专利名称：打印头的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨打印，更具体的涉及用于喷墨打印机(例如，连续喷墨打印机)的打印头组件。
背景技术：
在喷墨打印系统中，打印由在喷嘴处产生的并朝向衬底喷射的独立墨滴组成。有两种主要的系统按需喷墨，其中在需要时产生用于打印的墨滴；和连续喷墨打印，其中墨滴连续产生而且只有所选的墨滴被引导至衬底，其他墨滴再循环到供墨源。连续喷墨打印机向打印头组件供应加压墨水，所述打印头组件具有墨滴生成器， 在所述墨滴生成器中从喷嘴喷射的连续墨水流被压电振荡单元分解为单独的常规墨滴。在穿过在一对偏转板上设置的横向电场之前，墨滴被引导通过带电电极，在所述带电电极中墨滴被选择性的分别赋予预定电荷。在撞击衬底之前，各个带电墨滴被电场以依赖于电荷量的值偏转，而未带电墨滴继续前进而不会被偏转并被收集在槽中，所述未带电墨滴从所述槽中再循环到供墨源以再利用。通常还存在相位测量系统作为偏转板的一部分，并用于确保墨滴偏转的同步。带电墨滴绕过槽，并在由墨滴上的电荷和衬底相对于打印头组件的位置所确定的位置处撞击衬底。通常，衬底在一个方向上相对于打印头组件移动，墨滴被偏转到垂直于该方向的方向上，尽管偏转板被定位成向所述垂直方向倾斜以补偿衬底的速度 (否则，衬底相对于打印头组件在到达的墨滴之间的移动将意味着一串墨滴将不完全垂直于衬底移动的方向而延伸)。在连续喷墨打印中，根据矩阵打印字符，所述矩阵包括潜在的墨滴位置的规则阵列。各个矩阵包括多个栏(多次喷射动作)，每个栏由一条包括由施加到墨滴上的电荷所确定的多个潜在的墨滴位置(例如，七个)的线所限定。因此，每个可用的墨滴根据其在一次喷射动作中的预期位置而带电。如果将不使用特定的墨滴，则该墨滴将不带电，并被捕获于槽中以再循环。在矩阵中对于所有的喷射动作重复这个循环，然后对下一个字符矩阵重新开始循环。打印头组件中的加热器确保墨水的黏性维持在一个使得打印头组件中的墨滴生成器有效工作的值，所述墨水的黏性随墨水的温度而改变。如果由于墨水温度太低而墨水太黏，或者由于墨水温度太热而墨水太稀，则墨水流将不会分解成合适的墨滴。墨水在压力下从供墨系统传送到打印头组件，所述供墨系统通常容纳在机壳的密封隔室中，所述机壳包括用于控制电路的单独的隔室和用户界面面板。所述供墨系统包括主泵，所述主泵从墨水腔或墨水罐中经由过滤器抽取墨水并且在压力下传送墨水到打印头组件。由于墨水被消耗，必要时再从可替换的墨水盒填满墨水腔，所述可替换的墨水盒通过供应导管可释放的连接到墨水腔。从墨水腔经由传输软管向打印头组件供应墨水。用以使打印头组件中的加热器和墨滴生成器运行的电功率由供电系统电缆供应，所述电缆通常形成供应导管的一部分。被槽所捕获的未使用的墨滴通过泵经由返回导管再循环回墨水腔， 所述返回导管通常定位为供应导管的一部分。墨水在各个导管中的流动通常由电磁阀和/ 或其他类似组件来控制。因为墨水在系统中循环，所以存在由于溶剂蒸发而墨水增稠的趋势。这对于再循环的墨水尤其是个问题，所述再循环的墨水已经在其喷嘴和槽之间的通路中暴露于空气中。为了对此进行补偿，根据需要从可替换的溶剂盒向墨水添加“补充”溶剂，从而当墨水处于适当的操作温度时，将墨水黏性维持在所需要的范围内。该溶剂也可以用于在清洗循环中冲洗打印头组件的部件，例如喷嘴和槽。因为从打印头组件喷射墨水，所以墨水沉积在衬底上。但是，小部分的墨水通常飞溅回到打印头的表面上。墨水沉积物在打印头的表面上聚集，最终需要使打印机停止以进行清洁。影响在打印头的表面上聚集的速度和数量的因素包括喷射距离、沉积介质、墨水成分、打印时间和打印头设计(包括几何形状、墨滴大小和喷射速度)。
发明内容
本发明提供适合于连续喷墨打印头组件的打印头设计。打印头覆盖件的构造减少在打印头的表面上聚集的墨水量，因此显著的减少对清洁打印头的需求。在一个方面中，打印头组件包括打印头和设置成围绕打印头的打印头覆盖件。打印头覆盖件包括表面和设置在表面中的打印开口。打印开口设置在打印头的喷射点附近。 穿孔区域设置在表面上。在另一方面中，操作打印头的方法包括提供打印头组件。打印头组件包括打印头和打印头覆盖件。打印头覆盖件包括表面。打印开口设置在表面中，并且在打印头的喷射点附近。墨水被供应至打印头，并且从打印头的喷射点喷出而穿过打印头覆盖件。在喷射点附近提供从打印头组件的内部至打印头组件的外部的空气流。墨水沉积在衬底上。前面的段落提供用于简要介绍，而并不是要限制权利要求书的范围。通过参考下面结合附图给出的详细描述，可以最佳的理解当前公开的实施例以及进一步的优点。
图1是打印头组件的实施例的部件的分解视图。
图2是具有半透明示出的打印头覆盖件的图1的打印头组件的视图。
图3是图1的打印头组件的透视图。
图4是图1的打印头组件的表面的透视图。
图5是打印头组件的另一实施例的正视图。
图6是现有技术的打印头组件的表面的视图。
图7是打印头组件的表面的另一实施例的视图。
图8是打印头组件的表面的另一实施例的视图。
图9是打印头组件的另一实施例的透视图。
图10是打印头组件的另一实施例的透视图。
图11是对比示例A中所使用的现有技术的打印头组件的表面的视图。图12是示例1中所使用的图5的打印头组件的表面的视图。图13是示例2中所使用的图1的打印头组件的表面的透视图。
具体实施例方式参考附图来描述本发明，在附图中相同的元件由相同的附图标记表示。通过下面的详细描述可以更好的理解本发明的各种元件的关系和功能。但是，本发明如下所述的实施例仅仅作为示例，本发明不限于附图中所示的实施例。本发明提供适合于连续喷墨打印头组件的打印头设计。打印头覆盖件的构造减少在打印头的表面上聚集的墨水量，从而延长使用时间长度。图1示出了打印头组件10的实施例的分解视图。打印头组件10包括打印头20 和打印头覆盖件30。在图2和图3中还可以看出，打印头覆盖剂30包围打印头20，所述打印头覆盖件30包括表面32和设置在表面32上的打印开口 34。打印开口 34设置在打印头 20的出口点或喷嘴附近。本发明包括设置在表面32上的穿孔区域36。穿孔区域36优选设置在打印开口 34附近并围绕打印开口 34。打印开口 34可以是任何适合的形状，以使得墨水能够从打印头的喷射点喷出而穿过打印头覆盖件30的表面32。紧固件42可以用于将接近传感器磁体(未示出)连接到打印头覆盖件30。在图1-4中所示的实施例中，打印开口 34是具有圆形端部的细长矩形形状。其他形状的打印开口 34当然也是可行的，例如，方形、矩形、圆形、椭圆形等。在使用时，具体的打印头组件可以定位成在任何适当的方向(包括向上、向下和向侧方)喷射墨水。打印头20可以使用任何适当的用于喷射墨水的技术，包括连续喷墨、热喷墨和压电喷墨。例如，图1中所示的实施例是连续喷墨系统。在2008年10月10日递交的PCT申请US2008/079484中描述了可以与目前公开的打印头设计一起使用的一种类型的连续喷墨系统，该申请公开为W02009/049130、题为“INK JET PRINTER HEAD ASSEMBLY”，该申请通过引用整体结合于此。已经发现，通过提供穿过墨水流动路径附近的穿孔开口的空气流，基本减少了墨水和其他碎屑在打印头表面上聚集，因此能够实现更长的运行时间而不需要维护或其他的操作中断。空气流优选设置成与墨水流直接相邻，例如距离墨水流小于5mm。现 在参考图1和图2，打印头组件10连接到供应导管13，所述供应导管13将打印头组件10连接到打印机的支架(未示出)。打印头组件10包括墨滴产生器模块14和加热器模块17。墨滴产生器模块14可以包括诸如用作墨滴产生器的压电元件、偏转板组件15、 相位测量系统、槽和喷射点19等元件，所述偏转板组件15包括带电电极和偏转板，从所述喷射点19喷出墨滴。当打印时，墨水通过供应导管13、通过流体通路、通过加热器模块17、 通过墨滴产生器模块14并最终在喷射点19附近流出打印头组件10。图1中所示的具体打印头设计仅仅表示可能的打印头构造的一个示例，本说明书中公开的打印头覆盖件设计不限于任何具体的打印头机构。图3和图4中详细示出了打印头组件10的表面32。打印头表面32可以包括围绕其周边的斜切边缘35。穿孔区域36设置成围绕打印开口或狭缝34。墨水从打印头20喷射穿过狭缝34。在一个实施例中，穿孔区域36包括设置在表面32中的多个孔38。孔38 的直径可以设定成在0. 4mm和1. 2mm之间，优选直径为约0. 5mm到1. Omm0在图4中所示的实施例中，穿孔区域36覆盖表面32的整个区域，包括斜切边沿35。尽管图4中示出穿孔区域36由多个孔38组成，但是其他开孔形状也是可行的。例如，孔可以是除了圆形之外的形状，例如，方形、矩形、椭圆形或三角形。此外，代替孔，穿孔区域36可以包括细长狭缝。穿孔区域36的目的是在打印头开口 34附近提供流出打印头组件10的空气流，很明显不同形状的开口也可以实现这个目的。使用圆形孔38用于穿孔区域36是有用的，因为圆形孔是容易提供的形状。可以通过机械方法(例如，钻孔)、通过化学蚀刻、或通过任何其他适当的方法来使孔形成于表面32中。螺纹孔40用于将接近传感器磁体连接到打印头覆盖件30，并且一旦打印头20组装则螺纹孔40不再开口。图5示出了替代打印头设计50。穿孔区域56设置成围绕狭缝M。与图4中所示的设计不同，穿孔区域M仅仅覆盖表面52的一部分。穿孔区域56包括设置在表面52中的多个孔38。在图5中所示的替代实施例中，穿孔区域56覆盖表面52的大致约50%，穿孔区域56是半圆形形状。通常，穿孔区域56设置在表面52的表面区域的至少20%上。在一个实施例中，穿孔区域56覆盖表面的表面区域的至少25%。在另一实施例中，穿孔区域 56覆盖表面52的表面区域的至少40%。在另外的实施例中，穿孔区域56覆盖表面52的表面区域的至少60 %、至少80 %或至少90 %。穿孔区域56优选包括至少10 %到40 %的开口区域，优选约15%的开口区域。“开口区域”定义为孔或其他开口的面积除以表面52的穿孔区域56的总表面积。在图5中所示的实施例中，表面52的形状是圆形，穿孔区域56的形状通常是半圆形。在一个实施例中，打印头覆盖剂30或50的形状通常是圆柱体，所述圆柱体具有圆柱壁观，所述圆柱壁观与表面32或52垂直并且围绕打印头20。穿孔区域56优选设置在打印开口 M附近。但是，根据各种因素(包括打印头组件的几何形状、打印头的类型、设计和制造约束)，穿孔区域56相对于打印开口 M的精确位置可以改变。在图9和图10所示并且如下描述的另一实施例中，打印头覆盖件的形状是大致由直线构成的，表面的形状大致是矩形。打印头组件10优选具有加压空气，以使得打印头组件10的内部31中的空气压力大于打印头组件10的外部33的环境空气压力。可以通过任何适当的方法来实现这种加压，所述方法包括空气泵或来自通常的压缩空气源的压缩空气。空气可以在任何适当的点 (例如，位于打印头覆盖件30中的通孔26)处进入打印头组件20。因此，在图2中可以看出，打印头组件10包括内部容积31，所述内部容积31通过穿孔区域36与外部容积或周围环境33流体连通，其中，内部容积31的空气压力大于外部容积或周围环境33的空气压力。 内部容积31和外部容积33之间的空气压力差优选大到足以产生穿过穿孔区域36和打印开口 34的充分的空气流，同时小到不显著的使打印质量降低。因此，通过使空气流过穿孔区域36，优选与打印头设计整体的提供在墨水流路径附近的空气流。穿过穿孔区域36的空气流率优选为至少约5ft2/hr。穿过穿孔区域36的空气流的方向可以大致与墨水流路径平行，并且大致与表面32垂直。穿孔穿孔区域36的空气流减小墨水和其他碎屑在打印头覆盖件30上的聚集。与上述相同的压缩空气条件可以应用于本说明书公开的其他打印头设计。如图2所示，打印头20优选定位成沿着打印头覆盖件30内的中心轴线。因此，在折射之后喷射点19定位成使得大致与表面32垂直的喷射墨水。
图6示出了通常的喷墨打印机的打印头覆盖件60的表面62。唯一的开口是狭缝 64，从所述狭缝64喷射墨水。螺纹孔66用于将接近传感器磁体连接到打印头覆盖件30，并且在打印过程中螺纹孔66并不开口。图7示出了打印头组件的另一实施例70。与图5中所示的设计相比，穿孔区域76 覆盖较小百分比的表面72的表面区域。穿孔区域76设置成围绕打印开口 74。穿孔区域 76可以覆盖表面72的表面区域的约30%。图8示出了打印头组件的另一实施例。打印头组件80包括两个表面，平坦面82 和倾斜面84。表面84是从平坦面82向后倾斜的。平坦面82设置成大致与打印头的轴线垂直。倾斜面84设置为与表面82成角度α。角度α大致在135°到170°之间，并且在一个实施例中角度α是约150°。打印开口 88设置在倾斜面84中。穿孔区域86设置成围绕打印开口 88。现在转向目前公开的打印头组件10如何运行，所述打印头组件10可以按照与通常的打印头相同的方式来使用。优选将加压空气提供至位于打印头覆盖件30内的打印头组件10的内部31。空气从打印头组件10的内部31 (在打印头的内部组件附近并且围绕墨水流路径)流过穿孔区域36中的开口 38。当墨水从打印头20喷射通过打印开口 34时，一部分的墨水飞溅会到打印头组件10的表面32上。围绕穿孔区域36的空气流防止墨水和其他碎屑的聚集，因此能够使打印头表面32具有更长的使用寿命和更低频率的清洁。在一个实施例中，打印头覆盖件30除了在表面32上或附近的开口之外，基本没有开口。穿孔覆盖件设计可以用于各种类型的喷墨打印机。除了单一喷嘴连续喷墨之外， 穿孔覆盖件设计还可以用于双喷嘴或多喷嘴连续喷墨打印机。此外，穿孔覆盖件设计可以用于二维点阵打印机，所述二维点阵打印机使用布置在线性点阵中的多个喷嘴。图9中示出了二维点阵打印头组件90的实施例。打印头组件90包括打印头91和围绕打印头91的打印头覆盖件93。打印头覆盖件93的形状是大致直线形成的，并且具有侧面95、97，所述侧面95、97设置成彼此垂直并且还垂直于表面92。表面92包括直线打印开口 94，所述打印开口 94设置在下面的打印头的出口点或喷嘴附近。穿孔区域96设置在表面92上。穿孔区域96优选设置成围绕打印开口 94，并且穿孔区域96可以覆盖表面92的整个区域。打印开口 94可以是任何适合的形状，以使得墨水能够从打印头的喷射点喷出而穿过打印头覆盖件90的表面92。可以在大致与表面92垂直的方向上喷射墨水。可以通过多个孔98 来设置穿孔区域96。孔98可以具有与前述的孔38相似的特性。图10中示出了二维点阵打印头组件100的另一实施例，所述打印头组件100与图 9中所示的设计大致类似。打印头组件100包括打印头101和打印头覆盖件103。表面102 包括直线打印开口 104，所述打印开口 94设置在下面的打印头的出口点或喷嘴附近。穿孔区域106设置在表面102上。穿孔区域106优选设置成围绕打印开口 104。可以通过多个孔108来设置穿孔区域106。穿孔区域106只覆盖表面102的区域的一部分。穿孔区域106 大致覆盖表面102的区域的约50%，并且穿孔区域106可以是矩形形状。通常，穿孔区域 106设置在表面102的至少20%的表面区域上。穿孔区域106优选包括至少10%到40% 的开口区域。如前述示例所述，打印头组件90和100提供穿过穿孔区域96、106的空气流，以减少空气和其他碎屑在打印头的表面上聚集。
可以通过任何适当的方法来制备本说明书中公开的打印头组件。打印头覆盖件30 的材料优选为钢，最优选为不锈钢，但是其他材料也是可行的。示例Videojet 1510和1610连续喷墨打印机准备使用三种类型的打印覆盖件以在衬底上打印。对比示例A使用如图6所示的通常的打印头覆盖件，所述通常的打印头覆盖件没有围绕打印头开口的穿孔区域。示例1使用如图5所示的穿孔打印头覆盖件。示例2使用图4中所示的穿孔打印头覆盖件。每个测试包括60 μ m的喷嘴和距离衬底12mm的喷射距离。为了执行加速测试，将衬底加电到-300伏特，并且将衬底设置在转筒上。该加速测试提供比打印头在正常操作条件下所经历的更严苛的条件。对于示例1和2，提供空气流通过穿孔区域。对于对比示例和示例1，打印机采用1510打印机运行达9小时，并且评价打印头表面上墨水的聚集。图11中示出了对比示例A的无穿孔印刷头的结果，图12示出了示例 1的穿孔印刷头的结果。从图11，可以看出，通常的打印头在打印头表面上具有显著的碎屑聚集。从图12，可以看出，与对比示例A的通常打印头相比，创造性的打印头在打印头表面上具有少得多的碎屑聚集，在与打印开口相邻的穿孔区域中几乎没有聚集。示例2使用图4中所示的穿孔打印头覆盖件，采用与上述示例1相同的操作条件， 并采用1610打印机。打印机运行达20小时，并且评价打印头表面上墨水的聚集。图13示出了示例2的穿孔印刷头的结果。从图13，可以看出，示例2的设计在打印头表面上具有极少的碎屑聚集，在与打印开口相邻的穿孔区域中几乎没有聚集。因此，可以看出，与对比示例A的通常打印头相比，示例1和2的设计使得打印机能够有更长的运行时间，并且需要更少的清洁。所描述和说明的实施例将被认为对特性是说明性的而不是限制性的，应当理解， 只示出和描述了优选实施例，在如权利要求书中所限定的发明范围内的所有变更和修改都希望得到保护。应当理解，虽然说明书中使用的例如“更好的”、“优选地”、“优选的”或“更优选的”等词说明所述特征可能是优良的，然而这不一定是必要的并且没有所述特征的实施例也可以被认为在所附权利要求书所限定的本发明的范围内。对于权利要求书，希望当例如“一个”、“至少一个”或“至少一部分”等词用于特征前面时，没有打算要将权利要求限制为只有一个所述特征，除非在权利要求中具体作出相反陈述。当使用词语“至少一部分” 和/或“一部分”时，该项可以包括一部分和/或整体，除非具体作出相反陈述。
权利要求
1.一种打印头组件，其包括打印头打印头覆盖件，其设置成围绕所述打印头，所述打印头覆盖件包括表面；打印开口，其设置在所述表面中，并且在所述打印头的喷射点附近；和穿孔区域，其与所述打印开口相邻的设置在所述表面上。
2.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述穿孔区域包括设置在所述表面中的多个孔。
3.根据权利要求2所述的打印头组件，其中，所述孔的直径设置为介于0.5mm至 1. Omm0
4.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述表面具有表面区域，其中，所述穿孔区域覆盖所述表面的所述表面区域的至少40%。
5.根据权利要求4所述的打印头组件，所述穿孔区域基本覆盖所述表面的全部的所述表面区域。
6.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述表面的形状是圆形，所述穿孔区域的形状大致是半圆形。
7.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述穿孔区域完全围绕所述打印开口。
8.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头组件包括内部容积，所述内部容积通过所述穿孔区域与周围环境流体连通，其中，所述内部容积的空气压力大于所述周围环境的空气压力。
9.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述穿孔区域包括至少15%的开口区域。
10.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头覆盖件的形状大致是圆柱形，所述表面的形状大致是圆形。
11.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头覆盖件的形状大致由直线组成的，所述表面的形状大致是矩形。
12.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头是连续喷墨打印头。
13.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头是二维点阵打印头。
14.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头定位成沿着所述打印头覆盖件内的中心轴线。
15.根据权利要求1所述的打印头组件，其中，所述打印头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头的轴线，所述第二部分设置成相对于所述第一部分成135°到170°之间的角度。
16.一种操作打印头的方法，其包括如下步骤提供打印头组件，所述打印头组件包括打印头打印头覆盖件，所述打印头覆盖件包括表面；和打印开口，其设置在所述表面中，所述打印开口设置成在所述打印头的喷射点附近；将墨水提供至所述打印头；从所述打印头的所述喷射点喷出墨水并穿过所述打印头覆盖件；在所述喷射点附近提供从所述打印头组件的内部到所述打印头组件的外部的空气流;和将墨水沉积在衬底上。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括向所述打印头组件提供加压空气。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括提供穿过所述打印头组件的所述表面中的穿孔区域、并流出所述打印头组件的空气流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述空气流大致平行于喷射的墨水的路径。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，与没有所述穿孔区域的同一打印头相比，显著减少聚集在所述打印头上的碎屑。
全文摘要
一种打印头组件，包括打印头和设置成围绕打印头的打印头覆盖件。打印头覆盖件包括表面和设置在表面中的打印开口。打印开口设置在打印头的喷射点附近。穿孔区域设置在表面上。
文档编号B41J2/165GK102325655SQ201080008408
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者赛尔哈迪·奥姆, 阿马尔·莱什比 申请人:录象射流技术公司