專利名稱：打印頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及噴墨打印，更具體的涉及用于噴墨打印機(例如，連續噴墨打印機)的打印頭組件。
背景技術：
在噴墨打印系統中，打印由在噴嘴處產生的并朝向襯底噴射的獨立墨滴組成。有兩種主要的系統按需噴墨，其中在需要時產生用于打印的墨滴；和連續噴墨打印，其中墨滴連續產生而且只有所選的墨滴被引導至襯底，其他墨滴再循環到供墨源。連續噴墨打印機向打印頭組件供應加壓墨水，所述打印頭組件具有墨滴生成器， 在所述墨滴生成器中從噴嘴噴射的連續墨水流被壓電振蕩單元分解為單獨的常規墨滴。在穿過在一對偏轉板上設置的橫向電場之前，墨滴被引導通過帶電電極，在所述帶電電極中墨滴被選擇性的分別賦予預定電荷。在撞擊襯底之前，各個帶電墨滴被電場以依賴于電荷量的值偏轉，而未帶電墨滴繼續前進而不會被偏轉并被收集在槽中，所述未帶電墨滴從所述槽中再循環到供墨源以再利用。通常還存在相位測量系統作為偏轉板的一部分，并用于確保墨滴偏轉的同步。帶電墨滴繞過槽，并在由墨滴上的電荷和襯底相對于打印頭組件的位置所確定的位置處撞擊襯底。通常，襯底在一個方向上相對于打印頭組件移動，墨滴被偏轉到垂直于該方向的方向上，盡管偏轉板被定位成向所述垂直方向傾斜以補償襯底的速度 (否則，襯底相對于打印頭組件在到達的墨滴之間的移動將意味著一串墨滴將不完全垂直于襯底移動的方向而延伸)。在連續噴墨打印中，根據矩陣打印字符，所述矩陣包括潛在的墨滴位置的規則陣列。各個矩陣包括多個欄(多次噴射動作)，每個欄由一條包括由施加到墨滴上的電荷所確定的多個潛在的墨滴位置(例如，七個)的線所限定。因此，每個可用的墨滴根據其在一次噴射動作中的預期位置而帶電。如果將不使用特定的墨滴，則該墨滴將不帶電，并被捕獲于槽中以再循環。在矩陣中對于所有的噴射動作重復這個循環，然后對下一個字符矩陣重新開始循環。打印頭組件中的加熱器確保墨水的黏性維持在一個使得打印頭組件中的墨滴生成器有效工作的值，所述墨水的黏性隨墨水的溫度而改變。如果由于墨水溫度太低而墨水太黏，或者由于墨水溫度太熱而墨水太稀，則墨水流將不會分解成合適的墨滴。墨水在壓力下從供墨系統傳送到打印頭組件，所述供墨系統通常容納在機殼的密封隔室中，所述機殼包括用于控制電路的單獨的隔室和用戶界面面板。所述供墨系統包括主泵，所述主泵從墨水腔或墨水罐中經由過濾器抽取墨水并且在壓力下傳送墨水到打印頭組件。由于墨水被消耗，必要時再從可替換的墨水盒填滿墨水腔，所述可替換的墨水盒通過供應導管可釋放的連接到墨水腔。從墨水腔經由傳輸軟管向打印頭組件供應墨水。用以使打印頭組件中的加熱器和墨滴生成器運行的電功率由供電系統電纜供應，所述電纜通常形成供應導管的一部分。被槽所捕獲的未使用的墨滴通過泵經由返回導管再循環回墨水腔， 所述返回導管通常定位為供應導管的一部分。墨水在各個導管中的流動通常由電磁閥和/ 或其他類似組件來控制。因為墨水在系統中循環，所以存在由于溶劑蒸發而墨水增稠的趨勢。這對于再循環的墨水尤其是個問題，所述再循環的墨水已經在其噴嘴和槽之間的通路中暴露于空氣中。為了對此進行補償，根據需要從可替換的溶劑盒向墨水添加“補充”溶劑，從而當墨水處于適當的操作溫度時，將墨水黏性維持在所需要的范圍內。該溶劑也可以用于在清洗循環中沖洗打印頭組件的部件，例如噴嘴和槽。因為從打印頭組件噴射墨水，所以墨水沉積在襯底上。但是，小部分的墨水通常飛濺回到打印頭的表面上。墨水沉積物在打印頭的表面上聚集，最終需要使打印機停止以進行清潔。影響在打印頭的表面上聚集的速度和數量的因素包括噴射距離、沉積介質、墨水成分、打印時間和打印頭設計(包括幾何形狀、墨滴大小和噴射速度)。
發明內容
本發明提供適合于連續噴墨打印頭組件的打印頭設計。打印頭覆蓋件的構造減少在打印頭的表面上聚集的墨水量，因此顯著的減少對清潔打印頭的需求。在一個方面中，打印頭組件包括打印頭和設置成圍繞打印頭的打印頭覆蓋件。打印頭覆蓋件包括表面和設置在表面中的打印開口。打印開口設置在打印頭的噴射點附近。 穿孔區域設置在表面上。在另一方面中，操作打印頭的方法包括提供打印頭組件。打印頭組件包括打印頭和打印頭覆蓋件。打印頭覆蓋件包括表面。打印開口設置在表面中，并且在打印頭的噴射點附近。墨水被供應至打印頭，并且從打印頭的噴射點噴出而穿過打印頭覆蓋件。在噴射點附近提供從打印頭組件的內部至打印頭組件的外部的空氣流。墨水沉積在襯底上。前面的段落提供用于簡要介紹，而并不是要限制權利要求書的范圍。通過參考下面結合附圖給出的詳細描述，可以最佳的理解當前公開的實施例以及進一步的優點。
圖1是打印頭組件的實施例的部件的分解視圖。
圖2是具有半透明示出的打印頭覆蓋件的圖1的打印頭組件的視圖。
圖3是圖1的打印頭組件的透視圖。
圖4是圖1的打印頭組件的表面的透視圖。
圖5是打印頭組件的另一實施例的正視圖。
圖6是現有技術的打印頭組件的表面的視圖。
圖7是打印頭組件的表面的另一實施例的視圖。
圖8是打印頭組件的表面的另一實施例的視圖。
圖9是打印頭組件的另一實施例的透視圖。
圖10是打印頭組件的另一實施例的透視圖。
圖11是對比示例A中所使用的現有技術的打印頭組件的表面的視圖。圖12是示例1中所使用的圖5的打印頭組件的表面的視圖。圖13是示例2中所使用的圖1的打印頭組件的表面的透視圖。
具體實施例方式參考附圖來描述本發明，在附圖中相同的元件由相同的附圖標記表示。通過下面的詳細描述可以更好的理解本發明的各種元件的關系和功能。但是，本發明如下所述的實施例僅僅作為示例，本發明不限于附圖中所示的實施例。本發明提供適合于連續噴墨打印頭組件的打印頭設計。打印頭覆蓋件的構造減少在打印頭的表面上聚集的墨水量，從而延長使用時間長度。圖1示出了打印頭組件10的實施例的分解視圖。打印頭組件10包括打印頭20 和打印頭覆蓋件30。在圖2和圖3中還可以看出，打印頭覆蓋劑30包圍打印頭20，所述打印頭覆蓋件30包括表面32和設置在表面32上的打印開口 34。打印開口 34設置在打印頭 20的出口點或噴嘴附近。本發明包括設置在表面32上的穿孔區域36。穿孔區域36優選設置在打印開口 34附近并圍繞打印開口 34。打印開口 34可以是任何適合的形狀，以使得墨水能夠從打印頭的噴射點噴出而穿過打印頭覆蓋件30的表面32。緊固件42可以用于將接近傳感器磁體(未示出)連接到打印頭覆蓋件30。在圖1-4中所示的實施例中，打印開口 34是具有圓形端部的細長矩形形狀。其他形狀的打印開口 34當然也是可行的，例如，方形、矩形、圓形、橢圓形等。在使用時，具體的打印頭組件可以定位成在任何適當的方向(包括向上、向下和向側方)噴射墨水。打印頭20可以使用任何適當的用于噴射墨水的技術，包括連續噴墨、熱噴墨和壓電噴墨。例如，圖1中所示的實施例是連續噴墨系統。在2008年10月10日遞交的PCT申請US2008/079484中描述了可以與目前公開的打印頭設計一起使用的一種類型的連續噴墨系統，該申請公開為W02009/049130、題為“INK JET PRINTER HEAD ASSEMBLY”，該申請通過引用整體結合于此。已經發現，通過提供穿過墨水流動路徑附近的穿孔開口的空氣流，基本減少了墨水和其他碎屑在打印頭表面上聚集，因此能夠實現更長的運行時間而不需要維護或其他的操作中斷。空氣流優選設置成與墨水流直接相鄰，例如距離墨水流小于5mm。現 在參考圖1和圖2，打印頭組件10連接到供應導管13，所述供應導管13將打印頭組件10連接到打印機的支架(未示出)。打印頭組件10包括墨滴產生器模塊14和加熱器模塊17。墨滴產生器模塊14可以包括諸如用作墨滴產生器的壓電元件、偏轉板組件15、 相位測量系統、槽和噴射點19等元件，所述偏轉板組件15包括帶電電極和偏轉板，從所述噴射點19噴出墨滴。當打印時，墨水通過供應導管13、通過流體通路、通過加熱器模塊17、 通過墨滴產生器模塊14并最終在噴射點19附近流出打印頭組件10。圖1中所示的具體打印頭設計僅僅表示可能的打印頭構造的一個示例，本說明書中公開的打印頭覆蓋件設計不限于任何具體的打印頭機構。圖3和圖4中詳細示出了打印頭組件10的表面32。打印頭表面32可以包括圍繞其周邊的斜切邊緣35。穿孔區域36設置成圍繞打印開口或狹縫34。墨水從打印頭20噴射穿過狹縫34。在一個實施例中，穿孔區域36包括設置在表面32中的多個孔38。孔38 的直徑可以設定成在0. 4mm和1. 2mm之間，優選直徑為約0. 5mm到1. Omm0在圖4中所示的實施例中，穿孔區域36覆蓋表面32的整個區域，包括斜切邊沿35。盡管圖4中示出穿孔區域36由多個孔38組成，但是其他開孔形狀也是可行的。例如，孔可以是除了圓形之外的形狀，例如，方形、矩形、橢圓形或三角形。此外，代替孔，穿孔區域36可以包括細長狹縫。穿孔區域36的目的是在打印頭開口 34附近提供流出打印頭組件10的空氣流，很明顯不同形狀的開口也可以實現這個目的。使用圓形孔38用于穿孔區域36是有用的，因為圓形孔是容易提供的形狀。可以通過機械方法(例如，鉆孔)、通過化學蝕刻、或通過任何其他適當的方法來使孔形成于表面32中。螺紋孔40用于將接近傳感器磁體連接到打印頭覆蓋件30，并且一旦打印頭20組裝則螺紋孔40不再開口。圖5示出了替代打印頭設計50。穿孔區域56設置成圍繞狹縫M。與圖4中所示的設計不同，穿孔區域M僅僅覆蓋表面52的一部分。穿孔區域56包括設置在表面52中的多個孔38。在圖5中所示的替代實施例中，穿孔區域56覆蓋表面52的大致約50%，穿孔區域56是半圓形形狀。通常，穿孔區域56設置在表面52的表面區域的至少20%上。在一個實施例中，穿孔區域56覆蓋表面的表面區域的至少25%。在另一實施例中，穿孔區域 56覆蓋表面52的表面區域的至少40%。在另外的實施例中，穿孔區域56覆蓋表面52的表面區域的至少60 %、至少80 %或至少90 %。穿孔區域56優選包括至少10 %到40 %的開口區域，優選約15%的開口區域。“開口區域”定義為孔或其他開口的面積除以表面52的穿孔區域56的總表面積。在圖5中所示的實施例中，表面52的形狀是圓形，穿孔區域56的形狀通常是半圓形。在一個實施例中，打印頭覆蓋劑30或50的形狀通常是圓柱體，所述圓柱體具有圓柱壁觀，所述圓柱壁觀與表面32或52垂直并且圍繞打印頭20。穿孔區域56優選設置在打印開口 M附近。但是，根據各種因素(包括打印頭組件的幾何形狀、打印頭的類型、設計和制造約束)，穿孔區域56相對于打印開口 M的精確位置可以改變。在圖9和圖10所示并且如下描述的另一實施例中，打印頭覆蓋件的形狀是大致由直線構成的，表面的形狀大致是矩形。打印頭組件10優選具有加壓空氣，以使得打印頭組件10的內部31中的空氣壓力大于打印頭組件10的外部33的環境空氣壓力。可以通過任何適當的方法來實現這種加壓，所述方法包括空氣泵或來自通常的壓縮空氣源的壓縮空氣。空氣可以在任何適當的點 (例如，位于打印頭覆蓋件30中的通孔26)處進入打印頭組件20。因此，在圖2中可以看出，打印頭組件10包括內部容積31，所述內部容積31通過穿孔區域36與外部容積或周圍環境33流體連通，其中，內部容積31的空氣壓力大于外部容積或周圍環境33的空氣壓力。 內部容積31和外部容積33之間的空氣壓力差優選大到足以產生穿過穿孔區域36和打印開口 34的充分的空氣流，同時小到不顯著的使打印質量降低。因此，通過使空氣流過穿孔區域36，優選與打印頭設計整體的提供在墨水流路徑附近的空氣流。穿過穿孔區域36的空氣流率優選為至少約5ft2/hr。穿過穿孔區域36的空氣流的方向可以大致與墨水流路徑平行，并且大致與表面32垂直。穿孔穿孔區域36的空氣流減小墨水和其他碎屑在打印頭覆蓋件30上的聚集。與上述相同的壓縮空氣條件可以應用于本說明書公開的其他打印頭設計。如圖2所示，打印頭20優選定位成沿著打印頭覆蓋件30內的中心軸線。因此，在折射之后噴射點19定位成使得大致與表面32垂直的噴射墨水。
圖6示出了通常的噴墨打印機的打印頭覆蓋件60的表面62。唯一的開口是狹縫 64，從所述狹縫64噴射墨水。螺紋孔66用于將接近傳感器磁體連接到打印頭覆蓋件30，并且在打印過程中螺紋孔66并不開口。圖7示出了打印頭組件的另一實施例70。與圖5中所示的設計相比，穿孔區域76 覆蓋較小百分比的表面72的表面區域。穿孔區域76設置成圍繞打印開口 74。穿孔區域 76可以覆蓋表面72的表面區域的約30%。圖8示出了打印頭組件的另一實施例。打印頭組件80包括兩個表面，平坦面82 和傾斜面84。表面84是從平坦面82向后傾斜的。平坦面82設置成大致與打印頭的軸線垂直。傾斜面84設置為與表面82成角度α。角度α大致在135°到170°之間，并且在一個實施例中角度α是約150°。打印開口 88設置在傾斜面84中。穿孔區域86設置成圍繞打印開口 88。現在轉向目前公開的打印頭組件10如何運行，所述打印頭組件10可以按照與通常的打印頭相同的方式來使用。優選將加壓空氣提供至位于打印頭覆蓋件30內的打印頭組件10的內部31。空氣從打印頭組件10的內部31 (在打印頭的內部組件附近并且圍繞墨水流路徑)流過穿孔區域36中的開口 38。當墨水從打印頭20噴射通過打印開口 34時，一部分的墨水飛濺會到打印頭組件10的表面32上。圍繞穿孔區域36的空氣流防止墨水和其他碎屑的聚集，因此能夠使打印頭表面32具有更長的使用壽命和更低頻率的清潔。在一個實施例中，打印頭覆蓋件30除了在表面32上或附近的開口之外，基本沒有開口。穿孔覆蓋件設計可以用于各種類型的噴墨打印機。除了單一噴嘴連續噴墨之外， 穿孔覆蓋件設計還可以用于雙噴嘴或多噴嘴連續噴墨打印機。此外，穿孔覆蓋件設計可以用于二維點陣打印機，所述二維點陣打印機使用布置在線性點陣中的多個噴嘴。圖9中示出了二維點陣打印頭組件90的實施例。打印頭組件90包括打印頭91和圍繞打印頭91的打印頭覆蓋件93。打印頭覆蓋件93的形狀是大致直線形成的，并且具有側面95、97，所述側面95、97設置成彼此垂直并且還垂直于表面92。表面92包括直線打印開口 94，所述打印開口 94設置在下面的打印頭的出口點或噴嘴附近。穿孔區域96設置在表面92上。穿孔區域96優選設置成圍繞打印開口 94，并且穿孔區域96可以覆蓋表面92的整個區域。打印開口 94可以是任何適合的形狀，以使得墨水能夠從打印頭的噴射點噴出而穿過打印頭覆蓋件90的表面92。可以在大致與表面92垂直的方向上噴射墨水。可以通過多個孔98 來設置穿孔區域96。孔98可以具有與前述的孔38相似的特性。圖10中示出了二維點陣打印頭組件100的另一實施例，所述打印頭組件100與圖 9中所示的設計大致類似。打印頭組件100包括打印頭101和打印頭覆蓋件103。表面102 包括直線打印開口 104，所述打印開口 94設置在下面的打印頭的出口點或噴嘴附近。穿孔區域106設置在表面102上。穿孔區域106優選設置成圍繞打印開口 104。可以通過多個孔108來設置穿孔區域106。穿孔區域106只覆蓋表面102的區域的一部分。穿孔區域106 大致覆蓋表面102的區域的約50%，并且穿孔區域106可以是矩形形狀。通常，穿孔區域 106設置在表面102的至少20%的表面區域上。穿孔區域106優選包括至少10%到40% 的開口區域。如前述示例所述，打印頭組件90和100提供穿過穿孔區域96、106的空氣流，以減少空氣和其他碎屑在打印頭的表面上聚集。
可以通過任何適當的方法來制備本說明書中公開的打印頭組件。打印頭覆蓋件30 的材料優選為鋼，最優選為不銹鋼，但是其他材料也是可行的。示例Videojet 1510和1610連續噴墨打印機準備使用三種類型的打印覆蓋件以在襯底上打印。對比示例A使用如圖6所示的通常的打印頭覆蓋件，所述通常的打印頭覆蓋件沒有圍繞打印頭開口的穿孔區域。示例1使用如圖5所示的穿孔打印頭覆蓋件。示例2使用圖4中所示的穿孔打印頭覆蓋件。每個測試包括60 μ m的噴嘴和距離襯底12mm的噴射距離。為了執行加速測試，將襯底加電到-300伏特，并且將襯底設置在轉筒上。該加速測試提供比打印頭在正常操作條件下所經歷的更嚴苛的條件。對于示例1和2，提供空氣流通過穿孔區域。對于對比示例和示例1，打印機采用1510打印機運行達9小時，并且評價打印頭表面上墨水的聚集。圖11中示出了對比示例A的無穿孔印刷頭的結果，圖12示出了示例 1的穿孔印刷頭的結果。從圖11，可以看出，通常的打印頭在打印頭表面上具有顯著的碎屑聚集。從圖12，可以看出，與對比示例A的通常打印頭相比，創造性的打印頭在打印頭表面上具有少得多的碎屑聚集，在與打印開口相鄰的穿孔區域中幾乎沒有聚集。示例2使用圖4中所示的穿孔打印頭覆蓋件，采用與上述示例1相同的操作條件， 并采用1610打印機。打印機運行達20小時，并且評價打印頭表面上墨水的聚集。圖13示出了示例2的穿孔印刷頭的結果。從圖13，可以看出，示例2的設計在打印頭表面上具有極少的碎屑聚集，在與打印開口相鄰的穿孔區域中幾乎沒有聚集。因此，可以看出，與對比示例A的通常打印頭相比，示例1和2的設計使得打印機能夠有更長的運行時間，并且需要更少的清潔。所描述和說明的實施例將被認為對特性是說明性的而不是限制性的，應當理解， 只示出和描述了優選實施例，在如權利要求書中所限定的發明范圍內的所有變更和修改都希望得到保護。應當理解，雖然說明書中使用的例如“更好的”、“優選地”、“優選的”或“更優選的”等詞說明所述特征可能是優良的，然而這不一定是必要的并且沒有所述特征的實施例也可以被認為在所附權利要求書所限定的本發明的范圍內。對于權利要求書，希望當例如“一個”、“至少一個”或“至少一部分”等詞用于特征前面時，沒有打算要將權利要求限制為只有一個所述特征，除非在權利要求中具體作出相反陳述。當使用詞語“至少一部分” 和/或“一部分”時，該項可以包括一部分和/或整體，除非具體作出相反陳述。
權利要求
1.一種打印頭組件，其包括打印頭打印頭覆蓋件，其設置成圍繞所述打印頭，所述打印頭覆蓋件包括表面；打印開口，其設置在所述表面中，并且在所述打印頭的噴射點附近；和穿孔區域，其與所述打印開口相鄰的設置在所述表面上。
2.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述穿孔區域包括設置在所述表面中的多個孔。
3.根據權利要求2所述的打印頭組件，其中，所述孔的直徑設置為介于0.5mm至 1. Omm0
4.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述表面具有表面區域，其中，所述穿孔區域覆蓋所述表面的所述表面區域的至少40%。
5.根據權利要求4所述的打印頭組件，所述穿孔區域基本覆蓋所述表面的全部的所述表面區域。
6.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述表面的形狀是圓形，所述穿孔區域的形狀大致是半圓形。
7.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述穿孔區域完全圍繞所述打印開口。
8.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭組件包括內部容積，所述內部容積通過所述穿孔區域與周圍環境流體連通，其中，所述內部容積的空氣壓力大于所述周圍環境的空氣壓力。
9.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述穿孔區域包括至少15%的開口區域。
10.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭覆蓋件的形狀大致是圓柱形，所述表面的形狀大致是圓形。
11.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭覆蓋件的形狀大致由直線組成的，所述表面的形狀大致是矩形。
12.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭是連續噴墨打印頭。
13.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭是二維點陣打印頭。
14.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭定位成沿著所述打印頭覆蓋件內的中心軸線。
15.根據權利要求1所述的打印頭組件，其中，所述打印頭的所述表面包括第一部分和第二部分，所述第一部分定位成大致垂直于所述打印頭的軸線，所述第二部分設置成相對于所述第一部分成135°到170°之間的角度。
16.一種操作打印頭的方法，其包括如下步驟提供打印頭組件，所述打印頭組件包括打印頭打印頭覆蓋件，所述打印頭覆蓋件包括表面；和打印開口，其設置在所述表面中，所述打印開口設置成在所述打印頭的噴射點附近；將墨水提供至所述打印頭；從所述打印頭的所述噴射點噴出墨水并穿過所述打印頭覆蓋件；在所述噴射點附近提供從所述打印頭組件的內部到所述打印頭組件的外部的空氣流;和將墨水沉積在襯底上。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括向所述打印頭組件提供加壓空氣。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括提供穿過所述打印頭組件的所述表面中的穿孔區域、并流出所述打印頭組件的空氣流。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述空氣流大致平行于噴射的墨水的路徑。
20.根據權利要求18所述的方法，其中，與沒有所述穿孔區域的同一打印頭相比，顯著減少聚集在所述打印頭上的碎屑。
全文摘要
一種打印頭組件，包括打印頭和設置成圍繞打印頭的打印頭覆蓋件。打印頭覆蓋件包括表面和設置在表面中的打印開口。打印開口設置在打印頭的噴射點附近。穿孔區域設置在表面上。
文檔編號B41J2/165GK102325655SQ201080008408
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月18日 優先權日2009年2月18日
發明者賽爾哈迪·奧姆, 阿馬爾·萊什比 申請人:錄象射流技術公司