CN1500635A - 用于打印基本垂直触击打印介质的墨水微滴的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种打印基本垂直触击打印介质的墨水微滴的方法,包括的步骤有:从形成在打印头内的多个喷嘴孔中喷射作为墨水流的第一微滴和第二微滴,第一微滴具有第一体积,而第二微滴具有第二体积;相对于打印介质使第一微滴或第二微滴移动到垂直的触击位置;沿着不同的微滴路径将第一微滴或第二微滴分开;利用一个墨水导流槽捕获第一微滴或第二微滴;大致垂直于打印介质使第一微滴或第二微滴触击打印介质。
Description
技术领域
本发明一般涉及数字控制的打印装置领域,尤其涉及连续喷墨打印机,其中液体墨水流分成微滴,一些微滴被选择性地偏转。
背景技术
通常称作“连续流”或“连续”喷墨打印的打印技术采用一个加压墨水源产生墨水微滴的连续流。传统的连续喷墨打印机在靠近墨丝分成单个墨水微滴的位置采用静电充电装置。墨水微滴被充上电,接着通过偏转电极被导引到合适的位置。当无需进行打印时,墨水微滴被导引到一个墨水捕获机构(通常称作捕集器、拦截器、导流槽)中。当需要进行打印时,导引墨水微滴以触击打印介质。
一般而言,连续式喷墨打印装置要比按需喷墨装置快,并生成质量更高的打印图像和图形。不过,每种打印的颜色都需要一个独立的微滴成形、偏转和捕获系统。
美国专利No.1941001和No.3373437均公开了一种连续喷墨喷嘴的阵列,其中要打印的墨水微滴被选择性地充电并朝记录介质偏转,该美国专利No.1941001的发明名称为“Recorder”,公开日为1933年12月26日,发明人为C.W.Hansell;而美国专利No.3373437的发明名称为“Fluid Droplet Recorder With A Plufality Of Jets”,于1968年3月12日授予R.G.Sweet。这种技术被称作二元偏转连续喷墨打印。
美国专利No.3416153公开了这样一种方法,该方法利用充电微滴流的静电分散作用实现连续喷墨打印中打印点的可变光密度,以调节贯穿小孔的微滴数量,其中该专利的发明名称为“Ink Jet Recorder”,于1968年12月10日授予C.H.Hertz等人。
美国专利No.3878519公开了一种通过一个充电通道和多块偏转板利用静电偏转使微滴在液流中同步成形的方法和装置,其中该专利的发明名称为“Method And Apparatus For Synchronizing DropletFormation In A Liquid Stream”,于1975年4月15日授予JamesH.Eaton。
美国专利No.4346387公开了一种控制微滴上电荷的方法和装置,该微滴通过在位于具有电势梯度的电场中的微滴成形点处分裂加压液流而形成,该专利的发明名称为“Method And Apparatus ForControlling The Electric Charge On Droplets And Ink-Jet RecorderIncorporating The Same”,1982年8月24日授予Carl H.Hertz。微滴成形是对应于所需的预定电荷在电场中的一点上实现的,电荷在微滴成形点上被施加到微滴上。除了充电通道外,偏转板实际上也用于使微滴偏转。
美国专利No.4638382公开了一种连续喷墨打印头,其利用恒定的热脉冲来激发通过多个喷嘴导入的墨水流,以便在与喷嘴相隔一固定距离处将墨水流分成微滴。在该处,微滴被一充电电极一个个单独地充电,接着利用位于微滴路径上的偏转板偏转,该专利名称为“Printhead for An Ink Jet Printer”,于1987年1月20日授予DonaldJ.Drake等。
因为传统的连续喷墨打印机采用静电充电装置和偏转板,所以它们需要许多部件和大空间的容积来有效地操作。这就导致连续喷墨打印头和打印机结构复杂、能量需求高且难于制造和控制。
美国专利No.3709432公开了一种激励墨水流的方法和装置,其使用换能器使工作流体分成均匀隔开的墨水微滴,该专利的发明名称为“Method And Apparatus For Aerodynamic Switching”,于1973年1月9日授予John A.Robertson。墨丝在分成墨水微滴之前的长度是通过控制供应给换能器的激励能量而调节的,高振幅激励产生短丝,低振幅激励产生长丝。气流是在长短丝末端的中间位置横跨流体路径而产生的。气流在墨丝分成微滴之前对墨丝轨迹的影响要大于对墨水微滴本身的轨迹的影响。通过控制墨丝的长度,可以控制墨水微滴的轨迹或者将墨水微滴的轨迹从一个路径变换到另一个路径。这样一来,就可将一些墨水微滴导引到捕集器中,同时容许将其它墨水微滴施加到一个接纳元件上。
虽然该方法并不依靠静电装置来实现微滴的轨迹,但它取决于墨丝分裂点的精确控制和使气流到达这些分裂点的中间位置。这样的系统难于控制和制造。而且,两微滴路径之间的物理距离或差别量小,进一步增加了控制的难度。
美国专利No.4190844公开了一种连续喷墨打印机,其具有第一气动偏转器和第二气动偏转器,第一气动偏转器使不打印的墨水微滴偏转到捕集器中,而第二气动偏转器使打印的墨水微滴发生振动。该专利的发明名称为“Ink-Jet Printer With Pneumatic Deflector”,于1980年2月26日授予Terrence F.E.Taylor。苏联专利No.581478和欧洲专利No.494385同样公开了相似的结构。该苏联专利的发明名称为“Inked Recording Of Pneumatic Signals On Paper Tape Using PulsedPressure Droplet Stream And Deflecting Nozzle For Signal”,于1977年11月29日授予Dietrich等人,该欧洲专利于1992年7月15日授予Dietrich等人。打印头供应用于分成单个墨水微滴的墨流。然后,墨水微滴选择性地被第一气动偏转器、第二气动偏转器或二者偏转。第一气动偏转器为“开/关”型式,其具有一块隔板,它根据从中央控制单元中接收的两种不同电信号中的一种打开或关闭喷嘴。这就确定了墨水微滴是否打印或不打印。第二气动偏转器为连续型式,其具有的一块隔板根据在中央控制单元接收到的变化的电信号改变打开喷嘴的量。第二气动偏转器使打印的墨水微滴振动,这样就可一次一个字符地打印多个字符。如果仅仅使用第一气动偏转器,多个字符可一次一行地形成,且通过打印头往复移动而增加。
虽然该方法并不依靠静电装置来实现微滴的轨迹,但它依靠第一(“开/关”)气动偏转器的精确控制和定时来形成打印和不打印的墨水微滴。因为每次喷墨都需要独立的气动致动器,这样的系统难于专为高喷嘴数打印头制造。此外,一般用于调节气流的机电致动器具有较慢的响应时间。因此,相对于其它当前市场上商品化的喷墨打印头,按照图像数据打印单个微滴就非常慢。此外,由于精确定时的要求,两微滴路径之间的物理间隔或差别量不稳定,从而增加了控制打印和不打印墨水微滴的难度,导致墨水微滴轨迹的控制较差。
此外,通过使用两个气动偏转器,使得打印头的结构变得复杂,需要更多的部件。附加的部件和复杂的结构需要在打印头与介质之间存在大空间容积,从而增加了墨水微滴轨迹距离。微滴轨迹距离的增加降低了微滴定位的准确性并影响打印图像质量。此外,需要最大程度地减小微滴在触击打印介质之前应行进的距离以便保证高质量的图像。
美国专利No.6079821公开了一种连续喷墨打印机,它采用非对称加热器进行激励以从墨流中产生单个的墨水微滴并使这些墨水微滴发生偏转,该专利的发明名称为“Continuous Ink Jet Printer WithAsymmetric Heating Drop Deflection”,于2000年6月27日授予JamesM.Chwalek等人。打印头包括一个加压墨水源和一个非对称加热器,该加热器可操作地形成打印墨水微滴和不打印的墨水微滴。打印墨水微滴沿着打印墨水微滴路径流动,最终触击接纳介质,而不打印墨水微滴沿着不打印墨水微滴路径流动,最终触击捕集器表面。不打印墨水微滴通过一个形成在捕集器中的墨水去除通道再循环或除掉。虽然美国专利No.6079821(Chawlek等人)中公开的喷墨打印机在其指定用途上卓有成效,但它最好与随温度具有大的粘度变化的墨水一起使用。上述的各种喷墨打印系统都有利也有弊。不过,需要低功率和低电压来操作的打印头在市场中占据有利地位,优选是页宽阵列式的。相比使用压电换能器,使用加热器使墨流分成微滴具有更显著的优势(描述在美国专利No.4350986中,该专利的发明名称为“Ink JetPrinter”,于1982年9月21日授予Takahiro Yamanda)。因为与压电换能器类型相比,加热器可采用更为紧凑的结构制造,其允许每英寸具有更大密度的喷嘴,且加热器设计的制造成本明显降低。此外,使用加热器易于调节并控制大微滴或小微滴的体积,而压电式振动器形成的微滴并不容易调节,且高度取决于墨水的流体特性比如表面张力和粘度。
美国专利No.5455614公开了这样一种系统,其中连续喷墨打印头组件相对于打印衬底是倾斜的,这样打印微滴就循着更加笔直的路径喷向衬底。该专利的发明名称为“Printing Method And Print HeadHaving Angled Ink Jet”,于1995年10月3日授予Paul M.Rhodes。在该方法中,墨水喷嘴和偏转装置的平面都是倾斜的以实现所需的打印角。该方法可用在从喷嘴至打印介质的路径长度相对长的时候,不过,如果路径长度短(例如3-4mm),将没有足够的空间使喷嘴板和气流偏转器倾斜离开它们此前采用的平行于打印介质的方位。
专利合作条约(PCT)于1981年11月12日公开的国际申请WO81/03149披露了一种连续喷墨装置,其中静电微滴偏转用于鉴别打印和不打印微滴。此外,又一种电极结构用于改变打印微滴的路径,这样它们就以直角触击打印介质。因而就能在不光滑或起皱的表面上打印时实现良好的微滴定位。虽然该方法解决了微滴路径不垂直的问题,但它需要墨水微滴带电,这样产生微滴之间相排斥的现象。此外,该方法需要高电压和昂贵的控制电路,要求墨水位于一定的导电区内。
参见图1,该图示出了现有技术中的一种连续喷墨打印机系统5。该现有技术中的连续喷墨打印机系统包括一个图像源10,比如一台扫描仪或计算机,用来提供光栅图像数据、形式为页面说明语言的外形轮廓图像数据或其它形式的数字图像数据。该图像数据通过一个图像处理单元12被转换成半色调位图图像数据,该图像处理单元12还储存存储器13中的图像数据。一个加热器控制电路14从图像存储器13中读取数据并将电子脉冲施加到成为打印头16一部分的加热器32上。这些脉冲是在适当的时间施加的,这样由连续喷墨流形成的微滴就会在图像存储器中的数据表示的适当位置上在记录介质18上打印出墨点。图1所示的打印头16通常称作页宽打印头。
记录介质18是通过一个记录介质传送系统20相对于打印头16移动的,该记录介质传送系统20受到一个记录介质传送控制系统22的电控制,而该记录介质传送控制系统22又受到一个微控制器24的控制。图1所示的记录介质传送系统20仅仅是示意性的,可采用许多不同的机械结构。例如,可将一个传送辊用作记录介质传送系统20,从而易于将墨水微滴传递到记录介质18上。这类传送辊技术在本领域中是众所周知的。就页宽打印头16来说,使记录介质18移过固定的打印头16是最为方便的。
墨水在压力下容纳于一个墨水储存器28中。在不打印的状态下,连续喷墨微滴流不能到达记录介质18,因为墨水导流槽34阻挡了墨流,且会让一部分墨水由一个墨水再循环单元36再循环。墨水再循环单元36回收墨水并将墨水送回墨水储存器28。这类墨水再循环单元36在本领域中是众所周知的。适用于最佳运行的墨水压力取决于多种因素,包括喷嘴孔(如图2所示)的几何结构和热学性质以及墨水的热学性质。恒定的墨水压力可通过在墨水压力调节器26的控制下将压力施加到墨水储存器28上来实现。系统5可装有附加的墨水储存器28以便进行彩色打印。当采用该方式操作时,由墨水导流槽34收集的墨水一般被收集起来并加以处理。
墨水通过墨水通道30被分配到打印头16的背面上。墨水优选流经穿过打印头16硅衬底腐蚀的狭槽和/或孔而到达其具有多个喷嘴和加热器的正面。由于打印头16由硅制成,所以可使加热器控制电路14与打印头组合成一体。打印头16可采用已知的半导体制造技术来成形(CMOS电路制造技术、微机电结构(MEMS)制造技术等)。打印头16还可由不同于硅的半导体材料制成。
参见图2,该图更为详细地示出了打印头16。打印头16包括一个微滴成形机构38。微滴成形机构38可包括多个位于打印头16上的加热器40,它们绕着形成在打印头16中的多个喷嘴孔42。尽管每个加热器40都可在径向上与对应喷嘴孔42的边缘隔开,但加热器40优选以同心的方式靠近对应的喷嘴孔42设置。一般来说,加热器40以一个基本呈圆形或环形的形状成形。不过,加热器40也可采用其它形状成形。一般来说,每个加热器40都包括一个电阻加热元件44,其通过导线48与触点46电连接。钝化层通常位于电阻加热元件44与导线48上以相对于墨水提供电绝缘。触点46和导线48形成加热器控制电路14的一部分,该加热器控制电路与一个微控制器24相连。或者,也可采用其它类型的加热器来获得相似的效果。
加热器40被选择性地激励以形成微滴,正如美国专利公开文件2002/0085071中描述的那样。成形微滴的体积与流经喷嘴的墨水速度和加热器的激励速度有关,但与分散在加热器中的能量数量无关。图3是由微控制器24提供给加热器40的电激励波形的示意性示例。通常,加热器40的快速脉冲发生形成了小的墨水微滴,而较慢的脉冲发生形成了较大的微滴。在这里表示的示例中,小墨水微滴用于在图像接收体上打印,而较大的不打印的微滴被捕获用于墨水的再循环。
在该示例中,相对于每个图像像素,每个喷嘴形成多个微滴,时期P0、P1、P2等为与相关图像像素的打印有关的时间,下标表示像素时间中形成的打印微滴量。示意图示出了因施加各种波形产生的微滴。为简单起见,示出了两个小打印微滴的最大值。不过,该原理可容易扩展成容许有更大的打印微滴最大数量。
在每个图像像素的微滴成形中,除了可选择的大量小打印微滴外,还总形成不打印的大微滴95、105或110。加热器40相对于每个图像像素的激励波形是从电脉冲时间65开始的。在延迟时间83之后,加热器40的进一步(可选)激励使脉冲37按照图像数据实施,其中间隔P1需要至少一个打印微滴100,如图所示。对于图像数据需要在时间间隔P2中形成别的打印微滴的情况而言,加热器40在延迟时间84后通过脉冲75再次激励。加热器激励电脉冲时间65、70和75基本上是相似的,正如所有的延迟时间83和84一样。延迟时间80、85和90是脉冲发生在像素时间间隔P中结束后到下一个图像像素开始的剩余时间。所有的小打印微滴100都具有相同的体积。不过,较大的不打印微滴95、105和110的体积根据前面像素时间间隔P中形成的小微滴100的数量改变,因为小微滴在像素时间间隔P中远离大微滴集中形成。延迟时间90优选被选择成明显大于延迟时间83、84,这样大的不打印微滴110的体积是小的打印微滴100的4倍或更大。
可看出,需要改进由传统喷墨打印头控制的微滴定位,该喷墨打印头采用一个气流偏转器来将微滴分到打印和不打印的路径中。更具体地说,需要保持连续喷墨打印头中低功率和低电压打印头操作的特征,同时相对于打印介质提供一种改进的打印微滴路径。
发明内容
根据本发明,上述需要是通过提供一种打印基本垂直触击打印介质的墨水微滴的方法而得到满足的,该方法包括的步骤为:从形成在打印头内的多个喷嘴孔中喷射作为墨水流的第一微滴和第二微滴,第一微滴具有第一体积,而第二微滴具有第二体积;使第一微滴或第二微滴移动到相对于打印介质大致垂直的触击位置;沿着不同的微滴路径将第一微滴或第二微滴分开;利用一个墨水导流槽捕获第一微滴或第二微滴;基本垂直于打印介质使第一微滴或第二微滴触击打印介质。
本发明的另一方面提供了一种垂直于图像接收体打印墨水微滴路径的装置,它包括:一个打印头,其包括:从中喷射出可调节体积的墨水微滴流的一个或多个喷嘴;第一微滴偏转器,其适于在墨水微滴流上产生一个作用力,该作用力被以一定角度施加到墨水微滴流上,以使具有第一体积范围的墨水微滴流沿着第一组路径移动,而使具有第二体积范围的墨水微滴流沿着第二组路径移动;一个控制器,其适于根据要打印的图像数据调节通过一个或多个喷嘴喷射的墨水微滴流;一个墨水捕集器,其被定位成容许沿着第一组路径移动的墨水微滴流不受阻碍地通过墨水捕集器,同时截取沿着第二组路径移动的墨水微滴流;以及第二微滴偏转器,其改变具有第一体积范围的墨水微滴流的飞行路径,从而使飞行路径垂直于图像接收体。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从下面本发明替换实施例的说明和附图中变得明显,其中:
图1是现有技术中连续喷墨打印机系统的示意图;
图2是现有技术中具有微滴成形机构的打印头的顶视图;
图3是现有技术中有关加热器频率控制的视图,示出了一个将较小墨水微滴用于打印的实施例;
图4是具有微滴成形机构和微滴偏转系统的打印头的示意侧视图,示出了要解决的问题;
图5是具有微滴成形机构和微滴偏转系统的打印头的示意侧视图,其中示出了利用小墨水微滴进行打印的本发明的第一示例;
图6是具有微滴成形机构和微滴偏转系统的打印头的示意侧视图,其中示出了利用大墨水微滴进行打印的本发明的第一示例;
图7是具有微滴成形机构和微滴偏转系统的打印头的示意侧视图,其中示出了利用小墨水微滴进行打印的本发明的第二示例;
图8是具有微滴成形机构和微滴偏转系统的打印头的示意侧视图,其中示出了利用小墨水微滴进行打印的本发明的第三示例;
图9是有关加热器频率控制的视图,示出了一个将大墨水微滴用于打印的实施例;
图10是具有微滴成形机构和微滴偏转系统的打印头的示意侧视图,其中示出了利用大墨水微滴进行打印的本发明的第二示例。
具体实施方式
本发明尤其涉及形成本发明装置一部分的元件,或更直接地与本发明装置相协作的元件。应该理解的是,未特别示出或描述的元件可采取本领域技术人员所熟知的形式。
均以David L.Jeanmaire等人名义申请的公开于2003年4月29日的美国专利6554410和美国专利公开文件2002/0085071披露了连续喷墨的打印技术,其中喷嘴加热器以多种频率被选择性地激励以形成具有多种体积的墨水微滴流。气流提供了一个根据微滴体积将微滴分到打印和不打印路径中的作用力。
虽然由Jeanmaire等人披露的这种打印方法耗费很少的电能,且适用于用很多种墨水进行打印,但打印微滴是成一定角度偏转的,这样它们的路径就与打印介质的表面不垂直。如此一来,在打印过程中改变从打印头至打印介质的距离时就有了难度,这种情况会在打印台上未完全放平打印介质时发生。于是,墨水微滴就不会触击打印介质上的指定位置,图像质量也就下降了。
根据本发明,一种在图像接收体上打印图像的装置包括一个打印头,该打印头具有一组喷嘴,墨水微滴流从这些喷嘴中喷射出来。每个喷嘴都连接有一个机构,该机构适于独立地调节从喷嘴中喷射的墨水微滴的体积。通常,指定的喷嘴处形成有两个微滴体积范围,第一个的体积要比第二个的小得多。微滴偏转器适于在喷射的微滴上产生一个作用力,所述作用力是与墨水微滴流成一倾斜角度地施加到微滴上的,从而使具有第一体积的墨水微滴沿着第一组路径移动,而使具有第二体积的墨水微滴沿着第二组路径移动。墨水捕集器被定位成容许沿着第一组路径行进的微滴不被阻碍地移过捕集器,同时截取沿着第二组路径行进的微滴。根据本发明,提供有这样的装置,即,该装置使打印微滴流以直角触击打印介质,同时容许打印头上墨水喷嘴的平面与打印介质的平面基本平行。在本发明的一个示例中,在墨水喷嘴的下方于墨水容纳区域中采用流体导引肋结构,从而与打印头的表面成不同于90度的角度喷墨。在第二示例中,在墨水捕集器后沿打印微滴路径利用由第二微滴偏转器提供的第二气流来偏转微滴流,这样最终的微滴路径就与打印介质相垂直。在第三示例中,所述第二气流由打印介质与打印头组件之间的相对运动引起的空气流动形成。
参见图4,该图示出了所要解决的问题的一个示意性示例,打印头16是以给每个像素提供一个打印微滴的方式操作的,如上所述。气流鉴别器130根据微滴体积将微滴分到打印或不打印的路径中。在打印头16中墨水通过喷嘴42进行喷射,从而形成沿着轴线X基本垂直于打印头16(α=90°)移动的墨水流62。加热器40根据图像数据被选择性地以不同频率激励,从而将墨水流62分成独立的墨水微滴流。微滴的聚结通常在形成不打印微滴105时发生。气流鉴别器130是与轴线X成一个非零角度地由气流提供的,并形成第一微滴偏转器。例如,气流可垂直于轴线X。气流鉴别器130在L的距离内起作用,且当来自气流鉴别器130的气体作用力与墨水微滴流相互作用时,单个墨水微滴根据各自的体积和质量而分开。气体流速可被调节成使小微滴路径S与大微滴路径K之间存在足够大的偏差D,从而允许小微滴100以角度β触击打印介质W,而使大的不打印微滴105被一个墨水导流结构240捕获。就偏差D的有效值而言,角度β不等于90°,一般为60°-80°。因此,当从打印头至打印介质W的距离在打印过程中改变时,就会出现微滴定位误差。通常,角度β的值越小,定位误差就越大。打印介质W可包括一种图像接收体。
在本发明的第一示例中,与喷嘴平面所成的喷墨角α(见图4)不等于90°。因此,墨水微滴路径X、K和S就被改变成使路径S与打印介质W垂直(β=90°)。喷射流的倾斜使得喷嘴的平面(在该示例中为打印头的正面)、气流鉴别器130、墨水导流槽240以及打印介质W成为平行的结构,这样整体的打印头组件就能尽可能地变得紧凑,从而最大程度地缩短从打印头16至打印介质W的距离。
可采用几种方式来使墨水流62相对于喷嘴面倾斜。其中一种方式是如美国专利No.6079821(Chwalek等人)中披露的那样,在每个喷嘴周围进行非对称加热。美国专利6497510描述了一种使喷射流热偏转的相关方法,该专利的发明名称为“Deflection Enhancement For Continuous InkJet Printers”,于2002年12月24日授予Christopher Delametter等人,该方法涉及将非对称的加热与邻近打印头喷嘴的墨水通道中的物理结构组合起来。不过,因需高温来实现显著的喷射流偏转,所以非对称加热的使用方式并不是优选的。
使墨水流62倾斜的第二种方法是在喷嘴中或在紧靠喷嘴的附近位置采用非对称的物理结构。一个示例是如美国专利No.6364470描述的那样,在喷嘴孔中设置凹槽结构,该专利的发明名称为“Continuous Ink JetPrinter With A Notch Deflector”,于2002年4月2日授予Antonio Cabal等人。另一种方法是给喷嘴提供一个非对称的供墨通道,如图5中示意性地示出那样。这类供墨通道可由硅制成,美国专利6474794(Anagnostopoulos)中给出了相关的教导。硅“肋”或阻挡结构56和58形成了一个将墨水供应给喷嘴孔42的墨水通道51。阻挡结构56和58可结合到喷嘴隔板54上,也可由金属或氮化硅构造。也可使阻挡结构56和58相应地非对称。在一个示例中,下部结构58要比上部结构56更靠近喷嘴孔42的边缘,下部结构58距离喷嘴孔42边缘的距离为d1,而上部结构56距离喷嘴孔42边缘的距离为d2。不过,距离d1和d2也可在别的示例中反过来。在其它示例中,墨水总管59内的一个墨水总管阻碍件61将墨水流导引到相对于打印介质W垂直的触击位置。结构56和58的排列和/或墨水总管阻碍件61的嵌入使得墨水流62相对于喷嘴隔板54以小于90°的角度α从喷嘴孔42中喷射出来。角度α可为2°-45°。
参见图6,该图为一打印头组件的示意图,该打印头组件包含本发明的第一示例,打印头16上的加热器40将墨水流62分成大的不打印微滴105和小的打印微滴100,该小的打印微滴100一开始是沿着路径X行进的。气流鉴别器130起分开大小微滴的作用,小的打印微滴100沿路径S偏转,而大的不打印微滴105沿路径K偏转。墨水捕集器240截取沿路径K移动的微滴,同时容许沿路径S移动的微滴以直角(β=90°)触击打印介质W。
在本发明的第二示例中,第二气流132(即第二微滴偏转器)用于对小打印微滴的路径进行校正,这样就使它们以直角触击打印介质。图7的示意图中给出了一个以该示例为特征的打印装置的示例。墨水通过打印头16中的喷嘴孔42喷射出来,从而形成一股沿着轴线X基本垂直于打印头16移动(α=90°)的墨水流62。加热器40根据图像数据被选择性地以各种频率激励,从而将墨水流62分成独立的墨水微滴流。气流鉴别器130是与轴线X成直角地由气流提供的。气流鉴别器130在L1的距离内起作用,且当来自气流鉴别器130的气体作用力与墨水微滴流相互作用时,单个墨水微滴根据各自的体积和质量而分开。因而,小的打印微滴100就沿着路径S1偏转,而大的不打印微滴105沿着路径K偏转较小的程度。大微滴105可被墨水导流结构240捕获,而小微滴100穿过导流结构240且与气体作用力132即第二微滴偏转器相互作用。该作用力132是在与气流鉴别器130相反的方向上施加的,且在L2的距离内起作用。因此,小微滴100以角度β被导引到新微滴路径S2上并触击打印介质W,该角度β大致为90°。角度β在88°-92°范围内。此外,气体作用力132的大小可相对于双向打印改变以补偿不需要的空气干扰。打印介质W相对于打印头移动缓慢或根本不动。
本发明的第三示例利用打印头组件与打印介质之间的相对运动来提供校正打印微滴路径的第二气流。该实施例在图8的打印头组件示意图中示出。正如在前述的示例中那样,墨水通过打印头16中的喷嘴孔42喷射出来,从而形成沿着轴线X基本垂直于打印头16(α=90°)移动的墨水流62。加热器40根据图像数据被选择性地以各种频率激励,从而将墨水流62分成独立的墨水微滴流。气流鉴别器130是由与轴线X成直角的气流提供的。气流鉴别器130在L1的距离内起作用,且当来自气流鉴别器130的气体作用力与墨水微滴流相互作用时,单个墨水微滴根据各自的体积和质量而分开。因而,小的打印微滴100就沿着路径S1偏转,而大的不打印微滴105沿着路径K偏转较小的程度。大的不打印微滴105可被墨水导流结构240捕获,而小的打印微滴100穿过导流结构240且与提供第二微滴偏转器的气体作用力134相互作用。由于打印头组件与打印介质之间高打印速度的相对运动,气流形成气体作用力134(例如,可以预想得到:该实施例将最好地应用在打印速度为1m/s或更高的打印机结构中)。由于空气运动的原因,气体作用力134作用在与气流鉴别器130相反的方向上且在距离为L2的范围内。因此,小的打印微滴100以角度β被导引到新微滴路径S2上并触击打印介质W,该角度β大致为90°。角度β可在88°-92°范围内。
本发明的所有三个示例都可应用到打印装置的设计上,其中将大微滴而不是小微滴用于打印的打印装置的结构。一个适于大微滴打印的示例在这里采用的是本发明的第二示例,如图8所示。在该示例中,仅仅给每个图像像素提供一个打印微滴,这样就有了两种加热器40的激励状态,打印或不打印。图9a示意性地示出了打印情况下的加热器40激励的电波形。图9b示意性地示出了在与该加热器激励(电脉冲时间)和延迟时间80相结合时,由从图7和8中所示的喷嘴孔42中喷射墨水产生的单个大的不打印墨水微滴95。图9c示意性地给出了不打印情况下的电热器40激励的电波形。电脉冲65的持续时间自图9a保持不变,但激励脉冲之间的延迟时间83比延迟时间80短4倍。如图9d所示,通过该不打印波形激励加热器40结果产生小打印微滴100。
图9e是用于混合的图像数据加热器40激励的电脉冲的示意图,其中示出了不打印状态至打印状态再回到不打印状态的跃迁过程。图9f的示意图是最后形成的微滴流。显然,可基于经相应喷嘴孔42喷射的所需墨水颜色、打印头16相对于打印介质W的运动以及所希望的打印图像,独立地控制加热器40的激励。
现在参见图10,其示意性地示出了打印头组件,墨水经打印头16中的喷嘴孔42喷射出来,从而形成沿着轴线X基本垂直于打印头16移动(α=90°)的墨水流62。加热器40根据图像数据以各种频率被选择性地激励,如图9a-9f所示,从而将墨水流62分成单个墨水微滴流。在形成大的不打印微滴95时通常会发生微滴的聚结。气流鉴别器130由与轴线X成直角的气流提供。气流鉴别器130在L1的距离内起作用,且当来自气流鉴别器130的气体作用力与墨水微滴流相互作用时,单个墨水微滴根据各自的体积和质量分开。因而,小的打印微滴100沿着路径S偏转,而大的不打印微滴95沿着路径K1偏转较小的程度。小的打印微滴100被一个墨水导流结构240捕获,而大的不打印微滴95通过导流结构240且与第二气体作用力133相互作用。该第二气体作用力133是在与气流鉴别器130相反的方向上施加的,并在L2的距离内施加。因此,大的不打印微滴95以角度β被导引到新微滴路径K2上并触击打印介质W,该角度β大致为90°。
Claims (11)
1、一种打印基本垂直触击打印介质的墨水微滴的方法,包括的步骤有:
a)从形成在打印头内的多个喷嘴孔中喷射作为墨水流的第一墨水微滴和第二墨水微滴,第一墨水微滴具有第一体积,而第二墨水微滴具有第二体积;
b)相对于打印介质将第一墨水微滴或第二墨水微滴导引到基本垂直的触击位置;
c)沿着不同的微滴路径将第一墨水微滴或第二墨水微滴分开;
d)利用墨水导流槽捕获第一墨水微滴或第二墨水微滴;
e)基本垂直于打印介质使第一墨水微滴或第二墨水微滴触击打印介质。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于,第一墨水微滴的第一体积小于第二墨水微滴的第二体积。
3、如权利要求1所述的方法,其特征在于,第一墨水微滴的第一体积大于第二墨水微滴的第二体积。
4、如权利要求1所述的方法,还包括的步骤为,对多个喷嘴孔进行非对称加热。
5、如权利要求1所述的方法,还包括的步骤为,为多个喷嘴孔提供空间关系上非对称的结构,以形成非对称的供墨通道。
6、如权利要求1所述的方法,还包括的步骤为,提供墨水总管阻碍件,以相对于打印介质将墨水流导引到垂直触击的位置。
7、如权利要求1所述的方法,还包括的步骤为,提供气流,以基本垂直于打印介质导引第一墨水微滴或第二墨水微滴。
8、一种垂直于图像接收体打印墨水微滴的装置,它包括:
a)打印头,其包括:
a1)从中喷射出可调节体积的墨水微滴流的一个或多个喷嘴;
a2)使墨水微滴流与该一个或多个喷嘴的垂直平面偏离2-45度的装置;
b)微滴偏转器,其适于在墨水微滴流上产生一作用力,该作用力被以一定角度施加到墨水微滴流上,以使具有第一体积范围的墨水微滴流垂直于图像接收体沿着第一组路径移动,而使具有第二体积范围的墨水微滴流沿着第二组路径移动;
c)控制器,其适于根据要打印的图像数据调节通过一个或多个喷嘴喷射的墨水微滴流;
d)墨水捕集器,其被定位成容许沿着第一组路径移动的墨水微滴流不受阻碍地通过墨水捕集器,同时截取沿着第二组路径移动的墨水微滴流。
9、如权利要求9所述的装置,其特征在于,使墨水微滴流偏离垂直平面的措施是对一个或多个喷嘴进行非对称加热。
10、如权利要求9所述的装置,其特征在于,使墨水微滴流偏离垂直平面的措施是靠接一个或多个喷嘴的非对称物理结构。
11、如权利要求9所述的装置,其特征在于,使墨水微滴流偏离垂直平面的措施是改变墨水微滴的方向以使其基本垂直地触击到图像接收体上的气流。
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