устройство для эжекции вещества и способ эжекции вещества

Формула изобретения

1. Устройство для эжекции вещества в виде частиц из жидкости, содержащее множество местоположений эжекции, где каждое местоположение эжекции имеет соответствующий электрод эжекции, причем электроды эжекции расположены в виде ряда, определяющего плоскость, средство для приложения электрического потенциала к электродам эжекции и средство для подачи жидкости, содержащее вещество в виде частиц, к местоположениям эжекции, отличающееся тем, что оно дополнительно имеет вторичный электрод или множество вторичных электродов, расположенных поперек плоскости электродов эжекции, количество которых соответствует множеству электродов эжекции, при этом средство для приложения электрического потенциала к электродам эжекции предназначено для формирования электрического поля в местоположениях эжекции, а множество местоположений эжекции расположены в виде линейной матрицы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит вторичный электрод, общий для местоположений эжекции.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что вторичный электрод или электроды выполнены с возможностью регулировки на них напряжения относительно напряжения на электродах местоположения эжекции для снижения чувствительности головки к помехам со стороны внешних электрических полей.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вторичный электрод или электроды выполнены с возможностью регулировки на них напряжения для снижения чувствительности головки к изменениям расстояния между местоположениями эжекции и подложкой, на которую эжектируются частицы.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что вторичный электрод или электроды расположен (расположены) перед местоположением эжекции.

6. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что вторичный электрод или электроды расположен (расположены) сзади от местоположения эжекции.

7. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что вторичный электрод или электроды расположен (расположены) рядом с местоположением эжекции.

8. Устройство по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по меньшей мере, один третичный электрод, расположенный непосредственно рядом со вторичным электродом или электродами.

9. Способ эжекции вещества в виде частиц из жидкости, отличающийся тем, что используют устройство по п.1 для эжекции вещества на подложку, при этом способ содержит селективную подачу первого напряжения на электроды эжекции и селективную подачу второго напряжения на вторичный электрод или электроды.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что напряжением на вторичном электроде или электродах относительно напряжения на электродах эжекции управляют для снижения чувствительности головки к помехам со стороны внешних электрических полей.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что напряжением на вторичном электроде или электродах управляют для снижения чувствительности головки к изменениям расстояний между местоположениями эжекции и подложкой, на которую эжектируют частицы.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что напряжением на вторичном электроде или электродах управляют для снижения импульсного напряжения, подаваемого на электроды эжекции для достижения управляемой эжекции.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается способа и устройства для эжекции вещества из жидкости. Более конкретно, используемые способ и устройство могут представлять собой способ и устройство типа описанного в WO-A-93-11866 (наиболее близкий аналог предложенной группы изобретений), PCT/GB95/01215 и WO-A-94-18011. В описанных в этих документах способах агломерации или концентрация частиц достигается в местоположении эжекции и затем из местоположения эжекции частицы выбрасываются на подложку, например, для целей печатания. В случае матричного печатающего устройства множество ячеек можно располагать в один ряд или более. В других типах печатающих устройств, в которых заряженные капельки жидкости выпускаются струей на подложку таким образом, как показано в патентах JP-A-05116322, US-A-3060429 и US-A-3887928, можно обеспечить дополнительные электроды для направления заряженных капелек к заряженной подложке.

Таким образом, из предшествующего уровня техники известно вырабатывание и эжекция частиц путем использования электростатических полей, но при таком типе эжекции существуют проблемы, такие как a) управление направлением перемещения выпускаемых капелек или частиц, которое зависит от точного управления электростатическим полем вблизи электрода, b) трудность переключения и удаленное местоположение электрического заземления, c) зависимость эжекции от зазора между электродом эжекции и подложкой и d) притяжение частиц в эжектор во время применения электростатического поля.

В основу изобретения положена задача создания способа эжекции вещества и устройства для осуществления этого способа, которые были бы свободны от вышеуказанных недостатков.

Данная задача согласно первому аспекту изобретения решается посредством устройства для эжекции вещества в виде частиц из жидкости, содержащего множество местоположений эжекции, где каждое местоположение эжекции имеет соответствующий электрод эжекции, причем электроды эжекции расположены в виде ряда, определяющего плоскость, средство для приложения электрического потенциала к электродам эжекции и средство для подачи жидкости, содержащей вещество в виде частиц, к местоположением эжекции, которое согласно изобретению дополнительно имеет вторичный электрод или множество вторичных электродов, расположенных поперек плоскости электродов эжекции, количество которых соответствует множеству электродов эжекции, при этом средство для приложения электрического потенциала к электродам эжекции предназначено для формирования электрического поля в местоположениях эжекции, а множество местоположений эжекции расположены в виде линейной матрицы.

Предпочтительно, чтобы устройство содержало вторичный электрод, общий для местоположений эжекции.

Целесообразно, чтобы вторичный электрод или электроды были выполнены с возможностью регулировки на них напряжения относительно напряжения на электродах местоположения эжекции для снижения чувствительности головки к помехам со стороны внешних электрических полей.

Желательно, чтобы вторичный электрод или электроды были выполнены с возможностью регулировки на них напряжения для снижения чувствительности головки к изменениям расстояния между местоположениями эжекции и подложкой, на которую эжектируются частицы.

Возможно, чтобы вторичный электрод или электроды был (были) расположен (расположены) перед местоположением эжекции.

Полезно, чтобы вторичный электрод или электроды был (были) расположен (расположены) сзади от местоположения эжекции.

Предпочтительно, чтобы вторичный электрод или электроды был (были) расположен (расположены) рядом с местоположением эжекции.

Целесообразно, чтобы устройство дополнительно содержало по меньшей мере один третичный электрод, расположенный непосредственно рядом со вторичным электродом или электродами.

Данная задача согласно другому аспекту изобретения решается посредством способа эжекции вещества в виде частиц из жидкости, в котором согласно изобретению используют устройство по первому аспекту изобретения для эжекции вещества на подложку, при этом способ содержит селективную подачу первого напряжения на электроды эжекции и селективную подачу второго напряжения на вторичный электрод или электроды.

Предпочтительно, чтобы напряжением на вторичном электроде или электродах относительно напряжения на электродах эжекции управляли для снижения чувствительности головки к помехам со стороны внешних электрических полей.

Целесообразно, чтобы напряжением на вторичном электроде или электродах управляли для снижения чувствительности головки к изменениям расстояний между местоположениями эжекции и подложкой, на которую эжектируют частицы.

Желательно, чтобы напряжением на вторичном электроде или электродах управляли для снижения импульсного напряжения, подаваемого на электроды эжекции для достижения управляемой эжекции.

Посредством обеспечения множества вторичных электродов или же общего вторичного электрода для местоположений эжекции можно уменьшить чувствительность устройства к воздействию внешних электрических полей, как, возможно, и его чувствительность к изменению расстояния между местоположением эжекции и подложкой, на которую эжектируются частицы.

При использовании напряжение на вторичном электроде или электродах относительно напряжения на электродах эжекции управляется посредством подходящей электронной схемы управления.

Использование вторичного электрода особенно выгодно в такой матричной системе, в которой имеется множество ячеек в ряду для уменьшения количества необходимых соединений с электродами в местоположении эжекции. Например, посредством соединения вместе с парами соседних электродов в местоположении электрода и точно такого же соединения для вторичного электрода количество соединений, необходимых для каждой группы электродов, уменьшается наполовину. Далее, посредством расположения соединенных пар вторичных электродов со смещением относительно соединенных пар электродов в местоположении эжекции управление эжекцией и, следовательно, печатанием можно достигнуть посредством селективного приложения напряжений к электродам в местоположении эжекции и посредством нахождения вторичных электродов в режиме "матричной адресации", поскольку каждый электрод местоположения эжекции соединенной пары располагают напротив вторичного электрода другой соединенной пары, т.е. противолежащие вторичные электроды не будут электрически соединены. Таким образом, напряжения эжекции можно подавать на электроды местоположения эжекции пары и можно по отдельности управлять эжекцией из каждой соответственной ячейки посредством подачи различных напряжений на противолежащие вторичные электроды. При необходимости можно дополнительно добиться мультиплексирования.

Вторичный электрод предпочтительно изолируют, а электрод эжекции не изолируется, но в некоторых конструкциях оба электрода могут быть не изолированными, или оба могут быть изолированными, либо электрод эжекции изолированным, а вторичный электрод не изолированным.

Изобретение будет более понятным из нижеследующего его подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, где

Фиг. 1 иллюстрирует часть печатающей головки, имеющей ряд ячеек эжекции и соответствующих вторичных электродов.

Фиг. 2 иллюстрирует расположение фиг. 1 в виде сбоку.

Фиг. 3 схематически иллюстрирует такое расположение электродов, чтобы обеспечить возможность адресования отдельных электродов эжекции парами.

Фиг. 4 схематически иллюстрируют способ использования вторичных электродов для режима матричной адресации работы.

Фиг. 5 представляет частичный вид в изометрии еще одной печатающей головки, включающей соответствующее настоящему изобретению устройство эжекции.

Фиг. 6 представляет вид, аналогичный виду по фиг. 5, иллюстрирующий дополнительные и альтернативные особенности устройства эжекции.

Фиг. 7 представляет частичный разрез через ячейку по фиг. 5.

Фиг. 1 и 2 схематически иллюстрируют печатающую головку, имеющую множество ячеек 1, разделенных изоляционными стенками 2, и каждая из которых содержит электрод 3 эжекции. Как описано в WO-A-93-11866, агломерации частиц, которые находятся в текущей среде в каждой из ячеек, могут эжектироваться из ячеек при подаче напряжения на соответствующие электроды 3, как показано стрелками на фиг. 1. На фиг. 2 показана подложка 4, на которую из ячеек 1 выбрасываются агломерации частиц, например, для печатания. Для уменьшения чувствительности головки к изменениям расстояния между ячейками и подложкой 4, перед ячейкой эжекции расположен вторичный электрод 5, который имеет множество отверстий 6, расположенных напротив соответствующих ячеек 3. Как показано на чертежах, электрод 5 расположен на первой стороне опоры 7, а дополнительный вторичный электрод 8 расположен на другой стороне. Заряженные агломерации частиц, испускаемые из ячейки 1, проходят через электроды 5 и 8 на заземленную подложку 4.

Согласно одному способу, например, напряжения, подаваемые на электроды, могут составлять 1 кВ на электродах эжекции для целей эжекции, 500 В на вторичном электроде 5 и 0 В на дополнительном вторичном электроде 8. Опору 7 электродов можно обеспечить посредством стеклянных полосок толщиной 150 микрон, хромированных на обеих лицевых поверхностях для обеспечения электродов 5, 8, и с отверстиями 6, образованными со скошенными под углом 45^o лицевыми поверхностями и имеющими ширину 50 микрон. Вторичный электрод 8 можно отделять от наиболее удаленного края ячейки эжекции расстоянием 200 микрон. В общем было найдено, что чем ближе конструкция вторичного электрода находится к ячейке эжекции, тем больше электрическое поле в области между ними, но это также приводит к увеличению электростатического давления на весь мениск. Требуемое распределение давления можно восстановить посредством увеличения электрического потенциала - на вторичном электроде 5.

В качестве альтернативы напряжения на электродах могут быть такими, как приведено в описываемой ниже заявке на патент Великобритании N 96001232.3.

В альтернативном варианте может быть множество вторичных электродов, например, образованных способом, аналогичным способу, показанному на фиг. 1 и 2, но при отдельно образованных вторичных электродах, каждый из которых расположен вокруг соответствующего отверстия 6. Конечно, можно образовывать совершенно другую конфигурацию, если она подходит для данного применения.

На фиг. 3 показано, как первичные 3 и вторичные 5 электроды могут быть смещены друг относительно друга и могут быть соединены парами: A, B, C, D, E, F и т.д. относительно друг друга, как описано выше. Таким образом, количество соединений, необходимых для каждой группы электродов, уменьшается наполовину и посредством расположения соединенных пар вторичных электродов 5, смещенными относительно соединенных пар электродов 3 в местоположении эжекции, можно осуществлять контроль эжекции и, таким образом, печатания посредством селективной подачи напряжений на электроды в местоположении эжекции и вторичные электроды в режиме "адресования", поскольку каждый электрод 3 местоположения эжекции соединенной пары будет расположен напротив вторичного электрода другой соединенной пары, т.е. противолежащие вторичные электроды не будут иметь электрического соединения. Таким образом, напряжение эжекции можно подавать на электроды 3 местоположения эжекции пары и эжекцией каждой из соответственных ячеек - можно, по отдельности, управлять посредством приложений различных напряжений к противолежащим вторичным электродам.

Показанное на фиг. 4 расположение снова отличается от вышеприведенного. Это расположение позволяет использовать схему матричной адресации для возбуждения устройства. Эта схема адресации аналогична схеме, используемой, например, в методе отображения на плоском экране дисплея и ее можно использовать для адресации N² электродов эжекции с 2N адресными линиями. В показанном варианте осуществления изобретения матрица из 16 (4²) элементов возбуждается 8 (2х4) адресными линиями. Это преимущество особенно оказывается существенным при увеличении количества электродов, так что можно, например, адресовать головку с 256 (2⁸) электродами 16 (2х8) адресными линиями (8 первичных и 8 вторичных). При необходимости можно, конечно, изменить на обратные расположения соединений первичных и вторичных электродов.

Как описано в заявке на патент Великобритании N 9601232.3, к местоположению эжекции можно прикладывать осциллирующие напряжения, где величина напряжения ниже величины, требуемой для того, чтобы вызвать эжекцию частиц в местоположении, причем общее (суммарное) напряжение эжекции на соответствующем вторичном электроде вместе с осциллирующим напряжением должно быть таковым, чтобы вызвать превышение суммы напряжений в местоположении эжекции порогового значения, требуемого для эжекции, когда это необходимо.

На фиг. 5-7 иллюстрируются другие варианты осуществления изобретения. На фиг. 5 показана часть печатающей головки 1 матричного типа, где печатающая головка содержит корпус 2 из диэлектрического материала, такого как синтетические пластмассы или керамика. В корпусе 2 проделан ряд прорезей 3, оставляющих между собой участки 4 в виде пластин. Каждая из прорезей 3 снабжена отверстием для впуска чернил и отверстием для выпуска чернил (не показанными, но указанными стрелками 1 и 0), расположенными на противоположных концах прорезей 3, так что жидкие чернила, несущие вещество, которое должно эжектироваться (как описано в вышеуказанной более ранней заявке), могут проходить в прорези и выпускаться с выходящей текучей средой.

Каждая пара соседних прорезей 3 определяет ячейку 5, где подобный пластинке участок или разделитель 4 между парами прорезей 3 определяет местоположение эжекции для вещества и имеет стойки 6, 6" эжекции. На чертеже показаны две ячейки 5, где левая ячейка 5 имеет стойку 6 эжекции, которая имеет по существу треугольную форму, а правая ячейка 5 имеет срезанную стойку эжекции. Каждая из ячеек 5 отделена разделителем 7 ячеек, образованным одним из подобных пластинке участков 4, а угол каждого разделителя 7 профилирован или закруглен, как показано на чертеже, чтобы обеспечить поверхность 8, позволяющую стойке эжекции выступать наружу из ячейки за пределы внешней части ячейки, как это определено закругленными поверхностями 8. Срезанная стойка 6" эжекции используется в конечной ячейке 5 для снижения концевых эффектов, происходящих от электрических полей, которые, в свою очередь, происходят от напряжений, прикладываемых к электродам 9 эжекции, выполненным в виде металлизированных поверхностей на лицевых сторонах подобных пластинам участков 4, обращенных к стойкам 6, 6" эжекции (т.е. внутренним поверхностям каждого разделителя ячеек). Как можно видеть на фиг. 7, электроды 9 эжекции проходят по боковым лицевым сторонам участков 4 и нижним поверхностям 10 прорезей 3. Точное расположение и размеры электродов 9 эжекции зависят от конкретной конструкции и назначения печатающего устройства.

Фиг. 6 иллюстрирует две альтернативных формы боковых крышек печатающего устройства, где первая представляет собой крышку 11 с прямыми кромками, которая закрывает боковые стороны прорезей 3 по прямой линии, как показано в верхней части чертежа. Второй тип крышки 12 показан на нижней части чертежа, где крышка все еще закрывает прорези 3, но имеет ряд вырезов 13 в кромке, которые выровнены с прорезями. Этот тип конструкции крышки можно использовать для улучшения определения местоположения мениска текучей среды, который образуется при использовании, причем крышки в любой форме можно использовать для обеспечения поверхностей, на которых можно образовать электрод эжекции и (или) вторичные или дополнительные электроды для усиления процесса эжекции.

На фиг. 6 показана также альтернативная форма электрода 9 эжекции, который содержит дополнительную металлизированную поверхность на лицевой стороне участка 4, который поддерживает стойку 6, 6" эжекции. Это может помочь впрыскиванию заряда и может улучшить переднюю составляющую электрического поля.

На фиг. 7 показан частичный вид в разрезе через одну боковую сторону одной из показанных на фиг. 5 ячеек 5, где вторичный электрод 19 показан расположенным на закругленной поверхности 8 на участках 4 разделительных ячеек, расположенных по существу рядом со строкой эжекции.