной рабочей частоте. Это необходимо, чтобы снизить и довести до минимума распространение интерферирующих волн в пределах пластины 2.

При работе, все преобразователи

5 возбуждаются при соответствующей частоте для создания однородной серии капель, выходящих из фильер 3. Каждый преобразователь возбуждается электрическими импульсами, поступающими к обоим элементам 13 и 14.

Поскольку преобразователи одновременно периодически возбуждаются, они з аставляют передающие элементы

17 йзгибать пластину 4 и вниз по положениям штриховых линий, показанных на фиг.2. В связи с тем, что нижняя поверхность пластины 4 находится в контакте с верхней поверхностью жидкости в резервуаре, волны сжатия распространяются в жидкости и передаются жидкости, выбрасываемой из отверстий, с формированием однородных моноволокон и капель.

5 !

О

Необходимо одновременно и с равной амплитудой возбуждать все пре.образователи 5 вдоль длины пластины

4. Для этого рекомендуемый метод возбуждения массива преобразователей

5 заключается в работе "вне резонанса", несмотря на то, что резонансное возбуждение является более эффективным и легче достижимо. Причина этого заключается в том, что на практике резонансная частота преобразователей может быть несколько отличной из-за колебания различных физических параметров сборки преобразователя.

Однако как амплитуда, так и фаза колебаний зависят от частоты. Когда преобразователи имеют сходную, но неточно одинаковую резонансную частоту, приводятся одновременно в действие при данной частоте, например при резонансной частоте одного из преобразователей, то другие преобразователи данного массива будут подавать сигналы различных амплитуд в различные моменты времени, отличные от тех, которые имеют место для резонансно работающих преобразователей. Величина различий зависит от ширины полосы резонансных частот чем уже полоса, тем больше различие между величинами.

Однако амплитуда и фаза становятся относительно независящими от частоты, если преобразователь работает

"вне резонанса", так как при этом происходит более равномерное распределение фаз вдоль поверхности пластины 4 вследствие работы преобразователей на уровне выше или ниже их резонансной частоты. При таких частотах наблюдается большая одно- . родность амллитуды и фазы, подаваемых к прибору, и, несмотря на то, что потери энергии велики из-за работы преобразователей "вне резонанса", это компенсируется подачей большого количества энергии. Однако, преимущество, достигаемое при равномерной и синхронной подаче усилия, вполне компенсирует такую повышенную трату .энергии.

При создании периодического контакта между нижним краем нижних фильеров 3 и верхней поверхностью пластин 4 с помощью пластины 20 достигаются существенные преимущества, так как в этом случае отсутству-. ет .однородность слоев клея для крепления множества преобразователей к пластине в известном устройстве периодические контакты позволяют создать более равномерное распределение энергии . Кроме того, после продолжительных периодов использования преобразователь может выйти из строя и если преобразователь приклеен к поверхности пластины, то черезвычайно трудно его -заме878211

10 нить. Возможность перемещения преобразователей относительно друг друга или вдоль продольного размера пластины допускает оптимизацию этого относительного расположения в зависимости от рабочей частоты, что является невозможным при применении прочно соединенных преобразователей в известном устройстве.

Таким образом, новые признаки устройства позволяют создать вибрационную кассету печатающего устройства с акустическим согласованием импеданса, что обеспечивает демпфирование гармоник выше первой, а это, в свою очередь позволяет обеспечить периодичность поступления и однородность капель.

Формула изобретения

1. Устройство для формирования потоков жидкостных капель в блоках струйной печати, содержащее резервуар заполненный жидкостью, дном которого является прямоугольная пластина с фильерами, расположенными.по прямой линии, а крышкой — прямоугольная упругая пластина, и преобразователи электрического сигнала в перемещение, например пьезоэлектрические, подключенные к блоку управления и сопряженные с внешней поверхностью упругой пластины, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества формирования not токов капель путем обеспечения од- . нородного каплеобразования, оно содержит опорную пластину, на которой размещены преобразователи электрического .сигнала в перемещение, и демпфирующие элементы, размещенные между параллельными плоскостями упругой и опорной пластин причем ширина дна резервуара вМньше половины длины изгибных волн в укаэанном дне при максимальной рабочей частоте.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем,.что расстояние между поврехностями крышки и дна резервуара кратно нечетной четверти длины волны сжатия в жидкости при рабочей частоте.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что ширина контакта каждого преобразователя с упругой пластиной меньше половины

20 длины иэгибной волны в данном преобразователе при рабочей частоте.

4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что расстояние между контактными площадками на 5 упругой пластине меньше половины длины изгибных волн в данной пластине при рабочей частоте.

Источники информации, пинятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIGA 9 3739393, кл. G 01 О 15/18,,опублик 1973.

2. Патент США 9 3900162, кл. 239-102, опублик. 1978 (прототип) .

878211

19 уу 1У У у РУ7. 5

Со ст а в ит ель О. Гудков а

Редактор С.Тараненко Техред Ж.Кастелевич Корректор у.Пономаренко

Заказ 9670/88 Тираж 748, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4