CN102180019A - 控制墨滴质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种喷墨打印系统，通过调节油墨储存器中的压强控制墨滴质量。该打印系统包括油墨储存器、气压装置、喷墨装置以及控制器。该油墨储存器构造为包含油墨供应源以及在该油墨供应源上的气腔。该气压装置流体连接到该油墨供应源上方的气腔。该喷墨装置流体连接到该油墨储存器，以从该油墨供应源接收油墨并且将墨滴喷射到图像接收表面上。该控制器连接到该气压装置并构造为有选择地激活该气压装置以改变由该喷墨装置喷射的墨滴的质量。

Description

控制墨滴质量的方法和装置

技术领域

下面描述的方法以及装置涉及喷墨成像装置，更具体地，涉及喷墨成像装置的打印头。

背景技术

喷墨打印机通过将液体油墨滴喷射或“射出”到图像接收表面(如中间转移表面或介质衬底)上而形成打印图像。喷墨打印的好处包括较低的打印噪音、较低的每张打印页成本以及打印“全彩色”图像的能力。喷墨打印机通常包括打印头以及打印头控制器。该打印头控制器的功能之一是将喷射信号发送到该打印头。该喷射信号使得打印头将液体油墨滴喷射在图像接收表面上以形成打印图像至少一部分。

通常，喷墨打印机的打印头包括多个油墨喷射器以及用以容纳油墨供应源的至少一个储存器。具体地，单色喷墨打印头可包括用以容纳单色油墨的单个储存器。全色喷墨打印头可包括多个储存器，每个储存器构造为包含不同颜色的油墨。该油墨喷射器响应从该打印头控制器接收的喷射信号而将非常小的墨滴喷到图像接收表面上。通常，100到600个一组的油墨喷射器通过总管连接到储存器。特别是，单色打印头可包括流体连接到单个储存器的单组油墨喷射器，而全色打印头可针对每个储存器包括单独的油墨喷射器组。因此，具有四个储存器的全色打印头可具有四个不同的油墨喷射器组，每个连接到不同的油墨储存器。

有些喷墨打印机的油墨喷射器喷射具有固定质量(mass)的墨滴。所以，所喷射的墨滴在图像接收表面上形成具有基本固定面积的油墨区域。有些情况下，控制由喷射到该图像接收表面上的墨滴形成的油墨区域的面积是有好处的。所以，喷墨打印头领域需要进一步的开发。

发明内容

已经开发出一种通过调节油墨储存器中的压强控制墨滴质量的喷墨打印系统。该打印系统包括油墨储存器，气压装置，至少一个喷墨装置，以及控制器。该油墨储存器构造为包含油墨供应源以及该油墨供应源上方的气腔。该气压装置流体连接到该油墨供应源上方的气腔。该至少一个喷墨装置流体连接到该油墨储存器，以从该油墨供应源接收油墨以及将墨滴喷射到图像接收表面上。该控制器连接到该气压装置，并构造为有选择地激活该气压装置以改变由该至少一个喷墨装置喷射的墨滴的质量。

已经开发出一种通过调节油墨储存器中的压强控制墨滴质量的喷墨打印机。该打印机包括打印头、气压装置以及打印头控制器。该打印头包括油墨储存器，其构造为包含油墨供应源以及该油墨供应源上方的气腔。该打印头还包括至少一个喷墨装置，其流体连接到该油墨储存器并构造为从该油墨供应源接收油墨以及将墨滴喷射到图像接收表面上。该气压装置流体连接到该油墨供应源上方的气腔。该打印头控制器连接到该气压装置，并构造为有选择地激活该气压装置以控制由该至少一个喷墨装置喷射的墨滴的质量。

已经开发出一种通过控制油墨供应源上方气腔中的压强来控制墨滴质量的方法。该方法包括将至少一个喷墨装置流体连接至包含在油墨储存器中的油墨供应源。此外，该方法包括将空气压强源流体连接到该油墨储存器，以及利用该空气压强源调节该油墨供应源上方的气腔的压强以控制由该至少一个喷墨装置喷射的墨滴的质量。

附图说明

本公开的前述方面以及其他特征在下面的描述中结合附图来解释。

图1是说明这里描述的喷墨打印系统的框图。

图2是说明操作图1的喷墨打印系统的过程的流程图。

具体实施方式

这里描述的装置以及方法涉及打印机。术语“打印机”指的是，例如泛指的复制(reproduction)装置，如打印机、传真机、复印机以及相关的多功能产品。尽管本说明书着重在喷墨打印机，但是这里描述的装置以及方法可与任何将油墨直接或间接喷射到图像接收表面上的打印机一起使用。此外，这里描述的装置以及方法可与利用水性墨、相变墨或凝胶墨形成图像的打印机一起使用。

如图1所示，提供打印机100的框图。该打印机100将液体油墨滴喷射到图像接收表面(未示)上以形成至少一部分打印图像。这里使用的术语“液体墨”包括(但不限于)水性墨、液体墨乳液、着色墨、液相的相变墨，以及可加热或以其他方式处理而改变墨的粘度从而提高喷射的凝胶墨。除其他元件外，该打印机100还包括打印头104、气压装置116和控制器120，该打印头104具有至少一个油墨储存器108以及至少一组相应的油墨喷射器112。该储存器108包含液体墨供应源124并且在该油墨供应源124上方限定气腔128。该油墨喷射器112流体连接到该储存器108，用以将该油墨供应源124的油墨喷射到该图像接收表面上。该气压装置116流体连接到该气腔128用以控制该气腔128的气压。该控制器120的功能之一是通过有选择地激活该气压装置116来调节该气腔128的气压而控制由该油墨喷射器112喷射的墨滴的质量。

该油墨储存器108限定用于容纳油墨供应源124以及该气腔128的容积。该储存器108可具有任何形状的截面，包括(但不限于)矩形、圆形以及椭圆形。该油墨供应源124可以是任何适于由该油墨喷射器112喷射的油墨，包括(但不限于)相变墨、凝胶墨以及水性墨，如下面所描述的。该气腔128是该储存器108中没有被油墨124占据的容积。该储存器108可限定与大气隔绝的封闭的空间，以允许该气压装置116在该气腔128中保持特定的表压。这里所使用的表压指的是相对于该打印机100周围的环境气压的压强水平。该环境气压往往是大气压。所以，表压可以是绝对压强减去大气压。总管(未示)将该储存器108流体连接到该油墨喷射器112。

该打印机100可构造为利用相变墨和/或凝胶墨形成打印图像。术语“相变墨”涵盖在环境温度下保持为固相而在加热到称作熔化温度的阀温度以上时就熔为液相的油墨。环境温度是打印机100周边空气的温度。该环境温度可以是当打印机100位于所界定的空间中时的室内温度。该环境温度可以高于室温，当打印机100的部分(如该打印头104)被例如盖子封闭时。示范性的熔化温度范围是大约70到140摄氏度；然而，有些类型的相变墨的熔化温度可高于或低于该示范性的温度范围。相变墨在液相被喷射到衬底上。术语“凝胶墨”或“凝胶基墨”涵盖在该环境温度下保持在凝胶态并可改变为具有适于通过该打印头104喷射的不同的粘度的油墨。具体地，在凝胶态的凝胶墨可具有在10和13厘斯(“cS”)之间的粘度；然而，凝胶墨的粘度可通过将油墨加热到阀温度之上而减小到类液体粘度，该阀温度称作凝胶化温度。凝胶化温度的一个示范性范围是大约75至85摄氏度；然而，有些类型的凝胶墨的凝胶化温度可高于或低于该示范性温度范围。

有些油墨(包括凝胶墨)会在打印过程中固化。可辐照固化油墨会在暴露于辐照源之后变得固化。合适的辐照可涵盖全频(或波长)谱，包括(但不限于)微波、红外、可见光、紫外以及X射线。具体地，可紫外固化凝胶墨(这里称作UV凝胶墨)在暴露于紫外辐照之后变得固化。这里所使用的紫外辐照包括波长在十纳米至四百纳米之间的辐照。

如图1所示，构造为利用相变墨和/或凝胶墨形成图像的打印机100可包括油墨装载器130、熔化装置134以及主储存器152。该油墨装载器130包含一定量的固相的相变墨或一定量的凝胶相的凝胶墨。相变墨以固体墨丸或固体墨棒的形式(或以其他形式)提供到该油墨装载器130。凝胶墨以凝胶状形式提供到该油墨装载器130。该油墨装载器130将该相变墨或凝胶墨移向该熔化装置134，其加热至少一部分油墨以形成液体墨。将液体墨传送到该主储存器152，其通过该熔化装置134热力连接到加热器148。该加热器148构造为将该主储存器152保持在使得油墨处于液相的温度。将来自该主储存器152的液体墨传送到该油墨储存器108用以通过该油墨喷射器112喷射。该打印头104可包括加热器146，用以将该油墨储存器108包含的油墨保持在液相。

该主储存器152以及该油墨储存器108在该打印机100的正常使用和维护过程中保持连接到该打印机100。具体地，响应该油墨储存器108中的油墨高度降到预定水平以下，该打印机100利用来自该主储存器152的油墨重新填充该油墨储存器108。类似地，响应该主储存器152中的油墨高度降到预定水平以下，该熔化装置134加热该油墨装载器130中的一部分油墨并利用额外的液相油墨填充该主储存器152。因而，在一个实施方式中，该主储存器152和该油墨储存器108都不是构造为响应该打印机100消耗完油墨供应源而更换的一次性单元。

该油墨喷射器112响应从该控制器120接收的喷射信号将液体墨滴喷射到图像接收表面上。如这里所使用的，将油墨喷射到衬底上包括(但不限于)利用热油墨喷射器喷射油墨以及利用压电油墨喷射器喷射油墨。该油墨喷射器112可定位为在向下的方向喷射墨滴。例如，该油墨喷射器112可定位为在偏移垂直方向不超过15度的向下的方向喷射墨滴。或者，该油墨喷射器112可定位为在偏离水平方向不超过30度的横向喷射墨滴。

由该油墨喷射器112喷射的墨滴的质量至少部分由该气腔128的气压确定。具体地，响应该气腔128中的气压近似等于大气压，该油墨喷射器112喷射具有默认质量的液体墨滴。然而，响应该气腔128内的气压不同于大气压，该油墨喷射器112喷射具有默认质量之外的质量的液体墨滴，如下面所描述的。

该气压装置116流体连接到该气腔128，并且电气连接到该控制器120。该气压装置116构造为响应被该控制器120选择性激活而控制该气腔128的气压。如图1所示，该气压装置116包括负压源132，正压源136，以及阀门138。该负压源132从该气腔128吸取空气以在打印过程中保持该气腔128中的负表压。这个负压在打印过程中在该打印头104的打印面(未示)保持内部弯液面(meniscus)。另外，该负压防止液体墨从该打印头104渗出。该正压源136将空气喷射进该气腔128以在该气腔128中保持正表压。该正压可用来从该油墨喷射器112清除油墨，并且清洁或者以其他方式维护该打印头104。该负压源132以及该正压源136可以是任何类型的气压源，包括(但不限于)正排量泵。根据该实施方式，该气压装置116可连接到电源(未示)。

该阀门138流体连接到该储存器108、该负压源132以及该正压源136。如图1的实施方式所示，该阀门138还电气连接到该控制器120。在第一位置，该阀门138将该负压源132连接到该储存器108，并且以及将该正压源136与该储存器108分离。在第二位置，该阀门138将该正压源136连接到该储存器108，并且将该负压源132与该储存器108分离。该阀门138响应由该控制器120生成的电信号而在该第一以及第二位置之间移动。

该控制器120通过选择性激活该气压装置116以增加或降低该气腔128中的气压来控制该油墨喷射器112喷射的墨滴的质量。例如，该控制器120可激活该气压装置116以在该气腔128中保持负表压。具体地，该控制器120向该气压装置116发送电信号，其使得该气压装置116将该阀门138移动至将该气腔128连接到该负压源132的位置。该气腔128的负压易于防止该储存器108中的液体墨通过该油墨喷射器112离开该储存器108；因此，响应从该控制器120接收的喷射信号，该油墨喷射器112喷射质量小于默认墨滴质量的墨滴。示范性的负表压是0.5至6.0英寸水柱。通常，增加负表压的大小减少该油墨喷射器112喷射的墨滴的质量。

如图1的实施方式所述，该控制器120电气连接到传感器142。该传感器142定位在该气腔128内用以生成指示该气腔128中气压的控制信号。该控制器120将该气腔128的气压(由该传感器142感测)与气压设定值对比，并且选择性激活该气压装置116以保持该气压设定值。该传感器142是任何类型的传感器，能够生成指示表气压在大约-10.0至0英寸水柱的范围内的信号。

该打印机100包括通风孔140，构造为将该气腔128流体连接到该气压装置116。在图1所述的实施方式中，该通风孔140的第一端连接到该储存器108中的开口，以及该通风孔140的第二端连接到该气压装置116的阀门138。该气压装置116可迫使空气通过该通风孔140进入该气腔128。或者，该气压装置116可通过该通风孔140从该气腔128吸出空气。该通风孔140与该气压装置116以及该储存器108两者都形成空气和液体不可渗透的密封，以使得该气压装置116保持该气腔128内的正或负表压。该通风孔140可表现出一定的刚度以允许该通风孔140在受到增加或降低的气压水平时保持基本上固定的内径。在一个实施方式中，该通风孔140是中空管，表现出一定的柔性以允许该通风孔140容易将该气压装置116经由弯曲或不规则的路径连接到该储存器108。

热源144热耦合到该通风孔140以加热该通风孔140。如上所述，可通过该通风孔140将空气吸出或喷射进该气腔128；因此，该油墨供应源124的一部分也会被吸进该通风孔140。吸进该通风孔140的液体墨会限制通过该通风孔140的空气流量，并因此阻止该控制器120有效调节该气腔128的压强水平。例如，如果吸进该通风孔140的油墨是相变墨或凝胶墨，那么该油墨会冷却到使得其固化或者凝胶化(至少部分)的温度。该固化或凝胶化的油墨会限制空气通过该通风孔140的流动。将热源144耦合到该通风孔140防止该通风孔140内的油墨固化或凝胶化。将吸入该通风孔140的油墨保持为液相使得从该正压源136引入该气腔128的正空气流能够从该通风孔140去除油墨。

该热源144可接触该通风孔140的一部分或全部长度。在有些实施方式中，该热源144是耦合到电源的电阻加热元件。另外，该热源144可电气连接到该控制器120以使得该控制器120能够选择性激活该热源144，以便调节该通风孔140的温度。包括热源144的该打印机100的实施方式还包括由导热材料制成的通风孔140，其在至少与该热源144的最高温度一样高的温度下保持稳定。

在一个实施方式中，该气压装置116构造为利用正气压从该油墨喷射器112驱除油墨沉积物和其他阻塞物。例如，有些类型的油墨会在油墨喷射器112中硬化，使得该油墨喷射器112在接收到喷射信号时不能喷射墨滴。一旦检测到一个或多个失效的喷射器，该控制器120可激活该正压源136以使得在该气腔128中产生正表压，其从该油墨喷射器112驱除油墨。驱除油墨迫使油墨沉积物和其他阻塞物离开该油墨喷射器112。这个受控的从该油墨喷射器112驱除油墨以清洁堵住的喷射器112这里称作“净化”。在一个实施方式中，当净化该油墨喷射器112时，该气压装置116可在该气腔128中产生大于4磅每平方英寸(“psi”)的正气压。

操作中，图1所示的该打印机100的实施方式按照图2的工艺200控制该油墨喷射器112喷射的液体墨滴的质量。该工艺200开始于该控制器120从该传感器142接收电信号，其指示该气腔128的压强(框204)。接着，该控制器120将该气腔128的压强与压强设定值(框208)对比。该压强设定值可取决于待打印的图像类型、图像接收衬底的类型或油墨供应源112的类型。另外，该压强设定值可对应净化压强。如果该气腔128的压强大于该压强设定值，则该控制器120将该负压源132连接到该气腔128，直到该气腔128的压强等于或小于该压强设定值(框212和216)。类似地，如果该气腔128的压强小于该压强设定值，该控制器120将该正压源136连接到该气腔128，直到该气腔128的压强等于或大于该压强设定值(框220和224)。响应该气腔128中压强近似等于该压强设定值，该油墨喷射器112可由该控制器120(框228)激活。贯穿该工艺200始终，该控制器120还可激励连接到该通风孔140的该热源144，以防止相变墨和凝胶墨在该通风孔140内固化或凝胶化。

图1所示的该气压装置116的实施方式可运行以控制构造为从油墨喷射器112以液体墨喷射的所有类型油墨的墨滴质量。加在该气腔128上的气压至少部分取决于该储存器108中液体墨的粘度。从相变墨以及凝胶墨形成的液体墨往往粘度大于水性墨的粘度。所以，相比将水性墨滴的质量降低一定百分比所需的负压的大小，将固体油墨或凝胶油墨的墨滴的质量降低同样的百分比需要更小的负压大小。这是因为具有相对高粘度的液体墨比具有相对低粘度的液体墨倾向于更大程度上抗拒从该储存器108流过该油墨喷射器112。因而，该气压装置116可构造为根据该储存器108包含的液体墨的类型和/或属性在该气腔128加以某个气压水平或某个范围的气压水平。

本领域技术人员将认识到可对上述具体实施方式进行许多修改。所以，下面的权利要求不限于上面所述以及所参照的附图中所示的具体实施方式。权利要求书(原始的以及可能修改的)涵盖该实施方式以及这里公开的教导的变化、改变、修改、改进、等同方式和实质上的等同方式，包括目前未预见或未能了解的，以及那些由例如申请人/专利权人和其他人带来的。

Claims (4)

1.一种喷墨打印机包括：

打印头，具有油墨储存器以及至少一个喷墨装置，该油墨储存器构造为包含油墨供应源以及该油墨供应源上方的气腔，该至少一个喷墨装置流体连接到该油墨储存器，并且构造为从该油墨供应源接收油墨并将墨滴喷射到图像接收表面上；气压装置，流体连接到该油墨供应源上方的该气腔；以及

打印头控制器，连接到该气压装置并构造为有选择地激活该气压装置以控制由该至少一个喷墨装置喷射的墨滴的质量。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印机，进一步包括：

感测元件，定位在该油墨供应源上方的该气腔内并电气连接到该打印头控制器，该感测元件构造为产生指示该油墨供应源上方的该气腔中的压强的压强信号，以及该打印头控制器构造为响应由该感测元件生成的该压强信号而激活该气压装置。

3.根据权利要求1所述的喷墨打印机，该气压装置进一步包括：

负压源，构造为从该油墨供应源上方的该气腔抽出空气；以及

正压源，构造为将空气喷进该油墨供应源上方的该气腔，以及该气压装置进一步构造为响应该打印头控制器激活该气压装置而将该负压源和该正压源之一连接到该油墨供应源上方的该气腔。

4.根据权利要求3所述的喷墨打印机，该气压装置为正压源，构造为将净化压强施加到该油墨储存器以及该至少一个喷墨装置。

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