CN101119849B - 具有非接触式打印头维护站的喷墨打印设备 - Google Patents
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Abstract
喷墨打印系统包括：喷墨打印头，包括一个或多个用于喷射墨滴的喷嘴。基底邻近于喷嘴。基底适于由溶剂润湿并在喷嘴附近产生溶剂蒸汽。
Description
技术领域
本申请涉及喷墨打印领域。
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。
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，带电荷的墨滴通过所施加的电场，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。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。
采用挥发性墨的打印头所具有的一个问题是墨在墨喷嘴中的干燥。通常采用给打印头加盖的方式来防止墨在喷嘴中变干。
发明内容
一方面，本发明涉及一种喷墨打印系统，包括：喷墨打印头，包括一个或多个喷嘴，墨滴可通过所述一个或多个喷嘴喷射；和基底，适于由溶剂润湿并在喷嘴附近产生溶剂蒸汽。
另一方面，本发明涉及一种流体输送系统，包括：流体输送头，该流体输送头包括构造成布置流体的一个或多个喷嘴；和基底，适于由溶剂润湿并在喷嘴周围产生溶剂蒸汽。
又一方面，本发明涉及用于喷墨打印的方法。该方法包括：提供包括适于喷射墨滴的一个或多个喷嘴的喷墨打印头；用溶剂润湿基底以产生溶剂蒸汽；和使喷墨打印头和基底之间发生相对运动，使得喷嘴邻近于基底并处于溶剂蒸汽附近。
该系统的实现可包括下面的一个或多个方面。喷墨打印系统包括：喷墨打印头，包括一个或多个喷嘴，墨滴可通过所述一个或多个喷嘴喷射；和邻近喷嘴的基底，其中，基底适于由溶剂润湿并在喷嘴周围产生溶剂蒸汽。喷墨打印系统还可包括具有一个或多个喷嘴的喷嘴板和提供墨流体到喷嘴的流体管道。基底表面可基本上平行于喷嘴板。基底表面和喷嘴板可隔开不大于10毫米的距离。基底表面和喷嘴板可隔开不大于5毫米的距离。基底表面和喷嘴板可隔开不大于2毫米的距离。喷墨打印系统还可包括可以引起打印头和基底之间相对运动的机构。基底表面和喷嘴可被至少部分地围住(partially enclosed)。喷嘴可以被覆盖(cap)于所围空间(enclosure)中。基底表面和喷嘴可以被覆盖于同一所围空间中。基底表面可被加热。溶剂蒸汽可凝结在喷嘴中或喷嘴周围的表面上。凝结后的溶剂被回收或再循环。基底可包括可以吸收溶剂的多孔材料。喷墨打印系统还可以包括能够提供溶剂到基底的溶剂容器。溶剂可包括墨的成份。溶剂包括一种或多种蒸发抑制剂。喷墨打印头和基底可相对于彼此保持固定。喷墨打印系统还可包括在喷墨打印头和基底之间传送以接收来自喷嘴的墨滴的接收器。
该系统的实现可包括下面的一个或多个方面。用于喷墨打印的方法包括：提供包括一个或多个喷嘴的喷墨打印头；用溶剂润湿基底以产生溶剂蒸汽；和将基底邻近喷嘴设置，使得溶剂蒸汽围绕喷嘴。该方法还可包括向喷嘴提供墨流体。该方法还可包括向基底提供溶剂。该方法还可包括喷嘴板，该喷嘴板包括一个或多个喷嘴。基底表面可基本上平行于喷嘴板的面。基底表面和喷嘴板可隔开不大于10毫米的距离。基底表面和喷嘴板可隔开不大于5毫米的距离。基底表面和喷嘴板可隔开不大于2毫米的距离。该方法还可包括引起打印头和基底之间的相对移动。基底表面和喷嘴可被至少部分地围住。该方法还可包括将喷嘴覆盖于所围空间中。基底表面和喷嘴可被覆盖于同一所围空间中。该方法还可包括加热基底的至少一部分。该方法还可包括在喷嘴内或喷嘴周围的表面上凝结溶剂蒸汽。该方法还可包括回收或再循环已凝结的溶剂。基底可包括可以吸收溶剂的多孔材料。该方法还可包括为基底提供溶剂，并控制提供到基底的溶剂的流速。溶剂可包括墨的成份。溶剂可包括一种或多种蒸发抑制剂。该方法还可包括清洁打印头中的喷嘴。该方法还可包括传送一接收器以接收来自喷墨打印头的墨滴。可将接收器传送通过喷墨打印头和基底之间的间隙。
实施例可包括下面一个或多个优点。所公开的喷墨系统提供了防止墨在喷嘴板中的墨喷嘴中变干的有效配置。喷嘴在溶剂蒸汽中保持湿润，而不需要喷嘴或喷嘴板与实体接触。墨弯月面和墨含量可在喷嘴中保持完好无损。打印头相比于由加盖系统维护的打印头可更快速地从空闲状态转换到打印模式。所公开的系统和方法不需要将盖密封到喷嘴板的复杂设计。所公开的系统和方法对于在非打印(空闲)时间期间维护喷墨打印头是有益的。
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示出了具有非接触式打印头维护站的喷墨打印系统。
图2示出了图1中的打印头维护站的细节。
具体实施方式
图1示出喷墨打印系统10，其包括喷墨打印头20、向喷墨打印头20提供图像数据和其它数字数据的控制器单元30、以及通过流体管道将墨供应到喷墨打印头20的贮墨器40。
喷墨打印头20可以由头传送机构50传送，以沿着第一方向在墨接收器60的上方进行扫描。墨接收器60设置在台板70上。墨接收器60可以在接收器传送机构80的作用下在第二方向上移动。头传送机构50和接收器传送机构80由控制器30控制。
采用挥发性墨例如常用的溶剂和含水墨的喷墨打印头必须小心处理，以防止墨在墨喷嘴中变干。通常给喷墨打印头加盖(cap)，以防止打印头长时间空闲时墨在喷嘴中变干。在盖下方的小封闭空间内，溶剂蒸汽浓度可能升高并接近饱和状态。然而，关于加盖有几个缺点。一个缺陷是机械设计细节可能极具挑战性，这是因为必须使喷嘴板与密封元件保持体接触(physicalcontact)以防止蒸汽泄漏。这可能对于大面积湿喷嘴板来讲特别有难度。另一个缺陷是加盖的喷嘴板一般不能立即开始打印。它通常需要被擦拭以清除密封区域周围的残余墨。
在图1所示的喷墨打印系统10中，头传送机构50可以将喷墨打印头20传送到打印头维护站100。打印头维护站100包括可由溶剂容器120提供的溶剂润湿的基底110。被润湿的基底能够在维护站100中在喷墨打印头20的墨喷嘴周围的环境中产生溶剂蒸汽。基底110可在机构1 30的作用下沿着方向140移动，使得基底110的表面可以邻近墨喷嘴。基底110无需与喷墨打印头20的喷嘴板接触。
图2示出了打印头维护站100和喷墨打印头20的相对位置的详细图解。喷墨打印头20包括喷嘴板230和位于该喷嘴板中的多个墨喷嘴240、241。每个墨喷嘴240、241分别与其中一个墨管道260、261流体连接。墨流体在负压下从墨管道260、261供应到墨喷嘴240、241。墨弯月面250、251形成在墨喷嘴240、241中。墨喷射致动器(未示出)可以在墨管道260、261中的墨流体中产生压力，以使墨滴从墨喷嘴240、241中喷射出。
喷墨打印头20通过头传送机构50在基底110的上方移动。基底110可以通过机构130在方向140上移动，使得基底110的表面到达喷嘴板230附近。但是，基底110的表面不与喷嘴板230接触。基底110与喷嘴板230隔开一间隙210，该间隙210由机构130控制。基底110的宽度足够大以覆盖喷嘴板230中的墨喷嘴240、241的面积。间隙210小于喷嘴板230的宽度或基底110的宽度，优选地比喷嘴板230的宽度或基底110的宽度小很多。例如，间隙230可以不大于10毫米。在另一例子中，间隙230可以不大于5毫米或2毫米。
在另一实施例中，喷墨打印头和基底(即，溶剂毛细芯solvent wick)均保持固定。接收器传送通过喷墨打印头和基底之间的间隙以进行打印。打印有时可包括一次成像(single pass)。所公开的系统提供了打印头维护，而不用在打印模式和空闲模式之间移动打印头。可以显著提高操作工作周期，并由此显著提高系统吞吐量。
基底110的表面用溶剂润湿，这可防止喷嘴240、241中的墨干燥。溶剂可从基底110的表面蒸发以在喷嘴240、241的周围产生溶剂蒸汽。基底110可包括在吸收溶剂以产生面对喷嘴板230的湿润表面方面有效的不同材料或结构。例如，基底110可以是由可有效吸收溶剂的多孔烧结材料制成的毛细芯板(wick plate)。在另一例子中，基底110可以涂覆有织物，例如可从Berkshire公司购得的“Pro-Wipe880”聚丙烯抹布。
溶剂从溶剂容器120供应到基底110，该溶剂容器120进一步从外部源接收溶剂。溶剂从基底110的表面蒸发并在间隙210中产生溶剂蒸汽220。由于间隙210小于基底110和喷嘴板230的横向尺寸，因此溶剂蒸汽220可以保持在间隙210中一段时间以产生接近饱和的相对蒸汽浓度。间隙210中溶剂蒸汽220的相对高浓度可以显著减少或停止墨弯月面250、251处的蒸发，从而抑制或防止墨在墨喷嘴240、241中变干。
间隙210中溶剂蒸汽220的浓度水平可以通过优化几个参数得以保持。基底110的表面积优选覆盖喷嘴板230中的所有喷嘴。间隙210小于基底110的横向尺寸以使溶剂蒸汽220保持在间隙中更长一段时间。此外，基底110的表面和喷嘴板230的面可以围绕间隙220部分地或全部地围住，以使溶剂蒸汽220保持在所围空间(enclosure)内。该所围空间可将喷嘴板230和基底110一起覆盖，使得溶剂蒸汽220至少部分地保持在该所围空间内。
可以控制溶剂蒸汽220通过间隙210的流速。例如，可以将蒸发抑制剂例如乙二醇添加到水溶剂中，以改变溶剂从基底110蒸发的速度。也可以控制溶剂供应到溶剂容器120的速度。也可以通过为基底110选择毛细作用力不同的材料、并控制溶剂供应到溶剂容器120的速度以及溶剂从溶剂容器120转移到基底110的速度，来对溶剂到基底110的流速进行控制。
在另一实施例中，基底可加热到高温。喷嘴板230保持在比基底110低的温度。蒸发到间隙210的溶剂蒸汽220可凝结在喷嘴板230上，喷嘴板230包括墨喷嘴240、241的出口边或内壁。墨喷嘴240、241中的表面和墨喷嘴240、241周围的表面保持湿润。凝结后的溶剂可随后经回收或再循环回到溶剂容器120中。
所描述的系统和方法也可以与其它清洁技术结合。在用溶剂蒸汽进行非接触式维护期间之前或之后，可以擦拭打印头喷嘴板。可以清洗墨喷嘴。在另一实施例中，可将喷墨打印头浸在容器中的溶剂里以润湿喷嘴板，从而防止在喷嘴中干燥。为了防止由于施加在弯月面处的负压导致溶剂流入打印头，关闭至墨喷嘴的墨供应管线。打印操作前“浸渍”之后，可以清洗打印头。在又一实施例中，使喷嘴板与已由合适溶剂润湿的清洁擦拭物或清洁布轻轻接触。可控制该系统使得吸收在清洁擦拭物或清洁布中的溶剂不会通过毛细作用传送到喷嘴中。通过用一些墨润湿清洁擦拭物或清洁布，可以进一步减少蒸发损失。
上面描述的系统和方法提供了用于防止墨在墨喷嘴中变干的简单、有效且高效的手段。上述的系统和方法不需要像加盖系统中那样的用于密封喷嘴板的复杂设计。打印可以在空闲时间之后快速启动，而不需要移动加盖机构或清洁喷嘴板。在某些实施例中，打印头和溶剂毛细芯基底彼此保持固定。通过节省将打印头传送到维护站的时间可以进一步提高系统工作周期。
与上述的喷墨打印系统兼容的墨类型包括水基墨、溶剂基墨和热溶墨。墨中的着色剂可包括染料或色素。此外，所公开的喷墨打印系统也可以与传送其它流体相兼容，例如聚合物溶液、凝胶溶液、含有颗粒或低分子量分子的溶液，这些可以包括着色剂或者也可以不包括任何着色剂。溶剂可以包括墨流体的成份。例如，溶剂可以是溶解墨流体中的染料或悬浮色素的主溶剂，从而来自基底的溶剂蒸汽不会改变墨流体中的成份。
Claims (34)
1.一种喷墨打印系统，包括：
喷墨打印头，包括一个或多个喷嘴，墨滴可通过所述一个或多个喷嘴喷射，所述喷嘴位于喷嘴板内；和
基底，由溶剂润湿并在喷嘴附近产生溶剂蒸汽而不需要密封喷嘴板的盖，其中基底吸收溶剂以产生面对喷嘴板的湿润表面且基底的表面积覆盖喷嘴板中的所有喷嘴，
其中喷墨打印头和基底构造成使得，当基底由溶剂润湿时，所述喷墨打印头和所述基底保持固定不动，溶剂蒸汽处于喷嘴和基底之间的间隙中，并且该间隙保持在喷嘴和基底之间，喷嘴在溶剂蒸汽中保持湿润，且喷嘴或喷嘴板不与所述基底接触。
2.如权利要求1的喷墨打印系统，还包括可引起打印头和基底之间的相对运动以使基底邻近于喷嘴的机构。
3.如权利要求2的喷墨打印系统，还包括在所述机构使基底邻近喷嘴时至少部分地围住喷嘴和基底的表面的所围空间。
4.如权利要求1的喷墨打印系统，还包括：
将墨流体供应到喷嘴的流体管道。
5.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，基底的表面基本上平行于喷嘴板。
6.如权利要求2的喷墨打印系统，其中，所述机构构造成使基底表面定位在喷嘴板的10毫米之内。
7.如权利要求2的喷墨打印系统，其中，所述机构构造成使基底表面定位在喷嘴板的5毫米之内。
8.如权利要求2的喷墨打印系统，其中，所述机构构造成使基底表面定位在喷嘴板的2毫米之内。
9.如权利要求1的喷墨打印系统，还包括用于加热基底表面的加热器。
10.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，基底包括能够吸收溶剂的多孔材料。
11.如权利要求1的喷墨打印系统，还包括将溶剂供应到基底的溶剂容器。
12.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，溶剂包括蒸发抑制剂或墨的成份。
13.一种流体输送系统，包括：
流体输送头，该流体输送头包括构造成布置流体的一个或多个喷嘴，所述喷嘴位于喷嘴板内；和
基底，由溶剂润湿并在喷嘴周围产生溶剂蒸汽而不需要密封喷嘴板的盖，其中基底吸收溶剂以产生面对喷嘴板的湿润表面且基底的表面积覆盖喷嘴板中的所有喷嘴，
其中流体输送头和基底构造成使得，当基底由溶剂润湿时，所述基底不接触所述流体输送头，溶剂蒸汽处于喷嘴和基底之间的间隙中，并且该间隙保持在喷嘴和基底之间，喷嘴在溶剂蒸汽中保持湿润，而不需要喷嘴或喷嘴板与所述基底接触。
14.如权利要求13的流体输送系统，其中，流体输送头包括喷墨打印头。
15.如权利要求13的流体输送系统，还包括：
可引起流体输送头和基底之间的相对运动以使基底邻近于喷嘴的机构。
16.一种用于喷墨打印的方法，包括：
提供包括适于喷射墨滴的一个或多个喷嘴的喷墨打印头，所述喷嘴位于喷嘴板内；
用溶剂润湿基底以产生溶剂蒸汽；和
使得喷墨打印头和基底隔开一间隙而不需要密封喷嘴板的盖，所述基底不接触所述喷墨打印头，并且基底吸收溶剂以产生面对喷嘴板的湿润表面且基底的表面积覆盖喷嘴板中的所有喷嘴；和
在基底在间隙中产生溶剂蒸汽的同时，保持喷嘴和基底之间的间隙，喷嘴在溶剂蒸汽中保持湿润，而不需要喷嘴或喷嘴板与所述基底接触。
17.如权利要求16的方法，还包括：
向喷嘴供应墨流体；和
向基底供应溶剂。
18.如权利要求16的方法，还包括将喷嘴板定位成基本上平行于喷嘴板的面。
19.如权利要求18的方法，其中，定位包括将基底表面定位在喷嘴板的10毫米内。
20.如权利要求16的方法，还包括将墨接收器传送通过喷嘴和基底之间的间隙，使得墨接收器可以接收从喷嘴喷射的墨滴。
21.如权利要求16的方法，还包括至少部分地围住基底表面和喷嘴。
22.如权利要求16的方法，还包括至少部分地在同一所围空间中围住基底表面和喷嘴。
23.如权利要求16的方法，还包括加热基底的至少一部分。
24.如权利要求16的方法，还包括使溶剂蒸汽凝结在喷嘴内或喷嘴周围的表面上。
25.如权利要求24的方法，还包括回收或再循环已凝结的溶剂。
26.如权利要求16的方法，还包括：
向基底供应溶剂；和
控制提供到基底的溶剂的流速。
27.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，该间隙在空闲模式期间被保持。
28.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，溶剂蒸汽防止墨在喷嘴中变干。
29.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，间隙中的溶剂蒸汽具有接近于饱和的浓度。
30.如权利要求13的流体输送系统，其中，该间隙在空闲模式期间被保持。
31.如权利要求13的流体输送系统，其中，溶剂蒸汽防止流体在喷嘴中变干。
32.如权利要求13的流体输送系统，其中，间隙中的溶剂蒸汽具有接近于饱和的浓度。
33.如权利要求16的方法，其中，该间隙在空闲模式期间被保持。
34.如权利要求16的方法，其中，间隙中的溶剂蒸汽具有接近于饱和的浓度。
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