CN1261848A - 用于喷墨打印头的就地清洁系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于喷墨打印头(10)的就地清洁系统,该就地清洁系统的特征在于,打印头部件(18a、20、22、24)被设置在一个腔室(17)中。其上带有一个窄缝(26)的端板(28)使墨滴从所述腔室(17)喷射到要做标记的基板上。为了清洁,在窄缝(26)旁边设置一个气动闸门(42)来对其密封。因此,借助于一个泵(103)从溶剂槽中泵出油墨溶剂(107),使之充满腔室(17)。溶剂可用空气或机械方法搅拌。此后,采用一排放管线(116、117)从腔室(17)中除去溶剂,并吹入空气来干燥所述部件。在溶剂被抽走后所述气动闸门(42)重新开启,以加强对部件的干燥。所述闸门(42)可由一可充气的管件和一个用于向所述管件(42)供入压缩空气来使之充气和放气的泵构成。

Description

用于喷墨打印头的就地清洁系统
本发明总体来说涉及喷墨打印系统，具体地说涉及连续式喷墨打印机。此类设备在该领域是熟知的，并且在工业和商业上被用于在各种通常正在一输送系统上移动的产品表面上打印标记。所述标记可包含有用的信息，如日期代码，设备识别信息等。此类打印机要经受长时间的连续使用，必须高度可靠。不过，需要定期清洁通常与打印机的电子设备及油墨供应系统相隔一定距离的打印头。该打印头通过一操纵缆与包括电子设备、油墨供应系统和油墨回收管线的打印机系统相连。
在连续式喷墨打印设备中用高电压使带电的墨滴产生静电偏转，打在要做标记的基板上。未充电的墨滴被导入一沟槽，该沟槽将它们送回墨舱，以便再利用。被转让给本受让人的美国专利No.3,683,396公开了典型的此类喷墨系统。此后墨滴产生小颗粒，即墨雾，当它与灰尘等结合时，会被静电吸附到高压偏转片充电电极及包含在打印头中的相关部件上。这导致不希望产生的打印头部件的增大，并且此后由于干扰电场、阻碍墨滴喷射或使墨滴失去方向而降低了打印质量。因此，打印头必须定期清洁。
如今，当喷墨打印机在一次移动结束后停机或表现出打印操作质量低下时，该打印头将被手工卸下并清洁。这需要一个有技巧的操作员，他除去打印头外盖，然后通常将由一喷嘴、一充电电极、多个偏转电极和一沟槽构成的打印头机构放入一个特制的清洁盘中。再利用用于清洁的可混溶溶剂喷洒上述打印头，然后除去所述溶剂和被溶解的油墨，通过手工擦拭所述部件或向它们吹送压缩空气来使其干燥。显然这样的手工操作很费事，需要技术人员在小型、高度专业化的电子部件中完成这一任务并处理被污染的清洁溶剂。不正确的清洁操作会损伤打印头或导致打印操作劣化。
本发明提供一种用于喷墨打印头部件的就地清洁系统，它包括：(a)一形成在包含所述部件的所述打印头中的腔室，所述腔室的一端位于一带有窄缝的端板处，在正常的打印操作过程中，通过所述窄缝可使墨滴排出腔室；(b)一位于所述窄缝旁边的闸门；(c)操作所述闸门用以关闭所述窄缝并封闭所述腔室的装置；(d)将油墨溶剂导入的装置，使油墨溶剂至少部分地充满所述腔室，以便溶解已沉积在所述部件上的油墨；以及(e)用于从所述腔室除去所述溶剂和被溶解油墨的装置。
本发明还提供一种喷墨打印头部件的就地清洁方法，所述部件包含在所述打印头的一腔室中，所述腔室的一端位于一带有开口的端板处，在正常的打印操作过程中，通过所述开口可使墨滴排出腔室，所述方法包括下述步骤：(a)在所述开口旁边设置一闸门；(b)操作所述闸门，用以在清洁过程中关闭所述开口；(c)使油墨溶剂至少部分地充满所述腔室，以便溶解已沉积在所述部件上的油墨；(d)从所述腔室除去所述溶剂和被溶解的油墨；以及(e)在除去所述溶剂后，操作所述闸门以便重新打开所述开口。
本发明的就地清洁系统的优点在于，不需要手工清洁喷墨打印头。自动、就地且无需拆卸打印头就可完成打印头部件的清洁工作。这可避免将机构暴露在危险流体中，而且打印头可保持密封以免损坏，并且可使打印头保持在其工作环境中。而且本发明的自动清洁系统成本相对低廉，只需对现有打印头结构进行很少改变。
上述部件包括一个喷嘴，一个使喷嘴中的选定墨滴带电的充电环，多个偏转电极和用于未充电墨滴的收集器。操作中与窄缝相关的是一个气动式可充气管或膜，其中墨滴通过所述窄缝离开打印头。在打印头的日常操作中，该管处于放气状态。在自动清洁中，该管被充气，密封封闭上述窄缝。清洁流体例如补充油墨溶剂(make-up ink solvent)被导入打印头腔室内，在那里溶剂浸泡其中包含的各个部件。而后，可使用机械振动或气压搅拌清洁流体，以确保有效去除长时间积聚在所述打印头部件上的干结油墨。而后，通过排放管线从打印头中除去清洁流体，然后使上述管件放气，将空气导入以干燥部件。而后即可重新开始正常打印操作。
下面参照附图举例进一步描述本发明，其中：
图1是适合本发明且其上安装有可充气管的该类喷墨打印头的部分剖开的立体图；
图2是与图1相似的放大的立体图，但除去了打印头外盖；
图3是显示上述可充气管相对于端板出口狭缝的位置关系的打印头的侧剖视图；
图4a和4b分别表示根据可充气管的加压状态而打开和关闭的出口；以及
图5是本发明实现自动清洁所采用的各种阀和供给管线的示意图。
如本说明书背景技术部分所述，要定期清洁打印头的各部件，以除去最终形成在打印头内的各部件上的干结油墨。这是对定期清洗喷嘴、油墨捕集器和油墨回收管线以便去除其中的干结油墨的需求以外的另一需要。对于喷嘴、油墨回收管线和捕集器存在多种清洁工艺，例如，本受让人使用的被称为“自动冲洗(Auto Flush)”的清洁工艺。本发明在“自动冲洗”操作之后进行，是该操作的补充。
本受让人生产的Videojet EXCEL打印机中采用了“自动冲洗”工艺，使打印机可在每次停止时自动冲洗打印头中的喷嘴、捕集器和油墨回收管线。这简化了打印机的日常保养。在“自动冲洗”工艺中，一台打印机将约4毫升压缩溶剂或补充液体通过打印头喷嘴泵入捕集器中近60秒时间。这样彻底清洁打印头中的喷嘴和油墨回收管线，减少了在重开打印机时由于油墨在喷嘴或油墨回收管线内干结所产生的故障。“自动冲洗”工艺及其相关系统的详细情况可在名为“带自动冲洗功能的EXCEL170i打印机的附件(Addendum for EXCEL 170i Printer with Auto Flush)”，篇号为365293-01-A，日期为94年8月的Videojet手册中找到。
本发明是“自动冲洗”方法的附加发明，用于清洁除喷嘴、捕集器和回收管线以外的打印头部件。打印头部件具体是指喷嘴的外表面、当墨滴从墨流中断开时用于给墨滴充电的充电环、用于使通过设置在端板上的窄缝或小孔喷射的带电墨滴产生偏转的偏转电极、和沟槽或回收管线的外表面，其中没用的墨滴通过沟槽被送回供墨系统。就是这些部件长时间会在表面上积聚干结油墨，这些干结油墨会影响墨滴的正常形成和向要做标记的表面的偏转。“自动冲洗”工艺不清洁这些部件。以前技术人员必须使打印机停止工作，手工卸下打印头，除去打印头外盖，并通常在一个托盘或类似容器中手工向上述部件涂覆溶剂。而后必须使部件干燥，重新装配打印头，才能使打印机重新恢复工作。
本发明不需要手工介入，可以在较长的一段时间内实现高质量打印。所述打印头部件或腔室被自动封闭和开启。接着所述腔室被注满溶剂。再除去溶剂，使部件干燥。而后打印头可恢复使用。
想要清洁打印头时，首先用自动冲洗方法清洁喷嘴和回收管线。再采用本发明公开的方法清洁打印头部件。从本发明的角度考虑，最好采用自动冲洗溶剂系统，通过喷嘴口将溶剂供入上述封闭的打印头腔室。也可以通过喷嘴将溶剂简单地导入打印头腔室。更具体地说，在喷墨打印机停机时，用一气动膜或管件封闭住墨滴出口或窄缝。再通过喷嘴口从自动冲洗系统供入溶剂，以充满或部分地充满所述腔室。最好再将压缩空气导入该腔室内，用气泡搅动或以其它方式搅拌溶剂，使之遍布待清洁部件的各个表面。在预定清洁时间后，通过排放/排出管线将溶剂从打印头中排出。最好将被排出的溶剂送回油墨系统，使之在打印过程中用作补充溶剂。这样可减少浪费并且无需处理所述材料。接着通过使气动管件放气来打开打印窄缝。为干燥打印头部件，通过一气体管线导入压缩空气。所述打印头即可恢复打印。
参照图1，图1表示经过本发明改进的打印头10。该打印头包括一可拆卸地安装在歧管14上的外盖12，该歧管14与一操纵缆16连接(操纵缆用虚线表示)，而操纵缆16中包含用于打印头正常操作的电线、供墨管线和回收管线。用剖开部分表示的是打印头中包含在腔室17内的相关部件。这些部件包括一喷嘴面18a，一充电轨道20，多个偏转电极22和24，及一贯穿端板28的出口窄缝26。在图1中未被清楚示出的是油墨捕集器30，它在图3中被示出。由偏转电极22和24的支撑件19和23、隔壁40及为清楚起见从图中略去的侧壁来形成腔室17。
如本领域的技术人员所知道的，油墨在压力作用下被供入喷嘴18。它通过一个小口以墨流形式喷出喷嘴。当墨流通过充电轨道20时，压电转换器21或类似机械装置向喷嘴施加一激励电压，使墨流断成一系列离散的墨滴。选定的墨滴被充电，因而当它们经过偏转电极22和24时其向上偏离于它们飞行的正常路径，从而穿过窄缝26并打在要做标记的表面上。如图3所示，未被充电的墨滴不偏转，其直接到达捕集器30，捕集器30将这些墨滴送回供墨系统以供接着使用。
本发明需要把这些喷墨打印中所用的主要部件包含在打印头腔室17内，该腔室17在用溶剂注满时可被密封封闭起来。在图2中可更好地体会出这一点，图2是图1一部分的放大图。可看出外盖12环绕打印头，部件20、22和24的一端被端板28封闭，另一端被隔壁40封闭，其上下部分由它们安装所在的支撑结构来封闭。因此除去捕集器30和窄缝26以外没有通向这些部件的其它途径。
本发明当要清洁腔室17中的部件时，封闭窄缝26，导入溶剂使之至少部分地漫过上述部件。再用机械搅拌或用气体搅拌所述溶剂，使其充分接触所述部件的表面，以便溶解并除去干结的油墨、灰尘及其它干结在部件上的东西。接着除去溶剂和被溶解的材料，重新打开窄缝26，以便重新开始打印。
参见图4a和4b，示出了窄缝26被封闭和被开启的方式。图4a表示窄缝26处于正常的开启状态，此时墨滴可喷出窄缝。位于窄缝旁边、接近于端板28的是一可充气管42形式的气动闸门，其下端与管道44相连，以便形成气体压力源。该可充气管42也在图3中示出，其位置紧靠端板28。
在图4b中管42表现为充气的状态，气压使其充分膨胀得足以完全封闭窄缝26。在该位置，包含充电轨道、偏转板、喷嘴面和捕集器的打印头腔室17被完全封闭(除了结合图5描述的捕集器油墨回收管线和排放/排出管线)。如图4a和4b中虚线所示的那样，最好带有垂直于端板的壁50和52，以便如图4b所示，当所述管件被充气时，其形状由所述壁确定，从而确保上述窄缝26的气密密封。尽管一气动闸门是优选方案，但也可以采用其它形式的闸门。例如如果空间和成本允许，弹簧偏压或电子闸门都可以。所述闸门仅须在清洁过程中能够气密封闭上述腔室即可。
从上文可知本发明实施的方式。为完整起见，图5公开了结合本发明使用的典型的喷墨阀和供墨管线的示意管路图，加入这些部件以实现本发明。参考图5结合下面的描述可充分说明实施的方式。打印机断开连接后，需要进行自动冲洗且之后再清洁打印头。采用下述步骤。启动一电子阀101，从一压缩空气源供入压缩空气以进行充气，从而通过管线102关闭气动闸门或管件42。接着启动作为自动冲洗泵的泵103，通过管线104和冲洗阀105将补充液体或溶剂泵入喷嘴18。溶剂107的液流或射流通过打印头进入捕集器30，并在此通过由阀121与真空源相连的管线110和阀111被送回到墨舱109中。
经过预定时间后，关闭泵103并可抽空导管110。再经过一段预定时间后，关闭阀121以便从阀111去除真空。这将关闭阀111并从导管110和捕集器30中去除真空。这样完成了自动冲洗工序。
为了启动打印头清洁工序，再次驱动泵103以通过导管104、阀105和喷嘴18排出另外的补充液体。但是这次使阀111闭合，从而液体不能进入油墨捕集器30和回收管线110。而其中设置有打印头部件的腔室17部分或全部充满溶剂。当打印头腔室17充满所需量的溶剂时，泵停止工作且开始搅拌。在一个优选实施例中，采用阀113将压缩空气通过导管114、经过一限流器115导入打印头腔室17，从而完成搅拌。这样在所述腔室中搅拌补充液体。进入腔室的气体通过导管116或117(取决于打印头的方向)被排向大气，这两个导管116、117通向溶剂收集器(solvent trap)118并通过导管119和阀120导向大气。所述溶剂收集器118容纳在排出气体时可能夹带的液体。
经过预定时间后，关闭阀113，操作阀120以通过导管119向溶剂收集器118施加真空。这将使腔室17中的补充液体通过导管116或117(也取决于打印头的方向)被排出至溶剂收集器118中，该收集器118循环利用被收集回到墨舱中的溶剂。所述被回收的溶剂用于代替在打印过程中蒸发失去的溶剂。通过操作阀123、使之控制阀125，从而使溶剂离开溶剂收集器118经过浮阀126、过滤器127、阀125、导管128流入墨舱109，由此转移收集器118中的溶剂。
从打印头腔室17中除去溶剂后，必须干燥各部件。为此关闭阀120，再次使腔室17通向大气。也关闭阀101，使管件42放气从而开启气动闸门。再启动阀129，使压缩空气通过导管130流入打印头腔室17。该气流使腔室17内的各部件快速干燥。
经过预定时间后，关闭阀129以截断压缩空气。这样完成了打印头的清洁过程。然后打印头可恢复工作。此时喷嘴和回收管线已被自动冲洗工艺清洁过了，而打印头腔室和其中的各部件也被上述清洁工艺清洁了。
结合图5描述的阀105属于转让给本受让人的美国专利4,555,719中公开的那种。
如上所述，本发明提供了一种可改进或并入所公开新型打印头中的喷墨打印头清洁系统，该清洁系统无需手动拆除打印头即可清洁打印头腔室中的油墨偏转部件。

Claims (14)

1、一种用于喷墨打印头部件的就地清洁系统，它包括：(a)一形成在包含所述部件(18a、20、22、24)的所述打印头(10)中的腔室(17)，所述腔室的一端位于一带有窄缝(26)的端板(28)处，在正常的打印操作过程中，通过所述窄缝(26)可使墨滴排出腔室(17)；(b)一位于所述窄缝(26)旁边的闸门(42)；(c)操作所述闸门(42)用以关闭所述窄缝(26)并封闭所述腔室(17)的装置(44、101、102)；(d)将油墨溶剂(107)导入的装置(103、104、105、18)，以使油墨溶剂至少部分地充满所述腔室(17)，以便溶解沉积在所述部件上的油墨；以及(e)从所述腔室(17)除去所述溶剂和被溶解油墨的装置(114、117、118、119、120)。
2、一种如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述部件包括：一喷嘴面(18a)，一充电电极(20)，偏转电极(22、24)和一用于未充电墨滴的捕集器(30)。
3、一种如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：(f)用于搅拌所述腔室(17)中的油墨溶剂以便增强溶剂与部件(18a、20、22、24)之间接触的装置(113、114、115、116、117)。
4、一种如权利要求3所述的系统，其特征在于，用于搅拌的所述装置(113、114、115、116、117)是一导入所述腔室(17)中的压缩空气源和一用于将所述腔室(17)和大气连通的排放管线(116、117)。
5、一种如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述闸门(42)是一个可充气以便封闭所述窄缝(26)且可放气以便开启所述窄缝(26)的管件。
6、一种如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，用于去除所述溶剂的所述装置包括：一个与所述腔室(17)连通的排放管线(116、117)和一个通过排放管线抽出所述溶剂的真空源。
7、一种如权利要求6所述的系统，其特征在于，用于去除溶剂的所述装置还包括：一个与所述排放管线(116、117)形成回路用以接收溶剂的溶剂收集器(118)。
8、一种如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述闸门是一气动闸门。
9、一种如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括在除去所述溶剂后用于在所述腔室(17)内干燥所述部件(18a、20、22、24)的装置(113、114、115)。
10、一种如权利要求9所述的系统，其特征在于，用于干燥的所述装置(113、114、115)包括用于将空气导入所述腔室的装置(113、114、115)。
11、一种包括如上述任一权利要求所述的一个就地清洁系统的喷墨打印头。
12、一种喷墨打印头(10)部件的就地清洁方法，所述部件包含在所述打印头的一腔室(17)中，所述腔室的一端位于一带有开口(26)的端板(28)处，在正常的打印操作过程中，通过所述开口(26)可使墨滴排出腔室(17)，所述方法包括下述步骤：(a)在所述开口(26)旁边设置一闸门(42)；(b)操作所述闸门(42)，用以在清洁过程中关闭所述开口(26)；(c)引入油墨溶剂(107)，使之至少部分地充满所述腔室(17)，以便溶解沉积在所述部件上的油墨；(d)从所述腔室(17)除去所述溶剂(107)和被溶解的油墨；以及(e)在除去所述溶剂后，操作所述闸门(42)以便重新打开所述开口(26)。
13、一种如权利要求12所述的方法，还包括在除去所述溶剂后干燥所述部件的步骤。
14、一种如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述干燥步骤包括将压缩空气导入所述腔室(17)。
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