專利名稱：用于打印基本垂直觸擊打印介質(zhì)的墨水微滴的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字控制的打印裝置領(lǐng)域，尤其涉及連續(xù)噴墨打印機(jī)，其中液體墨水流分成微滴，一些微滴被選擇性地偏轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
通常稱作“連續(xù)流”或“連續(xù)”噴墨打印的打印技術(shù)采用一個加壓墨水源產(chǎn)生墨水微滴的連續(xù)流。傳統(tǒng)的連續(xù)噴墨打印機(jī)在靠近墨絲分成單個墨水微滴的位置采用靜電充電裝置。墨水微滴被充上電，接著通過偏轉(zhuǎn)電極被導(dǎo)引到合適的位置。當(dāng)無需進(jìn)行打印時，墨水微滴被導(dǎo)引到一個墨水捕獲機(jī)構(gòu)(通常稱作捕集器、攔截器、導(dǎo)流槽)中。當(dāng)需要進(jìn)行打印時，導(dǎo)引墨水微滴以觸擊打印介質(zhì)。
一般而言，連續(xù)式噴墨打印裝置要比按需噴墨裝置快，并生成質(zhì)量更高的打印圖像和圖形。不過，每種打印的顏色都需要一個獨(dú)立的微滴成形、偏轉(zhuǎn)和捕獲系統(tǒng)。
美國專利No.1941001和No.3373437均公開了一種連續(xù)噴墨噴嘴的陣列，其中要打印的墨水微滴被選擇性地充電并朝記錄介質(zhì)偏轉(zhuǎn)，該美國專利No.1941001的發(fā)明名稱為“Recorder”，
公開日為1933年12月26日，發(fā)明人為C.W.Hansell；而美國專利No.3373437的發(fā)明名稱為“Fluid Droplet Recorder With A Plufality Of Jets”，于1968年3月12日授予R.G.Sweet。這種技術(shù)被稱作二元偏轉(zhuǎn)連續(xù)噴墨打印。
美國專利No.3416153公開了這樣一種方法，該方法利用充電微滴流的靜電分散作用實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴墨打印中打印點(diǎn)的可變光密度，以調(diào)節(jié)貫穿小孔的微滴數(shù)量，其中該專利的發(fā)明名稱為“Ink Jet Recorder”，于1968年12月10日授予C.H.Hertz等人。
美國專利No.3878519公開了一種通過一個充電通道和多塊偏轉(zhuǎn)板利用靜電偏轉(zhuǎn)使微滴在液流中同步成形的方法和裝置，其中該專利的發(fā)明名稱為“Method And Apparatus For Synchronizing DropletFormation In A Liquid Stream”，于1975年4月15日授予JamesH.Eaton。
美國專利No.4346387公開了一種控制微滴上電荷的方法和裝置，該微滴通過在位于具有電勢梯度的電場中的微滴成形點(diǎn)處分裂加壓液流而形成，該專利的發(fā)明名稱為“Method And Apparatus ForControlling The Electric Charge On Droplets And Ink-Jet RecorderIncorporating The Same”，1982年8月24日授予Carl H.Hertz。微滴成形是對應(yīng)于所需的預(yù)定電荷在電場中的一點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)的，電荷在微滴成形點(diǎn)上被施加到微滴上。除了充電通道外，偏轉(zhuǎn)板實(shí)際上也用于使微滴偏轉(zhuǎn)。
美國專利No.4638382公開了一種連續(xù)噴墨打印頭，其利用恒定的熱脈沖來激發(fā)通過多個噴嘴導(dǎo)入的墨水流，以便在與噴嘴相隔一固定距離處將墨水流分成微滴。在該處，微滴被一充電電極一個個單獨(dú)地充電，接著利用位于微滴路徑上的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)，該專利名稱為“Printhead for An Ink Jet Printer”，于1987年1月20日授予DonaldJ.Drake等。
因?yàn)閭鹘y(tǒng)的連續(xù)噴墨打印機(jī)采用靜電充電裝置和偏轉(zhuǎn)板，所以它們需要許多部件和大空間的容積來有效地操作。這就導(dǎo)致連續(xù)噴墨打印頭和打印機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量需求高且難于制造和控制。
美國專利No.3709432公開了一種激勵墨水流的方法和裝置，其使用換能器使工作流體分成均勻隔開的墨水微滴，該專利的發(fā)明名稱為“Method And Apparatus For Aerodynamic Switching”，于1973年1月9日授予John A.Robertson。墨絲在分成墨水微滴之前的長度是通過控制供應(yīng)給換能器的激勵能量而調(diào)節(jié)的，高振幅激勵產(chǎn)生短絲，低振幅激勵產(chǎn)生長絲。氣流是在長短絲末端的中間位置橫跨流體路徑而產(chǎn)生的。氣流在墨絲分成微滴之前對墨絲軌跡的影響要大于對墨水微滴本身的軌跡的影響。通過控制墨絲的長度，可以控制墨水微滴的軌跡或者將墨水微滴的軌跡從一個路徑變換到另一個路徑。這樣一來，就可將一些墨水微滴導(dǎo)引到捕集器中，同時容許將其它墨水微滴施加到一個接納元件上。
雖然該方法并不依靠靜電裝置來實(shí)現(xiàn)微滴的軌跡，但它取決于墨絲分裂點(diǎn)的精確控制和使氣流到達(dá)這些分裂點(diǎn)的中間位置。這樣的系統(tǒng)難于控制和制造。而且，兩微滴路徑之間的物理距離或差別量小，進(jìn)一步增加了控制的難度。
美國專利No.4190844公開了一種連續(xù)噴墨打印機(jī)，其具有第一氣動偏轉(zhuǎn)器和第二氣動偏轉(zhuǎn)器，第一氣動偏轉(zhuǎn)器使不打印的墨水微滴偏轉(zhuǎn)到捕集器中，而第二氣動偏轉(zhuǎn)器使打印的墨水微滴發(fā)生振動。該專利的發(fā)明名稱為“Ink-Jet Printer With Pneumatic Deflector”，于1980年2月26日授予Terrence F.E.Taylor。蘇聯(lián)專利No.581478和歐洲專利No.494385同樣公開了相似的結(jié)構(gòu)。該蘇聯(lián)專利的發(fā)明名稱為“Inked Recording Of Pneumatic Signals On Paper Tape Using PulsedPressure Droplet Stream And Deflecting Nozzle For Signal”，于1977年11月29日授予Dietrich等人，該歐洲專利于1992年7月15日授予Dietrich等人。打印頭供應(yīng)用于分成單個墨水微滴的墨流。然后，墨水微滴選擇性地被第一氣動偏轉(zhuǎn)器、第二氣動偏轉(zhuǎn)器或二者偏轉(zhuǎn)。第一氣動偏轉(zhuǎn)器為“開/關(guān)”型式，其具有一塊隔板，它根據(jù)從中央控制單元中接收的兩種不同電信號中的一種打開或關(guān)閉噴嘴。這就確定了墨水微滴是否打印或不打印。第二氣動偏轉(zhuǎn)器為連續(xù)型式，其具有的一塊隔板根據(jù)在中央控制單元接收到的變化的電信號改變打開噴嘴的量。第二氣動偏轉(zhuǎn)器使打印的墨水微滴振動，這樣就可一次一個字符地打印多個字符。如果僅僅使用第一氣動偏轉(zhuǎn)器，多個字符可一次一行地形成，且通過打印頭往復(fù)移動而增加。
雖然該方法并不依靠靜電裝置來實(shí)現(xiàn)微滴的軌跡，但它依靠第一(“開/關(guān)”)氣動偏轉(zhuǎn)器的精確控制和定時來形成打印和不打印的墨水微滴。因?yàn)槊看螄娔夹枰?dú)立的氣動致動器，這樣的系統(tǒng)難于專為高噴嘴數(shù)打印頭制造。此外，一般用于調(diào)節(jié)氣流的機(jī)電致動器具有較慢的響應(yīng)時間。因此，相對于其它當(dāng)前市場上商品化的噴墨打印頭，按照圖像數(shù)據(jù)打印單個微滴就非常慢。此外，由于精確定時的要求，兩微滴路徑之間的物理間隔或差別量不穩(wěn)定，從而增加了控制打印和不打印墨水微滴的難度，導(dǎo)致墨水微滴軌跡的控制較差。
此外，通過使用兩個氣動偏轉(zhuǎn)器，使得打印頭的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，需要更多的部件。附加的部件和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)需要在打印頭與介質(zhì)之間存在大空間容積，從而增加了墨水微滴軌跡距離。微滴軌跡距離的增加降低了微滴定位的準(zhǔn)確性并影響打印圖像質(zhì)量。此外，需要最大程度地減小微滴在觸擊打印介質(zhì)之前應(yīng)行進(jìn)的距離以便保證高質(zhì)量的圖像。
美國專利No.6079821公開了一種連續(xù)噴墨打印機(jī)，它采用非對稱加熱器進(jìn)行激勵以從墨流中產(chǎn)生單個的墨水微滴并使這些墨水微滴發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該專利的發(fā)明名稱為“Continuous Ink Jet Printer WithAsymmetric Heating Drop Deflection”，于2000年6月27日授予JamesM.Chwalek等人。打印頭包括一個加壓墨水源和一個非對稱加熱器，該加熱器可操作地形成打印墨水微滴和不打印的墨水微滴。打印墨水微滴沿著打印墨水微滴路徑流動，最終觸擊接納介質(zhì)，而不打印墨水微滴沿著不打印墨水微滴路徑流動，最終觸擊捕集器表面。不打印墨水微滴通過一個形成在捕集器中的墨水去除通道再循環(huán)或除掉。雖然美國專利No.6079821(Chawlek等人)中公開的噴墨打印機(jī)在其指定用途上卓有成效，但它最好與隨溫度具有大的粘度變化的墨水一起使用。上述的各種噴墨打印系統(tǒng)都有利也有弊。不過，需要低功率和低電壓來操作的打印頭在市場中占據(jù)有利地位，優(yōu)選是頁寬陣列式的。相比使用壓電換能器，使用加熱器使墨流分成微滴具有更顯著的優(yōu)勢(描述在美國專利No.4350986中，該專利的發(fā)明名稱為“Ink JetPrinter”，于1982年9月21日授予Takahiro Yamanda)。因?yàn)榕c壓電換能器類型相比，加熱器可采用更為緊湊的結(jié)構(gòu)制造，其允許每英寸具有更大密度的噴嘴，且加熱器設(shè)計的制造成本明顯降低。此外，使用加熱器易于調(diào)節(jié)并控制大微滴或小微滴的體積，而壓電式振動器形成的微滴并不容易調(diào)節(jié)，且高度取決于墨水的流體特性比如表面張力和粘度。
美國專利No.5455614公開了這樣一種系統(tǒng)，其中連續(xù)噴墨打印頭組件相對于打印襯底是傾斜的，這樣打印微滴就循著更加筆直的路徑噴向襯底。該專利的發(fā)明名稱為“Printing Method And Print HeadHaving Angled Ink Jet”，于1995年10月3日授予Paul M.Rhodes。在該方法中，墨水噴嘴和偏轉(zhuǎn)裝置的平面都是傾斜的以實(shí)現(xiàn)所需的打印角。該方法可用在從噴嘴至打印介質(zhì)的路徑長度相對長的時候，不過，如果路徑長度短(例如3-4mm)，將沒有足夠的空間使噴嘴板和氣流偏轉(zhuǎn)器傾斜離開它們此前采用的平行于打印介質(zhì)的方位。
專利合作條約(PCT)于1981年11月12日公開的國際申請WO81/03149披露了一種連續(xù)噴墨裝置，其中靜電微滴偏轉(zhuǎn)用于鑒別打印和不打印微滴。此外，又一種電極結(jié)構(gòu)用于改變打印微滴的路徑，這樣它們就以直角觸擊打印介質(zhì)。因而就能在不光滑或起皺的表面上打印時實(shí)現(xiàn)良好的微滴定位。雖然該方法解決了微滴路徑不垂直的問題，但它需要墨水微滴帶電，這樣產(chǎn)生微滴之間相排斥的現(xiàn)象。此外，該方法需要高電壓和昂貴的控制電路，要求墨水位于一定的導(dǎo)電區(qū)內(nèi)。
參見圖1，該圖示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種連續(xù)噴墨打印機(jī)系統(tǒng)5。該現(xiàn)有技術(shù)中的連續(xù)噴墨打印機(jī)系統(tǒng)包括一個圖像源10，比如一臺掃描儀或計算機(jī)，用來提供光柵圖像數(shù)據(jù)、形式為頁面說明語言的外形輪廓圖像數(shù)據(jù)或其它形式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。該圖像數(shù)據(jù)通過一個圖像處理單元12被轉(zhuǎn)換成半色調(diào)位像數(shù)據(jù)，該圖像處理單元12還儲存存儲器13中的圖像數(shù)據(jù)。一個加熱器控制電路14從圖像存儲器13中讀取數(shù)據(jù)并將電子脈沖施加到成為打印頭16一部分的加熱器32上。這些脈沖是在適當(dāng)?shù)臅r間施加的，這樣由連續(xù)噴墨流形成的微滴就會在圖像存儲器中的數(shù)據(jù)表示的適當(dāng)位置上在記錄介質(zhì)18上打印出墨點(diǎn)。圖1所示的打印頭16通常稱作頁寬打印頭。
記錄介質(zhì)18是通過一個記錄介質(zhì)傳送系統(tǒng)20相對于打印頭16移動的，該記錄介質(zhì)傳送系統(tǒng)20受到一個記錄介質(zhì)傳送控制系統(tǒng)22的電控制，而該記錄介質(zhì)傳送控制系統(tǒng)22又受到一個微控制器24的控制。圖1所示的記錄介質(zhì)傳送系統(tǒng)20僅僅是示意性的，可采用許多不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如，可將一個傳送輥用作記錄介質(zhì)傳送系統(tǒng)20，從而易于將墨水微滴傳遞到記錄介質(zhì)18上。這類傳送輥技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的。就頁寬打印頭16來說，使記錄介質(zhì)18移過固定的打印頭16是最為方便的。
墨水在壓力下容納于一個墨水儲存器28中。在不打印的狀態(tài)下，連續(xù)噴墨微滴流不能到達(dá)記錄介質(zhì)18，因?yàn)槟畬?dǎo)流槽34阻擋了墨流，且會讓一部分墨水由一個墨水再循環(huán)單元36再循環(huán)。墨水再循環(huán)單元36回收墨水并將墨水送回墨水儲存器28。這類墨水再循環(huán)單元36在本領(lǐng)域中是眾所周知的。適用于最佳運(yùn)行的墨水壓力取決于多種因素，包括噴嘴孔(如圖2所示)的幾何結(jié)構(gòu)和熱學(xué)性質(zhì)以及墨水的熱學(xué)性質(zhì)。恒定的墨水壓力可通過在墨水壓力調(diào)節(jié)器26的控制下將壓力施加到墨水儲存器28上來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)5可裝有附加的墨水儲存器28以便進(jìn)行彩色打印。當(dāng)采用該方式操作時，由墨水導(dǎo)流槽34收集的墨水一般被收集起來并加以處理。
墨水通過墨水通道30被分配到打印頭16的背面上。墨水優(yōu)選流經(jīng)穿過打印頭16硅襯底腐蝕的狹槽和/或孔而到達(dá)其具有多個噴嘴和加熱器的正面。由于打印頭16由硅制成，所以可使加熱器控制電路14與打印頭組合成一體。打印頭16可采用已知的半導(dǎo)體制造技術(shù)來成形(CMOS電路制造技術(shù)、微機(jī)電結(jié)構(gòu)(MEMS)制造技術(shù)等)。打印頭16還可由不同于硅的半導(dǎo)體材料制成。
參見圖2，該圖更為詳細(xì)地示出了打印頭16。打印頭16包括一個微滴成形機(jī)構(gòu)38。微滴成形機(jī)構(gòu)38可包括多個位于打印頭16上的加熱器40，它們繞著形成在打印頭16中的多個噴嘴孔42。盡管每個加熱器40都可在徑向上與對應(yīng)噴嘴孔42的邊緣隔開，但加熱器40優(yōu)選以同心的方式靠近對應(yīng)的噴嘴孔42設(shè)置。一般來說，加熱器40以一個基本呈圓形或環(huán)形的形狀成形。不過，加熱器40也可采用其它形狀成形。一般來說，每個加熱器40都包括一個電阻加熱元件44，其通過導(dǎo)線48與觸點(diǎn)46電連接。鈍化層通常位于電阻加熱元件44與導(dǎo)線48上以相對于墨水提供電絕緣。觸點(diǎn)46和導(dǎo)線48形成加熱器控制電路14的一部分，該加熱器控制電路與一個微控制器24相連?；蛘撸部刹捎闷渌愋偷募訜崞鱽慝@得相似的效果。
加熱器40被選擇性地激勵以形成微滴，正如美國專利公開文件2002/0085071中描述的那樣。成形微滴的體積與流經(jīng)噴嘴的墨水速度和加熱器的激勵速度有關(guān)，但與分散在加熱器中的能量數(shù)量無關(guān)。圖3是由微控制器24提供給加熱器40的電激勵波形的示意性示例。通常，加熱器40的快速脈沖發(fā)生形成了小的墨水微滴，而較慢的脈沖發(fā)生形成了較大的微滴。在這里表示的示例中，小墨水微滴用于在圖像接收體上打印，而較大的不打印的微滴被捕獲用于墨水的再循環(huán)。
在該示例中，相對于每個圖像像素，每個噴嘴形成多個微滴，時期P0、P1、P2等為與相關(guān)圖像像素的打印有關(guān)的時間，下標(biāo)表示像素時間中形成的打印微滴量。示意圖示出了因施加各種波形產(chǎn)生的微滴。為簡單起見，示出了兩個小打印微滴的最大值。不過，該原理可容易擴(kuò)展成容許有更大的打印微滴最大數(shù)量。
在每個圖像像素的微滴成形中，除了可選擇的大量小打印微滴外，還總形成不打印的大微滴95、105或110。加熱器40相對于每個圖像像素的激勵波形是從電脈沖時間65開始的。在延遲時間83之后，加熱器40的進(jìn)一步(可選)激勵使脈沖37按照圖像數(shù)據(jù)實(shí)施，其中間隔P1需要至少一個打印微滴100，如圖所示。對于圖像數(shù)據(jù)需要在時間間隔P2中形成別的打印微滴的情況而言，加熱器40在延遲時間84后通過脈沖75再次激勵。加熱器激勵電脈沖時間65、70和75基本上是相似的，正如所有的延遲時間83和84一樣。延遲時間80、85和90是脈沖發(fā)生在像素時間間隔P中結(jié)束后到下一個圖像像素開始的剩余時間。所有的小打印微滴100都具有相同的體積。不過，較大的不打印微滴95、105和110的體積根據(jù)前面像素時間間隔P中形成的小微滴100的數(shù)量改變，因?yàn)樾∥⒌卧谙袼貢r間間隔P中遠(yuǎn)離大微滴集中形成。延遲時間90優(yōu)選被選擇成明顯大于延遲時間83、84，這樣大的不打印微滴110的體積是小的打印微滴100的4倍或更大。
可看出，需要改進(jìn)由傳統(tǒng)噴墨打印頭控制的微滴定位，該噴墨打印頭采用一個氣流偏轉(zhuǎn)器來將微滴分到打印和不打印的路徑中。更具體地說，需要保持連續(xù)噴墨打印頭中低功率和低電壓打印頭操作的特征，同時相對于打印介質(zhì)提供一種改進(jìn)的打印微滴路徑。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，上述需要是通過提供一種打印基本垂直觸擊打印介質(zhì)的墨水微滴的方法而得到滿足的，該方法包括的步驟為從形成在打印頭內(nèi)的多個噴嘴孔中噴射作為墨水流的第一微滴和第二微滴，第一微滴具有第一體積，而第二微滴具有第二體積；使第一微滴或第二微滴移動到相對于打印介質(zhì)大致垂直的觸擊位置；沿著不同的微滴路徑將第一微滴或第二微滴分開；利用一個墨水導(dǎo)流槽捕獲第一微滴或第二微滴；基本垂直于打印介質(zhì)使第一微滴或第二微滴觸擊打印介質(zhì)。
本發(fā)明的另一方面提供了一種垂直于圖像接收體打印墨水微滴路徑的裝置，它包括一個打印頭，其包括從中噴射出可調(diào)節(jié)體積的墨水微滴流的一個或多個噴嘴；第一微滴偏轉(zhuǎn)器，其適于在墨水微滴流上產(chǎn)生一個作用力，該作用力被以一定角度施加到墨水微滴流上，以使具有第一體積范圍的墨水微滴流沿著第一組路徑移動，而使具有第二體積范圍的墨水微滴流沿著第二組路徑移動；一個控制器，其適于根據(jù)要打印的圖像數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)通過一個或多個噴嘴噴射的墨水微滴流；一個墨水捕集器，其被定位成容許沿著第一組路徑移動的墨水微滴流不受阻礙地通過墨水捕集器，同時截取沿著第二組路徑移動的墨水微滴流；以及第二微滴偏轉(zhuǎn)器，其改變具有第一體積范圍的墨水微滴流的飛行路徑，從而使飛行路徑垂直于圖像接收體。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面本發(fā)明替換實(shí)施例的說明和附圖中變得明顯，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中連續(xù)噴墨打印機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中具有微滴成形機(jī)構(gòu)的打印頭的頂視圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)加熱器頻率控制的視圖，示出了一個將較小墨水微滴用于打印的實(shí)施例；圖4是具有微滴成形機(jī)構(gòu)和微滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的打印頭的示意側(cè)視圖，示出了要解決的問題；圖5是具有微滴成形機(jī)構(gòu)和微滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的打印頭的示意側(cè)視圖，其中示出了利用小墨水微滴進(jìn)行打印的本發(fā)明的第一示例；圖6是具有微滴成形機(jī)構(gòu)和微滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的打印頭的示意側(cè)視圖，其中示出了利用大墨水微滴進(jìn)行打印的本發(fā)明的第一示例；圖7是具有微滴成形機(jī)構(gòu)和微滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的打印頭的示意側(cè)視圖，其中示出了利用小墨水微滴進(jìn)行打印的本發(fā)明的第二示例；圖8是具有微滴成形機(jī)構(gòu)和微滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的打印頭的示意側(cè)視圖，其中示出了利用小墨水微滴進(jìn)行打印的本發(fā)明的第三示例；圖9是有關(guān)加熱器頻率控制的視圖，示出了一個將大墨水微滴用于打印的實(shí)施例；圖10是具有微滴成形機(jī)構(gòu)和微滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的打印頭的示意側(cè)視圖，其中示出了利用大墨水微滴進(jìn)行打印的本發(fā)明的第二示例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明尤其涉及形成本發(fā)明裝置一部分的元件，或更直接地與本發(fā)明裝置相協(xié)作的元件。應(yīng)該理解的是，未特別示出或描述的元件可采取本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的形式。
均以David L.Jeanmaire等人名義申請的公開于2003年4月29日的美國專利6554410和美國專利公開文件2002/0085071披露了連續(xù)噴墨的打印技術(shù)，其中噴嘴加熱器以多種頻率被選擇性地激勵以形成具有多種體積的墨水微滴流。氣流提供了一個根據(jù)微滴體積將微滴分到打印和不打印路徑中的作用力。
雖然由Jeanmaire等人披露的這種打印方法耗費(fèi)很少的電能，且適用于用很多種墨水進(jìn)行打印，但打印微滴是成一定角度偏轉(zhuǎn)的，這樣它們的路徑就與打印介質(zhì)的表面不垂直。如此一來，在打印過程中改變從打印頭至打印介質(zhì)的距離時就有了難度，這種情況會在打印臺上未完全放平打印介質(zhì)時發(fā)生。于是，墨水微滴就不會觸擊打印介質(zhì)上的指定位置，圖像質(zhì)量也就下降了。
根據(jù)本發(fā)明，一種在圖像接收體上打印圖像的裝置包括一個打印頭，該打印頭具有一組噴嘴，墨水微滴流從這些噴嘴中噴射出來。每個噴嘴都連接有一個機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)適于獨(dú)立地調(diào)節(jié)從噴嘴中噴射的墨水微滴的體積。通常，指定的噴嘴處形成有兩個微滴體積范圍，第一個的體積要比第二個的小得多。微滴偏轉(zhuǎn)器適于在噴射的微滴上產(chǎn)生一個作用力，所述作用力是與墨水微滴流成一傾斜角度地施加到微滴上的，從而使具有第一體積的墨水微滴沿著第一組路徑移動，而使具有第二體積的墨水微滴沿著第二組路徑移動。墨水捕集器被定位成容許沿著第一組路徑行進(jìn)的微滴不被阻礙地移過捕集器，同時截取沿著第二組路徑行進(jìn)的微滴。根據(jù)本發(fā)明，提供有這樣的裝置，即，該裝置使打印微滴流以直角觸擊打印介質(zhì)，同時容許打印頭上墨水噴嘴的平面與打印介質(zhì)的平面基本平行。在本發(fā)明的一個示例中，在墨水噴嘴的下方于墨水容納區(qū)域中采用流體導(dǎo)引肋結(jié)構(gòu)，從而與打印頭的表面成不同于90度的角度噴墨。在第二示例中，在墨水捕集器后沿打印微滴路徑利用由第二微滴偏轉(zhuǎn)器提供的第二氣流來偏轉(zhuǎn)微滴流，這樣最終的微滴路徑就與打印介質(zhì)相垂直。在第三示例中，所述第二氣流由打印介質(zhì)與打印頭組件之間的相對運(yùn)動引起的空氣流動形成。
參見圖4，該圖示出了所要解決的問題的一個示意性示例，打印頭16是以給每個像素提供一個打印微滴的方式操作的，如上所述。氣流鑒別器130根據(jù)微滴體積將微滴分到打印或不打印的路徑中。在打印頭16中墨水通過噴嘴42進(jìn)行噴射，從而形成沿著軸線X基本垂直于打印頭16(α＝90°)移動的墨水流62。加熱器40根據(jù)圖像數(shù)據(jù)被選擇性地以不同頻率激勵，從而將墨水流62分成獨(dú)立的墨水微滴流。微滴的聚結(jié)通常在形成不打印微滴105時發(fā)生。氣流鑒別器130是與軸線X成一個非零角度地由氣流提供的，并形成第一微滴偏轉(zhuǎn)器。例如，氣流可垂直于軸線X。氣流鑒別器130在L的距離內(nèi)起作用，且當(dāng)來自氣流鑒別器130的氣體作用力與墨水微滴流相互作用時，單個墨水微滴根據(jù)各自的體積和質(zhì)量而分開。氣體流速可被調(diào)節(jié)成使小微滴路徑S與大微滴路徑K之間存在足夠大的偏差D，從而允許小微滴100以角度β觸擊打印介質(zhì)W，而使大的不打印微滴105被一個墨水導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240捕獲。就偏差D的有效值而言，角度β不等于90°，一般為60°-80°。因此，當(dāng)從打印頭至打印介質(zhì)W的距離在打印過程中改變時，就會出現(xiàn)微滴定位誤差。通常，角度β的值越小，定位誤差就越大。打印介質(zhì)W可包括一種圖像接收體。
在本發(fā)明的第一示例中，與噴嘴平面所成的噴墨角α(見圖4)不等于90°。因此，墨水微滴路徑X、K和S就被改變成使路徑S與打印介質(zhì)W垂直(β＝90°)。噴射流的傾斜使得噴嘴的平面(在該示例中為打印頭的正面)、氣流鑒別器130、墨水導(dǎo)流槽240以及打印介質(zhì)W成為平行的結(jié)構(gòu)，這樣整體的打印頭組件就能盡可能地變得緊湊，從而最大程度地縮短從打印頭16至打印介質(zhì)W的距離。
可采用幾種方式來使墨水流62相對于噴嘴面傾斜。其中一種方式是如美國專利No.6079821(Chwalek等人)中披露的那樣，在每個噴嘴周圍進(jìn)行非對稱加熱。美國專利6497510描述了一種使噴射流熱偏轉(zhuǎn)的相關(guān)方法，該專利的發(fā)明名稱為“Deflection Enhancement For Continuous InkJet Printers”，于2002年12月24日授予Christopher Delametter等人，該方法涉及將非對稱的加熱與鄰近打印頭噴嘴的墨水通道中的物理結(jié)構(gòu)組合起來。不過，因需高溫來實(shí)現(xiàn)顯著的噴射流偏轉(zhuǎn)，所以非對稱加熱的使用方式并不是優(yōu)選的。
使墨水流62傾斜的第二種方法是在噴嘴中或在緊靠噴嘴的附近位置采用非對稱的物理結(jié)構(gòu)。一個示例是如美國專利No.6364470描述的那樣，在噴嘴孔中設(shè)置凹槽結(jié)構(gòu)，該專利的發(fā)明名稱為“Continuous Ink JetPrinter With A Notch Deflector”，于2002年4月2日授予Antonio Cabal等人。另一種方法是給噴嘴提供一個非對稱的供墨通道，如圖5中示意性地示出那樣。這類供墨通道可由硅制成，美國專利6474794(Anagnostopoulos)中給出了相關(guān)的教導(dǎo)。硅“肋”或阻擋結(jié)構(gòu)56和58形成了一個將墨水供應(yīng)給噴嘴孔42的墨水通道51。阻擋結(jié)構(gòu)56和58可結(jié)合到噴嘴隔板54上，也可由金屬或氮化硅構(gòu)造。也可使阻擋結(jié)構(gòu)56和58相應(yīng)地非對稱。在一個示例中，下部結(jié)構(gòu)58要比上部結(jié)構(gòu)56更靠近噴嘴孔42的邊緣，下部結(jié)構(gòu)58距離噴嘴孔42邊緣的距離為d1，而上部結(jié)構(gòu)56距離噴嘴孔42邊緣的距離為d2。不過，距離d1和d2也可在別的示例中反過來。在其它示例中，墨水總管59內(nèi)的一個墨水總管阻礙件61將墨水流導(dǎo)引到相對于打印介質(zhì)W垂直的觸擊位置。結(jié)構(gòu)56和58的排列和/或墨水總管阻礙件61的嵌入使得墨水流62相對于噴嘴隔板54以小于90°的角度α從噴嘴孔42中噴射出來。角度α可為2°-45°。
參見圖6，該圖為一打印頭組件的示意圖，該打印頭組件包含本發(fā)明的第一示例，打印頭16上的加熱器40將墨水流62分成大的不打印微滴105和小的打印微滴100，該小的打印微滴100一開始是沿著路徑X行進(jìn)的。氣流鑒別器130起分開大小微滴的作用，小的打印微滴100沿路徑S偏轉(zhuǎn)，而大的不打印微滴105沿路徑K偏轉(zhuǎn)。墨水捕集器240截取沿路徑K移動的微滴，同時容許沿路徑S移動的微滴以直角(β＝90°)觸擊打印介質(zhì)W。
在本發(fā)明的第二示例中，第二氣流132(即第二微滴偏轉(zhuǎn)器)用于對小打印微滴的路徑進(jìn)行校正，這樣就使它們以直角觸擊打印介質(zhì)。圖7的示意圖中給出了一個以該示例為特征的打印裝置的示例。墨水通過打印頭16中的噴嘴孔42噴射出來，從而形成一股沿著軸線X基本垂直于打印頭16移動(α＝90°)的墨水流62。加熱器40根據(jù)圖像數(shù)據(jù)被選擇性地以各種頻率激勵，從而將墨水流62分成獨(dú)立的墨水微滴流。氣流鑒別器130是與軸線X成直角地由氣流提供的。氣流鑒別器130在L1的距離內(nèi)起作用，且當(dāng)來自氣流鑒別器130的氣體作用力與墨水微滴流相互作用時，單個墨水微滴根據(jù)各自的體積和質(zhì)量而分開。因而，小的打印微滴100就沿著路徑S1偏轉(zhuǎn)，而大的不打印微滴105沿著路徑K偏轉(zhuǎn)較小的程度。大微滴105可被墨水導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240捕獲，而小微滴100穿過導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240且與氣體作用力132即第二微滴偏轉(zhuǎn)器相互作用。該作用力132是在與氣流鑒別器130相反的方向上施加的，且在L2的距離內(nèi)起作用。因此，小微滴100以角度β被導(dǎo)引到新微滴路徑S2上并觸擊打印介質(zhì)W，該角度β大致為90°。角度β在88°-92°范圍內(nèi)。此外，氣體作用力132的大小可相對于雙向打印改變以補(bǔ)償不需要的空氣干擾。打印介質(zhì)W相對于打印頭移動緩慢或根本不動。
本發(fā)明的第三示例利用打印頭組件與打印介質(zhì)之間的相對運(yùn)動來提供校正打印微滴路徑的第二氣流。該實(shí)施例在圖8的打印頭組件示意圖中示出。正如在前述的示例中那樣，墨水通過打印頭16中的噴嘴孔42噴射出來，從而形成沿著軸線X基本垂直于打印頭16(α＝90°)移動的墨水流62。加熱器40根據(jù)圖像數(shù)據(jù)被選擇性地以各種頻率激勵，從而將墨水流62分成獨(dú)立的墨水微滴流。氣流鑒別器130是由與軸線X成直角的氣流提供的。氣流鑒別器130在L1的距離內(nèi)起作用，且當(dāng)來自氣流鑒別器130的氣體作用力與墨水微滴流相互作用時，單個墨水微滴根據(jù)各自的體積和質(zhì)量而分開。因而，小的打印微滴100就沿著路徑S1偏轉(zhuǎn)，而大的不打印微滴105沿著路徑K偏轉(zhuǎn)較小的程度。大的不打印微滴105可被墨水導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240捕獲，而小的打印微滴100穿過導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240且與提供第二微滴偏轉(zhuǎn)器的氣體作用力134相互作用。由于打印頭組件與打印介質(zhì)之間高打印速度的相對運(yùn)動，氣流形成氣體作用力134(例如，可以預(yù)想得到該實(shí)施例將最好地應(yīng)用在打印速度為1m/s或更高的打印機(jī)結(jié)構(gòu)中)。由于空氣運(yùn)動的原因，氣體作用力134作用在與氣流鑒別器130相反的方向上且在距離為L2的范圍內(nèi)。因此，小的打印微滴100以角度β被導(dǎo)引到新微滴路徑S2上并觸擊打印介質(zhì)W，該角度β大致為90°。角度β可在88°-92°范圍內(nèi)。
本發(fā)明的所有三個示例都可應(yīng)用到打印裝置的設(shè)計上，其中將大微滴而不是小微滴用于打印的打印裝置的結(jié)構(gòu)。一個適于大微滴打印的示例在這里采用的是本發(fā)明的第二示例，如圖8所示。在該示例中，僅僅給每個圖像像素提供一個打印微滴，這樣就有了兩種加熱器40的激勵狀態(tài)，打印或不打印。圖9a示意性地示出了打印情況下的加熱器40激勵的電波形。圖9b示意性地示出了在與該加熱器激勵(電脈沖時間)和延遲時間80相結(jié)合時，由從圖7和8中所示的噴嘴孔42中噴射墨水產(chǎn)生的單個大的不打印墨水微滴95。圖9c示意性地給出了不打印情況下的電熱器40激勵的電波形。電脈沖65的持續(xù)時間自圖9a保持不變，但激勵脈沖之間的延遲時間83比延遲時間80短4倍。如圖9d所示，通過該不打印波形激勵加熱器40結(jié)果產(chǎn)生小打印微滴100。
圖9e是用于混合的圖像數(shù)據(jù)加熱器40激勵的電脈沖的示意圖，其中示出了不打印狀態(tài)至打印狀態(tài)再回到不打印狀態(tài)的躍遷過程。圖9f的示意圖是最后形成的微滴流。顯然，可基于經(jīng)相應(yīng)噴嘴孔42噴射的所需墨水顏色、打印頭16相對于打印介質(zhì)W的運(yùn)動以及所希望的打印圖像，獨(dú)立地控制加熱器40的激勵。
現(xiàn)在參見圖10，其示意性地示出了打印頭組件，墨水經(jīng)打印頭16中的噴嘴孔42噴射出來，從而形成沿著軸線X基本垂直于打印頭16移動(α＝90°)的墨水流62。加熱器40根據(jù)圖像數(shù)據(jù)以各種頻率被選擇性地激勵，如圖9a-9f所示，從而將墨水流62分成單個墨水微滴流。在形成大的不打印微滴95時通常會發(fā)生微滴的聚結(jié)。氣流鑒別器130由與軸線X成直角的氣流提供。氣流鑒別器130在L1的距離內(nèi)起作用，且當(dāng)來自氣流鑒別器130的氣體作用力與墨水微滴流相互作用時，單個墨水微滴根據(jù)各自的體積和質(zhì)量分開。因而，小的打印微滴100沿著路徑S偏轉(zhuǎn)，而大的不打印微滴95沿著路徑K1偏轉(zhuǎn)較小的程度。小的打印微滴100被一個墨水導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240捕獲，而大的不打印微滴95通過導(dǎo)流結(jié)構(gòu)240且與第二氣體作用力133相互作用。該第二氣體作用力133是在與氣流鑒別器130相反的方向上施加的，并在L2的距離內(nèi)施加。因此，大的不打印微滴95以角度β被導(dǎo)引到新微滴路徑K2上并觸擊打印介質(zhì)W，該角度β大致為90°。
權(quán)利要求
1.一種打印基本垂直觸擊打印介質(zhì)的墨水微滴的方法，包括的步驟有a)從形成在打印頭內(nèi)的多個噴嘴孔中噴射作為墨水流的第一墨水微滴和第二墨水微滴，第一墨水微滴具有第一體積，而第二墨水微滴具有第二體積；b)相對于打印介質(zhì)將第一墨水微滴或第二墨水微滴導(dǎo)引到基本垂直的觸擊位置；c)沿著不同的微滴路徑將第一墨水微滴或第二墨水微滴分開；d)利用墨水導(dǎo)流槽捕獲第一墨水微滴或第二墨水微滴；e)基本垂直于打印介質(zhì)使第一墨水微滴或第二墨水微滴觸擊打印介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一墨水微滴的第一體積小于第二墨水微滴的第二體積。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一墨水微滴的第一體積大于第二墨水微滴的第二體積。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括的步驟為，對多個噴嘴孔進(jìn)行非對稱加熱。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括的步驟為，為多個噴嘴孔提供空間關(guān)系上非對稱的結(jié)構(gòu)，以形成非對稱的供墨通道。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括的步驟為，提供墨水總管阻礙件，以相對于打印介質(zhì)將墨水流導(dǎo)引到垂直觸擊的位置。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括的步驟為，提供氣流，以基本垂直于打印介質(zhì)導(dǎo)引第一墨水微滴或第二墨水微滴。
8.一種垂直于圖像接收體打印墨水微滴的裝置，它包括a)打印頭，其包括a1)從中噴射出可調(diào)節(jié)體積的墨水微滴流的一個或多個噴嘴；a2)使墨水微滴流與該一個或多個噴嘴的垂直平面偏離2-45度的裝置；b)微滴偏轉(zhuǎn)器，其適于在墨水微滴流上產(chǎn)生一作用力，該作用力被以一定角度施加到墨水微滴流上，以使具有第一體積范圍的墨水微滴流垂直于圖像接收體沿著第一組路徑移動，而使具有第二體積范圍的墨水微滴流沿著第二組路徑移動；c)控制器，其適于根據(jù)要打印的圖像數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)通過一個或多個噴嘴噴射的墨水微滴流；d)墨水捕集器，其被定位成容許沿著第一組路徑移動的墨水微滴流不受阻礙地通過墨水捕集器，同時截取沿著第二組路徑移動的墨水微滴流。
9.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，使墨水微滴流偏離垂直平面的措施是對一個或多個噴嘴進(jìn)行非對稱加熱。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，使墨水微滴流偏離垂直平面的措施是靠接一個或多個噴嘴的非對稱物理結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，使墨水微滴流偏離垂直平面的措施是改變墨水微滴的方向以使其基本垂直地觸擊到圖像接收體上的氣流。
全文摘要
一種打印基本垂直觸擊打印介質(zhì)的墨水微滴的方法，包括的步驟有從形成在打印頭內(nèi)的多個噴嘴孔中噴射作為墨水流的第一微滴和第二微滴，第一微滴具有第一體積，而第二微滴具有第二體積；相對于打印介質(zhì)使第一微滴或第二微滴移動到垂直的觸擊位置；沿著不同的微滴路徑將第一微滴或第二微滴分開；利用一個墨水導(dǎo)流槽捕獲第一微滴或第二微滴；大致垂直于打印介質(zhì)使第一微滴或第二微滴觸擊打印介質(zhì)。
文檔編號B41J2/03GK1500635SQ20031011640
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月18日
發(fā)明者D·L·簡邁爾, D L 簡邁爾 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司