CN101119848B - 流体喷射系统、双向喷墨打印系统及流体输送的方法 - Google Patents

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Abstract

流体喷射系统包括：第一流体喷射头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括能够喷射第一液滴的第一组流体喷嘴；和第二流体喷射头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括能够喷射第二液滴的第二组流体喷嘴。第二喷嘴板基本上与第一喷嘴板相对。第一组流体喷嘴偏离第二组流体喷嘴。

Description

流体喷射系统、双向喷墨打印系统及流体输送的方法
技术领域
本申请涉及液滴(fluid drop)喷射领域。 
背景技术
喷墨打印是一种响应于电子数字信号而产生沉积在例如纸或透明薄膜的基底上的墨滴的非碰撞式方法。在各种商业或消费者应用的场合，通常需要提供在墨接收器的双面上边到边打印的喷墨图像。 
喷墨打印系统一般有两种类型：连续流(continuous stream)和按需喷墨(drop-on-demand)。在连续流喷墨系统中，墨在压力下通过至少一个孔或喷嘴以连续流的形式喷出。多个孔或喷嘴也可以用于增加成像速度和吞吐量。墨从孔喷出并发生扰动，使得墨在距离孔一固定距离处破碎成微滴。在破碎点，带电荷的墨滴通过电场，该电场受到控制并根据数字数据信号进行开关。带电荷的墨滴通过可控的电场，该可控电场调节每个微滴的轨迹，以便将其引导到用于墨去除和再循环的沟槽或记录介质上的特定位置以产生图像。该图像产生受到电子信号的控制。 
在按需喷墨系统中，通过由例如根据数字数据信号控制的压电装置、声学装置或热力装置产生的压力，微滴从孔直接喷射到记录介质上的位置。墨滴不通过成像装置的喷嘴产生并喷出，除非需要将其置于记录介质上。 
发明内容
一方面，本发明涉及一种流体喷射系统，包括： 
第一流体喷射头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括能够喷射第一液滴(fluid drop)的第一组流体喷嘴；和 
第二流体喷射头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括能够喷射第二液滴的第二组流体喷嘴，其中第二喷嘴板基本上与第一喷嘴板相对，第一组流体喷嘴偏离第二组流体喷嘴。 
另一方面，本发明涉及一种双向喷墨打印系统(duplex ink jet printing system)，包括： 
第一喷墨打印头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括能够喷射第一墨滴的第一组喷嘴； 
第二喷墨打印头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括能够喷射第二墨滴的第二组喷嘴，其中第二喷嘴板基本上与第一喷嘴板相对，并且第一喷嘴板中的第二组喷嘴偏离第二喷嘴板中的第一组喷嘴；和 
接收器传送系统，构造成将接收器(receiver)传送通过第一喷嘴板和第二喷嘴板之间的间隙，以允许接收器的第一表面接收从第一组流体喷嘴喷射出的液滴，并允许接收器的第二表面接收从第二组喷嘴喷射出的墨滴。 
又一方面，本发明涉及一种流体输送的方法，包括： 
从第一流体喷射头的第一喷嘴板中的第一组流体喷嘴喷射第一液滴； 
从第二流体喷射头的喷嘴板中的第二组流体喷嘴喷射第二液滴，其中第二喷嘴板基本上与第一喷嘴板相对，且第二组流体喷嘴偏离第一组流体喷嘴； 
将接收器传送通过第一流体喷射头和第二流体喷射头之间的间隙； 
将所喷射的第一液滴沉积在接收器的第一表面上；和 
将第二液滴沉积在接收器的第二表面上。 
该系统的实现可包括下面的一个或多个方面。流体喷射系统包括：第一流体喷射头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括能够喷射第一液滴的第一组流体喷嘴；和第二流体喷射头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括能够喷射第二液滴的第二组流体喷嘴。第二喷嘴板基本上与第一喷嘴板相对。第一组流体喷嘴偏离第二组流体喷嘴。第一组流体喷嘴跨越第一区域，第二组流体喷嘴可以跨越基本类似于第一区域的第二区域。第一液滴可由第二喷嘴板俘获于在第二组流体喷嘴的外部且处于第二区域内的区域中。由第二喷嘴板俘获的液滴可被吸入第二组流体喷嘴的一个或多个中。流体喷射系统还可包括接收器传送系统，该接收器传送系统构造成用于将接收器传送通过第一流体喷射头和第二流体喷射头之间的间隙，使得第一流体喷射头可将第一液滴沉积在接收器的第一表面上，并且第二流体喷射头可将第二液滴沉积在接收器的第二表面。接收器传送系统可在第一方向上传送接收器，所述第一方向基本平行于第一喷嘴板或第二喷嘴板。第一流体喷射头可以在接收器的第一表面上产生第一流体图案，第二流体喷射头在接收器的第二表面上产生第 二流体图案，该第二流体图案是第一流体图案的镜像(mirror image)。第一打印头可在接收器的第一表面上从边到边地沉积第一液滴。第一组流体喷嘴可以在第一喷嘴板中分布成一行或多行，使得第一打印头可跨过第一扫描带宽(swath width)在接收器的第一表面上沉积第一液滴。第一扫描带宽可以比接收器的第一表面的至少一个尺寸宽。第一流体喷射头可以是喷墨打印头。 
系统的实现可包括下面的一个或多个方面。双向喷墨打印系统包括：第一喷墨打印头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括能够喷射第一墨滴的第一组喷嘴；第二喷墨打印头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括能够喷射第二墨滴的第二组喷嘴，其中第二喷嘴板基本上与第一喷嘴板相对，第一喷嘴板中的第二组喷嘴偏离第二喷嘴板中的第一组喷嘴；以及接收器传送系统，构造成将接收器传送通过第一喷嘴板和第二喷嘴板之间的间隙，以允许接收器的第一表面接收从第一组流体喷嘴喷射出的液滴，并允许接收器的第二表面接收从第二组喷嘴喷射出的墨滴。第一组喷嘴跨越第一区域，第二组喷嘴可跨越基本上类似于第一区域的第二区域。第一墨滴可由第二喷嘴板俘获于在第二组喷嘴的外部且位于第二区域内的区域中。飞到接收器第一表面的边缘之外的第一墨滴可由第二喷嘴板俘获于在第二组喷嘴的外部且位于第二区域内的区域中。第二喷嘴板俘获的墨滴可被吸入第二组喷嘴的一个或多个中。形成在第一喷嘴板中的第一组喷嘴可构造成在接收器的第一表面上从边到边地沉积墨滴。第一喷墨打印头可在接收器的第一表面上产生第一墨图案，第二喷墨打印头可在接收器的第二表面上产生第一墨图案的镜像。 
实施例可包括下述的一个或多个优点。所公开的喷墨系统能够在墨接收器上进行边到边双向打印。该系统对于处理窄的墨接收器特别有益。所公开的喷墨系统与快干墨(fast drying ink)相兼容，与双向模式一起提供高打印吞吐量。该系统提供了有效喷嘴维护和墨再循环能力，减少了墨浪费并进一步提高了操作周期和系统吞吐量。 
一个或多个实施例的细节在附图中和下面的说明中阐述。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书和附图以及从权利要求书中变得明显。 
附图说明
图1示出从安装板的前面观察时双向喷墨打印系统的局部视图。 
图2是从安装板的后面观察时图1的双向喷墨打印系统的局部视图。 
图3是图1的双向喷墨打印系统的侧视图。 
图4是第一喷墨打印头组件的墨喷嘴和喷嘴板的顶视图。 
图5是第二喷墨打印头组件的墨喷嘴和喷嘴板的顶视图。 
图6是第一喷墨打印头组件的喷墨打印头的墨喷嘴的位置相对于第二喷墨打印头组件的喷墨打印头的墨喷嘴的位置的局部投影顶视图。 
具体实施方式
在图1-3中示出，双向喷墨打印系统10包括安装到由安装杆105支撑的安装板100上的各种部件，所述安装杆105固定到平台110。第一喷墨打印头组件20、第二喷墨打印头组件30和墨接收器传送系统50保持到安装板100的前面。贮墨器201-204安装到安装板100的后面。 
参照图1-4，第一喷墨打印头组件20包括喷墨打印头21-24和墨歧管25。喷墨打印头21-24接收来自墨歧管25的墨流体，而墨歧管25又从贮墨器201、202接收墨。喷墨打印头21-24通过接口板27和柔性印迹(flex prints)28由计算机250电子控制。喷墨打印头21-24可包括面向下的喷嘴板401-404和墨喷射致动器。每个喷嘴板401-404包括多个可以向下喷射墨滴的墨喷嘴421-424。每组墨喷嘴421-424可以分布成一行或多行，使得墨喷嘴421-424可以在接收器上跨越第一扫描带宽SW1布置墨滴。可为喷墨打印头21-24供应不同颜色的墨流体以提供彩色喷墨打印。此外，可为两个或更多喷墨打印头21-24提供同一颜色的墨流体，而且相应的墨喷嘴421-424可分布在偏移的位置，以提供高分辨率的喷墨打印。 
同样地，如图1-3和5所示，第二喷墨打印头组件30包括接收来自墨板35的墨的喷墨打印头31-34，该墨板35又从贮墨器203、204接收墨。喷墨打印头31-34通过接口板37和柔性印迹38由计算机250电子控制。喷墨打印头31-34分别包括面向下的喷嘴板501-504和墨致动器。每个喷嘴板501-504包括可以向上喷射墨滴的多个墨喷嘴521-524。每组墨喷嘴521-524可以分布成一行或多行，使得可以在接收器上跨越第二扫描带宽SW2打印墨图案。可为喷墨打印头31-34供应不同颜色的墨流体以提供彩色喷墨打印。此外，可为两个或更多的喷墨打印头31-34提供同一颜色的墨流体，而且相应的墨喷嘴521-524可分布在偏移的位置，以提供高分辨率的喷墨打印。 
在一个实施例中，喷墨打印头21-24和喷墨打印头31-34相对设置，使 得喷嘴板401-404和喷嘴板501-504基本上相对并彼此平行(图6和1)，从而第一喷墨打印头组件20和第二喷墨打印头组件30在接收器的相对表面上打印。因此，第一和第二喷墨组件可以同时在接收器的相对表面上打印。墨喷嘴521-524可以向喷嘴板401-404喷射墨滴。同样地，墨喷嘴421-424可以向喷嘴板501-504喷射墨滴。大致平行的喷嘴板401-404和喷嘴板501-504之间的间隙可以响应于墨接收器60的厚度进行调整。该间隙一般在0.2至2.0cm加上接收器60的厚度的范围内。 
如图4-6的顶视图所示，墨喷嘴421-424和墨喷嘴521-524在它们的横向位置上偏移。换句话说，墨喷嘴421-424和墨喷嘴521-524并非彼此正对。例如，墨喷嘴421-424和墨喷嘴521-524可以分布成互补的棋盘式图案(complimentary checkerboard patterns)，使得每个喷嘴指向相对喷嘴板中的喷嘴之间的间隙。在这种配置下，从墨喷嘴521-524喷射的墨滴可由喷嘴板401-404俘获于墨喷嘴421-424外部的区域中。同样地，从墨喷嘴421-424喷射的墨滴可由喷嘴板501-504俘获于墨喷嘴521-524外部的区域中。因此，来自喷嘴板的微滴喷射不会与由相对的喷嘴板俘获的从打印头喷射的墨滴相干扰。 
第一喷墨打印头组件20和第二喷墨打印头组件30通过滑动轴承机构81-84保持到安装板100。喷墨打印头组件20和30的横向位置可以由滑动轴承机构81-84调整，以允许喷墨打印头21-24上的墨喷嘴421-424移动到偏移的且不正对喷墨打印头31-34上的墨喷嘴521-524的位置。供应到喷墨打印头21-24和喷墨打印头31-34的墨可具有不同颜色或不同性质。 
墨接收器60可通过传送系统50在方向70上驱动，该方向70可以垂直于滑动轴承机构81-84传送打印头组件的方向。传送系统50包括一对夹持辊51、52，该对夹持辊51、52向驱动接收器提供压力接触。夹持辊51、52的旋转可以在计算机250的控制下由直流电机53驱动。编码器54跟踪夹持辊的旋转并提供反馈信号，该反馈信号可以用于控制直流电机53以确保接收器的均匀运动。尽管图1-5示出接收器运动方向70和喷嘴板401-404、501-504是水平的，但所述的系统也与其它的取向构造相兼容。例如，喷嘴板和接收器运动可以平行于垂直方向。 
在打印操作中，墨接收器60被传送通过形成在喷嘴板401-404和喷嘴板501-504之间的间隙。墨喷嘴421-424适于将墨滴喷射并布置到墨接收器 60的顶表面上。同样地，喷嘴板501-504中的墨喷嘴521-524适于将墨滴喷射并布置到墨接收器60的底表面上。在一个实施例(图4)中，接收器50的宽度RW比第一扫描带宽SW1或第二扫描带宽SW2中至少一个宽度窄，或者比两者都窄。由此，喷墨打印头21-24和喷墨打印头31-34可分别在接收器50的顶表面和底表面上进行边到边地打印。结果，在接收器60在方向70上传送时，可以在接收器60上完成边到边双向打印。 
可将轨迹在墨接收器60的边缘外部的所喷射墨滴称为超范围喷溅(over-spray)。在一个实施例中，超范围喷溅可由具有相对喷墨打印头的喷嘴板俘获。超范围喷溅落入相对喷嘴板的位于墨喷嘴外部的区域，这是因为相对喷嘴板的墨喷嘴没有彼此正对(图4-6)。 
在一个实施例中，超范围喷溅可聚集在相对的喷嘴板上并随后被吸到墨喷嘴中。这减少了常规边到边喷墨打印中的墨浪费。不需要在相对的喷嘴板上进行额外的墨去除或清洁。去除喷嘴板上多余墨的细节在如下申请中公开：Barss等人于2003年12月30日提交的题为“微滴喷射组件(Drop ejectionassembly)”的共同受让的美国专利申请No.10/749,622，Hoisington等人于2003年12月30日提交的题为“微滴喷射组件(Drop ejection assembly)”的共同受让的美国专利申请No.10/749,829，Bib1等人于2003年12月30日提交的题为“微滴喷射组件(Drop ejection assembly)”的共同受让的美国专利申请No.10/749,816，以及Batterton等人于2003年12月30日提交的题为“微滴喷射组件(Drop ejection assembly)”的共同受让的美国专利申请No.10/749,816，其公开内容在此结合作为参考。 
所描述的系统对于在窄的墨接收器上进行双向打印是有益的，窄的墨接收器例如是用于挡板(blinds)的木条以及用于掩蔽(masking)的连接器插头。在打印这种窄的墨接收器时，使图像大小合适并引导墨接收器来实现边到边覆盖是困难的。常规地，需要去除未接触到窄的墨接收器的超范围喷溅。所描述的系统克服了提供双向打印时的两个问题。所描述的系统与诸如遮阴挡板、人造木材层压材料以及可能的掩蔽连接器插头的墨接收器相兼容。它也可用于在半透明薄膜上的背光应用。 
在另一实施例中，喷嘴板401-404和喷嘴板501-504的接近可以在打印过程中在喷嘴板之间产生饱和的蒸汽环境。喷嘴板401-404、501-504和接收器60之间的高蒸汽浓度降低了蒸发速度，这使得能够使用快干墨。使用快 干墨减少了图像的反常情况，如墨斑点和聚结，这对于高吞吐量打印应用场合有益。 
第一喷墨打印头组件20和第二喷墨打印头组件30可分别从计算机250接收同一图像的镜像，使得对称的图像图案可打印在墨接收器60的顶表面和下表面上。此外，不同的图像也可以打印在墨接收器60的顶表面和下表面上。 
在另一实施例中，在非打印期间，喷墨打印头21-24和31-34可周期性地向彼此射出墨滴，以使喷嘴保持处于湿润状态，这对于包括溶剂基墨(solvent based ink)的打印头特别有用。如上所述，墨滴由相对的喷嘴板俘获并吸回到墨喷嘴中。墨喷嘴维护的模式进一步减少了系统停机时间，并提高了双向喷墨打印系统的吞吐量。 
与大体积的除气系统相兼容的墨类型包括水基墨、溶剂基墨、染料基墨、色素基墨和热溶墨。墨流体可包括如染料或色素的着色剂。与该系统相兼容的其它流体可包括聚合物溶液、凝胶溶液、含有颗粒或低分子量分子的溶液。 

Claims (24)

1.一种流体喷射系统，包括：
接收器传送系统，构造成用于传送具有一接收器宽度的接收器；
第一流体喷射头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括能够喷射第一液滴的第一组流体喷嘴，该第一组流体喷嘴跨越第一区域；和
第二流体喷射头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括能够喷射第二液滴的第二组流体喷嘴，
其中，第二喷嘴板与第一喷嘴板相对，第二组流体喷嘴跨越第二区域，
其特征在于，第一组流体喷嘴偏离第二组流体喷嘴，第二喷嘴板构造成并定位成用于俘获在第二组流体喷嘴的外部且处于第二区域内的区域中的第一液滴，其中，该第一区域大于所述接收器的宽度，所述接收器的宽度能够保证第一流体喷射头和第二流体喷射头可分别在接收器的顶表面和底表面上进行边到边地打印。
2.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第一组流体喷嘴中的喷嘴和第二组流体喷嘴中的喷嘴分布成互补的棋盘式图案。
3.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第二喷嘴板构造成用于将由第二喷嘴板俘获的第一液滴吸入第二组流体喷嘴的一个或多个中。
4.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第一流体喷射头构造成用于将第一液滴沉积在接收器的第一表面上，并且第二流体喷射头构造成用于将第二液滴沉积在接收器的第二表面上。
5.如权利要求1的流体喷射系统，其中，接收器传送系统在一个方向上传送接收器，所述一个方向平行于第一喷嘴板或第二喷嘴板。
6.如权利要求1的流体喷射系统，还包括控制器，该控制器构造成用于使第一流体喷射头在接收器的第一表面上产生第一流体图案，并使第二流体喷射头在接收器的第二表面上产生第二流体图案，该第二流体图案是第一流体图案的镜像。
7.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第一流体喷射头构造成用于在接收器的第一表面上从边到边地沉积第一液滴。
8.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第一组流体喷嘴在第一喷嘴板中分布成一行或多行，使得第一流体喷射头构造成跨过一扫描带宽在接收器的第一表面上沉积第一液滴。
9.如权利要求8的流体喷射系统，其中，所述扫描带宽比所述接收器的宽度宽。
10.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第一流体喷射头为喷墨打印头。
11.如权利要求1的流体喷射系统，其中，第一流体喷射头为固定的流体喷射头。
12.一种双向喷墨打印系统，包括：
接收器传送系统，构造成在一个方向上传送接收器；
第一喷墨打印头，包括第一喷嘴板，该第一喷嘴板包括构造成用于将墨滴沉积在接收器的第一表面上的第一组流体喷嘴；和
第二喷墨打印头，包括第二喷嘴板，该第二喷嘴板包括构造成用于将墨滴沉积在接收器的第二表面上的第二组流体喷嘴，第二喷嘴板与第一喷嘴板相对，其特征在于，第二喷嘴板构造成用于俘获在第二组流体喷嘴的外部的区域中的第一液滴，且第二喷嘴板中的第二组流体喷嘴偏离第一喷嘴板中的第一组流体喷嘴。
13.一种流体输送的方法，包括：
从第一流体喷射头的第一喷嘴板中的第一组流体喷嘴喷射第一液滴，第一组流体喷嘴跨越第一区域；
从第二流体喷射头的第二喷嘴板中的第二组流体喷嘴喷射第二液滴，其中，第二组流体喷嘴跨越第二区域，第二喷嘴板与第一喷嘴板相对，且第二组流体喷嘴偏离第一组流体喷嘴；
将接收器传送通过第一流体喷射头和第二流体喷射头之间的间隙；
将所喷射的第一液滴沉积在接收器的第一表面上；
将第二液滴沉积在接收器的第二表面上；和
用第二喷嘴板俘获在第二组流体喷嘴的外部且处于第二区域内的区域中的第一液滴。
14.如权利要求13的方法，其中，第一组流体喷嘴中的喷嘴和第二组流体喷嘴中的喷嘴分布成互补的棋盘式图案。
15.如权利要求13的方法，还包括将第二喷嘴板所俘获的第一液滴吸到第二组流体喷嘴的一个或多个中。
16.如权利要求14的方法，还包括借助第二喷嘴板将飞离接收器第一表面的第一液滴俘获于在第二组流体喷嘴的外部且位于第二区域内的区域中。
17.如权利要求13的方法，其中，传送接收器包括在平行于第一喷嘴板或第二喷嘴板的方向上传送接收器。
18.如权利要求13的方法，其中，第一组流体喷嘴在第一喷嘴板中设置成一行或多行，使得可以跨过一扫描带宽喷射液滴，该扫描带宽比接收器的第一表面的至少一个尺寸宽。
19.如权利要求13的方法，其中，沉积第一液滴包括在接收器的第一表面上从边到边地沉积第一液滴。
20.如权利要求19的方法，其中，沉积第二液滴包括在接收器的第二表面上从边到边地沉积第二液滴。
21.如权利要求13的方法，其中，接收器的第一表面和第二表面位于接收器的相对侧。
22.如权利要求13的方法，其中，置于接收器第一表面上的液滴形成第一像图，并且打印在接收器第二表面上的液滴形成该第一像图的镜像。
23.如权利要求13的方法，其中，第一流体喷射头为喷墨打印头。
24.如权利要求13的方法，其中，在沉积第一液滴时，使第一流体喷射头保持固定。
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