CN1343565A - 清洁打印机喷嘴的方法和装置及所结合的打印头和打印机 - Google Patents

Abstract

一种用于清洁喷墨打印机的喷嘴的方法和装置,和结合有这种装置的打印头。一个固定的清洁喷口(22)被安装在打印头上待清洁的油墨喷嘴(18)的下游处并偏向其一侧。当油墨射流停止时,由该清洁喷口喷洒给定量的溶剂,其以一定角度冲击喷嘴(18)。通过这种方式清洁并冲洗墨滴发生器的前表面,并且油墨残余物被喷射向外壳(36)的对侧。然后,通过清洁喷口向油墨喷嘴(18)喷吹干燥的压缩空气,以便干燥喷嘴的前表面并使油墨残余物沉积到外壳(36)侧。

Description

清洁打印机喷嘴的方法和装置及 所结合的打印头和打印机

技术领域

本发明涉及一种用于清洁喷墨打印机的一个或多个油墨喷嘴的方法。

本发明还涉及一种用于该方法的清洁装置。

本发明还涉及一种打印头，其一个或多个喷嘴与这种清洁装置相结合，同时打印机包括至少一个这种打印头。

本发明可被用于无论是连续喷墨还是“按需滴墨”型的所有喷墨打印机中。

背景技术

例如，特别是文献US-A-3 373 437中所述，在一个连续喷墨打印机中，一个打印头通过在压力下供应油墨的校准孔输送至少一个油墨射流。该油墨供应来自油墨贮存器，该油墨贮存器与一个泵相连或由气体加压。然后各射流被分解成墨滴，所述墨滴以被处于下游的电极偏转或不偏转的方式被充电电极充电。根据他们是否偏转，墨滴将被或不被打印到位于下游的一个基片上。至少一位于将贮存器连接到打印头上的供应线路中的电磁阀允许当打印机不运行时使墨流停止。

按照这种技术操作的打印机可采用含有挥发性且干燥得非常快的溶剂、或确保对不同基片的良好的粘着力的树脂、或者甚至在允许将不透明的标记加到暗色基片上的分散体中的颜料的油墨。

在“按需滴墨”型打印机中，墨滴被一个位于油墨室壁上的喷嘴间歇地释放，所述油墨室保持小于大气压力。所述油墨室在毛细作用力的简单作用下从贮存器供应油墨。一个压电或热换能器使得墨滴由于油膜室壁的变形而被喷射出去。

在这两种技术中，操作的可靠性主要依赖于所述孔的条件，即，油墨通过其被喷射出去的喷嘴的状态。

这些条件在“按需滴墨”型打印机中非常的困难，例如在它们的操作中的间歇特性意味着油墨可以长时间地滞留在喷嘴中。因此，用于这种类型的打印机中的油墨干燥得非常的慢。而且，设有大量的装置用于避免油墨在喷嘴上干燥，并且确保油墨的浓度在喷射孔附近完全地保持恒定，以便确保墨滴的喷射正确。

在连续喷墨打印机中，当进行喷射操作时更易于使紧围绕油墨喷嘴的区域保持清洁条件，同时，油墨的体积在运动之中(？)并且油墨干燥的危险比“按需滴墨”型打印机低。

另一方面，采用连续喷墨打印机，在启动喷射过程中有一个非常短的阶段，其非常的微妙。这就是当打印机从油墨静止于贮存器中的状态转变到建立起连续高速喷墨的状态的时候。实际上，在这一阶段中，在喷嘴中对墨流的最轻微的阻塞也可以使其轨迹显著地偏离。这一偏离会造成油墨与位于喷嘴下游的敏感的打印机部件、例如带电的充电或偏转电极接触。

在连续喷墨打印机中的射流建立阶段的特征与在“按需滴墨”型打印机中的间歇喷墨的这一阶段非常相似。因此，最初发展用于这两种技术中的一种的解决方案通常可转用到另一种上。

喷墨打印机中最困难的问题之一涉及当停止喷墨时喷嘴外面附近的油墨的干燥。这些残余物可能是由于在打印过程中油墨飞溅而造成的，或者是简单地由于在操作过程中或当喷射停止时喷嘴内侧油墨形成的弯液面的凸起的接触点造成的。这种现象在采用连续喷墨打印机的某些工业应用中特别危险，所述连续喷墨打印机采用快干、高粘着力的油墨。

已经提出了许多用以避免连续喷墨打印机启动时射流偏离的解决方案和/或限制由此而造成的后果。然而，这些解决方案没有哪个是完全令人满意的。

一个一直用于限制启动时喷射偏离所造成的后果的解决方案包括：采用可伸缩的电极，所述电极被置于任何射流的范围之外，所述射流在启动阶段可能被偏离。该解决方案是相对有效的，但如果操作者需要手工移动电极则实施起来非常麻烦。这也是非常昂贵的，因为可动电极的对准需要很高的精度水平。

多数已知的解决方案更愿意确保起始时没有偏离的射流。这些解决方案也可与上面的那些结合。

第一个已知的用于避免射流在起始时偏离的解决方案包括在每次起始之前伴随或者不伴随机械刷理地用手、例如使用一个洗瓶清洁喷嘴的外表面。在采用空气喷射的喷嘴的表面干燥之后常常需要这种类型的清洁。根据使用的油墨的类型，通过机械洗刷湿的残余物也可以被去除。该解决方案特别有效，但其非常漫长并且对于使用者而言不太符合人机工程学，并且其非常依赖操作者的技术。

在文献WO-A-91/00808中公开了另一个已知的用于避免启动时射流偏离的解决方案。当射流停止时，在上游室中产生一个真空，以便避免当油墨弯液面稳定时其附近流体的不需要的墨滴的喷溅。该系统由一个用于遮断喷嘴的孔的装置来完成，该喷嘴位于所述装置的上游表面。该解决方案避免了油墨在所述室中干燥并且保证喷嘴内侧清洁，而该室中是与外部空气密封隔离的。该系统不保证喷嘴的外表面清洁，但是在喷射的启动过程中或在打印阶段中该外表面可能已经被油墨溅湿。

在文献US-A-5 706 039中公开了另一个已知的用于避免在起始时射流偏离的解决方案。该解决方案包括：从结合到喷嘴板的外表面中的通道冲洗喷嘴。

然而，当油墨残余物被高强度地站着时，该解决方案不保证有效和完成喷嘴外表面的清洁。进而，其不允许空气干燥。因此，存在相当量的溶剂残留在喷嘴周围并因此使射流偏离的危险。

第四个已知的用于避免在起始时射流偏离的解决方案包括：完全将打印头外壳浸入溶剂中。这一在文献WO-A-99/01288中公开的基本的解决方案存在已经被浸入的打印头元件干燥问题。当需要时它也不能在喷嘴的外表面上执行机械作用。进而，该解决方案导致大量清洁溶剂的消耗，由于产生大量的废液，这既不利于成本效率也不利于环保。

文献GB-A-2 316 364公开了一种前述解决方案的替代形式，其中一个有限体积的室被安装到充电电极上并与喷嘴的外表面接触。该室可依次被清洁溶剂充满或通过抽吸排空溶剂残余物。该解决方案显著地减少了所用液体的体积。然而，在缺少机械作用和干燥方面其与前述解决方案具有相同的缺点。

在文献WO-A-86/06026中公开了另一种已知的用于避免在连续喷墨打印机启动时射流偏离的解决方案。在这种情况下，一个外部可伸缩喷嘴清洁辅助部件被安装到喷嘴的外表面上。因为需要额外的设备，该解决方案非常昂贵且难以实施。进而，清洁仅包括简单地浸泡喷嘴，当采用高粘着力的油墨时这通常是不够的。溶剂的消耗和浪费的量依旧很高。

特别如文献EP-A-0 437 361中公开的另一种已知的解决方案，包括：用适用于此目的的薄而且具有柔性的刮刀擦拭和刮擦喷嘴的外表面。然而，对于采用溶剂油墨的打印机，用于刮擦刀片的材料的选择非常困难。进而，该解决方案需要用于控制喷嘴和刮擦器的相对运动的笨重的装置。

所有前述解决方案可被用于如文献FR-A-2 747 960中公开的表面已经处理过的喷嘴板，所述处理用于减少其润湿性和使油墨粘着力最小化。

最后一种已知的解决方案如文献EP-A-0 017 669所述，包括：当喷射停止时利用一个接触阀系统地密封喷嘴的端表面。当采用快干油墨时该解决方案的效果不确定，然而，当阀打开时，其不能保证喷嘴外表面的清洁。

总之，不管所使用的油墨的类型，目前没有已知的解决方案可以以简单且廉价的方式执行所有用于确保在喷射已经停止后的适当操作和打印头的总体可靠性的所必要的操作。

发明内容

本发明的具体目的是一种喷嘴清洁方法，该方法以简单且廉价的方式执行用于正确操作和打印头整体可靠性所需的所有操作，其采用非移动和可伸缩元件，采用少量的溶剂，产生浪费的量小，根据需要与油墨的特性相适应，换而言之，去除了带有溶剂的喷嘴外表面，而同时执行局部机械作用，刮去残余物并将它们从喷嘴周围的区域去除，并且在清洁之后完全干燥并去除所有溶剂的痕迹。

根据本发明，该效果是通过用于在喷嘴已经停止后清洁喷墨打印机的至少一个油墨喷嘴的方法实现的，所述过程的特征在于，其包括下述连续的步骤：

—从一个位于喷嘴下游的固定清洁喷口与油墨射流成一角度地向油墨喷嘴喷洒清洁溶剂。

—从所属清洁喷口向油墨喷嘴的前表面喷吹干燥空气。

在这样限定的方法中，离开清洁喷口的溶剂以一个高速喷射的细液滴形成的锥形被喷洒到喷嘴上。微液滴击打在待清洁的喷嘴周围。液滴的机械冲击和溶剂随后在喷嘴板前面上的流动实现了有效的清洁。溶剂相对于喷嘴前表面喷洒的倾斜角度允许油墨残余物被刮去并通过摩擦从紧挨着喷嘴的附近去除。废弃的油墨射到打印头外壳的内表面上远离电极的区域中。

因此，当溶剂被清洁喷口喷洒时，可以简单且廉价地同时确保喷嘴被溶剂湿润，局部机械作用，残余物的刮除和将其从喷嘴区域中去除。

然后，由清洁喷口喷吹干燥空气，使喷嘴周围的区域干燥并将油墨残余物沉积到外壳的内侧。

根据本发明的一个优选实施例，所采用的清洁喷口的孔的直径在油墨喷嘴的五到十五倍之间。

而且，清洁喷口最好位于油墨喷嘴的下游，并且距离为清洁喷口直径的五到十五倍之间。

供应给清洁喷口的溶剂和空气的体积和压力优选地被调节到与打印机中所使用的油墨的特性相适应。

在本发明的优选实施例中，该清洁喷口以超过100毫巴的压力供应清洁溶剂。

最好通过两个电磁阀或一个三通电磁阀控制向清洁喷口的溶剂和空气供应。

打印机优选地设有有一个多孔表面以便回收清理出的残余物，所述表面位于油墨喷嘴的下游并且相对于油墨喷嘴与清洁喷口相对。

本发明还涉及一种用于当喷射停止时清洁喷墨打印机的至少一个油墨喷嘴的装置，所述装置的特征在于，包括：一个位于油墨喷嘴下游的固定清洁喷口，并且，当操作该装置时，能够喷洒清洁溶剂且随后以相对于油墨喷嘴成一角度地向油墨喷嘴喷吹干燥空气。

本发明还涉及一种打印头，该打印头包含至少一个油墨喷嘴和一个在实施例中限定的用于清洁该喷嘴的装置。

本发明还涉及一种包含至少一个这样的打印头的打印机。

附图简要说明

现在，我们将以非限定的举例的方式参考附图说明本发明的一个优选实施例，其中：

—图1是表示安装有根据本发明的清洁装置的打印头透视图。

—图2是从图1的打印头的部分的上面观察的更大尺寸的视图，所述打印头包括油墨喷嘴和清洁装置的清洁喷口，并且，

—图3是清洁装置和与清洁喷口相邻的油墨喷嘴示意图。

本发明优选实施例的详细描述

在图1中，以非限定举例的方式用示意图的形式表示出了一个具有两个结合有根据本发明的清洁装置的油墨喷口的打印头。

很容易理解，本发明不限于具有两个喷口的打印头，也可以用于单一喷口的打印头和具有三个或更多喷口的打印头。

根据一种本领域专家已知的设计，通常一个或更多打印头被连接到同一个油墨贮存器上以便形成一个喷墨打印机。

图1和2中所示的打印头是连续喷墨型的。然而，由于前面给出的原因，在本发明范围内，根据本发明的清洁装置也可被用于“按需滴墨”型打印头。

在一种已知的方法中图1所示的打印头包括一个外壳10，该外壳10支撑一个墨滴发生器12；包围喷口的一个充电电极14，两个分别用于射流类似物J1和J2的偏转电极16。

各墨滴发生器12以受控制的方式从油墨喷嘴输送一个分裂成微细墨滴的油墨射流。更具体地说，在打印头具有多于一个射流的情况下，各射流类似物J1和J2以射流的方向大体相互平行的方式沿喷嘴18的轴向输送。

一个充电电极14位于各射流12的下游中射流分开成墨滴的点上，其形成一个围绕相应射流的轨迹的孔。其以一种已知的方式控制，以便根据所需打印的内容对墨滴充电，或使它们保持不充电。

偏转电极16本身位于充电电极14的下游中射流轨迹的每一侧。它们也是以已知的方式根据它们的不同电压产生的电场使墨滴的轨迹偏离或使它们保持不变。因此，射流类似物J1和J2的各墨滴遵循一个轨迹，该轨迹依赖于由充电电极14对它们所冲的电。该技术允许将需要的图形打印到位于偏转电机16下游的给定基片上。这对于本领域的专家是已知的，因此不再详细描述。

根据本发明，图1所示的打印头包括一个用于清洁油墨喷嘴18的装置。该装置特别地包括一个注射器20，其可以从图2和3中更清楚地被看到。

在所示涉及具有两个射流的打印头的实施例中，该注射器设有两个清洁喷口22，它们分别指向一个油墨喷嘴18。在打印头输送单一油墨射流的地方，该注射器20仅具有一个清洁喷口。其原因是，清洁喷口中的一个和相应的油墨喷嘴已经在图3中由虚线标出。

注射器20安装在打印头10中的一个固定位置上。该固定位置在喷嘴板的前表面19的略靠下游处，所述喷嘴18形成于喷嘴板中。特别如图1和2所示，该位置还相对于射流类似物J1和J2和充电电极14横向错开。

更具体地说，在所示的实施例中，打印头发射出的两个油墨射流大体相互平行，注射器20位于各油墨射流的充电电极之间，并且间距相等。

该注射器20为轴线(一般为竖直方向)在油墨喷嘴18的排出口处垂直于射流类似物J1和J2的(一般为水平方向)喷射方向的管状元件。该管状元件在其底端开口并且在顶部封闭。

清洁喷口22为穿过大致位于射流J1和J2的轨迹平面中的注射器的壁的通常呈圆形的孔。如图2和3所示，各清洁喷口22指向油墨喷嘴18中的一个。由于注射器20相对于油墨射流横向错开，因此，从清洁喷口22而来的喷雾成一定角度的指向油墨喷口。

清洁喷口22和油墨喷嘴18的相对位置优选为，使清洁喷口22设置于油墨喷嘴18下游，相对于油墨射流对称，其距离在清洁喷口22的直径的五到十五倍之间。

虽然不是必需的，但最好将清洁喷口22的直径设置为一个在油墨喷口18的直径的五到十五倍之间的值(为了清楚起见，该特征未表现在图3中)。一个显著的优点为，采用直径等于油墨喷嘴18的十倍的清洁喷口。因此，仅仅作为举例，0.5mm直径的清洁喷口可被用于50微米直径的的油墨喷嘴。

如图3中示意性地表示的那样，形成注射器20的管状元件的下开口端不泄漏的连接到一个供应线路24的出口端上(图中所示的尺寸不是精确尺寸)。供应线路24的入口端通过一个第一电磁阀28连接到一个溶剂贮存器26上。供应线路24具有一个小的内径，例如：1mm。

该溶剂贮存器26即可以是封闭的(例如一个溶剂盒)，也可以是与大气连通的。

一个旁路30连接到紧挨着第一电磁阀下游的供应线路24上。旁路30的另一端通过一个第二电磁阀32连接到一个压缩空气供应源上。该压缩空气系统优选地以大于3个巴的压力供应压缩空气。

可编程中央控制单元34电连接到电磁阀28和32上，以便确保它们的操作。可选择地，双路电磁阀28和32可以由一个单一的三路电磁阀代替。如从后面可以更好地理解的那样，该中央控制单元34特别用于根据打印机中使用的油墨的特性调节供应给清洁喷口22的溶剂和空气的体积和压力。

根据本发明的清洁装置的部件除了注射器20外都位于打印机油墨线路(未示出)中。

现在将特别参考图3说明根据本发明的油墨喷嘴清洁装置的的操作原理。

通常在喷墨启动前操作该装置。根据设想的停止时间和打印机中所使用的油墨的类型，也可以在射流停止后操作该装置。

清洁周期的第一个阶段涉及将位于第一电磁阀28下游的供应线路24的部分充入溶剂。

在该实施例中示出，溶剂贮存器是一个封闭盒体，首先要略微增压。为了实现这一目的，第二电磁阀32连续地保持打开，在供应线路24中没有溶剂。另外，第一电磁阀28根据安排顺序间歇地打开。这样，溶剂盒被略微地加压。

第一阶段持续进行，计划的溶剂量被输送到一个位于第一电磁阀8的下游的供应线路24的一个部分中。为了实现这一点，第一电磁阀28被打开预定的时间。该时间有赖于所用油墨的类型和喷雾器20的特性，其通常为几秒钟。在一个非限定的例子中，体积大约为0.1cm³的溶剂可被输送给供应管24中长度为100mm、直径为1mm的部分。该第一阶段完成时，关闭电磁阀28和32。

在打印机的溶剂贮存器处于大气压力的情况下，该供应线路由于重力而被充满。总的清洗周期则持续得略长。

清洁周期的第二个阶段包括在供应线路24将溶剂移动向喷雾器。

该第二个阶段是通过打开第二电磁阀32而启动的。位于供应线路24中与第一电磁阀28相邻接部分中的溶剂的量立即被压缩空气推向喷雾器20。供应线路24的小直径可以确保容积相对均匀的流动，无论其实际上是否混有气泡。当位于下游的空气从清洁喷口22喷出时，溶剂在供应线路24中大约以0.5m/s移动。在一个非限定的例子中，在供应线路24大约10米长的情况下，这将持续大约20秒。

油墨喷嘴18的清洁构成根据本发明的装置的操作周期的第三个阶段。该第三个阶段与间隔地紧随在与溶剂在供应线路24中移动的第二个阶段之后。

当溶剂和空气的混合物到达清洁喷口22时，从所述孔喷射出来的速度为20m/s。这使得溶剂被以高速喷射出由微细墨滴形成的锥形喷雾。由于清洁喷口22指向油墨喷嘴18，该微墨滴击打在油墨喷嘴周围的区域以便进行清洁。

墨滴的机械冲击和随后流体在喷嘴板前表面上的蒸发可适当的清洁喷嘴，而不必考虑所用的油墨。因此，各清洁喷口22喷射的喷雾以一定角度指向相应油墨喷嘴的轴，油墨喷嘴的前表面被射流冲洗并通过摩擦将废油墨从紧挨着油墨喷嘴的附近去除。

更具体地说，油墨残余物从清洁喷口22被射向在油墨喷嘴18对侧的打印头外壳10的侧壁36(图3)的内侧表面。因此，油墨残余物被移到一个非常远离电极14和16的区域。最好，侧壁36的内侧表面至少在油墨喷嘴18的下游为多孔表面以便回收清理出的残余物。

在对本发明的一个非限定的举例中，溶剂一空气混合物喷洒阶段持续大约10秒钟。然而，值得注意的是，该阶段的持续时间依赖于打印机中所采用的油墨的类型。

根据本发明的清洁装置的操作的第四个和最后一个阶段包括一个干燥操作，该操作无间隔地跟在喷嘴清洁阶段之后。

当所有最初提供到供应线路24中的溶剂已经被喷洒到油墨喷嘴18上时，第二电磁阀32在预定长度的时间内保持打开。因此，干燥的压缩空气被吹到油墨喷嘴上。这使得围绕各油墨喷嘴18的区域被干燥，同时，废物被射到外壳10的侧壁36的各内表面上。

该周期随着第二电磁阀32的关闭而结束。该供应线路24被又一次清空溶剂，并且，如果需要可以开始另一个清洗周期。

在本发明的一个非限定的举例中，刚描述过的整个周期持续大约40秒。

上面的描述表示出，清洁周期是通过以一个预定的顺序打开和关闭电磁阀28和32操作的。这些顺序由可编程中央控制单元采用适当的程序进行控制。该程序考虑到了打印机中所用油墨的性能和特性。因此，可以将供应给清洁喷口22的溶剂和空气的体积和压力调节到与所用油墨相适应。这样，特别地，可以更好的使用流体并且避免浪费。

上述描述表示出，根据本发明的方法和装置一起执行所有用于正确操作的必要的操作，并且以与根据现有技术的可伸缩或电机驱动装置相比非常低的成本确保打印头的整体可靠性。

显然，本发明不限于以举例形式描述的实施例。因此，代替相互单独安装的外壳10、喷雾器20和充电电极14，它们也可以被安装到一个共同支撑部件上，然后再安装到壳体10上。

Claims (15)

1、一种当射流停止时清洁喷墨打印机的至少一个油墨喷嘴的方法，所述方法包括下述连续的阶段：

—相对于油墨射流成一定角度从一个位于喷嘴下游的固定清洁喷口向油墨喷嘴喷洒清洁溶剂；

—从所述清洁喷口向油墨喷嘴的前面喷吹干燥空气。

2、如权利要求1所述的方法，其中，采用一个具有一个孔的清洁喷口，所述孔的直径在油墨喷嘴的五至十五倍之间。

3、如权利要求1所述的方法，其中，清洁喷口被置于油墨喷嘴的下游，其距离为清洁喷口直径的五至十五倍。

4、如权利要求1所述的方法，其中，根据打印机中使用的油墨的特性调节供应给清洁喷口的溶剂和空气的体积和压力。

5、如权利要求1所述的方法，其中，溶剂被一大于100毫巴的压力供应给清洁喷口。

6、如权利要求1所述的方法，其中，向清洁喷口的溶剂和空气供应通过两个电磁阀或一个三路电磁阀控制。

7、如权利要求1所述的方法，其中，打印机设有一个用于回收清洁残余物的多孔表面，其位于油墨喷嘴的下游并且相对于喷嘴与清洁喷口相对。

8、一种用于当射流停止时清洁喷墨打印机的至少一个油墨喷嘴的装置，所述装置包括：一个位于油墨喷嘴下游固定清洁喷口，并且当该装置操作时，能够喷洒清洁溶剂并随后与油墨射流成一角度地向油墨喷嘴喷吹干燥空气。

9、如权利要求8所述的装置，其中，清洁喷口包括一个直径在油墨喷嘴直径的五至十五倍之间的孔。

10、如权利要求8所述的装置，其中，清洁喷口位于油墨喷嘴的下游，其距离在清洁喷口直径的五至十五倍之间。

11、如权利要求8所述的装置，其中，该清洁喷口位于一条供应线路的端部，该供应线路可以通过一个第一电磁阀连接到一个溶剂贮存器上，及经过一个第二电磁阀连接到一个压缩空气回路上或者也可以采用一个三路电磁阀连接。

12、如权利要求11所述的装置，其中，该电磁阀被连接到一个可编程中央控制单元上，该可编程中央控制单元可以根据打印机中所用的油墨特性调节供应给清洁喷口的溶剂和空气的体积和压力。

13、如权利要求8所述的装置，其中，在油墨喷嘴的下游设有一个多孔表面，其相对于油墨喷嘴与清洁喷口相对，用于回收清洁残余物。

14、一种打印头，包括至少一个油墨喷嘴和一个用于清洁所述喷嘴的装置，所述装置包括一个位于油墨喷嘴下游的固定清洁喷口，并可以喷洒清洁溶剂并随后与油墨射流成一定角度地向油墨喷嘴喷吹干燥空气。

15、一种打印机，包括至少一个包含至少一个油墨喷嘴的打印头和一个用于清洁所述喷嘴的装置，所述装置包括一个位于油墨喷嘴下游的清洁喷口，并可以喷洒清洁溶剂并随后与油墨射流成一定角度地向油墨喷嘴喷吹干燥空气。

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