离子喷墨头及离子喷墨装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN94110864.3

申请日:

1994.03.10

公开号:

CN1108182A

公开日:

1995.09.13

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的视为放弃||||||公开

IPC分类号:

B41J2/01; G01D15/18

主分类号:

B41J2/01; G01D15/18

申请人:

刘岸;

发明人:

刘岸

地址:

410005湖南省长沙市松桂园宾馆省证券公司一门市部

优先权:

专利代理机构:

湖南省专利服务中心

代理人:

夏青

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内容摘要

本发明公开的离子喷墨头和喷墨装置,是以离子源、调制板和墨滴产生室构成基本的组成部分,离子源是带狭长口的腔体,对应着调制板的狭长控制口,控制口两长边排列有许多控制栅极,可对离子源喷出的条状离子束同时进行多个信息元的调制,调制后的离子束相对应地进入墨滴产生室,与其中带异种电荷的墨雾中和,产生墨滴喷出。应用本发明实施的喷墨印刷装置具有高速、高分辨率、能实现多灰度和多彩色印刷、墨滴回收量小等优点。

权利要求书

1: 一种离子喷墨头,其特征在于它是由支架固定而结合在一起的离子源、调制板和墨滴产生室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板上带有与离子源的喷出口相对应的控制口,墨滴产生室具有与该控制口相对应的离子入口和墨滴出口,墨滴产生室还具有与墨雾输送管道相连通的墨雾入口。
2: 根据权利要求1所述的离子喷墨头,其特征在于离子源由电晕丝、孤立的金属腔体和阴极构成可产生具有一定速率及束径的离子束的装置,其中孤立的金属腔体具有悬浮电位。
3: 根据权利要求1或2所述的离子喷墨头,其特征在于离子源底板上有若干微小气孔,可以过滤进入离子源内部空间的空气。
4: 根据权利要求1所述的离子喷墨头,其特征在于调制板上以调制口为对称中心排列有相互绝缘的栅极。
5: 根据权利要求1或4所述的离子喷墨头,其特征在于控制板的控制口两边所排列的栅极是相对应平行地排列。
6: 根据权利要求1或4所述的离子喷墨头,其特征在于控制板的控制口两边的栅极是交叉平行地排列。
7: 根据权利要求1或4所述的离子喷墨头,其特征在于调制板内的栅极之前面还设置有由一个带狭缝的极板构成的截取电极,截取电极和栅极均设置在控制口的边缘处,其间隙小于其它部位。
8: 根据权利要求1所述的离子喷墨头,其特征在于离子源与调制 板之间留有气隙,以排出经调制而离散的离子。
9: 根据权利要求1或9所述的离子喷墨头,其特征在于墨滴产生室内包含由墨雾输送管道输送的墨雾,该墨雾带有一定电荷。
10: 根据权利要求1或9所述的离子喷墨头,其特征在于墨滴产生室的室壁由绝缘层和金属层相结合而构成,金属层为内室壁,绝缘层为外室壁,金属层具有一定的电位,其电性与带电墨雾的电性相同。
11: 根据权利要求1所述的离子喷墨头,其特征在于离子源的喷出口、调制板上的控制口、墨滴产生室的离子人口及墨滴出口均对应为狭长缝隙。
12: 一种离子喷墨头,其特征在于它是由支架固定并结合在一起的离子源、调制板、墨滴产生室、墨雾输送管道和贮雾室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板上带有与该喷出口相对应的控制口,墨滴产生室具有与该控制口相对应的离子入口和墨滴出口,墨滴产生室还具有与墨雾输送管道相连通的墨雾入口,墨雾输送管道的另一端与贮雾室相连通。
13: 根据权利要求12所述的离子喷墨头,其特征在于贮雾室的内室壁为金属层,该金属层接有与所贮带电墨雾的电性一致的电位。
14: 根据权利要求12所述的离子喷墨头,其特征在于贮雾室内设置有与其室壁绝缘的空间电位探测电极。
15: 一种离子喷墨装置,其特征在于它是由支架固定并结合在一 起的离子源、调制板、墨滴产生室、墨雾输送管道、贮雾室和雾化室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板上带有与该喷出口相对应的控制口,墨滴产生室具有与该控制口相对应的离子入口和墨滴出口,墨滴产生室还具有与墨雾输送管道相连通的墨雾入口,墨雾输送管道的另一端与贮雾室相连通,贮雾室与雾化室也是通过墨雾输送管道相连通。
16: 根据权利要求15所述的离子喷墨装置,其特征在于雾化室中设置有带电高速旋转的转盘,该转盘作用于墨水产生带电墨雾。
17: 根据权利要求15所述的离子喷墨装置,其特征在于雾化室中设置了可产生静磁场的磁体或线圈,该静磁场使带电墨雾运动轨迹发生偏转并顺墨雾输送管道之方向往贮雾室输送。
18: 根据权利要求15或17所述的离子喷墨装置,其特征在于雾化室、贮雾室、墨滴产生室各自的内室壁均为金属层,相互之间是绝缘的,且各金属层所接电位按上述顺序由高到低,以利于带电墨雾的输送。
19: 一种离子喷墨装置,其特征在于它是由离子源、调制板、墨滴产生室、墨雾输送管道、贮雾室和雾化室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板带有与该喷出口相对应的控制口,离子源和调制板由支架固定并结合在一起,墨滴产生室具有与调制板的控制口相对应的、狭长缝状的离子入口和墨滴出口,离子入口和墨滴出口的狭缝长 度与整个喷墨印刷装置印刷的极限宽度相等或相近,墨滴产生室被固定在印刷装置上并设置于调制板和记录材料之间,墨滴产生室通过墨雾输送管道与贮雾室及雾化室相连通,离子源和调制板的结合体在印刷时,可连续移动或间段移动。
20: 根据权利要求19所述的离子喷墨装置,其特征在于墨滴产生室上狭长缝状的离子入口和墨滴出口的长度方向为水平方向,与记录材料的走纸方向相垂直。
21: 根据权利要求19所述的离子喷墨装置,其特征在于调制板上的控制口为具有一定水平宽度的狭长矩形,其横向的长度方向与调制板和离子源的结合体在印刷时的移动方向一致,均为水平方向。

说明书


本发明涉及喷墨印刷技术领域,具体是关于离子式连续喷墨装置,这种装置可以同时从墨滴喷出口喷出一定线度长的墨滴链,从而进行一定宽度的行印刷。

    现有的喷墨印刷装置,运用的是随机喷墨技术,如通过加在压电晶体上的电脉冲使墨水从静止的凹月面状态被挤压而由喷嘴喷出;或是利用热能在墨水中形成气喷,从而喷出墨滴;还有电荷控制型喷墨技术等等。归纳而言,现有的喷墨印刷装置,由于其原理和结构的限制,所产生的墨滴的频率低、速度慢、墨滴大小难以控制、回收量大,致使其印刷效果具有分辨率低、印刷速度慢、难以实现多灰度和多彩色印刷等缺点。

    本发明的目的在于采用离子喷墨技术,设计出高速、高分辨率、能实现多灰度和多彩色印刷、墨滴回收量小的离子喷墨头及离子喷墨装置。

    本发明的离子喷墨头和离子喷墨装置的设计是基于以下所述的一种液滴(墨滴)地产生方法,该方法是:将墨水(或油墨)雾化,并使墨雾带电,依靠雾滴自身所带的电荷,在雾滴间产生静电斥力,以抗拒雾滴之间产生凝聚的作用力。带电雾滴被束缚在一定空间,因此又具有一定的凝聚趋势。由离子源产生与雾滴电性相反的离子束,经调制后,进入带电雾滴所处空间,与带电雾滴发生电性中和作用,消除了抗拒雾滴凝聚的静电排斥力,从而使墨雾凝聚,产生具有一定速率的墨滴。该方法已由本申请人申请了中国专利,申请号为93115639.4。

    本发明的技术方案如下:

    本发明公开的一种离子喷墨头,以下称为喷墨头A,是由支架固定而结合在一起的离子源、调制板和墨滴产生室构成,离子源产生具有一定速率和方向性的离子束,带有离子束的喷出口,调制板上施加了含记录信息元素的电信号,该信号作用于离子源所产生的离子束、调制板上带有与离子源的喷出口相对应的控制口,墨滴产生室具有与该控制口相对应的离子入口和墨滴出口,以及与墨雾输送管道相连通的墨雾入口。其中的离子源由电晕丝、孤立的金属腔体和阴极构成可产生具有一定速率及束径的离子束的装置。孤立的金属腔体具有悬浮电位。离子源底板上有若干微小气孔,可以过滤进入离子源内部空间的空气。调制板主要是通过其中的栅极对离子束进行调制,调制板上以调制口为对称中心排列有相互绝缘的栅极,栅极可由接入调制电压的两块极板构成,离子束经过时,形成离子簇团。控制口两边所排列的栅极是相对应平行地排列,也可以是交叉平行地排列。调制板内的栅极之前面还设置有由一个带狭缝的极板构成的截取电极,截取电极和栅极均设置在控制口的边缘处,其间隙小于其它部位。离子源与调制板之间留有气隙,以排出经调制而离散的离子。墨滴产生室内包含由墨雾输送管道输送的墨雾,该墨雾带有一定电荷。墨滴产生室的室壁由绝缘层和金属层相结合而构成,金属层为内室壁,绝缘层为外室壁,金属层具有一定的电位,其电性与带电墨雾的电性相同。离子源的喷出口、调制板上的控制口、墨滴产生室的离子入口及墨滴出口均对应为狭长缝隙。

    离子源、调制板和墨滴产生室是本发明的三个重要部件。离子源所产生的离子束的各项技术指标,如离子的速率、离子束流密度、离子束的归一化发射度等,都直接影响墨滴产生频率、墨滴产生的难易等,进而影响喷墨印刷的多项技术指标。调制板对离子束进行调制,调制板上的控制栅级的线密度,直接影响印刷分辨率,调制板还应在满足机械强度的条件下,尽可能地薄,以减少对离子束的不良影响,并且要求在某一栅极单独进行离子束调制控制时,对其它栅极控制单元区域的离子扰动小。墨滴产生室提供了经调制板调制后的离子与带异种电荷的墨雾发生电性中和以形成墨滴的空间。在墨滴产生室内部可设置按一定电压的栅网,以使因离子和带电墨雾的电性中和而失去的墨雾得到及时而均衡的补充,另外,墨滴产生室必须能有效地束缚带电墨雾,以保证不溢出室外。

    本发明公开的另一种离子喷墨头,以下简称为喷墨头B,是由支架固定并结合在一起的离子源、调制板、墨滴产生室、墨雾输送管道和贮雾室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板上带有与该喷出口相对应的控制口,墨滴产生室具有与该控制口相对应的离子入口和墨滴出口,墨滴产生室还具有与墨雾输送管道相连通的墨雾入口,墨雾输送管道的另一端与贮雾室相连通。贮雾室用于贮存带电墨雾并向墨滴产生室输送墨雾,其内室壁为金属层,该金属层接有与所贮带电墨雾的电性一致的电位,贮雾室内还设置有与其室壁绝缘的空间电位探测电极。

    喷墨头B是以喷墨头A为基础,再结合贮雾室而形成的一个体积稍大的喷墨头,而它们完成喷墨印刷的过程是相同的。

    本发明公开的一种离子喷墨装置,以下简称装置A,它是由支架固定并结合在一起的离子源、调制板、墨滴产生室、墨雾输送管道、贮雾室和雾化室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板上带有与该喷出口相对应的控制口,墨滴产生室具有与该控制口相对应的离子入口和墨滴出口,墨滴产生室还具有与墨雾输送管道相连通的墨雾入口,墨雾输送管道的另一端与贮雾室相连通,贮雾室与雾化室也是通过墨雾输送管道相连通,雾化室是用于产生带电墨雾并向贮雾室输送。雾化室中设置有带电高速旋转的转盘,该转盘作用于墨水产生带电墨雾。雾化室中还设置了可产生静磁场的磁体或线圈,该静磁场使带电墨雾运动轨迹发生偏转并顺墨雾输送管道之方向往贮雾室输送。装置A中的雾化室、贮雾室、墨滴产生室各自的内室壁均为金属层,相互之间是绝缘的,且各金属层所接电位按上述顺序由高到低,利用这种阶梯式的电势差以利于带电墨雾的输送。

    装置A是一个完整的喷墨装置,只要墨水的供应充足,就能在机械控制和电控制下,进行连续喷墨印刷。装置A在形式上也是一个喷墨头,它在结构上是以喷墨头A或喷墨头B为基础的。而喷墨头A和喷墨头B在实际进行印刷操作时,仍可以贮雾室或雾化室与之配套,只是配套方式可不同于装置A。

    本发明公开的另一种离子喷墨装置,以下简称装置B,它是由离子源、调制板、墨滴产生室、墨雾输送管道、贮雾室和雾化室构成,离子源带有离子束的喷出口,调制板带有与该喷出口相对应的控制口,离子源和调制板由支架固定并结合在一起,墨滴产生室具有与调制板的控制口相对应的、狭长缝状的离子入口和墨滴出口,离子入口和墨滴出口的狭缝长度与整个喷墨印刷装置印刷的极限宽度相等或相近,墨滴产生室被固定在印刷装置上并设置于调制板和记录材料之间,墨滴产生室通过墨雾输送管道与贮雾室及雾化室相连通,离子源和调制板的结合体在印刷时,可连续移动或间段移动。墨滴产生室上狭长缝状的离子入口和墨滴出口的长度方向为水平方向,与记录材料的走纸方向相垂直。调制板上的控制口为具有一定水平宽度的狭长矩形,其横向的长度方向与调制板和离子源的结合体在印刷时的移动方向一致,均为水平方向。

    装置B比起装置A而言,其墨滴产生室较大,为长条盒子形,而且是被固定在印刷装置上,进行喷墨印刷时,离子源和调制板的结合体产生含记录信息元素的离子簇团链,通过该结合体的水平移动,这些离子簇团自墨滴产生室的狭缝状离子入口进入,与其中带异种电荷的带电墨雾发生电性中和,使墨雾凝聚成墨滴并喷出墨滴出口,在记录材料上形成印点,完成印刷过程。装置B在进行喷墨印刷时,由于离子源和调制板的结合体进行水平往返移动,该结合体所喷出的离子簇团链从扫描方式进入墨滴产生室,因此这些离子簇团并不总在墨滴产生室中的某一单位宽度的部位内与其中的带电墨雾发生电性中和而凝聚成墨滴,这样,离子簇团不会因某一部位的电性中和作用过度,以致由于带电墨雾供应不上而影响印刷质量。装置B能保证离子簇团一直与均衡的带电墨雾发生电性中和,同时也降低了雾化室在输送墨雾方面的要求。

    上述的喷墨头A、喷墨头B、装置A和装置B虽然结构不尽相同,但实现喷墨印刷的原理是相同的。首先由离子源产生具有一定速率和方向性的离子束,通过调制板,由其中截取电极的狭缝进行截取,形成束径较小的离子束,然后再通过栅极,加在栅极上的控制电压可以被外部输入的记录信息元素的电信号调制,该电信号的电量直接控制离子束所形成离子簇团的大小,从而控制所形成的墨滴的大小。因为在栅极控制电压的调制下,离子束形成了含记录信息元素的离子簇团链,这些离子簇团从调制板的控制口通过,自离子入口进入墨滴产生室,与其中带异种电荷的带电墨雾发生电性中和,使墨雾凝聚成墨滴,并自墨滴产生室的墨滴出口喷出,喷至记录材料的表面上,从而完成印刷过程。上述的喷墨头A、喷墨头B、装置A和装置B都是以离子源、调制板和墨滴产生室三个部件为实施喷墨的基本部件,结构也相似,只是在墨滴产生室的结构及连接关系以及贮雾室、雾化室的连接关系等方面有所不同。

    本发明中的离子源装置能产生稳定、高速、束流密度大、束的归一化发射度小的离子束,这种高速喷射的离子束相应地通过与带电墨雾发生电性中和,可以高频率地产生墨滴并驱动墨滴飞向记录材料,进行高速喷墨印刷;离子源中的底板采用带微小气孔的过滤网板,可以滤去进入离子源内部空间空气中的尘埃,确保离子源长久可靠地工作。本发明中的调制板上能排列较高密度的控制栅极,通过加在栅极上的控制电压,可以很容易地对离子束进行精确控制,对于离子源产生的具有一定线度长的条状离子束,调制板可在这个线度长上同时进行多元信息的调制,因此可以进一步提高墨滴产生频率,从而进一步提高印刷速度;调制板的基板具有足够的机械强度和电气性能,对离子束进行调制的多个控制电极或元件均可集成于一个调制板上,因此提高了单位线度长的条状离子束所包含的信息量,从而可以获取高分辨率的印刷效果,提高喷墨印刷装置的多项性能指标,调制板中控制栅极上的控制电压,由于含记录信息元素的电信号的调制,使栅极产生强度大小变化的电场,并对离子束进行调制,产生一系列不同的离子簇团链,进而获得有大小变化的墨滴,从而实现多灰度等级的喷墨印刷。利用本发明的离子喷墨头和喷墨装置,通过将可产生不同颜色墨滴的多个离子喷墨头组合在一起,从而极易实现彩色印刷。本发明所述的喷墨头和喷墨装置在进行喷墨印刷时,只有与离子簇团发生电性中和并包含记录信息元素的凝聚墨滴喷出墨滴产生室,而其它墨雾则仍被束缚在墨滴产生室中,因此无需进行墨滴的回收。本发明中的离子源和调制板之间构成有引导气隙,用以使因调制而离散的离子及时排出,从而避免对其它离子的扰动。墨滴产生室能较好地束缚和补充墨雾。由贮雾室、雾化室和墨雾输送管道构成的墨雾供给系统能可靠地产生和输送符合喷墨印刷要求的带电墨雾。

    综上所述,利用本发明实施的喷墨印刷装置具有高速、高分辨率、能实现多灰度和多彩色印刷、墨滴回收量小等优点。

    下面结合附图对本发明及其实施例进行描述。

    图1为喷墨头A的基本结构分解透视图;

    图2为图1在水平对称轴线上的剖面的俯视图;

    图3为本发明中离子源的一个实施例的分解透视图;

    图4是图3中所示离子喷出口(1400)的横截剖面俯视图;

    图5是本发明中调制板的一个实施例的外观透视图;

    图6是图5的横截剖面俯视图;

    图7a和图7b是图5所示的调制板上栅极排列的两种方式的平面透视图;

    图8是本发明中墨滴产生室的一个实施例的分解透视图;

    图9是图8的侧面剖视图;

    图10是本发明中由贮雾室、雾化室及墨雾输送管道构成的墨雾供给系统的一个实施例的分解透视图;

    图11是应用本发明设计的离子喷墨印刷装置的一个实施例的透视图。

    在上述图中,相同编号的部件实现了为获得相同结果而设计的相同功能。

    在图1中,反映了本发明的主要部件的基本结构,即以离子源、调制板和墨滴产生室组成的基本结构,它们之间可以有不同的结合方式。如图1,离子源(1000)上有一狭长的离子束喷出口(1400),离子源(1000)产生的离子束经喷出口(1400)喷出,形成条状束;调制板(2000)对应喷出口(1400)有一个狭长控制口(2500),在控制口(2500)两侧排列了控制栅极(2200),用以对经过控制口(2500)的条状离子束进行多元调制;墨滴产生室(3000)对应控制口(2500)有一狭长离子入口,以及对面一侧的墨滴喷出口(3400),经调制后的离子在墨滴产生室(3000)中与由墨雾入口(3200)进入的带异种电荷的墨雾中和,形成墨滴,并由墨滴喷出口(3400)喷出。

    图2也是本发明的基本组合部件的顶视图,从另一方面反应离子源、调制板和墨滴产生室的构成,并反映墨滴产生的全过程。在离子源(1000)部分,环状电晕丝(1300)与由绝缘体包围在外表面的金属腔体(1200)构成电晕室(1500)。当电晕丝(1300)接上正的高电压后,金属腔体(1200)与阴极(1100)之间形成强电场,阴极(1100)尖端产生辉光放电,使阴极(1100)和金属腔体(1200)的离子喷出口(1400)边缘部分之间的空气电离,其中的电子或负离子被金属腔体(1200)俘获,正离子经离子喷出口(1400)喷出。在上述过程中,金属腔体(1200)相当于位于电晕丝(1300)与阴极(1100)之间的一个悬浮电极,它提供了一个悬浮电位,能对各种不确定因素造成的阴极(1100)的放电变化,相应地发生变化,从而为离子束的稳定产生提供了可靠保障,并且由此容易获得束流密度大、束的归一化发射度小的离子束。另外,电晕室(1500)产生的大量正离子中,一部分由金属腔体(1200)两壁构成的缝隙流出,与由阴极(1100)产生的高速离子一同从离子喷出口(1400)喷出。

    调制板(2000)由截取电极(2100)和栅极(2200)以及绝缘基质构成,栅极(2200)平行地排列在控制口(2500)两边,与控制口(2500)长边相垂直,截取电极(2100)接地,控制栅极(2200)加上调制的正电压,于是在截取电极(2100)与控制栅极(2200)之间形成静电阻止场,这个静电阻止场可以控制通过控制栅极(2200)边缘的离子的数目,从而达到调制离子束的目的。由于控制栅极(2200)之间是绝缘的,每个控制栅极(2200)能单独控制一个有效区域,因此,每个控制栅极(2200)周围的区域,相当于一个可以调节离子束的小孔,控制口(2500)就相当于一列紧密排列的小孔串。栅极(2200)在控制口(2500)排列的密集度越高,对离子束的分解度也就越高。从离子源(1000)过来的离子束经过调制板(2000)上的控制口(2500)后,便被调制成带有多个信息元素的离子簇团链。

    墨滴产生室(3000)是由一个金属腔体(3100)和栅网(3300)以及绝缘体构成,它与调制板(2000)上控制口(2500)相对应有一个离子入口。经调制后的离子簇团链在墨滴产生室(3000)中,与带异种电荷的墨雾发生电性中和,形成墨滴链,经墨滴喷出口(3400)喷出,从而在记录介质上同时进行了一定线度长的喷墨印刷。栅网(3300)的作用在于帮助带电墨雾被离子中和喷出后,能迅速、均衡地补入新的带电墨雾,相应地,在墨滴产生室(3000)上还有输入带电墨雾的墨雾入口(3200)。

    图3所示是离子源的一个实施例,图中的离子源由底板(1201)、阴极板(1101)、内框(1301)以及外框(1401)共同构成。底板(1201)由绝缘层(1210)和金属支(1220)结合构成,在底板(1201)上有许多两面相互贯通的微小气孔,其作用是过滤进入整个离子源装置内的空气,避免气体中的尘埃杂质对放电效果产生不良影响,确保离子源长久、稳定地工作。阴极板(1101)中的钨阴极(1100)由绝缘层(1110)包围,只露出尖端部分,以限制其放电区域。阴极板(1101)通过阴极孔(1250)与底板(1201)连接在一起,内框(1301)由一个绝缘框以及覆盖在其外表的金属层(1200)组成,内框(1301)有初级出口(1350),在内框(1301)四角边上各有一个绝缘支撑体(1310),用以支撑电晕丝(1300);外框(1401)由一个绝缘体框以及盖在其内表面的金属层(1200)组成,外框(1401)有一离子束喷出口(1400)。底板(1201)、内框(1301)、外框(1401)三个部件的金属层(1200)连接起来,可构成一个金属腔体,即电晕室(1500),再装上阴极板(1101)后便构成离子源装置。

    图4是图3所示的离子源喷出口(1400)的放大顶视图。在绝缘层(1110)中的钨阴极(1100)与金属腔体(1200)形成的强电场,使钨阴极(1100)产生高能电子,高能电子激发空气电离,在内框(1301)的初级出口(1350)处形成强等离子体,等离子体中的电子或负荷离子受金属腔体边缘电场的作用,低速电子或负荷离子被内框(1301)金属层边缘处(1330)俘获,高速电子或二次电子被外框(1401)金属层边缘处(1410)所吸收。等离子体中的正荷离子与从电晕室(1500)缝隙(1340)逃逸的正荷离子一同从喷出口(1400)喷出。图中内框(1301)的绝缘体(1320)和外框(1401)的绝缘体(1420)对离子束有整形的作用,用以获取较小归一化发射度的离子束。整个离子源喷出口部分,由于其尺寸非常小,约10μm-100μm,精度要求高,因此,考虑采用准分子激光器成形工艺,对于绝缘体(1320)和绝缘体(1420)上的金属层,可以采用离子镀的工艺获得。绝缘体(1320)和绝缘体(1420)应采用耐磨损、耐高电压、耐高温的石英或陶瓷材料。

    图5是调制板的实施例,调制板(2000)由截取电极(2100)、绝缘板(2300)、栅极(2200)及绝缘膜(2400)构成。图6为该调制板(2000)的顶视图。接地的截取电极(2100)靠近离子喷出口(1400)部分,可以看成是离子源(1000)的引出极,对离子束具有整形的作用。控制栅极(2200)与截取电极(2100)在控制口(2500)的边缘相距非常近,在控制栅极(2200)与截取电极(2100)之间加上一个正偏压,便会在控制栅极(2200)周围区域形成一个很强的阻止静电场,迫使喷向此区域的离子向外发生离散,从而对离子束进行了调制。调制板(2000)具有一定夹角,因此容易引出发射度小的离子束,并且可避免已调制的、离散的离子对其它离子的干扰。

    图7示出了调制板(2000)的两个实施例的平面透视图,这两种方案的差异在于控制栅极(2200)在控制口(2500)两边排列的位置变化。图7a中控制栅极(2200)的排列,可以在较小电压下,获得较高的阻止场;图7b中控制栅极(2200)的排列,可以单边地控制单个电极而获得较高分辨率。由于调制板(2000)是将印刷记录信息元素的电信号调制到离子束上,因此,调制板(2000)的结构特征直接影响印刷的效果。由于控制栅极(2200)的密集度与印刷的垂直分辨率有关,控制口(2500)的宽度与印刷的水平分辨率有关,因此,对控制口(2500)的形成考虑到应用准分子激光器成形工艺,对于控制栅极的排列可以应用集成电路的布线工艺,以获取高的集成度,调制板(2000)的绝缘板和绝缘膜(2400)应采用符合电气性能的石英、陶瓷材料及高分子材料。

    图8为本发明的墨滴产生室的一个实施例。在墨滴产生室(3000)的两侧有墨雾输送管道(3700)和气隙(3600),气隙(3600)用以排出经调制离散的离子。

    图9为墨滴产生室(3000)的顶视图。墨滴产生室(3000)由绝缘层(3500)和金属层(3100)构成室壁,带电墨雾经墨雾入口(3200)进入,金属层(3100)接有与墨雾电性相同的电压,因此在离子入口(3600)和墨滴喷出口(3400)的边缘区域形成非常强的边缘电场,从而使带电墨雾束缚在墨滴产生室中,不会溢出室外,墨滴产生室(3000)中的栅网(3300)有迅速、均衡补充带电墨雾的作用。

    墨滴产生室(3000)对材料的要求不高,可以用一般易加工成型的绝缘材料如:聚酰亚胺、聚醚酮醚,或聚砚之类的热塑性树脂,易于成型,金属层(3100)可以是镀在绝缘层(3500)上的金属膜。对离子入口(3200)和墨滴喷出口(3400)的加工工艺要求较高。

    图10为本发明中墨雾供给系统一个实施例的示意图。整个墨雾供给系统由贮雾室(4000)、墨雾输送管道(5000)、雾化室(6000)构成,墨水输送管(6200)中墨水滴入雾化转盘(6100)上,接负高电压的雾化转盘(6100)与接地的极板(6400)形成雾化电场,墨滴在雾化转盘(6100)上发生雾化的同时获得电子,成为负荷墨雾微粒,并在电场力作用下,飞向极板(6400)。在其过程中,经过一定强度的垂直磁场(6300),于是墨雾的运动轨迹发生改变,偏转后被强迫进入接一定负电压的墨雾输送管道(5000),最后到达贮雾室(4000)。贮雾室(4000)有墨雾输出口(4300),贮雾室(4000)内的空间电位探测电极(4100)用以检测带电墨雾的空间电荷量,以调节适当的墨雾浓度和单个雾滴的带电量,确保印刷的稳定进行。雾化室(6000)与墨雾输送管道(5000)之间有绝缘体(5600)。在金属层(5200)和金属层(4200)上分别加上较高和较低的负电压,使雾化室(6000)与贮雾室(4000)形成静电“阶梯”,从而使带负电荷的墨雾容易迅速地从雾化室(6000)进入贮雾室(4000)。当印刷结束后,在金属层(5200)和金属层(4200)分别加上相反的电压差,从而可以回收在墨滴产生室中的带电墨雾。在本实施例中,采用直接带电法使墨雾带电,高速旋转的金属转盘(6100)容易产生均匀细微的带电墨雾。在目前,雾化器的类型很多,本发明要求的是一种超低容量、效率高、易产生超细微的雾粒的雾化器,且最好能直接使雾粒带电。由某种压电晶体制成的雾化器是有可能达到上述要求的。

    图11是本发明的一个实施例的透视图。驱动电机(8100)通过正反转动带动传动齿轮(8200)和(8300),从而使驱动螺杆(8400)旋转,螺杆(8400)上有螺旋槽(8410),墨雾雾化室(6000)与之套接并作为喷墨头的底座,其上面有贮雾室(4000)以及由离子源(1000)、调制板(2000)、墨滴产生室(3000)紧密构成的离子喷墨头(1230)。这种结构实际上是上述的离子喷墨装置A。随着螺杆(8400)的正反转动,带动支架的来回移动,从而在记录材料p上进行逐行喷墨印刷。记录材料p由滚筒(9000)输送,高电压源(7000)提供给离子源(1000)及雾化器(6000)以必要的高电压。

    喷墨头B只是将喷墨A与贮雾室(4000)合并在一起。装置B是将墨滴产生室(3000)另行固定并改为长条盒状,从而保证调制板(2000)喷出经调制的离子簇团链,能够始终与均衡的带电墨雾发生电性中和并降低对墨雾供给系统的要求,墨雾更易于得到补充。喷墨头B和装置B分别与喷墨头A和装置A的工作过程相似,不另以附图说明。

    本发明可有效地用于所谓“整行型(full-line type)记录头”,这种记录头的长度与最大记录宽度相一致。这种记录头可以包括一个单记录头和一个分布在整个宽度上的组合的复合记录头。

    另外,本发明中的离子源(1000)、调制板(2000)和墨滴产生室(3000)三个部件可以有多种结合方式,因此可构成多种不同结构方式的离子喷墨装置。例如:把离子源(1000)和调制板(2000)结合为一体,将墨滴产生室(3000)水平地固定在靠近记录材料的位置,墨滴产生室(3000)的狭长口与调制板(2000)的狭长控制口相对应,通过记录材料的转动进行一定线度宽的印刷,这实际上是装置B的一种应用方式,这种结构特别适合于传真一类的印刷。

    本发明可以是与单色墨水对应的单记录头,或是具有不同记录颜色或浓度的墨水材料的复合记录头。本发明可有效地用于至少具有下述几种类型中的一种:主要为黑色型;有不同颜色墨水的多色型;以及多种颜色混合的全色型。

    在本发明中,为了保证墨滴的稳定,墨雾的各项指标也相当重要,这涉及到包括雾化器、贮雾器、充电器等器件性能及整体的合理性,本发明的设计中充分考虑到这些因素,以实现本发明的目的。

    本发明对墨水的要求不太严格,但也有一定的选择性。对于印刷用的墨水,电阻率是一个重要指标,最好选择(10~70)×106Ω·cm之间,表面张力最好在24~36dyn/cm2范围内。醇溶性油墨之类的低粘度油墨是可以使用的,写字墨水和稀释的印刷油墨之类的很多有色液体也能使用。

    基于本发明的墨滴产生方法,如果有必要,可在墨水(油墨)中加入适量的非电离极性表面活性剂,或加入适量的磁性微粒,当然磁性颜料也可以,都有利于墨滴的形成。

    本发明的离子喷墨头及喷墨装置可用作计算机的打印设备或类似设备、与图象阅读器组合的复印设备或类似设备,也可以用作信息发送和接收功能的传真机及信息处理设备的输出终端等。

    尽管以上述所公开的结构为基础对本发明进行了描述,但并不限于上述的内容,本申请还包括出于改进的目的或在权利要求书保护范围内所作的种种修改和变化。

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本发明公开的离子喷墨头和喷墨装置,是以离子源、调制板和墨滴产生室构成基本的组成部分,离子源是带狭长口的腔体,对应着调制板的狭长控制口,控制口两长边排列有许多控制栅极,可对离子源喷出的条状离子束同时进行多个信息元的调制,调制后的离子束相对应地进入墨滴产生室,与其中带异种电荷的墨雾中和,产生墨滴喷出。应用本发明实施的喷墨印刷装置具有高速、高分辨率、能实现多灰度和多彩色印刷、墨滴回收量小等优点。 。

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