包括液滴速度调整的液体喷射系统的制作方法
包括液滴速度调整的液体喷射系统的制作方法
【专利摘要】一种连续液体喷射系统包括与喷嘴流体连通的液体腔。液体腔包含在足以通过喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体。液滴形成设备与液体喷射流相关联，并可被致动来在液体喷射流中产生调整，该调制使液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对。每个液滴对在时间上平均分隔开液滴对周期。每个液滴对包括第一液滴和第二液滴。充电设备包括与液体喷射流相关联的充电电极和在充电电极和液体喷射流之间的变化电势源。变化电势源提供包括等于液滴对周期的周期的波形。波形还包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。充电设备与液滴形成设备同步以在第一液滴上产生第一电荷状态并在第二液滴上产生第二电荷状态。液滴速度调整设备改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制选定液滴对的第一液滴和第二液滴是否彼此组合来形成组合液滴。组合液滴具有第三电荷状态。偏转设备使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径行进，使具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径行进，并使具有第三电荷状态的组合液滴沿着第三路径行进。
【专利说明】包括液滴速度调整的液体喷射系统
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及数控打印系统的领域，且尤其是涉及连续打印系统，其中液体流分裂成液滴，该液滴中的一些被静电地偏转。
【背景技术】
[0002]喷墨打印由于例如其非击打、低噪声特性、其使用普通纸以及其避免碳粉转印和固定而被承认为在数控电子打印舞台中的突出竞争者。喷墨打印机构可按照技术而被分类为按需型喷墨(DOD)或连续喷墨(CIJ)。
[0003]第一种技术一“按需型”喷墨打印使用加压致动器(例如热、压电或静电致动器)来提供击打在记录表面上的墨滴。一种普遍实行的按需型技术使用热致动来从喷嘴喷射墨滴。位于喷嘴处或附近的加热器将油墨充分加热到沸腾，形成产生足够的内部压力来喷射墨滴的汽泡。这种形式的喷墨通常被称为“热喷墨(TIJ)”。
[0004]通常被称为“连续”喷墨(CIJ)打印的第二种技术使用加压墨源通过迫使墨在压力下穿过喷嘴来产生墨的连续液体喷射流。对油墨流进行扰动，以使得液体喷射流可预测的方式分裂成墨滴。通过不需要的墨滴的选择性偏转和捕获而发生打印。开发了用于选择性地偏转液滴的各种方法，包括静电偏转、空气偏转和热偏转。
[0005]在第一种基于静电偏转的CIJ方法中，以某种方式扰动液体喷射流，使它在离喷嘴在名义上恒定的距离(分裂长度)处分裂成均匀大小的液滴。充电电极结构位于名义上恒定的分裂点处，以便在分裂的时刻在液滴上诱导随数据变化的量的电荷。带电液滴接着被引导穿过固定的静电场区域，使每个液滴与其电荷成比例地偏转。在分裂点处建立的电荷水平从而使液滴行进到记录介质上的特定位置或行进到用于收集和回收利用的沟槽(gutter)。这种方法由R.Sweet在1971年7月27日发布的美国专利N0.3596275中公开了，该专利在下文中称为Sweet’ 275。Sweet' 275所公开的CIJ装置由单喷嘴，即，单液滴生成液体腔和单喷嘴结构组成。利用这种方法的多喷射CIJ打印头的公开也由Sweet等人在1968年3月12日发出的美国专利N0.3373437作出，该专利在下文中被称为Sweet’437。Sweef 437公开了具有与一行(一列)液滴出射喷嘴连通的公共液滴生成器腔的CIJ打印头，每个液滴出射喷嘴具有其自己的充电电极。这种方法要求每个喷嘴具有其自己的充电电极，每个个体的电极被供应有取决于待打印的图像数据的电波形。对单独可寻址的充电电极的这个要求在基本喷嘴间隔上且因此在打印系统的分辨率上施加限制。
[0006]第二种基于静电偏转的CIJ方法在由Vago等人在2001年8月14日发布的美国专利N0.6273559中公开，该专利在下文中被称为Vago’ 559。Vago’ 559公开了二进制CIJ技术，其中导电油墨被加压并通过校准后的喷嘴被释放，且所形成的液体喷墨以两个不同的时间间隔分裂。将被打印或不被打印的液滴以周期性激励脉冲在喷嘴处产生。待打印的液滴中的每个以相对强的周期性激励脉冲产生，并使形成待打印的液滴的喷墨流以在相对短的分裂长度处分离。不被打印的液滴中的每个以相对弱的周期性激励脉冲产生，并且使该液滴在相对长的分裂长度处分离。具有不同的被施加的DC电势的两组紧密间隔开的电极恰好位于与两个分裂位置相邻的喷嘴的下游并在相对短的分裂长度液滴和相对长的分裂长度液滴形成时向它们提供不同的电荷水平。较长的分裂长度液滴由于其电荷而被偏转设备选择性地从其路径偏移，并被偏转设备朝着捕集器表面偏转，在捕集器表面，它们被收集在沟槽中并返回到储液器用于重新使用。Vago’ 559还要求在相对短的分裂长度和相对长的分裂长度之间的分裂长度的差异小于波长(λ )，波长(λ )为连续油墨液滴或液体喷射流中的油墨节点之间的距离。这要求使用两个激励振幅(打印和非打印激励振幅)。将分裂长度位置差异限制为小于λ将必须使用的激励振幅差异限制在小量。对于只有单次喷射的打印头，相当容易调节电极的位置、充电电极上的电压以及打印和非打印激励振幅以产生打印和非打印液滴的期望分离。然而，在具有喷嘴阵列的打印头中，部分容差可能使这相当难。在液滴分裂区中具有高电场梯度的需要使液滴选择系统对充电电极平坦度、电极厚度和间隔中的轻微变化是敏感的，充电电极平坦度、电极厚度和间隔可都在用于阵列中的不同液体喷射的液滴分裂区处产生电场强度和电场梯度的变化。此外，液滴生成器和相关联的激励设备可能沿着喷嘴阵列不是完美地均匀的，且在各个喷嘴之间可能需要不同的激励振幅来产生特定的分裂长度。这些问题通过随着时间而漂移的油墨特性、可使充电电极随着温度移动并弯曲的热膨胀而加重。在这样的系统中，需要额外的控制复杂性来在各个喷嘴之间调节打印和非打印激励振幅以确保打印和非打印液滴的期望分离。B.Barbet和P.Henon也在2007年3月20日发布的美国专利N0.7192121中公开了利用分裂长度变化来控制打印。
[0007]B.Barbet在2010年5月11日发布的美国专利N0.7712879中公开了基于分裂长度和液滴尺寸的静电充电和偏转机构。在顶部区段上具有DC低电压和在下部节段上具有DC高电压的分离的公共充电电极被用于根据小液滴和大液滴的直径有差别地对小液滴和大液滴进行充电。
[0008]Τ.Yamada在1978年I月10日发布的美国专利N0.4068241 (在下文中被称为Yamada ‘241)中公开了交替地产生大液滴和小液滴的喷墨记录设备。利用在液体喷射流的分裂区中的DC静电场来对所有液滴进行充电。Yamada‘241还改变对于记录是不必要的小液滴的激励下降幅度，使得它们将碰撞大液滴并与大液滴组合。大液滴和与小液滴组合的大液滴被汇集并且不被打印，同时被偏转的小液滴被打印。这种方法的缺点之一是，偏转的液滴被打印，这可导致液滴放置错误。此外，因此较小的液滴需要比较大的液滴小得多以便能够在每个液滴上产生不同的电荷状态；需要较高喷嘴直径的喷嘴来产生打印液滴的期望尺寸。这限制了可在这样的方法中可利用的喷嘴间隔的密度，并严重限制了打印高分辨率图像的能力。
[0009]因此，存在提供连续打印系统的不断需要，该连续打印系统静电地偏转所选择的液滴，容忍液滴分裂长度，具有简化的设计，并产生提高的打印质量。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是通过使用利用CM0S-MEMS打印头的质量充电(mass charging)和静电偏转来克服上述缺点中的至少一个以产生高分辨率高质量的打印，同时维持或提高液滴放置准确度并使打印液滴的液滴体积变化最小化。
[0011]通过本发明提供了经由每个液体喷射流的分裂对液滴形成的随图像数据而变的控制和具有被称为充电电极波形的随图像数据而变的时变电势的充电电极。液滴形成被控制以使用被供应到液滴形成设备的液滴形成波形来产生液滴对。以液滴对周期产生液滴对。充电电极波形具有等于液滴对周期的周期。充电电极波形和液滴形成波形彼此同步以在两种电荷状态之一中交替地给连续的液滴充电。液滴形成波形可被选择性地改变以控制液滴对的液滴是否合并以形成较大的液滴。
[0012]本发明帮助通过允许对在长喷嘴阵列中的喷射之间的分裂时间变化的较大容忍来提供系统鲁棒性。此外，由捕集器收集至少每个其它液滴，帮助确保液体保留在捕集器上，这减小了在操作期间液体飞溅的可能性。本发明减小了发送到与喷嘴阵列的喷嘴相关联的激励设备的信号的控制的复杂性。这帮助减小充电电极结构的复杂度并增加充电电极结构和喷嘴之间的间隔。
[0013]根据本发明的方面，提供了连续液体喷射系统。该系统包括与喷嘴流体连通的液体腔。该液体腔包含在足以通过喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体。液滴形成设备与液体喷射流相关联，并可被致动来产生在液体喷射流中的调整，该调整使液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对。通过液滴对周期在时间上平均地分离开每个液滴对。每个液滴对包括第一液滴和第二液滴。充电设备包括与液体喷射流相关联的充电电极和在充电电极和液体喷射流之间的变化电势源。变化电势源提供包括等于液滴对周期的周期的波形。该波形还包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。充电设备与液滴形成设备同步以在第一液滴上产生第一电荷状态并在第二液滴上产生第二电荷状态。液滴速度调整设备改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制选定液滴对的第一液滴和第二液滴是否彼此组合来形成组合液滴。组合液滴具有第三电荷状态。偏转设备使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径行进，使具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径行进，并使具有第三电荷状态的组合液滴沿着第三路径行进。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]在下面介绍的本发明的示例性实施方式的详细描述中，参考了附图，在附图中:
[0015]图1是根据本发明的示例性连续喷墨系统的简化方框示意图；
[0016]图2示出从液滴生成器喷射的液体喷射流及其以有规律的周期随后分裂成液滴的图像；
[0017]图3是根据本发明的示例性实施方式的喷嘴和相关联的液滴形成设备和速度调整设备的简化方框示意图；
[0018]图4是根据本发明的另一示例性实施方式的喷嘴和相关联的激励设备的简化方框示意图；
[0019]图5A示出穿过根据本发明的并且在全打印条件中操作的连续液体喷射系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0020]图5B示出穿过根据本发明的并且在非打印条件中操作的连续液体喷射系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0021]图5C示出穿过根据本发明的连续液体喷射系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视图并且示出一般打印条件；
[0022]图6A示出穿过根据本发明的并且在全打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0023]图6B示出穿过根据本发明的并且在非打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0024]图6C示出穿过根据本发明的并在一般打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0025]图7A示出穿过根据本发明的并在全打印条件中操作的连续液体喷射系统的第二可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0026]图7B示出穿过根据本发明的并在非打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0027]图8示出根据本发明的连续液体喷射系统的产生连续液滴对的在从a到h的时间推移序列中从喷射流产生的液滴的前视图；
[0028]图9示出本发明的连续液体喷射系统的几个相邻液体喷射流的前视图；
[0029]图10示出时序图的第一示例性实施方式，该时序图例示液滴形成脉冲、速度调整脉冲、充电电极波形和液滴的分裂；
[0030]图11示出时序图的第二示例性实施方式，该时序图例示液滴形成脉冲、速度调整脉冲、充电电极波形和液滴的分裂；
[0031]图12示出时序图的第三示例性实施方式，该时序图例示液滴形成脉冲、速度调整脉冲、充电电极波形和液滴的分裂；以及
[0032]图13示出根据本发明的示例性实施方式的液滴喷射的方法的方框图。
【具体实施方式】[0033]本描述特别针对形成根据本发明的装置的部分或更直接地与该装置协作的元件。应理解，没有具体示出或描述的元件可采取本领域中的技术人员熟知的各种形式。在下面的描述和附图中，相同的附图标记用于在可能的场合指示相同的元件。
[0034]为了清楚起见，本发明的示例性实施方式是示意性示出的且不按比例。本领域中的普通技术人员之一将能够容易确定本发明的示例性实施方式的元件的特定尺寸和互连。
[0035]如本文所述的，本发明的示例性实施方式提供一般用在喷墨打印系统中的打印头或打印头部件。在这样的系统中，液体是用于打印在记录介质上的油墨。然而，出现了其它应用，该其它应用使用喷墨打印头来发射需要被精细地用仪表测量并以高空间分辨率沉积的液体(不同于油墨)。因此，如本文所述，术语“液体”和“油墨”指可通过下面描述的打印头或打印头部件喷射的任何材料。
[0036]连续喷墨(CIJ)液滴生成器依赖于无约束液体喷射流的物理性质，其首先在二维中由 F.R.S.(Lord)Rayleigh 的 1878 年出版的 “Instability of jets” (Proc.LondonMath.Soc.10(4))分析。Lord Rayleigh的分析表明，在压力P下的液体将从孔(喷嘴)涌出，形成以速度vj移动的具有直径dj的液体喷射流。喷射流直径dj大约等于有效喷嘴直径dn，且喷射流速度与储液器压力P的平方根成比例。Rayleigh的分析表明，喷射流将基于具有比Hdj长的波长λ (gp, λ ^ Jidj)的表面波而自然地分裂成变化尺寸的液滴。Rayleigh的分析还表明，如果特定的表面波长以足够大的幅值被发起，则将变得占优势，从而“激励”喷射流产生单一尺寸的液滴。连续喷墨(CIJ)液滴生成器采用具有在喷射流上建立特定的占优势的表面波的效应的周期性物理过程(所谓的“扰动”或“激励”)。激励导致喷射流分裂成单一尺寸的液滴，该分裂与扰动的基本频率同步。已经表明，喷射流分裂的最大效率出现在导致最短时间进行分裂的最佳频率F_处。在最佳频率Ftjpt (最佳Rayleigh频率)处，扰动波长λ大约等于4.5dj。扰动波长λ等于Jidj时的频率被称为Rayleigh截止频率FK，因为在高于截止频率的频率处的对液体喷射流的扰动将不发展以使液滴形成。
[0037]从施加Rayleigh激励产生的液滴流在本文将被称为产生预定体积的液滴流。虽然在现有技术的CIJ系统中用于打印或图案层沉积的所关注的液滴总是具有一致的体积，将解释的是，对于本发明，激励信号可被操纵以产生具有该一致的体积的预定倍数的液滴。因此短语“预定体积的液滴流”包括分裂成具有一个尺寸的液滴的液滴流或分裂成具有计划的不同体积的液滴的流。
[0038]在CIJ系统中，在体积上比预定的单位体积小得多的通常被称为“随体(satellite)”的一些液滴可被形成为向下变为流体的细带的流颈。这样的随体可能并不是完全可预测的，或可能并不总是以可预测的方式与另一液滴合并，从而稍微改变旨在用于打印或形成图案的液滴的体积。然而，小的不可预测的随体液滴的存在对本发明是不重要的，且不被认为消除了通过在本发明中使用的同步能量信号来预先确定液滴尺寸的事实。因此，如用于描述本发明的短语“预定体积”应被理解为包含了液滴体积的围绕计划的目标值的某个小变化可由于不可预测的随体液滴形成而出现。
[0039]使用部件的特定组合，例如液滴充电结构、液滴偏转结构、液滴捕捉结构、液滴形成设备和液滴速度调整设备的特定组合描述了下面参考图1-13讨论的示例性实施方式。应理解，这些部件是可互换的，以及这些部件的其它组合在本发明的范围内。
[0040]参考图1，连续喷墨打印系统10包括油墨储液器11，油墨储液器11连续地将油墨泵送到也被称为液体喷射器的打印头12中以产生连续的油墨液滴流。打印系统10从图像源13 (例如扫描仪、计算机或数字摄像机或提供光栅图像数据、以页面描述语言的形式的轮廓图像数据或其它形式的数字图像数据的其它数字数据源)接收数字化图像过程数据。来自图像源13的图像数据被周期性地发送到图像处理器16。图像处理器16处理图像数据并包括用于存储图像数据的存储器。图像处理器16 —般是光栅图像处理器(RIP)。存储在图像处理器16中的图像存储器中的也被称为图像处理器16中的打印数据的图像数据被周期性地发送到激励控制器18，激励控制器18产生时变电激励信号的图案以使液滴流如将描述的那样在打印头12上的每个喷嘴的出口处形成。这些激励脉冲在适当的时间和在适当的频率处被应用于与每个喷嘴相关联的激励设备。打印头12和偏转机构14协作地工作，以便确定油墨液滴是被打印在记录介质19上在图像存储器中的数据所指定的适当位置上还是经由油墨回收利用单元15被偏转和回收利用。油墨回收利用单元15中的油墨被引导回到油墨储液器11中。油墨在压力下通过油墨通道被分配到打印头12的后表面，该油墨通道包括在一般由硅构成的基底中形成的腔或增压室。可替代地，腔可在硅基底所附着到的歧管件中形成。油墨优选地从腔穿过蚀穿打印头12的硅基底的槽和/或孔流到其前表面，多个喷嘴和激励设备位于该前表面中。适合于最佳操作的油墨压力将取决于多个因素，包括喷嘴的几何结构和热特性以及油墨的热特性和流体动力学特性。可通过在油墨压力调节器20的控制下将压力施加到油墨储液器11来实现恒定的油墨压力。
[0041]任何类型的喷墨打印机(不管是按需型还是连续喷墨)所具有的一个公知的问题涉及点定位的精确度。如在喷墨打印的领域中公知的，一个或多个液滴通常需要放置在接收器上的像素区域(像素)内，该像素区域例如对应于包括数字图像的信息的像素。通常，这些像素区域包括接收器上的正方形或矩形的真实或假想阵列，且打印机液滴被预期放置在每个像素内的期望位置上，例如对于简单的打印方案在每个像素区域的中心中，或可替代地在每个像素区域内的多个精确位置上以实现半色调(half-toning)。如果液滴的放置是不正确的和/或它们的放置不能被控制以实现在每个像素区域内的期望放置，则图像伪像可能出现，特别是如果离期望位置的类似类型的偏差在相邻的像素区域上重复。RIP或其它类型的处理器16将图像数据转换成像素映射的图像页面图像以用于打印。在打印期间，借助于由介质输送控制器21电子地控制的多个输送棍22使记录介质19相对于打印头12移动。如公知的优选地基于微处理器并被适当编程的逻辑控制器17提供用于输送控制器21与油墨压力调节器20和激励控制器18的协作的控制信号。激励控制器18包括液滴控制器，液滴控制器根据从形成图像处理器16的一部分的图像存储器得到的图像数据提供用于从打印头12向记录介质19喷射个体的油墨液滴的驱动信号。图像数据可包括原始图像数据、从图像处理算法产生以提高打印的图像的质量的额外的图像数据和来自液滴放置校正的数据，来自液滴放置校正的数据可从很多来源，例如从打印头12中的每个喷嘴的转向错误(如打印头特征化和图像处理的领域中的技术人员熟知的)的测量结果产生。图像处理器16中的信息可被认为代表用于液滴喷射的数据的通常来源，该数据例如是待打印的油墨液滴的期望位置和将被收集用于回收利用的那些液滴的识别。
[0042]可认识到，可使用用于接收器输送控制的不同机械配置。例如，在页面宽度打印头的情况中，使记录介质19越过静止打印头12移动是方便的。另一方面，在扫描型打印系统的情况中，在相对光栅运动中沿着一个轴(即，主扫描方向)移动打印头并沿着正交轴(即，次扫描方向)移动记录介质是更方便的。
[0043]液滴形成脉冲由可通常被称为液滴控制器的激励控制器18提供，且一般为通过电连接器(如在信号传输的领域中公知的)发送到打印头12的电压脉冲。然而，也可将其它类型的脉冲(例如光脉冲)发送到打印头12，以使打印和非打印液滴如在喷墨打印领域中公知的那样在特定的喷嘴处形成。一旦形成，打印液滴就穿过空气行进到记录介质，并稍后如将描述的那样撞击在记录介质的特定像素区域上或由捕集器收集。
[0044]参考图2，打印系统与可操作来从喷嘴50的阵列产生液体喷射流43的阵列的打印头相关联。与每个液体喷射流43相关联的是液滴形成设备89。液滴形成设备包括液滴形成换能器42和向液滴形成换能器供应波形的液滴形成波形源55。液滴形成换能器可具有适合于在液滴喷嘴上产生扰动的任何类型，例如是热设备、压电设备、MEMS致动器、电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备及其组合。根据所使用的换能器的类型，换能器可位于向喷嘴供应液体的液体腔中或相邻于该液体腔以在液体腔中的液体上起作用，或位于喷嘴中或紧挨在喷嘴周围以当液体穿过喷嘴时在液体上起作用，或定位成相邻于液体喷射流以在液体喷射流穿过喷嘴之后在液体喷射流上起作用。液滴形成波形源向液滴形成换能器供应具有基本频率f。和T^l/f。的基本周期的波形，液滴形成换能器在液体喷射流中产生具有波长λ的调整。该调整在振幅上增大以使液体喷射流的部分分裂成液滴。通过液滴形成设备的作用，一序列液滴以具有基本周期T^l/f。的基本频率f。产生。在图2中，液体喷射流43在与喷嘴50相距距离BL的分裂位置32处以有规律的周期分裂成液滴。在一对连续的液滴35和36之间的距离基本上等于在液体喷射流上的扰动的波长λ。从液体喷射流分裂的该序列液滴形成一系列液滴对34，每个液滴对具有第一液滴和第二液滴。因此，液滴对34的形成的频率(通常被称为液滴对频率fp)由fp=fy2给出，且相应的液滴对周期是TP=2T0 。
[0045]液滴的产生与在基本频率?0处操作的液滴形成设备所提供的能量相关联，液滴形成设备产生具有基本上相同的体积的被间隔开距离λ的液滴。基本上相同的体积一般意味着一个液滴的体积在前一液滴的体积的±30%内，且更优选地一个液滴的体积在前一液滴的体积的±30%内。应理解，虽然在图2所示的实施方式中，第一和第二液滴具有基本上相同的体积；第一和第二液滴可具有不同的体积，使得第一和第二液滴的对一般来说以l/2f。的频率产生。例如，第一与第二液滴的体积比可从大约4:3改变到大约3:4。对图2中的液体喷射流43的激励由与液体喷射流或喷嘴50相关联的液滴形成换能器独立地控制。在一个实施方式中，液滴形成换能器42包括与喷嘴相邻的一个或多个电阻元件。在这个实施方式中，通过发送任意形状的周期性电流脉冲来实现液体喷射流激励,该电流脉冲由液滴形成波形源经由围绕液滴生成器的每个孔口的电阻元件提供。特定的喷墨喷嘴的液滴的分裂时间可由到达围绕喷嘴孔口的相应电阻元件的脉冲振幅或脉冲占空比或相对于一序列脉冲中的其它脉冲的脉冲定时中的至少一个控制。以这种方式，脉冲占空比或振幅的小变化允许液滴分裂时间以可预测的方式被调整。在液滴从液体喷射流分裂之后，到围绕液滴生成器的孔口的电阻元件的激励控制器的振幅或占空比的小变化也影响液滴的速度。
[0046]也在图2中不出的是包括充电电极44和充电脉冲电压源51的充电设备83。与液体喷射流相关联的充电电极44被定位成相邻于液体喷射流43的分裂点32。如果电压被施加到充电电极44，则电场在充电电极和电接地的液体喷射流之间产生，在这两者之间的电容耦合产生在导电喷射流的端部上的净电荷。(液体喷射流凭借与接地液滴生成器的液体腔的接触而被接地。)如果液体喷射流的端部分裂以形成液滴，同时在液体喷射流的端部上有净电荷，则液体喷射流的该端部的电荷被捕获在最近形成的液滴上。
[0047]在充电电极44上的电压由充电脉冲源51控制，充电脉冲源51提供以由fp=fy2给出的液滴对频率fp (其是基本频率的一半)或等效地以液滴对周期TP=2T。(基本周期的两倍2Τ。)操作的两个状态波形，以在连续形成的液滴35和36上产生两个不同的电荷状态。因此，充电脉冲电压源51提供在充电电极44和液体喷射流43之间的变化电势。变化电势源产生充电电极波形97，该充电电极波形具有等于液滴对周期的周期，且该充电电极波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。在优选实施方式中，充电电极波形97的每个电压状态在等于基本周期的时间间隔内是有效的。供应到充电电极的这个波形独立于或不响应于待打印的图像数据。充电设备83与液滴形成设备同步，使得固定的相位关系被维持在由充电脉冲电压源51产生的充电电极波形与液滴形成波形源的时钟之间。作为结果，由液滴形成波形产生的液滴从液滴流的分裂的相位被锁相到充电电极波形。如图10所指示的，在充电电极波形和液滴形成波形之间可能有由延迟93表示的相移。该相移被设置成使得对于所产生的每个液滴对，当充电电极处于第一电压状态中时第一液滴从喷射流分裂，在第一液滴36上产生具有第一电荷与质量比的第一电荷状态,且当充电电极处于第二电压状态中时液滴对的第二液滴从喷射流分裂，以在液滴对的第二液滴35上产生具有第二电荷与质量比的第二电荷状态。[0048]在图5A-7B中，具有第一电荷状态的第一液滴36被示为拥有负电荷，而具有第二电荷状态的第二液滴35被示为不带电。应理解，第一和第二电荷状态被限制到这个实施方式。在可替代实施方式中，第一和第二波形状态配置成使第一液滴带正电而不是带负电。在其它实施方式中，第一电荷状态对应于不带电液滴状态，而第二电荷状态对应于第二液滴带电。在再其它实施方式中，第一电荷状态可具有电荷的一个极性，而第二电荷状态可具有相反极性的电荷。第一和第二电荷的幅值可以相同或不同。
[0049]与液体喷射流相关联的是液滴速度调整设备90。液滴速度调整设备由液滴调整设备换能器41和速度调整源54构成。液滴速度调整换能器可以具有热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备及其组合。根据所使用的换能器的类型，换能器可位于向喷嘴供应液体的液体腔中或相邻于该液体腔以在液体腔中的液体上起作用，或位于喷嘴中或紧挨在喷嘴周围以当液体穿过喷嘴时在液体上起作用，或定位成相邻于液体喷射流以在液体喷射流穿过喷嘴之后在液体喷射流上起作用。液滴速度调整设备用于选择性地改变或调整液滴对中的第一液滴、第二液滴或两个液滴的速度以使液滴对中的第一和第二液滴合并。因为被传送到液体喷射流以形成液滴的能量脉冲的振幅、占空比、波形的小变化影响所形成的液滴的速度时，液滴对中的一个液滴或两个液滴的速度可被调整并通过改变被传送到液体喷射流的能量的特性来实现，所述特性对液体喷射流产生使液滴从液体流分裂的扰动。响应于被供应到速度调整源的打印或图像数据而选择性地调整液滴对中的液滴的液滴速度。因此，液滴速度调整波形依赖于打印或图像数据。在一些实施方式中，液滴对中的液滴之一的速度被调整，而另一液滴的速度保持不变。在其它实施方式中，两个液滴的速度都被调整。
[0050]被传送到液滴喷射流以影响所形成的液滴的速度所需的能量脉冲的振幅、占空t匕、波形的小变化在一些实施方式中通过由速度调整源54驱动的速度调整设备换能器41提供，速度调整设备换能器41和速度调整源54不同于液滴形成设备换能器42和液滴形成源55。图3示出一个这样的实施方式，其中速度调整设备换能器41和液滴形成设备换能器42是同心地放置在喷嘴50周围的分开的加热器。从液滴形成源55接收脉冲的与图像数据无关的序列的液滴形成设备换能器42将能量脉冲的规则序列传送到穿过喷嘴50流动的液体喷射流。这个序列的脉冲形成由第一液滴形成脉冲91和第二液滴形成脉冲92构成的一序列脉冲对。速度调整设备换能器41将能量脉冲的随图像数据而变的序列传送到穿过喷嘴50流动的液体喷射流，作为由速度调整源54供应的速度调整脉冲94的随图像数据而变的序列的结果。
[0051]在其它实施方式中，液滴形成设备89和速度调整设备90是相同的设备，其被统称为在图4中示出的激励设备60。激励设备60由激励波形源56和激励换能器59构成。在这个实施方式中，激励波形源56用作液滴形成波形源和速度调整源。激励换能器59用作液滴形成设备换能器和速度调整设备换能器。激励波形源56向激励换能器59提供分别具有第一和第二液滴形成脉冲91和92以及具有速度调整脉冲94的波形。
[0052]在其它实施方式中，液滴形成设备和液滴速度调整设备是同一设备。在这样的实施方式中，采用单个换能器来形成液滴并调整其速度。公共波形源向该换能器提供脉冲以用于形成液滴，并改变所选择的脉冲的振幅或脉冲宽度以调整所选择的液滴的速度。可选地，公共波形源可将一个或多个窄脉冲插在规则地间隔开的液滴形成脉冲之间以调整一个或多个液滴的速度。在这样的实施方式中，被供应到激励设备的波形取决于图像数据。
[0053]图5A-7B示出在本文详细描述的连续液体喷射系统的各种实施方式。连续液体喷射系统实施方式包括参考图1所示的连续喷墨系统而描述的大部分部件。所有的连续液体喷射系统实施方式40包括与喷嘴50或喷嘴阵列流体连通的液体腔。(在这些图中，喷嘴的阵列将延伸到图的平面内和外。)液体腔包含在足以喷射穿过喷嘴的液体喷射流43的压力下的液体。每个液体喷射流具有与其相关联的液滴形成设备89。液滴形成设备包括液滴形成设备换能器42和液滴形成波形源55，液滴形成设备换能器42和液滴形成波形源55可操作来在液体喷射流中产生调整以使液体喷射流的部分分裂成包括沿着路径行进的第一液滴36和第二液滴35的一系列液滴对。每个液滴对在时间上平均被分隔开基本周期的两倍。
[0054]连续液体喷射系统还包括充电设备，充电设备包括与液体喷射流的阵列相关联的充电电极44或45以及在充电电极和液体喷射流之间的变化电势源51。变化电势源51将具有等于液滴对周期的周期的充电电极波形97施加到充电电极。该波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。如关于图2讨论的，充电电极44被定位成使得它相邻于喷嘴阵列中的液体喷射流的分裂位置。充电设备与液滴形成设备同步，使得当液滴对的第一液滴相邻于电极分裂时，第一电压状态是有效的，以及当液滴对的第二液滴相邻于电极分裂时，第二电压状态是有效的。作为在第一和第二电压状态中的由充电电极产生的电场的结果，第一电荷状态在第一液滴上产生，而第二电荷状态在每个液滴对的第二液滴上产生。
[0055]连续液体喷射系统还包括与每个液体喷射流43相关联的液滴速度调整设备42。液滴速度调整设备改变选定的液滴对中的第一液滴36相对于第二液滴35的相对速度，使得选定液滴对的第一液滴和第二液滴如图5所示那样彼此组合以形成也被称为组合或合并的液滴49的第三液滴49。选定液滴对的液滴如图5B所示那样在上箭头和下箭头之间的液滴合并位置31处合并。导致第一和第二液滴的合并的速度调整的液滴对的选择一般基于由激励控制器18从图像处理器16接收的打印数据。因为第一液滴在第一电荷状态中而第二液滴在第二电荷状态中，因而产生的组合液滴具有第三电荷状态。连续液体喷射系统还包括偏转设备14，偏转设备14使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径38行进，使具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径37行进，以及具有第三电荷状态的组合液滴沿着第三路径39行进。
[0056]在图5A-5C所示的实施方式中，充电电极44是偏转设备14的部分。被定位到液体喷射流相邻于分裂点的一侧的电偏压的充电电极44不仅在液滴的分裂之前将电荷吸引到喷射流的端部，而且在它们从液体喷射流分裂之后吸引带电的液滴。这个偏转机构在J.A.Katerberg 的“Drop charging and deflection using a planar charge plate，，(4thInternational Congress on Advances in Non-1mpact Printing Technologies)中被描述。捕集器47还构成偏转设备14的一部分。如在US3656171中描述的,在导电捕集器表面的前方穿过的带电液滴使导电捕集器表面52上的表面电荷重新分布，使得带电液滴被吸引到捕集器表面52。当这个实施方式中的充电板开始使第一和第二液滴偏转使得它们开始分别遵循第一和第二路径时，因为它们被分裂，且紧接着其后，经历速度调整的液滴对的第一和第二液滴在它们合并以形成组合液滴之前开始沿着第一和第二路径行进。速度调整必须足以使第一和第二液滴在第一和第二路径的分叉将阻止它们合并之前合并。
[0057]为了选择性地将液滴打印到基底上，将一个或多个捕集器用于拦截沿着第一、第二和第三路径中的两个行进的液滴。图5A-5C和图7A-7B示出捕集器拦截沿着第一和第三路径行进的液滴同时沿着第二路径行进的液滴被允许接触基底并被打印的实施方式。图6A-6C示出捕集器拦截沿着第二和第三路径行进的液滴同时沿着第一路径行进的液滴被允许接触基底并被打印的实施方式。其它实施方式可包括使用两个捕集器来拦截单独地沿着第一、第二和第三路径中的任两条路径行进的液滴同时沿着第一、第二和第三路径中的其余路径行进的液滴被允许接触基底并被打印。
[0058]图5A-5C示出连续液体喷射系统的主要部件的横截面视图，并展示本发明的第一实施方式的不同打印模式。连续液体喷射系统包括打印头12，打印头12包括与用于发射液体流43的一个或多个喷嘴50的阵列流体连通的液体腔24。与每个液体喷射流相关联的是液滴形成设备换能器42和速度调整设备换能器41。在所示实施方式中，液滴形成设备换能器42和速度调整设备换能器41在喷嘴周围50的壁中形成。单独的液滴形成设备换能器42可与多个喷嘴中的每个喷嘴集成，或公共液滴形成设备换能器42可用于多个喷嘴。速度调整设备换能器41与多个喷嘴中的每个喷嘴集成。由以基本周期T。提供液体喷射流43的周期性激励的液滴形成波形源55致动液滴形成设备换能器42。速度调整设备换能器41也可由单独的速度调整源54致动。在打印头的一些实施方式中，液滴形成设备换能器42和速度调整设备换能器41可以是同一换能器元件，且液滴形成波形源55和速度调整源54可包括同一源。通常被称为MEMS-CM0S打印头的打印头12是有利的，因为它可容易与数字打印系统集成。基于硅的打印头包括喷嘴的阵列，该喷嘴被单独地处理以引起喷射流分裂以及打印液滴和非打印液滴的选择性形成。这个特征使能较高的喷嘴密度以产生高分辨率打印。
[0059]接地捕集器47位于充电电极44之下。捕集器47的目的是拦截或汇集带电液滴，使得它们将不接触打印介质或基底19并打印在打印介质或基底19上。为了在图5A和随后附图中所示的打印头12的正确操作，捕集器47和/或捕集器底板57被接地，以当油墨沿着捕集器表面52流动并进入油墨返回通道58时允许被拦截的液滴上的电荷被耗散。捕集器47的面52相对于图2中示出的液体喷射流轴87成角Θ。如图5A所示，带电液滴36因此被吸引到接地捕集器47的捕集器的面52。液滴36在带电液滴捕集器接触点26处拦截捕集器表面52以形成沿着捕集器47的面行进的油墨膜48。捕集器的底部具有半径R的弯曲表面，包括底部捕集器板57和在捕集器底板57之上的油墨回收通道58用于油墨膜48中的油墨的捕获和回收利用。如果在相邻于电极的液滴分裂的分裂时间从电极44到液体喷射流43存在正电压电势差，则将在液滴从液体喷射流分裂之后保持的形成液滴上感应负电荷。如果在液滴的分裂时间从电极44到液体喷射流43不存在电压电势差，则将预期在液滴从液体喷射流分裂之后将保持的形成液滴上没有感应电荷。然而，当从液体喷射流分裂的第二液滴35电容性地耦合到带电的第一液滴36时，可在第二液滴上感应小电荷，甚至当充电电极在第二电荷状态中在OV时也是如此。单独的液滴以具有基本周期T。的基本频率f。连续地形成，且双液滴的液滴对以具有2T。的周期的基本频率f；/2处形成。
[0060]为了理解本发明时的简单性，针对第二电荷状态接近零电荷的情况绘制了图5A-5C和随后的附图，从而液滴对35的第二液滴如第二路径37的方向所示那样具有很小的偏转或没有偏转。为了理解的简单性，第二路径37被绘制成与图2所示的液体喷射轴87对应。液滴对34的第一液滴36在高电荷状态中，使得当第一液滴36沿着第一路径38行进时它们被偏转。本发明因此允许以液滴对频率fp=fy2或以液滴对周期TP=2T。每个液滴对循环打印一个打印液滴。我们将此定义为小液滴打印模式，小液滴打印模式使能以基本频率f。形成的交替液滴的打印，该基本频率f。可被调谐到用于喷射流分裂的最佳频率，该小液滴打印模式与大液滴打印模式相对，在大液滴打印模式中，将大的组合液滴用于打印。[0061 ] 如上所述，即使充电电极在第二电荷状态中在OV时，也可能在第二液滴上感应小电荷。第二液滴因此可能经历小偏转。在某些实施方式中，通过改变充电电极波形的第二电压状态来中和由第一液滴的电荷在第二液滴上感应的电荷。不是在第二电压状态使用O伏，而是使用从O伏的小偏移。偏移电压被选择成使得在第二电压状态期间在相邻于充电电极分裂的液滴上感应的电荷具有与由前面的液滴在分裂的液滴上感应的电荷相同的幅值和相反的极性。结果是基本上没有电荷的液滴，该液滴基本上没有由于静电力而经历偏转。DC偏移的量取决于系统的特殊配置(包括例如一个充电电极还是两个充电电极被用在系统中)或系统的几何结构(包括例如喷射流和充电电极的相对定位以及相邻液滴之间的距离)。一般，第二电压状态相对第一电压状态的范围在50%和10%之间。例如，在一些应用中，当第一电压状态包括200伏时，第二电压状态包括50伏的DC偏移(第一电压状态的25%)。
[0062]连续的液滴35和36被认为是液滴对，液滴对的第一液滴36被充电电极充电到第一电荷状态，而液滴对的第二液滴35被充电电极充电到第二电荷状态。图5Ατ^出全打印条件，其中形成液滴对的长序列，且其中没有执行速度调整设备的速度调整。在没有速度调整的情况下，每个液滴对中的第一和第二液滴具有相同的速度，且因此第二液滴不与液滴对中的第一液滴合并。由于这两个液滴上的不同电荷，它们由于偏转设备14而经历不同量的偏转。第一液滴36被偏转以遵循第一路径38，而第二液滴遵循第二路径37以撞到记录介质19。图5B示出非打印条件，其中形成液滴对的长序列。速度调整设备换能器改变在每个液滴对中的第一和第二液滴的相对速度，使每个液滴对的两个液滴组合成较大的组合液滴49。组合的第三液滴49具有等于第一液滴36上的电荷与第二液滴35上的电荷之和的净电荷。第三液滴上的净电荷对应于第三电荷状态。偏转设备在具有第三电荷状态的组合液滴49上起作用，使组合液滴沿着第三路径行进。当组合液滴具有与第一和第二液滴中的任一个不同的电荷与质量比时，它经历与第一和第二液滴不同量的偏转。作为结果，组合液滴沿着第三路径行进，第三路径将不同于第一和第二路径。捕集器被定位成拦截第三路径，所以所有的组合或合并的液滴都被捕集器拦截。图5C示出正常打印序列，其中速度调整设备选择性地在液滴对起作用，使得一些液滴对的一些液滴不合并，以产生打印液滴和被汇集的液滴，且其它液滴对的第一和第二液滴合并并且被偏转到沟槽。
[0063]图5A示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第一实施方式的液体喷射流43的横截面视角并示出全打印条件中的液滴对序列，序列液滴对的第二液滴35被充电电极44充电到第二电荷状态且不被吸引到捕集器47并被打印在记录介质19上作为打印液滴46的序列，而液滴对的第一液滴36被充电电极44充电到第一电荷状态且被吸引到捕集器47且不被打印。对于如图5A所示产生的液滴，连续液滴通过液滴形成波形源55以基本周期T。的激励而以基本周期产生。液滴速度调整设备41不在液体喷射流上起作用，所以所有液滴都具有相同的液滴速度。作为结果，液滴对中的第一和第二液滴不合并。施加到电极44A的适当的波形将是具有等于液滴对周期TP=2T。的周期以及在高状态中具有正电压和在低状态接地的50%占空比的方波。在正常打印期间，记录介质19将如图5Α所示以速度Vm移动到右边。
[0064]图5Β示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第一实施方式的液体喷射流43的横截面视角并示出非打印条件中的液滴对序列，序列液滴对的第一液滴被充电电极充电到第一电荷状态而液滴对的第二液滴被充电到第二电荷状态，交替液滴的对在位于离喷嘴50的出口一段距离dm处的合并位置31处合并成在第三电荷状态中的组合液滴49的序列，该组合液滴49也被吸引到捕集器47并被捕集器47拦截且不被打印。组合液滴49具有基本上与图5A所不的带电液滴36相同的电荷,但具有基本上两倍于液滴35和36的质量的质量。当组合液滴49相邻于捕集器47行进时它们也被偏转，并将在带电液滴捕集器接触点27处撞到捕集器表面52上，接触点27在捕集器面52上比单个带电液滴36的接触点26更低，以形成沿着捕集器47的面行进的油墨膜48。图5B所示的液滴对的液滴35和36组合，因为这两个液滴的速度是不同的，一般相差2-20%。这是应用来自速度调整源54的能量以在液滴对的液滴之一的形成期间给速度调整设备换能器41供电并在液滴对的液滴之一的液滴形成期间改变施加到液滴形成波形源55的波形以向热打印头的液滴形成设备换能器42提供较大的热能的结果。因此，如图5B所示，在非打印条件中的液滴对的序列中，所有液滴对组合并被汇集，且没有打印液滴46出现在记录介质19上。为了确保所有液滴都正确地被汇集，合并距离4应优选地小于从喷嘴50的出口到捕集器59的顶部的距离。
[0065]图5C示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视角并不出一些液滴在第一电荷状态中、一些液滴在第二电荷状态中且一些组合液滴在第三电荷状态中的正常打印条件。如参考图1的讨论描述的，打印液滴46的图案将对应于来自图像源13的图像数据。
[0066]图6A-6C示出根据本发明的连续喷墨系统的替代实施方式。示出了穿过液体喷射流的横截面视角，其中合并的液滴和非偏转的液滴被汇集，偏转的单液滴被打印。图6A示出在全打印条件中的液滴对的序列，图6B示出在非打印条件中的液滴对的序列，且图6C示出正常打印条件，其中一些液滴被打印。具有与图5A-5C中的相同的数字的部分在所有随后的附图中具有相同的含义。
[0067]在这个实施方式中，液滴形成设备89和速度调整设备90是同一设备，由激励波形源56和激励换能器59构成的激励设备60。激励波形源56向激励换能器59提供液滴形成脉冲和速度调整脉冲以在液滴喷射流上产生扰动以使液滴从液体喷射流分裂并且还调整所选择的液滴的速度。
[0068]如在图5A-5C的讨论中的，充电脉冲源51以液滴形成的基本频率的一半传送波形，使得序列液滴对的第一液滴36被充电电极44充电到第一电荷状态,而液滴对的第二液滴35被充电电极44充电到第二电荷状态。在这个实施方式中，充电电极44包括位于液体喷射流的相对侧上的第一部分44a和第二部分44b，液体喷射流在两个部分之间分裂。一般，充电电极44的第一部分44a和第二部分44b是分开和不同的电极或同一设备的分开部分。充电电极的左和右部分被充电脉冲源51偏压到相同的电势。在液体喷射流中与被加偏压到相同电势的第一部分44a相对的侧上添加第二充电电极部分44b产生在充电电极部分44a和44b之间具有围绕喷射流的中心左右几乎对称的电场的区域。作为结果，在电极之间对从液体喷射流分裂的液滴的充电对喷射流的横向位置的小变化非常不敏感。电场围绕液体喷射流的近对称性允许液滴被充电，而不在接近分裂的液滴上施加显著的横向偏转力。这在偏转设备所产生的液滴偏转场开始使它们的轨迹分叉之前提供了液滴对中的速度被调整的液滴进行合并的时间。在偏转设备使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径行进和具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径之前，选定液滴对中的第一和第二液滴组合。它还使得在液滴偏转场使随体液滴和正常液滴轨迹充分分叉以至它们不能合并之前使得可能连同正常液滴一起形成的小随体液滴与正常液滴合并。在该实施方式中，偏转机构14包括位于如图6B所示的液滴合并位置31之下的偏转电极53和63。在这两个电极之间的电势在电极之间产生使带负电的液滴偏转到左边的电场。液滴偏转电场的强度取决于这两个电极之间的间隔和它们之间的电压。在这个实施方式中，偏转电极53被正向地偏压，而偏转电极63被负向地偏压。通过相对于接地液体喷射流在相反极性对这两个电极进行偏压，可以使它们对从液体喷射流分裂的液滴的电荷的贡献最小化。
[0069]在这个实施方式中，刀刃捕集器67用于拦截非打印液滴轨迹。包括沟槽凸缘30的捕集器67位于偏转电极53和偏转电极63之下。捕集器67和沟槽凸缘30被定向成使得捕集器如图6A所示拦截沿着用于单个不带电液滴的第二路径37行进的液滴且还如图6B所示拦截沿着第三路径39行进的组合液滴49，但不拦截沿着第一路径38行进的单个带电液滴。优选地，捕集器被定位成使得撞在捕集器上的液滴撞在沟槽凸缘30的倾斜表面上以使撞击时的溅泼最小化。沿着第一路径38行进的带电液滴36被打印在记录介质19上。
[0070]对于下面的讨论，我们假设充电脉冲源51传送处于液滴对频率fp的50%占空比的方波波形，液滴对频率fp是液滴形成的基本频率的一半。当电极44在其上具有正电势时，当液滴36从接地喷射流43分裂时，负电荷将在液滴36上生成。当在液滴35的形成期间在电极44上存在很小的电压或没有电压时，当液滴从接地喷射流43分裂时，在液滴35上将感应很少的电荷或没有感应出电荷。将正电势设置偏转电极53上，偏转电极53将带负电的液滴吸引到偏转电极53的平面。在偏转电极63上设置负电压将从偏转电极63排斥带负电的液滴36，这将往往帮助液滴36朝着偏转电极53偏转。由偏转电极上的外加电压产生的场将向液滴36提供足够的力，使得它们可充分偏转以错过沟槽凸缘30并被打印在记录介质19上。如在图5A-5C的讨论中的，使用速度调整来使相邻的液滴在形成之后在图6B所示的液滴合并位置31处组合或合并。组合液滴49将具有与带电液滴36基本上相同的电荷，但具有两倍的质量。组合液滴49也将被吸引到偏转电极53，但将不与单独液滴36偏转得一样多，且它们将沿着路径39行进并在沟槽凸缘30处由捕集器67拦截。
[0071]在图6C所示的实施方式中，空气增压室61在充电电极和几何结构的喷嘴板之间形成。当液体喷射流和液滴流如箭头65所指示的分别穿过充电电极的第一和第二部分44a和44b之间时，由空气源(未示出)供应到空气增压室的空气围绕液体喷射流和液滴流。大致平行于液滴轨迹移动的这个空气流帮助减小对液滴的空气阻力效应，该空气阻力效应可产生液滴放置误差。
[0072]图7A-7B示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第二可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角，其示出集成电极和沟槽设计并示出在图7A中的全打印条件中的液滴对序列和在图7B中的非打印条件中的液滴对序列。在喷射流43的右侧上示出的所有部件是可选的。具有与图5A-5C中所示的相同编号的部件提供与上面描述的相同的功能。绝缘体68和可选的绝缘体68a被分别粘附到充电电极45和可选的第二充电电极部分45a的顶表面45，并充当隔板以确保充电电极45和可选的充电电极45a被定位成相邻于液体喷射流43的分裂位置32。间隙66存在于绝缘体68的顶部和喷嘴50的出口平面之间。面向喷射流43的充电电极45和45a的边缘在图7A和7B中成角度以使在分裂区处的电场的强度最大化，这将在带电液滴36上感应更多电荷。绝缘隔板69也被粘附到充电电极45的底表面。可选的绝缘隔板71被粘附到可选的充电电极45a的底表面。绝缘体68的底部区域具有在面向液体喷射流43的充电电极45的顶表面附近的绝缘粘合剂64。类似地，可选的绝缘体68a的底部区域具有在面向液体喷射流43的充电电极45a的顶表面附近的绝缘粘合剂64a。绝缘隔板69也具有粘附到面向喷墨液滴的侧面和电极45的底表面的绝缘粘合剂62。可选的绝缘隔板71也具有粘附到面向喷墨液滴的侧面和电极45的底表面的绝缘粘合剂62a。粘合剂64、64a、62和62a的目的是减小液体变得被截留在绝缘体的表面上的可能性并帮助保持液体远离电极45，这减小电短路的可能性。接地沟槽47如图7A和7B所示被粘附到绝缘隔板69的底表面和绝缘粘合剂64。粘附到可选的绝缘隔板71的底表面的是接地导体70。另一可选的绝缘体72粘附到接地导体70的底表面。面向沟槽47的顶部区域的可选的偏转电极74粘附到绝缘体72的底表面。可选的绝缘体73粘附到偏转电极74的底表面。接地导体75位于沟槽47的底部区域附近并粘附到绝缘体73的底表面。接地导体70充当电极45a和偏转电极74之间的屏蔽以隔离液滴分裂附近的液滴充电电场与捕集器的前方的液滴偏转场。这帮助确保当液滴从喷射流分裂时液滴不由于偏转电极产生的电场而被充电。接地导体75的目的是保护捕集器的液滴撞击区免受由偏转电极产生的电场。在液滴撞击区中的这样的场的存在可导致从沟槽47的表面的飞墨和溅射的产生。偏转电极74以与图6A-6C中所示的偏转电极63相同的方式起作用。
[0073]图8示出根据本发明的连续喷墨系统的产生连续液滴对的在从a到h的时间推移序列中从喷射流产生的液滴流的前视图。图8a示出在相邻于充电电极44的分裂位置处从液体喷射流43分裂的一序列非打印组合液滴49产生，在液滴合并位置31处组合且在带电组合液滴沟槽接触点27处拦截沟槽，因而形成沿着捕集器47的表面流动的油墨膜48a。沿着捕集器表面流动的油墨膜在捕集器表面52的底部处绕着半径(在图5中被示为R)流动，并流入捕集器47和捕集器底板57之间的油墨回收通道58中，油墨从油墨回收通道58被打印机的油墨回收利用单元15收集。在合并位置31处的液滴对的第一(较低的)液滴36是带电的，而在合并位置处的第二(较高的)液滴35是不带电的。通过利用如在图5B的讨论中描述的速度调整来合并液滴。因此在这个操作模式中不打印组合液滴49。图Sb示出下一液滴对生成，以产生在一序列非打印液滴之后的第一打印液滴。再次，液滴对的第一液滴36是带电的，而液滴对的第二液滴35是不带电的。不带电的液滴被打印，而带电的液滴被汇集并被捕集器47捕捉。图8c-8h示出产生连续的打印液滴对。被称为液滴时间推移序列指示器的对角点划线81在连续图中指示同一液滴的位置。在图8a中形成的最后一个非打印液滴对被示为在图8d中的带电组合液滴沟槽接触点27处拦截捕集器。在图Sb中形成的第一液滴对的第一带电液滴36被示为在图8d中的带电液滴沟槽接触点26处拦截捕集器。在捕集器上针对单个液滴的接触点26高于针对组合液滴27的接触点，因为比起在组合液滴中，在单个液滴中的电荷质量比更大。在图8b中形成的第一打印液滴对的不带电打印液滴35被示为到达记录介质19并在图8h中被打印为打印液滴46。
[0074]图9示出在打印期间本发明的连续液体喷射系统的打印头12的9个相邻液体喷射流43的阵列的前视图。各种喷嘴示出将在正常打印操作期间出现的不同的打印和非打印序列。单个充电电极44和单个捕集器47是整个打印头所共有的。充电电极44与来自喷嘴的阵列的每个液体喷射流相关联，如对本发明的正确操作所需要的，充电电极44被定位成与各种喷射流的分裂位置32相邻的。合并点31在充电电极44之下和公共捕集器47之上。当带电液滴36和带电的合并液滴49拦截捕集器时，连续油墨膜48在整个捕集器表面上形成。沟槽上的油墨膜48在捕集器47和公共捕集器底板57之间的通道中被收集并被发送到打印机的油墨回收利用单元。
[0075]图10-12示出各种实施方式的时序图，其示出用于产生5个连续的液滴对循环的液滴形成波形、速度调整波形、充电电极波形和液滴的分裂时序，其中在第二液滴对循环中的液滴对的第二个液滴35被打印且在液滴对循环1、3、4和5中没有一个液滴被打印。图10在图的上部分中示出液滴形成脉冲，在图的下部分中示出速度调整脉冲和在图的中心部分中示出产生的液滴对。在附图的每个部分中，水平轴对应于时间。图10的上部分或A部分示出一序列液滴对的一序列液滴形成脉冲。这个液滴形成脉冲由液滴形成源产生，并被施加到液滴形成设备换能器。时间轴以从1-5编号的液滴对时间周期的间隔、间隔或循环标出。液滴形成设备换能器在从喷嘴流动的液体喷射流上产生扰动。当这些液滴形成脉冲的频率小于早些时候讨论的截止频率且一般接近最佳Rayleigh频率时，扰动增加，直到它们每个使液体喷射流的端部从液体喷射流分裂。每个液滴对间隔包括第一液滴形成脉冲91和第二液滴形成脉冲92。在每个液滴对间隔中的第一液滴形成脉冲91使相应的液滴对的第一液滴36在某个延迟时间之后从液体流分裂。在每个液滴对间隔中的第二液滴形成脉冲92使相应的液滴对的第二液滴35在类似的延迟时间之后从液体流分裂。液滴从液体喷射流分裂的时刻在这个附图中使用相应液滴的参考数字被表示为菱形。在没有速度调整脉冲的情况下，第一和第二液滴在分裂之后具有相同的速度，且将不合并。
[0076]图10的中间或B部分示出通常被称为由电荷脉冲源51提供到充电电极44的充电电极波形97的时变电压V，连同液滴分裂事件出现的时间。作为时间的函数的充电电极波形97被示为虚曲线，且它被示为具有等于液滴对周期的周期的从高正电压转变到O伏的50%占空比方波，该周期是液滴形成的基本周期的两倍，使得两个液滴的一个液滴对在一个液滴充电波形循环期间产生。每个液滴对时间间隔的液滴充电波形包括第一电压状态95和第二电压状态96。在这个实施方式中，第一电压状态对应于高正电压，而第二电压状态对应于O伏。在每个液滴对时间间隔中，第一液滴36在第一电压状态期间分裂，以在第一液滴上产生第一电荷状态。第二液滴35在第二电压状态期间分裂，以在每个液滴对的第二液滴上产生第二电荷状态。在从图10的A部分中所示的液滴形成脉冲到图10的B部分中所示的分裂出现时的相应时间的第一液滴对间隔中绘制箭头。为了使第一和第二液滴能够分别在第一和第二电荷电压状态期间分裂，电荷电压波形97的相位是相对于在图10的A部分中示出的液滴形成波形的相位延迟的相位93。
[0077]图10的下部分或C部分示出由速度调整源54提供到与喷嘴50相关联的速度调整设备换能器42的速度调整波形。根据待打印的图像数据，选定液滴对间隔包括速度调整脉冲94。速度调整脉冲通过速度调整换能器的作用在喷射流上产生扰动，该扰动使液滴对中的第一和第二液滴中的一个的速度被修改，使得第一和第二液滴将合并。水平点线箭头被显示在图10的B部分中的第一液滴36和第二液滴35的分裂事件菱形之间，以指示将由于在图10的C部分中所示的速度调整脉冲的施加而合并的液滴对。在图10的C部分中所示的速度调整脉冲94和由于速度调整脉冲94而经历速度调整的图10的B部分中的液滴对之间绘制箭头。在该图中，以液滴对时间间隔1、3、4和5显示速度调整脉冲94。作为三个速度调整脉冲94的结果，液滴速度被修改以在这些液滴对时间间隔的每个中使第一液滴与第二液滴合并。第二液滴对时间间隔对应于产生一对液滴，被汇集的带电液滴36，后面是被打印的不带电液滴35，且在这个时间间隔期间没有速度调整脉冲94存在。虽然该附图显示速度调整脉冲被定时为出现在液滴对间隔的第一液滴形成脉冲和第二液滴形成脉冲之间，本发明不限于速度调整脉冲的这样的定时。例如，预期速度调整脉冲可与液滴对的第二液滴形成脉冲部分或完全重叠或并行。
[0078]参考图11，图11的顶部部分A示出说明从用作液滴形成源和速度调整源的波形源到用作液滴形式设备换能器和速度调整设备换能器的加热器的一序列脉冲的图，液滴形成设备换能器和速度调整设备换能器位于本发明的CIJ打印系统的热激励打印头版本的喷嘴处。图11的底部部分B示出这些脉冲所形成的相应液滴从液体流分裂的时刻的相应的相对定时。图11的顶部部分A因此示出加热器电压与时间的时序图，该电压被施加到液滴形成波形源55以激励图5A-7B中所示的热激励液滴形成设备换能器42。时间轴以液滴对周期的间隔标出，液滴对周期是液滴形成的基本周期的两倍。每个液滴对周期或液滴形成波形的循环105包括导致第一液滴的形成的波形的一部分(第一液滴形成脉冲91)和导致第二液滴的形成的波形的另一部分(第二液滴形成脉冲92)。在每个液滴对循环中的第一液滴形成脉冲91使相应液滴对的第一液滴36在某个延迟时间之后从液体流分裂。在每个液滴对循环中的第二液滴形成脉冲92使相应液滴对的第二液滴35从液体流分裂。液滴形成脉冲的频率优选地接近早些时候讨论的液滴形成的最佳频率F_。在选定液滴对循环1、3、4和5中，速度调整脉冲94也存在。速度调整脉冲94比液滴形成脉冲91和92窄。在液滴形成脉冲91和92之间的速度调整脉冲94的定时使得速度调整脉冲不使单独的液滴形成。也就是说，液滴调整脉冲94相对于第一和第二液滴形成脉冲91和92中的至少一个的时间使得由速度调整脉冲产生的扰动不增大到使液滴形成。实际上，脉冲的瞬时频率超过Rayleigh截止频率FK。
[0079]图11中的底部图B示出由电荷脉冲源51供应到充电电极44的时变电压V连同液滴分裂事件出现的时间。作为时间的函数的电压波形分布被示为虚曲线，且它被示为具有等于液滴对周期的周期的从高正电压到O伏的50%占空比方波，该周期是液滴形成的基本周期的两倍，使得两个液滴的一个液滴对在一个电压循环期间产生。每个液滴对时间间隔的液滴充电波形包括第一电压状态和第二电压状态。在这个实施方式中，第一电压状态对应于高正电压，而第二电压状态对应于O伏。在每个液滴对时间间隔中，第一液滴36在第一电压状态期间分裂，以在第一液滴上产生第一电荷状态。第二液滴35在第二电压状态期间分裂，以在每个液滴对的第二液滴上产生第二电荷状态。为了使第一和第二液滴分别在第一和第二电荷电压状态期间分裂，电荷电压波形的相位是相对于液滴形成波形的相位延迟的相位93。在液滴循环对1、3、4和5中的图5的顶部图A中示出的非打印液滴对对应于产生液滴对:带电液滴36，接着是不带电液滴35，这两个液滴合并以形成被汇集的组合带电液滴49。第二液滴形成脉冲92和速度调整脉冲94的组合相对于液滴对的第一液滴36的速度增加了液滴对的第二液滴35的速度,使这两个液滴合并以形成组合的带电液滴
49。虚线箭头指示将在进一步的下游合并的液滴。加热器电压脉冲的开始在第一带电液滴36和第二不带电液滴35之间在时间上分隔开基本周期。非打印加热器电压循环对于图11所示的液滴对循环1、3、4和5是相同的。
[0080]第二液滴对循环对应于产生一对液滴:被汇集的带电液滴36，接着是被打印的不带电液滴35。第二液滴对形成循环的第一加热器脉冲对应于当到充电电极的高电压接通时分裂的液滴对的第一液滴36的形成。第二液滴对形成循环的第二加热器脉冲对应于当到充电电极的高电压关断时分裂的液滴对的第二液滴35的形成。在第一带电液滴36和第二不带电液滴35之间的加热器电压脉冲的开始在时间上分隔开基本周期，且这两个脉冲具有相同的能量。这使两个液滴的速度接近相同，使得它们在从打印头向下游行进时将不合并。从底部图A到底部图B的点线箭头显示在每个液滴对打印循环期间哪些液滴产生。
[0081]在图11中，速度调整脉冲94被示为以在第一液滴形成脉冲和第二液滴形成脉冲之间的时间间隔中出现。本发明不限于速度调整脉冲的这样的定时。例如，预期，与液滴对的第二液滴形成脉冲部分或完全重叠或并行来实际上增加第二液滴形成脉冲的脉冲宽度以增加第二液滴形成脉冲的至少一部分的脉冲振幅的速度调整脉冲可有效地用于使液滴对的第一液滴和第二液滴合并。
[0082]速度调整脉冲94产生对液滴速度的期望调整以允许液滴对的第一液滴36和第二液滴35合并。如图11所指示的，速度调整脉冲也在第一和第二液滴的一个或两个的分裂相位中产生一定移位。分裂相位中的移位不产生第一或第二液滴的电荷状态的变化。由速度调整相位产生的小相移不使第一液滴在第二电压状态而不是正常的第一电压状态期间分裂，它们也不使第二液滴在第一电压状态而不是正常的第二电压状态期间分裂。
[0083]在上面讨论的实施方式中，液滴对34的第一液滴36和第二液滴35具有实质上相同的体积。液滴对34或大液滴49的形成以液滴对周期TP=2T。形成。这使能了有效的液滴形成和在最高速度下打印的能力。在其它实施方式中，液滴对的第一和第二液滴的体积可以是不同的，且液滴对34或较大的液滴49的形成的液滴对周期Tp大于2Τ。，其中Τ。定义液滴对中的两个液滴中的较小者的周期。作为例子，液滴对的第一液滴和第二液滴可具有4/3或3/2的其体积的比，对应于7Τ/3或5Τ/3的液滴对周期Τρ。最小可能的液滴的尺寸由Rayleigh截止频率Fk确定。在这样的实施方式中，充电电极波形的周期将等于液滴对34或大液滴49的形成的液滴对周期。
[0084]图12示出这样的实施方式，其中液滴对中的第一和第二液滴没有相同的体积。如同图10和11 一样，时间轴以液滴对循环或周期中标出。每个液滴对循环包括第一液滴形成脉冲91和第二液滴形成脉冲。在液滴对循环内的第一和第二液滴形成脉冲91和92之间的时间小于在随后的液滴对循环的第二液滴形成脉冲92和第一液滴形成脉冲91之间的时间。作为结果，液滴对的第一液滴大于液滴的第二液滴。在第一和第二液滴形成脉冲之间的不一致时间可产生在液滴对的第一和第二液滴之间的速度差异。由于这样的速度差异，液滴对的第一和第二液滴可在不使用速度调整脉冲的情况下合并。速度调整脉冲94可接着用于防止液滴对的液滴合并，如在第二液滴对循环中所示的。
[0085]在利用本公开的发明的二进制打印机中，只需要两种类型的液滴循环对来打印任何图案。它们是非打印循环对和由非打印液滴接着是打印液体组成的打印循环对。通常本发明可被实践以产生在1-1OOpl的范围内的打印液滴，喷嘴直径在5 - 50 μ m的范围内，取决于打印的图像的分辨率要求。喷射流速度优选地在10-30m/s的范围内。基本液滴生成频率优选地在50-1000kHz的范围内。
[0086]本发明允许液滴被选择用于打印或非打印，而不需要对液体喷射流的阵列中的每个液体喷射流使用单独的充电电极。替代地，单个充电电极可用于给来自阵列中的所有液体液滴的液滴进行充电。这消除了精密地使充电电极与喷嘴对齐的需要。借助于与不同的液体喷射流相关联的充电电极对来自一个液体喷射流的液滴的串扰充电(crosstalkcharging)不是问题。因为串扰充电不是问题，所以不必如对传统的液滴充电系统所需的那样使充电电极和液体喷射流之间的间隔最小化。在25 - 300 μ m的范围内的充电电极离喷射流轴的间隔是可用的。用于每个液体喷射流的单独充电电极的消除允许比传统静电偏转连续喷墨系统(其需要用于每个喷嘴的单独充电电极)更高的喷嘴密度。喷嘴阵列密度可以在每英寸(npi)到1200npi75个喷嘴的范围内。
[0087]参考图13，喷射液体液滴的方法以步骤150开始。在步骤150中，在足以穿过液体腔的喷嘴喷射液体喷射流的压力下提供液体。步骤150后面是步骤155。
[0088]在步骤155中，使用液滴形成设备来调整液体喷射流，以使液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对(包括第一液滴和第二液滴)。每个液滴在时间上平均分隔开液滴对周期。步骤155后面是步骤160。
[0089]在步骤160中，提供充电设备。充电设备包括充电电极和变化电势源。充电电极与液体喷射流相关联。变化电势源通过向充电电极提供波形来改变充电电极和液体喷射流之间的电势。波形包括等于液滴对周期的周期、第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。步骤160后面是步骤165。
[0090]在步骤165中，充电设备和液滴形成设备被同步以在第一液滴上产生第一电荷状态并在第二液滴上产生第二电荷状态。步骤165后面步骤170。
[0091]在步骤170中，使用液滴速度调整设备来改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制选定液滴对的第一液滴和第二液滴是否彼此组合以形成组合液滴。组合液滴具有第三电荷状态。步骤170后面是步骤175。
[0092]在步骤175中，偏转设备用于使具有第一充电状态的第一液滴沿着第一路径行进，使具有第二充电状态的第二液滴沿着第二路径行进，以及使具有第三充电状态的组合液滴沿着第三路径行进。步骤175后面是步骤180。
[0093]在步骤180中，将捕集器用于拦截沿着第一路径或第二路径之一行进的液滴。还将捕集器用于拦截沿着第三路径行进的液滴。
[0094]应注意，在步骤155中被供应到液滴形成设备的波形和在步骤160中被供应到充电电极的波形独立于图像数据之外，而在步骤170中被供应到速度调整设备的波形依赖于图像数据。
[0095]部件列表
[0096]10连续喷墨打印系统
[0097]11油墨储液器
[0098]12打印头或液体喷射器[0099]13图像源
[0100]14偏转机构
[0101]15油墨回收利用单元
[0102]16图像处理器
[0103]17逻辑控制器
[0104]18激励控制器
[0105]19记录介质
[0106]10油墨压力调节器
[0107]21介质传输控制器
[0108]22输送辊
[0109]24液体腔
[0110]26带电液滴沟槽接触点
[0111]27带电组合液滴沟槽接触点
[0112]30沟槽凸缘
[0113]31液滴合并位置
[0114]32分裂位置
[0115]34液滴对
[0116]35第二液滴
[0117]36第一液滴
[0118]37第二液滴
[0119]38第一路径
[0120]39第三路径
[0121]40连续液体喷射系统
[0122]41速度调整设备换能器
[0123]42液滴形成设备换能器
[0124]43液体喷射流
[0125]44充电电极
[0126]44a第二充电电极
[0127]45充电电极
[0128]45a第二充电电极
[0129]46打印液滴
[0130]47捕集器
[0131]48油墨膜
[0132]48a合并液滴油墨膜
[0133]48b单液滴油墨膜
[0134]49组合液滴
[0135]50 喷嘴
[0136]51充电脉冲源
[0137]52捕集器面[0138]53偏转电极
[0139]54速度调整源
[0140]55液滴形成波形源
[0141]56激励波形源
[0142]57捕集器底板
[0143]58油墨回收通道
[0144]59激励换能器
[0145]60激励设备
[0146]61空气腔
[0147]62绝缘粘合剂
[0148]62a第二绝缘粘合剂
[0149]63偏转电极
[0150]64绝缘粘合剂
[0151]64a第二绝缘粘合剂
[0152]65 箭头
[0153]66 间隙
[0154]67捕集器
[0155]68绝缘体
[0156]68a绝缘体
[0157]69绝缘体
[0158]70接地导体
[0159]71绝缘体
[0160]72绝缘体
[0161]73绝缘体
[0162]74偏转电极
[0163]75接地导体
[0164]81液滴时间推移序列指示器
[0165]83充电设备
[0166]87液体喷射流中心轴
[0167]89液滴形成设备
[0168]90速度调整设备
[0169]91第一液滴形成脉冲
[0170]92第二液滴形成脉冲
[0171]93相位延迟
[0172]94速度调整脉冲
[0173]95第一电压状态
[0174]96第二电压状态
[0175]97充电电极波形
[0176]150通过喷嘴提供加压液体的步骤[0177]155使用液滴形成设备调整液体喷射流的步骤
[0178]160提供充电设备的步骤
[0179]165使充电设备和液滴形成设备同步的步骤
[0180]170改变选定液滴对的相对速度的步骤
[0181]175偏转液滴的步骤
[0182]180拦截选定液滴的步骤
【权利要求】
1.一种连续液体喷射系统，包括: 与喷嘴流体连通的液体腔，所述液体腔包含在足以穿过所述喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体； 与所述液体喷射流相关联的液滴形成设备，所述液滴形成设备可操作用于在所述液体喷射流中产生调整以使所述液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对，每个液滴对在时间上平均分隔开液滴对周期，每个液滴对包括第一液滴和第二液滴； 充电设备，其包括: 与所述液体喷射流相关联的充电电极；以及 在所述充电电极和所述液体喷射流之间的变化电势源，所述变化电势源提供波形，所述波形包括等于所述液滴对周期的周期，所述波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态，所述充电设备与所述液滴形成设备同步以在所述第一液滴上产生第一电荷状态并在所述第二液滴上产生第二电荷状态； 液滴速度调整设备，其改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴是否彼此组合以形成组合液滴，所述组合液滴具有第三电荷状态；以及 偏转设备，其使具有所述第一电荷状态的所述第一液滴沿着第一路径行进，并使具有所述第二电荷状态的所述第二液滴沿着第二路径行进，以及使具有所述第三电荷状态的所述组合液滴沿着第三路径行进。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴在被所述偏转设备作用之前 进行组合，所述偏转设备使在所述第一电荷状态中的所述第一液滴沿着所述第一路径行进并使在所述第二电荷状态中的所述第二液滴沿着所述第二路径行进。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第三路径与所述第一路径和所述第二路径是不同的。
4.如权利要求1所述的系统，还包括: 捕集器，其被定位成拦截沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的液滴。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述捕集器被定位成拦截沿着所述第三路径行进的液滴。
6.如权利要求4所述的系统，所述捕集器是第一捕集器，所述系统还包括: 第二捕集器，其被定位成拦截沿着所述第三路径行进的液滴。
7.如权利要求1所述的系统，还包括: 捕集器，其被定位成拦截沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的液滴，同时沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的所述液滴中的其他被允许接触基底。
8.如权利要求1所述的系统，其中，在所述偏转设备使所述第一液滴开始沿着所述第一路径行进并使所述第二液滴开始沿着所述第二路径行进之后，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴进行组合。
9.如权利要求1所述的系统，所述喷嘴是喷嘴阵列中的一个喷嘴，且所述充电设备的所述充电电极是从所述喷嘴阵列中的每个喷嘴喷射的所述液体喷射流中的每个所共有的并与所述液体喷射流中的每个相关联的电极。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述液滴形成设备是多个液体喷射流所共有的。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一液滴和所述第二液滴具有实质上相同的体积。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述液滴形成设备和所述液滴速度调整设备是同一设备。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述液滴形成设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴形成换能器；以及 波形源，其向所述液滴形成换能器供应液滴形成波形。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述液滴形成换能器是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述液滴形成波形包括产生所述液滴对的所述第一液滴的第一部分和产生所述液滴对的所述第二液滴的第二部分。
16.如权利要求1所述的系统，其中，所述液滴速度调整设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴速度调整换能器；以及 波形源，其向所述液滴速度调整换能器供应液滴速度调整波形。
17.如权利要求16所述 的系统，其中，所述液滴速度调整换能器是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
18.如权利要求16所述的系统，其中，被供应到所述液滴速度调整换能器的所述液滴速度调整波形对由激励控制器供应的打印数据做出响应。
19.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一液滴和所述第二液滴中的一个相对于与所述第一液滴和所述第二液滴中的另一个相关联的电荷是不带电的。
20.如权利要求1所述的系统，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源不对由激励控制器提供的打印数据做出响应。
21.如权利要求1所述的系统，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源产生波形，在所述波形中所述第一不同的电压状态和所述第二不同的电压状态中的每个在等于所述基本周期的时间间隔内是有效的。
22.如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转设备还包括至少一个偏转电极以使带电液滴偏转，所述至少一个偏转电极与电势源和地之一电通信。
23.如权利要求1所述的系统，其中，所述充电设备包括充电电极，所述充电电极包括被定位于所述液体喷射流的第一侧上的第一部分和被定位于所述液体喷射流的第二侧上的第二部分。
24.如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转设备还包括与电势源电通信的偏转电极，所述偏转电极产生液滴偏转场以使带电液滴偏转。
25.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体包括用于打印在记录介质上的油墨。
26.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二不同的电压状态包括DC偏移。
27.一种喷射液体液滴的方法，包括: 提供在足以穿过液体腔的喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体； 使用液滴形成设备调整所述液体喷射流以使所述液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对，每个液滴对在时间上平均分隔开液滴对周期，每个液滴对包括第一液滴和第二液滴； 提供充电设备，其包括: 与所述喷射流相关联的充电电极；以及 在所述充电电极和所述液体喷射流之间的变化电势源，所述变化电势源提供波形，所述波形包括等于所述液滴对周期的周期，所述波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态； 使所述充电设备与所述液滴形成设备同步以在所述第一液滴上产生第一电荷状态并在所述第二液滴上产生第二电荷状态； 使用液滴速度调整设备改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴是否彼此组合以形成组合液滴，所述组合液滴具有第三电荷状态；以及 使具有所述第一电荷状态的所述第一液滴沿着第一路径行进，使具有所述第二电荷状态的所述第二液滴沿着第二路径行进，并使具有所述第三电荷状态的所述组合液滴沿着第三路径行进。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴在被使在所述第一电荷状态中的所述第一液滴沿着所述第一路径行进并使在所述第二电荷状态中的所述第二液滴沿着所述第二路径行进的所述偏转设备作用之前进行组合。
29.如权利要求27所述的方法，其中，所述第三路径与所述第一路径和所述第二路径是不同的。
30.如权利要求27所述的方法，还包括: 使用捕集器拦截沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的液滴；以及 使用所述捕集器拦截沿着所述第三路径行进的液滴。
31.如权利要求27所述的方法，其中，在所述偏转设备使所述第一液滴开始沿着所述第一路径行进并使所述第二液滴开始沿着所述第二路径行进之后，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴进行组合。
32.如权利要求27所述的方法，所述喷嘴是喷嘴阵列中的一个喷嘴，且所述充电设备的所述充电电极是从所述喷嘴阵列中的每个喷嘴喷射的所述液体喷射流中的每个所共有的并与所述液体喷射流中的每个相关联的电极。
33.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一液滴和所述第二液滴具有实质上相同的体积。
34.如权利要求27所述的方法，其中，所述液滴形成设备和所述液滴速度调整设备是同一设备。
35.如权利要求27所述的方法，其中，所述液滴形成设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴形成换能器；以及 波形源，其向所述液滴形成换能器供应液滴形成波形。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述液滴形成换能器是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
37.如权利要求35所述的方法， 其中，所述液滴形成波形包括产生所述液滴对的所述第一液滴的第一部分和产生所述液滴对的所述第二液滴的第二部分。
38.如权利要求27所述的方法，其中，所述液滴速度调整设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴速度调整换能器；以及 波形源，其向所述液滴速度调整换能器提供液滴速度调整波形。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述液滴速度调整设备是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
40.如权利要求38所述的方法，其中，被供应到所述液滴速度调整换能器的所述液滴速度调整波形对由激励控制器提供的打印数据做出响应。
41.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一液滴和所述第二液滴之一相对于与所述第一液滴和所述第二液滴中的另一个相关联的电荷是不带电的。
42.如权利要求27所述的方法，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源不对由激励控制器提供的打印数据做出响应。
43.如权利要求27所述的方法，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源产生波形，在所述波形中所述第一不同的电压状态和所述第二不同的电压状态中的每个在等于所述基本周期的时间间隔内是有效的。
44.如权利要求27所述的方法，其中，所述偏转设备还包括至少一个偏转电极以使带电液滴偏转，所述至少一个偏 转电极与电势源和地之一电通信。
45.如权利要求27所述的方法，其中，所述充电设备包括充电电极，所述充电电极包括被定位于所述液体喷射流的第一侧上的第一部分和被定位于所述液体喷射流的第二侧上的第二部分。
46.如权利要求27所述的方法，其中，所述偏转设备还包括与电势源电通信的偏转电极，所述偏转电极产生液滴偏转场以使带电液滴偏转。
47.如权利要求27所述的方法，其中，所述液体包括用于打印在记录介质上的油墨。
48.如权利要求27所述的方法，其中，所述第二不同的电压状态包括DC偏移。
【文档编号】B41J2/105GK103547456SQ201280025180
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月17日 优先权日:2011年5月25日
【发明者】H·V·潘沙瓦, M·A·马库斯, J·A·卡特博格, A·G·洛佩斯, S·P·阿迪加, J·M·格雷斯 申请人:伊斯曼柯达公司
【专利摘要】一种连续液体喷射系统包括与喷嘴流体连通的液体腔。液体腔包含在足以通过喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体。液滴形成设备与液体喷射流相关联，并可被致动来在液体喷射流中产生调整，该调制使液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对。每个液滴对在时间上平均分隔开液滴对周期。每个液滴对包括第一液滴和第二液滴。充电设备包括与液体喷射流相关联的充电电极和在充电电极和液体喷射流之间的变化电势源。变化电势源提供包括等于液滴对周期的周期的波形。波形还包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。充电设备与液滴形成设备同步以在第一液滴上产生第一电荷状态并在第二液滴上产生第二电荷状态。液滴速度调整设备改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制选定液滴对的第一液滴和第二液滴是否彼此组合来形成组合液滴。组合液滴具有第三电荷状态。偏转设备使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径行进，使具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径行进，并使具有第三电荷状态的组合液滴沿着第三路径行进。
【专利说明】包括液滴速度调整的液体喷射系统
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及数控打印系统的领域，且尤其是涉及连续打印系统，其中液体流分裂成液滴，该液滴中的一些被静电地偏转。
【背景技术】
[0002]喷墨打印由于例如其非击打、低噪声特性、其使用普通纸以及其避免碳粉转印和固定而被承认为在数控电子打印舞台中的突出竞争者。喷墨打印机构可按照技术而被分类为按需型喷墨(DOD)或连续喷墨(CIJ)。
[0003]第一种技术一“按需型”喷墨打印使用加压致动器(例如热、压电或静电致动器)来提供击打在记录表面上的墨滴。一种普遍实行的按需型技术使用热致动来从喷嘴喷射墨滴。位于喷嘴处或附近的加热器将油墨充分加热到沸腾，形成产生足够的内部压力来喷射墨滴的汽泡。这种形式的喷墨通常被称为“热喷墨(TIJ)”。
[0004]通常被称为“连续”喷墨(CIJ)打印的第二种技术使用加压墨源通过迫使墨在压力下穿过喷嘴来产生墨的连续液体喷射流。对油墨流进行扰动，以使得液体喷射流可预测的方式分裂成墨滴。通过不需要的墨滴的选择性偏转和捕获而发生打印。开发了用于选择性地偏转液滴的各种方法，包括静电偏转、空气偏转和热偏转。
[0005]在第一种基于静电偏转的CIJ方法中，以某种方式扰动液体喷射流，使它在离喷嘴在名义上恒定的距离(分裂长度)处分裂成均匀大小的液滴。充电电极结构位于名义上恒定的分裂点处，以便在分裂的时刻在液滴上诱导随数据变化的量的电荷。带电液滴接着被引导穿过固定的静电场区域，使每个液滴与其电荷成比例地偏转。在分裂点处建立的电荷水平从而使液滴行进到记录介质上的特定位置或行进到用于收集和回收利用的沟槽(gutter)。这种方法由R.Sweet在1971年7月27日发布的美国专利N0.3596275中公开了，该专利在下文中称为Sweet’ 275。Sweet' 275所公开的CIJ装置由单喷嘴，即，单液滴生成液体腔和单喷嘴结构组成。利用这种方法的多喷射CIJ打印头的公开也由Sweet等人在1968年3月12日发出的美国专利N0.3373437作出，该专利在下文中被称为Sweet’437。Sweef 437公开了具有与一行(一列)液滴出射喷嘴连通的公共液滴生成器腔的CIJ打印头，每个液滴出射喷嘴具有其自己的充电电极。这种方法要求每个喷嘴具有其自己的充电电极，每个个体的电极被供应有取决于待打印的图像数据的电波形。对单独可寻址的充电电极的这个要求在基本喷嘴间隔上且因此在打印系统的分辨率上施加限制。
[0006]第二种基于静电偏转的CIJ方法在由Vago等人在2001年8月14日发布的美国专利N0.6273559中公开，该专利在下文中被称为Vago’ 559。Vago’ 559公开了二进制CIJ技术，其中导电油墨被加压并通过校准后的喷嘴被释放，且所形成的液体喷墨以两个不同的时间间隔分裂。将被打印或不被打印的液滴以周期性激励脉冲在喷嘴处产生。待打印的液滴中的每个以相对强的周期性激励脉冲产生，并使形成待打印的液滴的喷墨流以在相对短的分裂长度处分离。不被打印的液滴中的每个以相对弱的周期性激励脉冲产生，并且使该液滴在相对长的分裂长度处分离。具有不同的被施加的DC电势的两组紧密间隔开的电极恰好位于与两个分裂位置相邻的喷嘴的下游并在相对短的分裂长度液滴和相对长的分裂长度液滴形成时向它们提供不同的电荷水平。较长的分裂长度液滴由于其电荷而被偏转设备选择性地从其路径偏移，并被偏转设备朝着捕集器表面偏转，在捕集器表面，它们被收集在沟槽中并返回到储液器用于重新使用。Vago’ 559还要求在相对短的分裂长度和相对长的分裂长度之间的分裂长度的差异小于波长(λ )，波长(λ )为连续油墨液滴或液体喷射流中的油墨节点之间的距离。这要求使用两个激励振幅(打印和非打印激励振幅)。将分裂长度位置差异限制为小于λ将必须使用的激励振幅差异限制在小量。对于只有单次喷射的打印头，相当容易调节电极的位置、充电电极上的电压以及打印和非打印激励振幅以产生打印和非打印液滴的期望分离。然而，在具有喷嘴阵列的打印头中，部分容差可能使这相当难。在液滴分裂区中具有高电场梯度的需要使液滴选择系统对充电电极平坦度、电极厚度和间隔中的轻微变化是敏感的，充电电极平坦度、电极厚度和间隔可都在用于阵列中的不同液体喷射的液滴分裂区处产生电场强度和电场梯度的变化。此外，液滴生成器和相关联的激励设备可能沿着喷嘴阵列不是完美地均匀的，且在各个喷嘴之间可能需要不同的激励振幅来产生特定的分裂长度。这些问题通过随着时间而漂移的油墨特性、可使充电电极随着温度移动并弯曲的热膨胀而加重。在这样的系统中，需要额外的控制复杂性来在各个喷嘴之间调节打印和非打印激励振幅以确保打印和非打印液滴的期望分离。B.Barbet和P.Henon也在2007年3月20日发布的美国专利N0.7192121中公开了利用分裂长度变化来控制打印。
[0007]B.Barbet在2010年5月11日发布的美国专利N0.7712879中公开了基于分裂长度和液滴尺寸的静电充电和偏转机构。在顶部区段上具有DC低电压和在下部节段上具有DC高电压的分离的公共充电电极被用于根据小液滴和大液滴的直径有差别地对小液滴和大液滴进行充电。
[0008]Τ.Yamada在1978年I月10日发布的美国专利N0.4068241 (在下文中被称为Yamada ‘241)中公开了交替地产生大液滴和小液滴的喷墨记录设备。利用在液体喷射流的分裂区中的DC静电场来对所有液滴进行充电。Yamada‘241还改变对于记录是不必要的小液滴的激励下降幅度，使得它们将碰撞大液滴并与大液滴组合。大液滴和与小液滴组合的大液滴被汇集并且不被打印，同时被偏转的小液滴被打印。这种方法的缺点之一是，偏转的液滴被打印，这可导致液滴放置错误。此外，因此较小的液滴需要比较大的液滴小得多以便能够在每个液滴上产生不同的电荷状态；需要较高喷嘴直径的喷嘴来产生打印液滴的期望尺寸。这限制了可在这样的方法中可利用的喷嘴间隔的密度，并严重限制了打印高分辨率图像的能力。
[0009]因此，存在提供连续打印系统的不断需要，该连续打印系统静电地偏转所选择的液滴，容忍液滴分裂长度，具有简化的设计，并产生提高的打印质量。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是通过使用利用CM0S-MEMS打印头的质量充电(mass charging)和静电偏转来克服上述缺点中的至少一个以产生高分辨率高质量的打印，同时维持或提高液滴放置准确度并使打印液滴的液滴体积变化最小化。
[0011]通过本发明提供了经由每个液体喷射流的分裂对液滴形成的随图像数据而变的控制和具有被称为充电电极波形的随图像数据而变的时变电势的充电电极。液滴形成被控制以使用被供应到液滴形成设备的液滴形成波形来产生液滴对。以液滴对周期产生液滴对。充电电极波形具有等于液滴对周期的周期。充电电极波形和液滴形成波形彼此同步以在两种电荷状态之一中交替地给连续的液滴充电。液滴形成波形可被选择性地改变以控制液滴对的液滴是否合并以形成较大的液滴。
[0012]本发明帮助通过允许对在长喷嘴阵列中的喷射之间的分裂时间变化的较大容忍来提供系统鲁棒性。此外，由捕集器收集至少每个其它液滴，帮助确保液体保留在捕集器上，这减小了在操作期间液体飞溅的可能性。本发明减小了发送到与喷嘴阵列的喷嘴相关联的激励设备的信号的控制的复杂性。这帮助减小充电电极结构的复杂度并增加充电电极结构和喷嘴之间的间隔。
[0013]根据本发明的方面，提供了连续液体喷射系统。该系统包括与喷嘴流体连通的液体腔。该液体腔包含在足以通过喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体。液滴形成设备与液体喷射流相关联，并可被致动来产生在液体喷射流中的调整，该调整使液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对。通过液滴对周期在时间上平均地分离开每个液滴对。每个液滴对包括第一液滴和第二液滴。充电设备包括与液体喷射流相关联的充电电极和在充电电极和液体喷射流之间的变化电势源。变化电势源提供包括等于液滴对周期的周期的波形。该波形还包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。充电设备与液滴形成设备同步以在第一液滴上产生第一电荷状态并在第二液滴上产生第二电荷状态。液滴速度调整设备改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制选定液滴对的第一液滴和第二液滴是否彼此组合来形成组合液滴。组合液滴具有第三电荷状态。偏转设备使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径行进，使具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径行进，并使具有第三电荷状态的组合液滴沿着第三路径行进。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]在下面介绍的本发明的示例性实施方式的详细描述中，参考了附图，在附图中:
[0015]图1是根据本发明的示例性连续喷墨系统的简化方框示意图；
[0016]图2示出从液滴生成器喷射的液体喷射流及其以有规律的周期随后分裂成液滴的图像；
[0017]图3是根据本发明的示例性实施方式的喷嘴和相关联的液滴形成设备和速度调整设备的简化方框示意图；
[0018]图4是根据本发明的另一示例性实施方式的喷嘴和相关联的激励设备的简化方框示意图；
[0019]图5A示出穿过根据本发明的并且在全打印条件中操作的连续液体喷射系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0020]图5B示出穿过根据本发明的并且在非打印条件中操作的连续液体喷射系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0021]图5C示出穿过根据本发明的连续液体喷射系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视图并且示出一般打印条件；
[0022]图6A示出穿过根据本发明的并且在全打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0023]图6B示出穿过根据本发明的并且在非打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0024]图6C示出穿过根据本发明的并在一般打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0025]图7A示出穿过根据本发明的并在全打印条件中操作的连续液体喷射系统的第二可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0026]图7B示出穿过根据本发明的并在非打印条件中操作的连续液体喷射系统的可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角；
[0027]图8示出根据本发明的连续液体喷射系统的产生连续液滴对的在从a到h的时间推移序列中从喷射流产生的液滴的前视图；
[0028]图9示出本发明的连续液体喷射系统的几个相邻液体喷射流的前视图；
[0029]图10示出时序图的第一示例性实施方式，该时序图例示液滴形成脉冲、速度调整脉冲、充电电极波形和液滴的分裂；
[0030]图11示出时序图的第二示例性实施方式，该时序图例示液滴形成脉冲、速度调整脉冲、充电电极波形和液滴的分裂；
[0031]图12示出时序图的第三示例性实施方式，该时序图例示液滴形成脉冲、速度调整脉冲、充电电极波形和液滴的分裂；以及
[0032]图13示出根据本发明的示例性实施方式的液滴喷射的方法的方框图。
【具体实施方式】[0033]本描述特别针对形成根据本发明的装置的部分或更直接地与该装置协作的元件。应理解，没有具体示出或描述的元件可采取本领域中的技术人员熟知的各种形式。在下面的描述和附图中，相同的附图标记用于在可能的场合指示相同的元件。
[0034]为了清楚起见，本发明的示例性实施方式是示意性示出的且不按比例。本领域中的普通技术人员之一将能够容易确定本发明的示例性实施方式的元件的特定尺寸和互连。
[0035]如本文所述的，本发明的示例性实施方式提供一般用在喷墨打印系统中的打印头或打印头部件。在这样的系统中，液体是用于打印在记录介质上的油墨。然而，出现了其它应用，该其它应用使用喷墨打印头来发射需要被精细地用仪表测量并以高空间分辨率沉积的液体(不同于油墨)。因此，如本文所述，术语“液体”和“油墨”指可通过下面描述的打印头或打印头部件喷射的任何材料。
[0036]连续喷墨(CIJ)液滴生成器依赖于无约束液体喷射流的物理性质，其首先在二维中由 F.R.S.(Lord)Rayleigh 的 1878 年出版的 “Instability of jets” (Proc.LondonMath.Soc.10(4))分析。Lord Rayleigh的分析表明，在压力P下的液体将从孔(喷嘴)涌出，形成以速度vj移动的具有直径dj的液体喷射流。喷射流直径dj大约等于有效喷嘴直径dn，且喷射流速度与储液器压力P的平方根成比例。Rayleigh的分析表明，喷射流将基于具有比Hdj长的波长λ (gp, λ ^ Jidj)的表面波而自然地分裂成变化尺寸的液滴。Rayleigh的分析还表明，如果特定的表面波长以足够大的幅值被发起，则将变得占优势，从而“激励”喷射流产生单一尺寸的液滴。连续喷墨(CIJ)液滴生成器采用具有在喷射流上建立特定的占优势的表面波的效应的周期性物理过程(所谓的“扰动”或“激励”)。激励导致喷射流分裂成单一尺寸的液滴，该分裂与扰动的基本频率同步。已经表明，喷射流分裂的最大效率出现在导致最短时间进行分裂的最佳频率F_处。在最佳频率Ftjpt (最佳Rayleigh频率)处，扰动波长λ大约等于4.5dj。扰动波长λ等于Jidj时的频率被称为Rayleigh截止频率FK，因为在高于截止频率的频率处的对液体喷射流的扰动将不发展以使液滴形成。
[0037]从施加Rayleigh激励产生的液滴流在本文将被称为产生预定体积的液滴流。虽然在现有技术的CIJ系统中用于打印或图案层沉积的所关注的液滴总是具有一致的体积，将解释的是，对于本发明，激励信号可被操纵以产生具有该一致的体积的预定倍数的液滴。因此短语“预定体积的液滴流”包括分裂成具有一个尺寸的液滴的液滴流或分裂成具有计划的不同体积的液滴的流。
[0038]在CIJ系统中，在体积上比预定的单位体积小得多的通常被称为“随体(satellite)”的一些液滴可被形成为向下变为流体的细带的流颈。这样的随体可能并不是完全可预测的，或可能并不总是以可预测的方式与另一液滴合并，从而稍微改变旨在用于打印或形成图案的液滴的体积。然而，小的不可预测的随体液滴的存在对本发明是不重要的，且不被认为消除了通过在本发明中使用的同步能量信号来预先确定液滴尺寸的事实。因此，如用于描述本发明的短语“预定体积”应被理解为包含了液滴体积的围绕计划的目标值的某个小变化可由于不可预测的随体液滴形成而出现。
[0039]使用部件的特定组合，例如液滴充电结构、液滴偏转结构、液滴捕捉结构、液滴形成设备和液滴速度调整设备的特定组合描述了下面参考图1-13讨论的示例性实施方式。应理解，这些部件是可互换的，以及这些部件的其它组合在本发明的范围内。
[0040]参考图1，连续喷墨打印系统10包括油墨储液器11，油墨储液器11连续地将油墨泵送到也被称为液体喷射器的打印头12中以产生连续的油墨液滴流。打印系统10从图像源13 (例如扫描仪、计算机或数字摄像机或提供光栅图像数据、以页面描述语言的形式的轮廓图像数据或其它形式的数字图像数据的其它数字数据源)接收数字化图像过程数据。来自图像源13的图像数据被周期性地发送到图像处理器16。图像处理器16处理图像数据并包括用于存储图像数据的存储器。图像处理器16 —般是光栅图像处理器(RIP)。存储在图像处理器16中的图像存储器中的也被称为图像处理器16中的打印数据的图像数据被周期性地发送到激励控制器18，激励控制器18产生时变电激励信号的图案以使液滴流如将描述的那样在打印头12上的每个喷嘴的出口处形成。这些激励脉冲在适当的时间和在适当的频率处被应用于与每个喷嘴相关联的激励设备。打印头12和偏转机构14协作地工作，以便确定油墨液滴是被打印在记录介质19上在图像存储器中的数据所指定的适当位置上还是经由油墨回收利用单元15被偏转和回收利用。油墨回收利用单元15中的油墨被引导回到油墨储液器11中。油墨在压力下通过油墨通道被分配到打印头12的后表面，该油墨通道包括在一般由硅构成的基底中形成的腔或增压室。可替代地，腔可在硅基底所附着到的歧管件中形成。油墨优选地从腔穿过蚀穿打印头12的硅基底的槽和/或孔流到其前表面，多个喷嘴和激励设备位于该前表面中。适合于最佳操作的油墨压力将取决于多个因素，包括喷嘴的几何结构和热特性以及油墨的热特性和流体动力学特性。可通过在油墨压力调节器20的控制下将压力施加到油墨储液器11来实现恒定的油墨压力。
[0041]任何类型的喷墨打印机(不管是按需型还是连续喷墨)所具有的一个公知的问题涉及点定位的精确度。如在喷墨打印的领域中公知的，一个或多个液滴通常需要放置在接收器上的像素区域(像素)内，该像素区域例如对应于包括数字图像的信息的像素。通常，这些像素区域包括接收器上的正方形或矩形的真实或假想阵列，且打印机液滴被预期放置在每个像素内的期望位置上，例如对于简单的打印方案在每个像素区域的中心中，或可替代地在每个像素区域内的多个精确位置上以实现半色调(half-toning)。如果液滴的放置是不正确的和/或它们的放置不能被控制以实现在每个像素区域内的期望放置，则图像伪像可能出现，特别是如果离期望位置的类似类型的偏差在相邻的像素区域上重复。RIP或其它类型的处理器16将图像数据转换成像素映射的图像页面图像以用于打印。在打印期间，借助于由介质输送控制器21电子地控制的多个输送棍22使记录介质19相对于打印头12移动。如公知的优选地基于微处理器并被适当编程的逻辑控制器17提供用于输送控制器21与油墨压力调节器20和激励控制器18的协作的控制信号。激励控制器18包括液滴控制器，液滴控制器根据从形成图像处理器16的一部分的图像存储器得到的图像数据提供用于从打印头12向记录介质19喷射个体的油墨液滴的驱动信号。图像数据可包括原始图像数据、从图像处理算法产生以提高打印的图像的质量的额外的图像数据和来自液滴放置校正的数据，来自液滴放置校正的数据可从很多来源，例如从打印头12中的每个喷嘴的转向错误(如打印头特征化和图像处理的领域中的技术人员熟知的)的测量结果产生。图像处理器16中的信息可被认为代表用于液滴喷射的数据的通常来源，该数据例如是待打印的油墨液滴的期望位置和将被收集用于回收利用的那些液滴的识别。
[0042]可认识到，可使用用于接收器输送控制的不同机械配置。例如，在页面宽度打印头的情况中，使记录介质19越过静止打印头12移动是方便的。另一方面，在扫描型打印系统的情况中，在相对光栅运动中沿着一个轴(即，主扫描方向)移动打印头并沿着正交轴(即，次扫描方向)移动记录介质是更方便的。
[0043]液滴形成脉冲由可通常被称为液滴控制器的激励控制器18提供，且一般为通过电连接器(如在信号传输的领域中公知的)发送到打印头12的电压脉冲。然而，也可将其它类型的脉冲(例如光脉冲)发送到打印头12，以使打印和非打印液滴如在喷墨打印领域中公知的那样在特定的喷嘴处形成。一旦形成，打印液滴就穿过空气行进到记录介质，并稍后如将描述的那样撞击在记录介质的特定像素区域上或由捕集器收集。
[0044]参考图2，打印系统与可操作来从喷嘴50的阵列产生液体喷射流43的阵列的打印头相关联。与每个液体喷射流43相关联的是液滴形成设备89。液滴形成设备包括液滴形成换能器42和向液滴形成换能器供应波形的液滴形成波形源55。液滴形成换能器可具有适合于在液滴喷嘴上产生扰动的任何类型，例如是热设备、压电设备、MEMS致动器、电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备及其组合。根据所使用的换能器的类型，换能器可位于向喷嘴供应液体的液体腔中或相邻于该液体腔以在液体腔中的液体上起作用，或位于喷嘴中或紧挨在喷嘴周围以当液体穿过喷嘴时在液体上起作用，或定位成相邻于液体喷射流以在液体喷射流穿过喷嘴之后在液体喷射流上起作用。液滴形成波形源向液滴形成换能器供应具有基本频率f。和T^l/f。的基本周期的波形，液滴形成换能器在液体喷射流中产生具有波长λ的调整。该调整在振幅上增大以使液体喷射流的部分分裂成液滴。通过液滴形成设备的作用，一序列液滴以具有基本周期T^l/f。的基本频率f。产生。在图2中，液体喷射流43在与喷嘴50相距距离BL的分裂位置32处以有规律的周期分裂成液滴。在一对连续的液滴35和36之间的距离基本上等于在液体喷射流上的扰动的波长λ。从液体喷射流分裂的该序列液滴形成一系列液滴对34，每个液滴对具有第一液滴和第二液滴。因此，液滴对34的形成的频率(通常被称为液滴对频率fp)由fp=fy2给出，且相应的液滴对周期是TP=2T0 。
[0045]液滴的产生与在基本频率?0处操作的液滴形成设备所提供的能量相关联，液滴形成设备产生具有基本上相同的体积的被间隔开距离λ的液滴。基本上相同的体积一般意味着一个液滴的体积在前一液滴的体积的±30%内，且更优选地一个液滴的体积在前一液滴的体积的±30%内。应理解，虽然在图2所示的实施方式中，第一和第二液滴具有基本上相同的体积；第一和第二液滴可具有不同的体积，使得第一和第二液滴的对一般来说以l/2f。的频率产生。例如，第一与第二液滴的体积比可从大约4:3改变到大约3:4。对图2中的液体喷射流43的激励由与液体喷射流或喷嘴50相关联的液滴形成换能器独立地控制。在一个实施方式中，液滴形成换能器42包括与喷嘴相邻的一个或多个电阻元件。在这个实施方式中，通过发送任意形状的周期性电流脉冲来实现液体喷射流激励,该电流脉冲由液滴形成波形源经由围绕液滴生成器的每个孔口的电阻元件提供。特定的喷墨喷嘴的液滴的分裂时间可由到达围绕喷嘴孔口的相应电阻元件的脉冲振幅或脉冲占空比或相对于一序列脉冲中的其它脉冲的脉冲定时中的至少一个控制。以这种方式，脉冲占空比或振幅的小变化允许液滴分裂时间以可预测的方式被调整。在液滴从液体喷射流分裂之后，到围绕液滴生成器的孔口的电阻元件的激励控制器的振幅或占空比的小变化也影响液滴的速度。
[0046]也在图2中不出的是包括充电电极44和充电脉冲电压源51的充电设备83。与液体喷射流相关联的充电电极44被定位成相邻于液体喷射流43的分裂点32。如果电压被施加到充电电极44，则电场在充电电极和电接地的液体喷射流之间产生，在这两者之间的电容耦合产生在导电喷射流的端部上的净电荷。(液体喷射流凭借与接地液滴生成器的液体腔的接触而被接地。)如果液体喷射流的端部分裂以形成液滴，同时在液体喷射流的端部上有净电荷，则液体喷射流的该端部的电荷被捕获在最近形成的液滴上。
[0047]在充电电极44上的电压由充电脉冲源51控制，充电脉冲源51提供以由fp=fy2给出的液滴对频率fp (其是基本频率的一半)或等效地以液滴对周期TP=2T。(基本周期的两倍2Τ。)操作的两个状态波形，以在连续形成的液滴35和36上产生两个不同的电荷状态。因此，充电脉冲电压源51提供在充电电极44和液体喷射流43之间的变化电势。变化电势源产生充电电极波形97，该充电电极波形具有等于液滴对周期的周期，且该充电电极波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。在优选实施方式中，充电电极波形97的每个电压状态在等于基本周期的时间间隔内是有效的。供应到充电电极的这个波形独立于或不响应于待打印的图像数据。充电设备83与液滴形成设备同步，使得固定的相位关系被维持在由充电脉冲电压源51产生的充电电极波形与液滴形成波形源的时钟之间。作为结果，由液滴形成波形产生的液滴从液滴流的分裂的相位被锁相到充电电极波形。如图10所指示的，在充电电极波形和液滴形成波形之间可能有由延迟93表示的相移。该相移被设置成使得对于所产生的每个液滴对，当充电电极处于第一电压状态中时第一液滴从喷射流分裂，在第一液滴36上产生具有第一电荷与质量比的第一电荷状态,且当充电电极处于第二电压状态中时液滴对的第二液滴从喷射流分裂，以在液滴对的第二液滴35上产生具有第二电荷与质量比的第二电荷状态。[0048]在图5A-7B中，具有第一电荷状态的第一液滴36被示为拥有负电荷，而具有第二电荷状态的第二液滴35被示为不带电。应理解，第一和第二电荷状态被限制到这个实施方式。在可替代实施方式中，第一和第二波形状态配置成使第一液滴带正电而不是带负电。在其它实施方式中，第一电荷状态对应于不带电液滴状态，而第二电荷状态对应于第二液滴带电。在再其它实施方式中，第一电荷状态可具有电荷的一个极性，而第二电荷状态可具有相反极性的电荷。第一和第二电荷的幅值可以相同或不同。
[0049]与液体喷射流相关联的是液滴速度调整设备90。液滴速度调整设备由液滴调整设备换能器41和速度调整源54构成。液滴速度调整换能器可以具有热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备及其组合。根据所使用的换能器的类型，换能器可位于向喷嘴供应液体的液体腔中或相邻于该液体腔以在液体腔中的液体上起作用，或位于喷嘴中或紧挨在喷嘴周围以当液体穿过喷嘴时在液体上起作用，或定位成相邻于液体喷射流以在液体喷射流穿过喷嘴之后在液体喷射流上起作用。液滴速度调整设备用于选择性地改变或调整液滴对中的第一液滴、第二液滴或两个液滴的速度以使液滴对中的第一和第二液滴合并。因为被传送到液体喷射流以形成液滴的能量脉冲的振幅、占空比、波形的小变化影响所形成的液滴的速度时，液滴对中的一个液滴或两个液滴的速度可被调整并通过改变被传送到液体喷射流的能量的特性来实现，所述特性对液体喷射流产生使液滴从液体流分裂的扰动。响应于被供应到速度调整源的打印或图像数据而选择性地调整液滴对中的液滴的液滴速度。因此，液滴速度调整波形依赖于打印或图像数据。在一些实施方式中，液滴对中的液滴之一的速度被调整，而另一液滴的速度保持不变。在其它实施方式中，两个液滴的速度都被调整。
[0050]被传送到液滴喷射流以影响所形成的液滴的速度所需的能量脉冲的振幅、占空t匕、波形的小变化在一些实施方式中通过由速度调整源54驱动的速度调整设备换能器41提供，速度调整设备换能器41和速度调整源54不同于液滴形成设备换能器42和液滴形成源55。图3示出一个这样的实施方式，其中速度调整设备换能器41和液滴形成设备换能器42是同心地放置在喷嘴50周围的分开的加热器。从液滴形成源55接收脉冲的与图像数据无关的序列的液滴形成设备换能器42将能量脉冲的规则序列传送到穿过喷嘴50流动的液体喷射流。这个序列的脉冲形成由第一液滴形成脉冲91和第二液滴形成脉冲92构成的一序列脉冲对。速度调整设备换能器41将能量脉冲的随图像数据而变的序列传送到穿过喷嘴50流动的液体喷射流，作为由速度调整源54供应的速度调整脉冲94的随图像数据而变的序列的结果。
[0051]在其它实施方式中，液滴形成设备89和速度调整设备90是相同的设备，其被统称为在图4中示出的激励设备60。激励设备60由激励波形源56和激励换能器59构成。在这个实施方式中，激励波形源56用作液滴形成波形源和速度调整源。激励换能器59用作液滴形成设备换能器和速度调整设备换能器。激励波形源56向激励换能器59提供分别具有第一和第二液滴形成脉冲91和92以及具有速度调整脉冲94的波形。
[0052]在其它实施方式中，液滴形成设备和液滴速度调整设备是同一设备。在这样的实施方式中，采用单个换能器来形成液滴并调整其速度。公共波形源向该换能器提供脉冲以用于形成液滴，并改变所选择的脉冲的振幅或脉冲宽度以调整所选择的液滴的速度。可选地，公共波形源可将一个或多个窄脉冲插在规则地间隔开的液滴形成脉冲之间以调整一个或多个液滴的速度。在这样的实施方式中，被供应到激励设备的波形取决于图像数据。
[0053]图5A-7B示出在本文详细描述的连续液体喷射系统的各种实施方式。连续液体喷射系统实施方式包括参考图1所示的连续喷墨系统而描述的大部分部件。所有的连续液体喷射系统实施方式40包括与喷嘴50或喷嘴阵列流体连通的液体腔。(在这些图中，喷嘴的阵列将延伸到图的平面内和外。)液体腔包含在足以喷射穿过喷嘴的液体喷射流43的压力下的液体。每个液体喷射流具有与其相关联的液滴形成设备89。液滴形成设备包括液滴形成设备换能器42和液滴形成波形源55，液滴形成设备换能器42和液滴形成波形源55可操作来在液体喷射流中产生调整以使液体喷射流的部分分裂成包括沿着路径行进的第一液滴36和第二液滴35的一系列液滴对。每个液滴对在时间上平均被分隔开基本周期的两倍。
[0054]连续液体喷射系统还包括充电设备，充电设备包括与液体喷射流的阵列相关联的充电电极44或45以及在充电电极和液体喷射流之间的变化电势源51。变化电势源51将具有等于液滴对周期的周期的充电电极波形97施加到充电电极。该波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。如关于图2讨论的，充电电极44被定位成使得它相邻于喷嘴阵列中的液体喷射流的分裂位置。充电设备与液滴形成设备同步，使得当液滴对的第一液滴相邻于电极分裂时，第一电压状态是有效的，以及当液滴对的第二液滴相邻于电极分裂时，第二电压状态是有效的。作为在第一和第二电压状态中的由充电电极产生的电场的结果，第一电荷状态在第一液滴上产生，而第二电荷状态在每个液滴对的第二液滴上产生。
[0055]连续液体喷射系统还包括与每个液体喷射流43相关联的液滴速度调整设备42。液滴速度调整设备改变选定的液滴对中的第一液滴36相对于第二液滴35的相对速度，使得选定液滴对的第一液滴和第二液滴如图5所示那样彼此组合以形成也被称为组合或合并的液滴49的第三液滴49。选定液滴对的液滴如图5B所示那样在上箭头和下箭头之间的液滴合并位置31处合并。导致第一和第二液滴的合并的速度调整的液滴对的选择一般基于由激励控制器18从图像处理器16接收的打印数据。因为第一液滴在第一电荷状态中而第二液滴在第二电荷状态中，因而产生的组合液滴具有第三电荷状态。连续液体喷射系统还包括偏转设备14，偏转设备14使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径38行进，使具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径37行进，以及具有第三电荷状态的组合液滴沿着第三路径39行进。
[0056]在图5A-5C所示的实施方式中，充电电极44是偏转设备14的部分。被定位到液体喷射流相邻于分裂点的一侧的电偏压的充电电极44不仅在液滴的分裂之前将电荷吸引到喷射流的端部，而且在它们从液体喷射流分裂之后吸引带电的液滴。这个偏转机构在J.A.Katerberg 的“Drop charging and deflection using a planar charge plate，，(4thInternational Congress on Advances in Non-1mpact Printing Technologies)中被描述。捕集器47还构成偏转设备14的一部分。如在US3656171中描述的,在导电捕集器表面的前方穿过的带电液滴使导电捕集器表面52上的表面电荷重新分布，使得带电液滴被吸引到捕集器表面52。当这个实施方式中的充电板开始使第一和第二液滴偏转使得它们开始分别遵循第一和第二路径时，因为它们被分裂，且紧接着其后，经历速度调整的液滴对的第一和第二液滴在它们合并以形成组合液滴之前开始沿着第一和第二路径行进。速度调整必须足以使第一和第二液滴在第一和第二路径的分叉将阻止它们合并之前合并。
[0057]为了选择性地将液滴打印到基底上，将一个或多个捕集器用于拦截沿着第一、第二和第三路径中的两个行进的液滴。图5A-5C和图7A-7B示出捕集器拦截沿着第一和第三路径行进的液滴同时沿着第二路径行进的液滴被允许接触基底并被打印的实施方式。图6A-6C示出捕集器拦截沿着第二和第三路径行进的液滴同时沿着第一路径行进的液滴被允许接触基底并被打印的实施方式。其它实施方式可包括使用两个捕集器来拦截单独地沿着第一、第二和第三路径中的任两条路径行进的液滴同时沿着第一、第二和第三路径中的其余路径行进的液滴被允许接触基底并被打印。
[0058]图5A-5C示出连续液体喷射系统的主要部件的横截面视图，并展示本发明的第一实施方式的不同打印模式。连续液体喷射系统包括打印头12，打印头12包括与用于发射液体流43的一个或多个喷嘴50的阵列流体连通的液体腔24。与每个液体喷射流相关联的是液滴形成设备换能器42和速度调整设备换能器41。在所示实施方式中，液滴形成设备换能器42和速度调整设备换能器41在喷嘴周围50的壁中形成。单独的液滴形成设备换能器42可与多个喷嘴中的每个喷嘴集成，或公共液滴形成设备换能器42可用于多个喷嘴。速度调整设备换能器41与多个喷嘴中的每个喷嘴集成。由以基本周期T。提供液体喷射流43的周期性激励的液滴形成波形源55致动液滴形成设备换能器42。速度调整设备换能器41也可由单独的速度调整源54致动。在打印头的一些实施方式中，液滴形成设备换能器42和速度调整设备换能器41可以是同一换能器元件，且液滴形成波形源55和速度调整源54可包括同一源。通常被称为MEMS-CM0S打印头的打印头12是有利的，因为它可容易与数字打印系统集成。基于硅的打印头包括喷嘴的阵列，该喷嘴被单独地处理以引起喷射流分裂以及打印液滴和非打印液滴的选择性形成。这个特征使能较高的喷嘴密度以产生高分辨率打印。
[0059]接地捕集器47位于充电电极44之下。捕集器47的目的是拦截或汇集带电液滴，使得它们将不接触打印介质或基底19并打印在打印介质或基底19上。为了在图5A和随后附图中所示的打印头12的正确操作，捕集器47和/或捕集器底板57被接地，以当油墨沿着捕集器表面52流动并进入油墨返回通道58时允许被拦截的液滴上的电荷被耗散。捕集器47的面52相对于图2中示出的液体喷射流轴87成角Θ。如图5A所示，带电液滴36因此被吸引到接地捕集器47的捕集器的面52。液滴36在带电液滴捕集器接触点26处拦截捕集器表面52以形成沿着捕集器47的面行进的油墨膜48。捕集器的底部具有半径R的弯曲表面，包括底部捕集器板57和在捕集器底板57之上的油墨回收通道58用于油墨膜48中的油墨的捕获和回收利用。如果在相邻于电极的液滴分裂的分裂时间从电极44到液体喷射流43存在正电压电势差，则将在液滴从液体喷射流分裂之后保持的形成液滴上感应负电荷。如果在液滴的分裂时间从电极44到液体喷射流43不存在电压电势差，则将预期在液滴从液体喷射流分裂之后将保持的形成液滴上没有感应电荷。然而，当从液体喷射流分裂的第二液滴35电容性地耦合到带电的第一液滴36时，可在第二液滴上感应小电荷，甚至当充电电极在第二电荷状态中在OV时也是如此。单独的液滴以具有基本周期T。的基本频率f。连续地形成，且双液滴的液滴对以具有2T。的周期的基本频率f；/2处形成。
[0060]为了理解本发明时的简单性，针对第二电荷状态接近零电荷的情况绘制了图5A-5C和随后的附图，从而液滴对35的第二液滴如第二路径37的方向所示那样具有很小的偏转或没有偏转。为了理解的简单性，第二路径37被绘制成与图2所示的液体喷射轴87对应。液滴对34的第一液滴36在高电荷状态中，使得当第一液滴36沿着第一路径38行进时它们被偏转。本发明因此允许以液滴对频率fp=fy2或以液滴对周期TP=2T。每个液滴对循环打印一个打印液滴。我们将此定义为小液滴打印模式，小液滴打印模式使能以基本频率f。形成的交替液滴的打印，该基本频率f。可被调谐到用于喷射流分裂的最佳频率，该小液滴打印模式与大液滴打印模式相对，在大液滴打印模式中，将大的组合液滴用于打印。[0061 ] 如上所述，即使充电电极在第二电荷状态中在OV时，也可能在第二液滴上感应小电荷。第二液滴因此可能经历小偏转。在某些实施方式中，通过改变充电电极波形的第二电压状态来中和由第一液滴的电荷在第二液滴上感应的电荷。不是在第二电压状态使用O伏，而是使用从O伏的小偏移。偏移电压被选择成使得在第二电压状态期间在相邻于充电电极分裂的液滴上感应的电荷具有与由前面的液滴在分裂的液滴上感应的电荷相同的幅值和相反的极性。结果是基本上没有电荷的液滴，该液滴基本上没有由于静电力而经历偏转。DC偏移的量取决于系统的特殊配置(包括例如一个充电电极还是两个充电电极被用在系统中)或系统的几何结构(包括例如喷射流和充电电极的相对定位以及相邻液滴之间的距离)。一般，第二电压状态相对第一电压状态的范围在50%和10%之间。例如，在一些应用中，当第一电压状态包括200伏时，第二电压状态包括50伏的DC偏移(第一电压状态的25%)。
[0062]连续的液滴35和36被认为是液滴对，液滴对的第一液滴36被充电电极充电到第一电荷状态，而液滴对的第二液滴35被充电电极充电到第二电荷状态。图5Ατ^出全打印条件，其中形成液滴对的长序列，且其中没有执行速度调整设备的速度调整。在没有速度调整的情况下，每个液滴对中的第一和第二液滴具有相同的速度，且因此第二液滴不与液滴对中的第一液滴合并。由于这两个液滴上的不同电荷，它们由于偏转设备14而经历不同量的偏转。第一液滴36被偏转以遵循第一路径38，而第二液滴遵循第二路径37以撞到记录介质19。图5B示出非打印条件，其中形成液滴对的长序列。速度调整设备换能器改变在每个液滴对中的第一和第二液滴的相对速度，使每个液滴对的两个液滴组合成较大的组合液滴49。组合的第三液滴49具有等于第一液滴36上的电荷与第二液滴35上的电荷之和的净电荷。第三液滴上的净电荷对应于第三电荷状态。偏转设备在具有第三电荷状态的组合液滴49上起作用，使组合液滴沿着第三路径行进。当组合液滴具有与第一和第二液滴中的任一个不同的电荷与质量比时，它经历与第一和第二液滴不同量的偏转。作为结果，组合液滴沿着第三路径行进，第三路径将不同于第一和第二路径。捕集器被定位成拦截第三路径，所以所有的组合或合并的液滴都被捕集器拦截。图5C示出正常打印序列，其中速度调整设备选择性地在液滴对起作用，使得一些液滴对的一些液滴不合并，以产生打印液滴和被汇集的液滴，且其它液滴对的第一和第二液滴合并并且被偏转到沟槽。
[0063]图5A示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第一实施方式的液体喷射流43的横截面视角并示出全打印条件中的液滴对序列，序列液滴对的第二液滴35被充电电极44充电到第二电荷状态且不被吸引到捕集器47并被打印在记录介质19上作为打印液滴46的序列，而液滴对的第一液滴36被充电电极44充电到第一电荷状态且被吸引到捕集器47且不被打印。对于如图5A所示产生的液滴，连续液滴通过液滴形成波形源55以基本周期T。的激励而以基本周期产生。液滴速度调整设备41不在液体喷射流上起作用，所以所有液滴都具有相同的液滴速度。作为结果，液滴对中的第一和第二液滴不合并。施加到电极44A的适当的波形将是具有等于液滴对周期TP=2T。的周期以及在高状态中具有正电压和在低状态接地的50%占空比的方波。在正常打印期间，记录介质19将如图5Α所示以速度Vm移动到右边。
[0064]图5Β示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第一实施方式的液体喷射流43的横截面视角并示出非打印条件中的液滴对序列，序列液滴对的第一液滴被充电电极充电到第一电荷状态而液滴对的第二液滴被充电到第二电荷状态，交替液滴的对在位于离喷嘴50的出口一段距离dm处的合并位置31处合并成在第三电荷状态中的组合液滴49的序列，该组合液滴49也被吸引到捕集器47并被捕集器47拦截且不被打印。组合液滴49具有基本上与图5A所不的带电液滴36相同的电荷,但具有基本上两倍于液滴35和36的质量的质量。当组合液滴49相邻于捕集器47行进时它们也被偏转，并将在带电液滴捕集器接触点27处撞到捕集器表面52上，接触点27在捕集器面52上比单个带电液滴36的接触点26更低，以形成沿着捕集器47的面行进的油墨膜48。图5B所示的液滴对的液滴35和36组合，因为这两个液滴的速度是不同的，一般相差2-20%。这是应用来自速度调整源54的能量以在液滴对的液滴之一的形成期间给速度调整设备换能器41供电并在液滴对的液滴之一的液滴形成期间改变施加到液滴形成波形源55的波形以向热打印头的液滴形成设备换能器42提供较大的热能的结果。因此，如图5B所示，在非打印条件中的液滴对的序列中，所有液滴对组合并被汇集，且没有打印液滴46出现在记录介质19上。为了确保所有液滴都正确地被汇集，合并距离4应优选地小于从喷嘴50的出口到捕集器59的顶部的距离。
[0065]图5C示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第一实施方式的液体喷射流的横截面视角并不出一些液滴在第一电荷状态中、一些液滴在第二电荷状态中且一些组合液滴在第三电荷状态中的正常打印条件。如参考图1的讨论描述的，打印液滴46的图案将对应于来自图像源13的图像数据。
[0066]图6A-6C示出根据本发明的连续喷墨系统的替代实施方式。示出了穿过液体喷射流的横截面视角，其中合并的液滴和非偏转的液滴被汇集，偏转的单液滴被打印。图6A示出在全打印条件中的液滴对的序列，图6B示出在非打印条件中的液滴对的序列，且图6C示出正常打印条件，其中一些液滴被打印。具有与图5A-5C中的相同的数字的部分在所有随后的附图中具有相同的含义。
[0067]在这个实施方式中，液滴形成设备89和速度调整设备90是同一设备，由激励波形源56和激励换能器59构成的激励设备60。激励波形源56向激励换能器59提供液滴形成脉冲和速度调整脉冲以在液滴喷射流上产生扰动以使液滴从液体喷射流分裂并且还调整所选择的液滴的速度。
[0068]如在图5A-5C的讨论中的，充电脉冲源51以液滴形成的基本频率的一半传送波形，使得序列液滴对的第一液滴36被充电电极44充电到第一电荷状态,而液滴对的第二液滴35被充电电极44充电到第二电荷状态。在这个实施方式中，充电电极44包括位于液体喷射流的相对侧上的第一部分44a和第二部分44b，液体喷射流在两个部分之间分裂。一般，充电电极44的第一部分44a和第二部分44b是分开和不同的电极或同一设备的分开部分。充电电极的左和右部分被充电脉冲源51偏压到相同的电势。在液体喷射流中与被加偏压到相同电势的第一部分44a相对的侧上添加第二充电电极部分44b产生在充电电极部分44a和44b之间具有围绕喷射流的中心左右几乎对称的电场的区域。作为结果，在电极之间对从液体喷射流分裂的液滴的充电对喷射流的横向位置的小变化非常不敏感。电场围绕液体喷射流的近对称性允许液滴被充电，而不在接近分裂的液滴上施加显著的横向偏转力。这在偏转设备所产生的液滴偏转场开始使它们的轨迹分叉之前提供了液滴对中的速度被调整的液滴进行合并的时间。在偏转设备使具有第一电荷状态的第一液滴沿着第一路径行进和具有第二电荷状态的第二液滴沿着第二路径之前，选定液滴对中的第一和第二液滴组合。它还使得在液滴偏转场使随体液滴和正常液滴轨迹充分分叉以至它们不能合并之前使得可能连同正常液滴一起形成的小随体液滴与正常液滴合并。在该实施方式中，偏转机构14包括位于如图6B所示的液滴合并位置31之下的偏转电极53和63。在这两个电极之间的电势在电极之间产生使带负电的液滴偏转到左边的电场。液滴偏转电场的强度取决于这两个电极之间的间隔和它们之间的电压。在这个实施方式中，偏转电极53被正向地偏压，而偏转电极63被负向地偏压。通过相对于接地液体喷射流在相反极性对这两个电极进行偏压，可以使它们对从液体喷射流分裂的液滴的电荷的贡献最小化。
[0069]在这个实施方式中，刀刃捕集器67用于拦截非打印液滴轨迹。包括沟槽凸缘30的捕集器67位于偏转电极53和偏转电极63之下。捕集器67和沟槽凸缘30被定向成使得捕集器如图6A所示拦截沿着用于单个不带电液滴的第二路径37行进的液滴且还如图6B所示拦截沿着第三路径39行进的组合液滴49，但不拦截沿着第一路径38行进的单个带电液滴。优选地，捕集器被定位成使得撞在捕集器上的液滴撞在沟槽凸缘30的倾斜表面上以使撞击时的溅泼最小化。沿着第一路径38行进的带电液滴36被打印在记录介质19上。
[0070]对于下面的讨论，我们假设充电脉冲源51传送处于液滴对频率fp的50%占空比的方波波形，液滴对频率fp是液滴形成的基本频率的一半。当电极44在其上具有正电势时，当液滴36从接地喷射流43分裂时，负电荷将在液滴36上生成。当在液滴35的形成期间在电极44上存在很小的电压或没有电压时，当液滴从接地喷射流43分裂时，在液滴35上将感应很少的电荷或没有感应出电荷。将正电势设置偏转电极53上，偏转电极53将带负电的液滴吸引到偏转电极53的平面。在偏转电极63上设置负电压将从偏转电极63排斥带负电的液滴36，这将往往帮助液滴36朝着偏转电极53偏转。由偏转电极上的外加电压产生的场将向液滴36提供足够的力，使得它们可充分偏转以错过沟槽凸缘30并被打印在记录介质19上。如在图5A-5C的讨论中的，使用速度调整来使相邻的液滴在形成之后在图6B所示的液滴合并位置31处组合或合并。组合液滴49将具有与带电液滴36基本上相同的电荷，但具有两倍的质量。组合液滴49也将被吸引到偏转电极53，但将不与单独液滴36偏转得一样多，且它们将沿着路径39行进并在沟槽凸缘30处由捕集器67拦截。
[0071]在图6C所示的实施方式中，空气增压室61在充电电极和几何结构的喷嘴板之间形成。当液体喷射流和液滴流如箭头65所指示的分别穿过充电电极的第一和第二部分44a和44b之间时，由空气源(未示出)供应到空气增压室的空气围绕液体喷射流和液滴流。大致平行于液滴轨迹移动的这个空气流帮助减小对液滴的空气阻力效应，该空气阻力效应可产生液滴放置误差。
[0072]图7A-7B示出穿过根据本发明的连续喷墨系统的第二可替代实施方式的液体喷射流的横截面视角，其示出集成电极和沟槽设计并示出在图7A中的全打印条件中的液滴对序列和在图7B中的非打印条件中的液滴对序列。在喷射流43的右侧上示出的所有部件是可选的。具有与图5A-5C中所示的相同编号的部件提供与上面描述的相同的功能。绝缘体68和可选的绝缘体68a被分别粘附到充电电极45和可选的第二充电电极部分45a的顶表面45，并充当隔板以确保充电电极45和可选的充电电极45a被定位成相邻于液体喷射流43的分裂位置32。间隙66存在于绝缘体68的顶部和喷嘴50的出口平面之间。面向喷射流43的充电电极45和45a的边缘在图7A和7B中成角度以使在分裂区处的电场的强度最大化，这将在带电液滴36上感应更多电荷。绝缘隔板69也被粘附到充电电极45的底表面。可选的绝缘隔板71被粘附到可选的充电电极45a的底表面。绝缘体68的底部区域具有在面向液体喷射流43的充电电极45的顶表面附近的绝缘粘合剂64。类似地，可选的绝缘体68a的底部区域具有在面向液体喷射流43的充电电极45a的顶表面附近的绝缘粘合剂64a。绝缘隔板69也具有粘附到面向喷墨液滴的侧面和电极45的底表面的绝缘粘合剂62。可选的绝缘隔板71也具有粘附到面向喷墨液滴的侧面和电极45的底表面的绝缘粘合剂62a。粘合剂64、64a、62和62a的目的是减小液体变得被截留在绝缘体的表面上的可能性并帮助保持液体远离电极45，这减小电短路的可能性。接地沟槽47如图7A和7B所示被粘附到绝缘隔板69的底表面和绝缘粘合剂64。粘附到可选的绝缘隔板71的底表面的是接地导体70。另一可选的绝缘体72粘附到接地导体70的底表面。面向沟槽47的顶部区域的可选的偏转电极74粘附到绝缘体72的底表面。可选的绝缘体73粘附到偏转电极74的底表面。接地导体75位于沟槽47的底部区域附近并粘附到绝缘体73的底表面。接地导体70充当电极45a和偏转电极74之间的屏蔽以隔离液滴分裂附近的液滴充电电场与捕集器的前方的液滴偏转场。这帮助确保当液滴从喷射流分裂时液滴不由于偏转电极产生的电场而被充电。接地导体75的目的是保护捕集器的液滴撞击区免受由偏转电极产生的电场。在液滴撞击区中的这样的场的存在可导致从沟槽47的表面的飞墨和溅射的产生。偏转电极74以与图6A-6C中所示的偏转电极63相同的方式起作用。
[0073]图8示出根据本发明的连续喷墨系统的产生连续液滴对的在从a到h的时间推移序列中从喷射流产生的液滴流的前视图。图8a示出在相邻于充电电极44的分裂位置处从液体喷射流43分裂的一序列非打印组合液滴49产生，在液滴合并位置31处组合且在带电组合液滴沟槽接触点27处拦截沟槽，因而形成沿着捕集器47的表面流动的油墨膜48a。沿着捕集器表面流动的油墨膜在捕集器表面52的底部处绕着半径(在图5中被示为R)流动，并流入捕集器47和捕集器底板57之间的油墨回收通道58中，油墨从油墨回收通道58被打印机的油墨回收利用单元15收集。在合并位置31处的液滴对的第一(较低的)液滴36是带电的，而在合并位置处的第二(较高的)液滴35是不带电的。通过利用如在图5B的讨论中描述的速度调整来合并液滴。因此在这个操作模式中不打印组合液滴49。图Sb示出下一液滴对生成，以产生在一序列非打印液滴之后的第一打印液滴。再次，液滴对的第一液滴36是带电的，而液滴对的第二液滴35是不带电的。不带电的液滴被打印，而带电的液滴被汇集并被捕集器47捕捉。图8c-8h示出产生连续的打印液滴对。被称为液滴时间推移序列指示器的对角点划线81在连续图中指示同一液滴的位置。在图8a中形成的最后一个非打印液滴对被示为在图8d中的带电组合液滴沟槽接触点27处拦截捕集器。在图Sb中形成的第一液滴对的第一带电液滴36被示为在图8d中的带电液滴沟槽接触点26处拦截捕集器。在捕集器上针对单个液滴的接触点26高于针对组合液滴27的接触点，因为比起在组合液滴中，在单个液滴中的电荷质量比更大。在图8b中形成的第一打印液滴对的不带电打印液滴35被示为到达记录介质19并在图8h中被打印为打印液滴46。
[0074]图9示出在打印期间本发明的连续液体喷射系统的打印头12的9个相邻液体喷射流43的阵列的前视图。各种喷嘴示出将在正常打印操作期间出现的不同的打印和非打印序列。单个充电电极44和单个捕集器47是整个打印头所共有的。充电电极44与来自喷嘴的阵列的每个液体喷射流相关联，如对本发明的正确操作所需要的，充电电极44被定位成与各种喷射流的分裂位置32相邻的。合并点31在充电电极44之下和公共捕集器47之上。当带电液滴36和带电的合并液滴49拦截捕集器时，连续油墨膜48在整个捕集器表面上形成。沟槽上的油墨膜48在捕集器47和公共捕集器底板57之间的通道中被收集并被发送到打印机的油墨回收利用单元。
[0075]图10-12示出各种实施方式的时序图，其示出用于产生5个连续的液滴对循环的液滴形成波形、速度调整波形、充电电极波形和液滴的分裂时序，其中在第二液滴对循环中的液滴对的第二个液滴35被打印且在液滴对循环1、3、4和5中没有一个液滴被打印。图10在图的上部分中示出液滴形成脉冲，在图的下部分中示出速度调整脉冲和在图的中心部分中示出产生的液滴对。在附图的每个部分中，水平轴对应于时间。图10的上部分或A部分示出一序列液滴对的一序列液滴形成脉冲。这个液滴形成脉冲由液滴形成源产生，并被施加到液滴形成设备换能器。时间轴以从1-5编号的液滴对时间周期的间隔、间隔或循环标出。液滴形成设备换能器在从喷嘴流动的液体喷射流上产生扰动。当这些液滴形成脉冲的频率小于早些时候讨论的截止频率且一般接近最佳Rayleigh频率时，扰动增加，直到它们每个使液体喷射流的端部从液体喷射流分裂。每个液滴对间隔包括第一液滴形成脉冲91和第二液滴形成脉冲92。在每个液滴对间隔中的第一液滴形成脉冲91使相应的液滴对的第一液滴36在某个延迟时间之后从液体流分裂。在每个液滴对间隔中的第二液滴形成脉冲92使相应的液滴对的第二液滴35在类似的延迟时间之后从液体流分裂。液滴从液体喷射流分裂的时刻在这个附图中使用相应液滴的参考数字被表示为菱形。在没有速度调整脉冲的情况下，第一和第二液滴在分裂之后具有相同的速度，且将不合并。
[0076]图10的中间或B部分示出通常被称为由电荷脉冲源51提供到充电电极44的充电电极波形97的时变电压V，连同液滴分裂事件出现的时间。作为时间的函数的充电电极波形97被示为虚曲线，且它被示为具有等于液滴对周期的周期的从高正电压转变到O伏的50%占空比方波，该周期是液滴形成的基本周期的两倍，使得两个液滴的一个液滴对在一个液滴充电波形循环期间产生。每个液滴对时间间隔的液滴充电波形包括第一电压状态95和第二电压状态96。在这个实施方式中，第一电压状态对应于高正电压，而第二电压状态对应于O伏。在每个液滴对时间间隔中，第一液滴36在第一电压状态期间分裂，以在第一液滴上产生第一电荷状态。第二液滴35在第二电压状态期间分裂，以在每个液滴对的第二液滴上产生第二电荷状态。在从图10的A部分中所示的液滴形成脉冲到图10的B部分中所示的分裂出现时的相应时间的第一液滴对间隔中绘制箭头。为了使第一和第二液滴能够分别在第一和第二电荷电压状态期间分裂，电荷电压波形97的相位是相对于在图10的A部分中示出的液滴形成波形的相位延迟的相位93。
[0077]图10的下部分或C部分示出由速度调整源54提供到与喷嘴50相关联的速度调整设备换能器42的速度调整波形。根据待打印的图像数据，选定液滴对间隔包括速度调整脉冲94。速度调整脉冲通过速度调整换能器的作用在喷射流上产生扰动，该扰动使液滴对中的第一和第二液滴中的一个的速度被修改，使得第一和第二液滴将合并。水平点线箭头被显示在图10的B部分中的第一液滴36和第二液滴35的分裂事件菱形之间，以指示将由于在图10的C部分中所示的速度调整脉冲的施加而合并的液滴对。在图10的C部分中所示的速度调整脉冲94和由于速度调整脉冲94而经历速度调整的图10的B部分中的液滴对之间绘制箭头。在该图中，以液滴对时间间隔1、3、4和5显示速度调整脉冲94。作为三个速度调整脉冲94的结果，液滴速度被修改以在这些液滴对时间间隔的每个中使第一液滴与第二液滴合并。第二液滴对时间间隔对应于产生一对液滴，被汇集的带电液滴36，后面是被打印的不带电液滴35，且在这个时间间隔期间没有速度调整脉冲94存在。虽然该附图显示速度调整脉冲被定时为出现在液滴对间隔的第一液滴形成脉冲和第二液滴形成脉冲之间，本发明不限于速度调整脉冲的这样的定时。例如，预期速度调整脉冲可与液滴对的第二液滴形成脉冲部分或完全重叠或并行。
[0078]参考图11，图11的顶部部分A示出说明从用作液滴形成源和速度调整源的波形源到用作液滴形式设备换能器和速度调整设备换能器的加热器的一序列脉冲的图，液滴形成设备换能器和速度调整设备换能器位于本发明的CIJ打印系统的热激励打印头版本的喷嘴处。图11的底部部分B示出这些脉冲所形成的相应液滴从液体流分裂的时刻的相应的相对定时。图11的顶部部分A因此示出加热器电压与时间的时序图，该电压被施加到液滴形成波形源55以激励图5A-7B中所示的热激励液滴形成设备换能器42。时间轴以液滴对周期的间隔标出，液滴对周期是液滴形成的基本周期的两倍。每个液滴对周期或液滴形成波形的循环105包括导致第一液滴的形成的波形的一部分(第一液滴形成脉冲91)和导致第二液滴的形成的波形的另一部分(第二液滴形成脉冲92)。在每个液滴对循环中的第一液滴形成脉冲91使相应液滴对的第一液滴36在某个延迟时间之后从液体流分裂。在每个液滴对循环中的第二液滴形成脉冲92使相应液滴对的第二液滴35从液体流分裂。液滴形成脉冲的频率优选地接近早些时候讨论的液滴形成的最佳频率F_。在选定液滴对循环1、3、4和5中，速度调整脉冲94也存在。速度调整脉冲94比液滴形成脉冲91和92窄。在液滴形成脉冲91和92之间的速度调整脉冲94的定时使得速度调整脉冲不使单独的液滴形成。也就是说，液滴调整脉冲94相对于第一和第二液滴形成脉冲91和92中的至少一个的时间使得由速度调整脉冲产生的扰动不增大到使液滴形成。实际上，脉冲的瞬时频率超过Rayleigh截止频率FK。
[0079]图11中的底部图B示出由电荷脉冲源51供应到充电电极44的时变电压V连同液滴分裂事件出现的时间。作为时间的函数的电压波形分布被示为虚曲线，且它被示为具有等于液滴对周期的周期的从高正电压到O伏的50%占空比方波，该周期是液滴形成的基本周期的两倍，使得两个液滴的一个液滴对在一个电压循环期间产生。每个液滴对时间间隔的液滴充电波形包括第一电压状态和第二电压状态。在这个实施方式中，第一电压状态对应于高正电压，而第二电压状态对应于O伏。在每个液滴对时间间隔中，第一液滴36在第一电压状态期间分裂，以在第一液滴上产生第一电荷状态。第二液滴35在第二电压状态期间分裂，以在每个液滴对的第二液滴上产生第二电荷状态。为了使第一和第二液滴分别在第一和第二电荷电压状态期间分裂，电荷电压波形的相位是相对于液滴形成波形的相位延迟的相位93。在液滴循环对1、3、4和5中的图5的顶部图A中示出的非打印液滴对对应于产生液滴对:带电液滴36，接着是不带电液滴35，这两个液滴合并以形成被汇集的组合带电液滴49。第二液滴形成脉冲92和速度调整脉冲94的组合相对于液滴对的第一液滴36的速度增加了液滴对的第二液滴35的速度,使这两个液滴合并以形成组合的带电液滴
49。虚线箭头指示将在进一步的下游合并的液滴。加热器电压脉冲的开始在第一带电液滴36和第二不带电液滴35之间在时间上分隔开基本周期。非打印加热器电压循环对于图11所示的液滴对循环1、3、4和5是相同的。
[0080]第二液滴对循环对应于产生一对液滴:被汇集的带电液滴36，接着是被打印的不带电液滴35。第二液滴对形成循环的第一加热器脉冲对应于当到充电电极的高电压接通时分裂的液滴对的第一液滴36的形成。第二液滴对形成循环的第二加热器脉冲对应于当到充电电极的高电压关断时分裂的液滴对的第二液滴35的形成。在第一带电液滴36和第二不带电液滴35之间的加热器电压脉冲的开始在时间上分隔开基本周期，且这两个脉冲具有相同的能量。这使两个液滴的速度接近相同，使得它们在从打印头向下游行进时将不合并。从底部图A到底部图B的点线箭头显示在每个液滴对打印循环期间哪些液滴产生。
[0081]在图11中，速度调整脉冲94被示为以在第一液滴形成脉冲和第二液滴形成脉冲之间的时间间隔中出现。本发明不限于速度调整脉冲的这样的定时。例如，预期，与液滴对的第二液滴形成脉冲部分或完全重叠或并行来实际上增加第二液滴形成脉冲的脉冲宽度以增加第二液滴形成脉冲的至少一部分的脉冲振幅的速度调整脉冲可有效地用于使液滴对的第一液滴和第二液滴合并。
[0082]速度调整脉冲94产生对液滴速度的期望调整以允许液滴对的第一液滴36和第二液滴35合并。如图11所指示的，速度调整脉冲也在第一和第二液滴的一个或两个的分裂相位中产生一定移位。分裂相位中的移位不产生第一或第二液滴的电荷状态的变化。由速度调整相位产生的小相移不使第一液滴在第二电压状态而不是正常的第一电压状态期间分裂，它们也不使第二液滴在第一电压状态而不是正常的第二电压状态期间分裂。
[0083]在上面讨论的实施方式中，液滴对34的第一液滴36和第二液滴35具有实质上相同的体积。液滴对34或大液滴49的形成以液滴对周期TP=2T。形成。这使能了有效的液滴形成和在最高速度下打印的能力。在其它实施方式中，液滴对的第一和第二液滴的体积可以是不同的，且液滴对34或较大的液滴49的形成的液滴对周期Tp大于2Τ。，其中Τ。定义液滴对中的两个液滴中的较小者的周期。作为例子，液滴对的第一液滴和第二液滴可具有4/3或3/2的其体积的比，对应于7Τ/3或5Τ/3的液滴对周期Τρ。最小可能的液滴的尺寸由Rayleigh截止频率Fk确定。在这样的实施方式中，充电电极波形的周期将等于液滴对34或大液滴49的形成的液滴对周期。
[0084]图12示出这样的实施方式，其中液滴对中的第一和第二液滴没有相同的体积。如同图10和11 一样，时间轴以液滴对循环或周期中标出。每个液滴对循环包括第一液滴形成脉冲91和第二液滴形成脉冲。在液滴对循环内的第一和第二液滴形成脉冲91和92之间的时间小于在随后的液滴对循环的第二液滴形成脉冲92和第一液滴形成脉冲91之间的时间。作为结果，液滴对的第一液滴大于液滴的第二液滴。在第一和第二液滴形成脉冲之间的不一致时间可产生在液滴对的第一和第二液滴之间的速度差异。由于这样的速度差异，液滴对的第一和第二液滴可在不使用速度调整脉冲的情况下合并。速度调整脉冲94可接着用于防止液滴对的液滴合并，如在第二液滴对循环中所示的。
[0085]在利用本公开的发明的二进制打印机中，只需要两种类型的液滴循环对来打印任何图案。它们是非打印循环对和由非打印液滴接着是打印液体组成的打印循环对。通常本发明可被实践以产生在1-1OOpl的范围内的打印液滴，喷嘴直径在5 - 50 μ m的范围内，取决于打印的图像的分辨率要求。喷射流速度优选地在10-30m/s的范围内。基本液滴生成频率优选地在50-1000kHz的范围内。
[0086]本发明允许液滴被选择用于打印或非打印，而不需要对液体喷射流的阵列中的每个液体喷射流使用单独的充电电极。替代地，单个充电电极可用于给来自阵列中的所有液体液滴的液滴进行充电。这消除了精密地使充电电极与喷嘴对齐的需要。借助于与不同的液体喷射流相关联的充电电极对来自一个液体喷射流的液滴的串扰充电(crosstalkcharging)不是问题。因为串扰充电不是问题，所以不必如对传统的液滴充电系统所需的那样使充电电极和液体喷射流之间的间隔最小化。在25 - 300 μ m的范围内的充电电极离喷射流轴的间隔是可用的。用于每个液体喷射流的单独充电电极的消除允许比传统静电偏转连续喷墨系统(其需要用于每个喷嘴的单独充电电极)更高的喷嘴密度。喷嘴阵列密度可以在每英寸(npi)到1200npi75个喷嘴的范围内。
[0087]参考图13，喷射液体液滴的方法以步骤150开始。在步骤150中，在足以穿过液体腔的喷嘴喷射液体喷射流的压力下提供液体。步骤150后面是步骤155。
[0088]在步骤155中，使用液滴形成设备来调整液体喷射流，以使液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对(包括第一液滴和第二液滴)。每个液滴在时间上平均分隔开液滴对周期。步骤155后面是步骤160。
[0089]在步骤160中，提供充电设备。充电设备包括充电电极和变化电势源。充电电极与液体喷射流相关联。变化电势源通过向充电电极提供波形来改变充电电极和液体喷射流之间的电势。波形包括等于液滴对周期的周期、第一不同的电压状态和第二不同的电压状态。步骤160后面是步骤165。
[0090]在步骤165中，充电设备和液滴形成设备被同步以在第一液滴上产生第一电荷状态并在第二液滴上产生第二电荷状态。步骤165后面步骤170。
[0091]在步骤170中，使用液滴速度调整设备来改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制选定液滴对的第一液滴和第二液滴是否彼此组合以形成组合液滴。组合液滴具有第三电荷状态。步骤170后面是步骤175。
[0092]在步骤175中，偏转设备用于使具有第一充电状态的第一液滴沿着第一路径行进，使具有第二充电状态的第二液滴沿着第二路径行进，以及使具有第三充电状态的组合液滴沿着第三路径行进。步骤175后面是步骤180。
[0093]在步骤180中，将捕集器用于拦截沿着第一路径或第二路径之一行进的液滴。还将捕集器用于拦截沿着第三路径行进的液滴。
[0094]应注意，在步骤155中被供应到液滴形成设备的波形和在步骤160中被供应到充电电极的波形独立于图像数据之外，而在步骤170中被供应到速度调整设备的波形依赖于图像数据。
[0095]部件列表
[0096]10连续喷墨打印系统
[0097]11油墨储液器
[0098]12打印头或液体喷射器[0099]13图像源
[0100]14偏转机构
[0101]15油墨回收利用单元
[0102]16图像处理器
[0103]17逻辑控制器
[0104]18激励控制器
[0105]19记录介质
[0106]10油墨压力调节器
[0107]21介质传输控制器
[0108]22输送辊
[0109]24液体腔
[0110]26带电液滴沟槽接触点
[0111]27带电组合液滴沟槽接触点
[0112]30沟槽凸缘
[0113]31液滴合并位置
[0114]32分裂位置
[0115]34液滴对
[0116]35第二液滴
[0117]36第一液滴
[0118]37第二液滴
[0119]38第一路径
[0120]39第三路径
[0121]40连续液体喷射系统
[0122]41速度调整设备换能器
[0123]42液滴形成设备换能器
[0124]43液体喷射流
[0125]44充电电极
[0126]44a第二充电电极
[0127]45充电电极
[0128]45a第二充电电极
[0129]46打印液滴
[0130]47捕集器
[0131]48油墨膜
[0132]48a合并液滴油墨膜
[0133]48b单液滴油墨膜
[0134]49组合液滴
[0135]50 喷嘴
[0136]51充电脉冲源
[0137]52捕集器面[0138]53偏转电极
[0139]54速度调整源
[0140]55液滴形成波形源
[0141]56激励波形源
[0142]57捕集器底板
[0143]58油墨回收通道
[0144]59激励换能器
[0145]60激励设备
[0146]61空气腔
[0147]62绝缘粘合剂
[0148]62a第二绝缘粘合剂
[0149]63偏转电极
[0150]64绝缘粘合剂
[0151]64a第二绝缘粘合剂
[0152]65 箭头
[0153]66 间隙
[0154]67捕集器
[0155]68绝缘体
[0156]68a绝缘体
[0157]69绝缘体
[0158]70接地导体
[0159]71绝缘体
[0160]72绝缘体
[0161]73绝缘体
[0162]74偏转电极
[0163]75接地导体
[0164]81液滴时间推移序列指示器
[0165]83充电设备
[0166]87液体喷射流中心轴
[0167]89液滴形成设备
[0168]90速度调整设备
[0169]91第一液滴形成脉冲
[0170]92第二液滴形成脉冲
[0171]93相位延迟
[0172]94速度调整脉冲
[0173]95第一电压状态
[0174]96第二电压状态
[0175]97充电电极波形
[0176]150通过喷嘴提供加压液体的步骤[0177]155使用液滴形成设备调整液体喷射流的步骤
[0178]160提供充电设备的步骤
[0179]165使充电设备和液滴形成设备同步的步骤
[0180]170改变选定液滴对的相对速度的步骤
[0181]175偏转液滴的步骤
[0182]180拦截选定液滴的步骤
【权利要求】
1.一种连续液体喷射系统，包括: 与喷嘴流体连通的液体腔，所述液体腔包含在足以穿过所述喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体； 与所述液体喷射流相关联的液滴形成设备，所述液滴形成设备可操作用于在所述液体喷射流中产生调整以使所述液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对，每个液滴对在时间上平均分隔开液滴对周期，每个液滴对包括第一液滴和第二液滴； 充电设备，其包括: 与所述液体喷射流相关联的充电电极；以及 在所述充电电极和所述液体喷射流之间的变化电势源，所述变化电势源提供波形，所述波形包括等于所述液滴对周期的周期，所述波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态，所述充电设备与所述液滴形成设备同步以在所述第一液滴上产生第一电荷状态并在所述第二液滴上产生第二电荷状态； 液滴速度调整设备，其改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴是否彼此组合以形成组合液滴，所述组合液滴具有第三电荷状态；以及 偏转设备，其使具有所述第一电荷状态的所述第一液滴沿着第一路径行进，并使具有所述第二电荷状态的所述第二液滴沿着第二路径行进，以及使具有所述第三电荷状态的所述组合液滴沿着第三路径行进。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴在被所述偏转设备作用之前 进行组合，所述偏转设备使在所述第一电荷状态中的所述第一液滴沿着所述第一路径行进并使在所述第二电荷状态中的所述第二液滴沿着所述第二路径行进。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第三路径与所述第一路径和所述第二路径是不同的。
4.如权利要求1所述的系统，还包括: 捕集器，其被定位成拦截沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的液滴。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述捕集器被定位成拦截沿着所述第三路径行进的液滴。
6.如权利要求4所述的系统，所述捕集器是第一捕集器，所述系统还包括: 第二捕集器，其被定位成拦截沿着所述第三路径行进的液滴。
7.如权利要求1所述的系统，还包括: 捕集器，其被定位成拦截沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的液滴，同时沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的所述液滴中的其他被允许接触基底。
8.如权利要求1所述的系统，其中，在所述偏转设备使所述第一液滴开始沿着所述第一路径行进并使所述第二液滴开始沿着所述第二路径行进之后，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴进行组合。
9.如权利要求1所述的系统，所述喷嘴是喷嘴阵列中的一个喷嘴，且所述充电设备的所述充电电极是从所述喷嘴阵列中的每个喷嘴喷射的所述液体喷射流中的每个所共有的并与所述液体喷射流中的每个相关联的电极。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述液滴形成设备是多个液体喷射流所共有的。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一液滴和所述第二液滴具有实质上相同的体积。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述液滴形成设备和所述液滴速度调整设备是同一设备。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述液滴形成设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴形成换能器；以及 波形源，其向所述液滴形成换能器供应液滴形成波形。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述液滴形成换能器是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述液滴形成波形包括产生所述液滴对的所述第一液滴的第一部分和产生所述液滴对的所述第二液滴的第二部分。
16.如权利要求1所述的系统，其中，所述液滴速度调整设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴速度调整换能器；以及 波形源，其向所述液滴速度调整换能器供应液滴速度调整波形。
17.如权利要求16所述 的系统，其中，所述液滴速度调整换能器是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
18.如权利要求16所述的系统，其中，被供应到所述液滴速度调整换能器的所述液滴速度调整波形对由激励控制器供应的打印数据做出响应。
19.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一液滴和所述第二液滴中的一个相对于与所述第一液滴和所述第二液滴中的另一个相关联的电荷是不带电的。
20.如权利要求1所述的系统，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源不对由激励控制器提供的打印数据做出响应。
21.如权利要求1所述的系统，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源产生波形，在所述波形中所述第一不同的电压状态和所述第二不同的电压状态中的每个在等于所述基本周期的时间间隔内是有效的。
22.如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转设备还包括至少一个偏转电极以使带电液滴偏转，所述至少一个偏转电极与电势源和地之一电通信。
23.如权利要求1所述的系统，其中，所述充电设备包括充电电极，所述充电电极包括被定位于所述液体喷射流的第一侧上的第一部分和被定位于所述液体喷射流的第二侧上的第二部分。
24.如权利要求1所述的系统，其中，所述偏转设备还包括与电势源电通信的偏转电极，所述偏转电极产生液滴偏转场以使带电液滴偏转。
25.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体包括用于打印在记录介质上的油墨。
26.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二不同的电压状态包括DC偏移。
27.一种喷射液体液滴的方法，包括: 提供在足以穿过液体腔的喷嘴喷射液体喷射流的压力下的液体； 使用液滴形成设备调整所述液体喷射流以使所述液体喷射流的部分分裂成沿着路径行进的一系列液滴对，每个液滴对在时间上平均分隔开液滴对周期，每个液滴对包括第一液滴和第二液滴； 提供充电设备，其包括: 与所述喷射流相关联的充电电极；以及 在所述充电电极和所述液体喷射流之间的变化电势源，所述变化电势源提供波形，所述波形包括等于所述液滴对周期的周期，所述波形包括第一不同的电压状态和第二不同的电压状态； 使所述充电设备与所述液滴形成设备同步以在所述第一液滴上产生第一电荷状态并在所述第二液滴上产生第二电荷状态； 使用液滴速度调整设备改变选定液滴对的第一液滴和第二液滴的相对速度以控制所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴是否彼此组合以形成组合液滴，所述组合液滴具有第三电荷状态；以及 使具有所述第一电荷状态的所述第一液滴沿着第一路径行进，使具有所述第二电荷状态的所述第二液滴沿着第二路径行进，并使具有所述第三电荷状态的所述组合液滴沿着第三路径行进。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴在被使在所述第一电荷状态中的所述第一液滴沿着所述第一路径行进并使在所述第二电荷状态中的所述第二液滴沿着所述第二路径行进的所述偏转设备作用之前进行组合。
29.如权利要求27所述的方法，其中，所述第三路径与所述第一路径和所述第二路径是不同的。
30.如权利要求27所述的方法，还包括: 使用捕集器拦截沿着所述第一路径和所述第二路径中的一个行进的液滴；以及 使用所述捕集器拦截沿着所述第三路径行进的液滴。
31.如权利要求27所述的方法，其中，在所述偏转设备使所述第一液滴开始沿着所述第一路径行进并使所述第二液滴开始沿着所述第二路径行进之后，所述选定液滴对的所述第一液滴和所述第二液滴进行组合。
32.如权利要求27所述的方法，所述喷嘴是喷嘴阵列中的一个喷嘴，且所述充电设备的所述充电电极是从所述喷嘴阵列中的每个喷嘴喷射的所述液体喷射流中的每个所共有的并与所述液体喷射流中的每个相关联的电极。
33.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一液滴和所述第二液滴具有实质上相同的体积。
34.如权利要求27所述的方法，其中，所述液滴形成设备和所述液滴速度调整设备是同一设备。
35.如权利要求27所述的方法，其中，所述液滴形成设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴形成换能器；以及 波形源，其向所述液滴形成换能器供应液滴形成波形。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述液滴形成换能器是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
37.如权利要求35所述的方法， 其中，所述液滴形成波形包括产生所述液滴对的所述第一液滴的第一部分和产生所述液滴对的所述第二液滴的第二部分。
38.如权利要求27所述的方法，其中，所述液滴速度调整设备还包括: 与所述液体腔、所述喷嘴和所述液体喷射流中的一个相关联的液滴速度调整换能器；以及 波形源，其向所述液滴速度调整换能器提供液滴速度调整波形。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述液滴速度调整设备是热设备、压电设备、MEMS致动器和电流体动力学设备、光学设备、电致伸缩设备和其组合中的一个。
40.如权利要求38所述的方法，其中，被供应到所述液滴速度调整换能器的所述液滴速度调整波形对由激励控制器提供的打印数据做出响应。
41.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一液滴和所述第二液滴之一相对于与所述第一液滴和所述第二液滴中的另一个相关联的电荷是不带电的。
42.如权利要求27所述的方法，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源不对由激励控制器提供的打印数据做出响应。
43.如权利要求27所述的方法，其中，在所述充电电极和所述液体喷射流之间的所述变化电势源产生波形，在所述波形中所述第一不同的电压状态和所述第二不同的电压状态中的每个在等于所述基本周期的时间间隔内是有效的。
44.如权利要求27所述的方法，其中，所述偏转设备还包括至少一个偏转电极以使带电液滴偏转，所述至少一个偏 转电极与电势源和地之一电通信。
45.如权利要求27所述的方法，其中，所述充电设备包括充电电极，所述充电电极包括被定位于所述液体喷射流的第一侧上的第一部分和被定位于所述液体喷射流的第二侧上的第二部分。
46.如权利要求27所述的方法，其中，所述偏转设备还包括与电势源电通信的偏转电极，所述偏转电极产生液滴偏转场以使带电液滴偏转。
47.如权利要求27所述的方法，其中，所述液体包括用于打印在记录介质上的油墨。
48.如权利要求27所述的方法，其中，所述第二不同的电压状态包括DC偏移。
【文档编号】B41J2/105GK103547456SQ201280025180
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月17日 优先权日:2011年5月25日
【发明者】H·V·潘沙瓦, M·A·马库斯, J·A·卡特博格, A·G·洛佩斯, S·P·阿迪加, J·M·格雷斯 申请人:伊斯曼柯达公司
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