專利名稱：保持或恢復噴墨打印頭的噴嘴功能的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本申請主要涉及噴墨打印機的噴墨打印頭，其中，噴墨打印頭包括與噴射室流 體連通的多個噴嘴并且墨水被從室中通過噴嘴以液滴狀噴出，以在介質上進行打印。更 具體地，本發(fā)明涉及保持或恢復受到噴嘴處的墨水堵塞影響的噴嘴功能的系統(tǒng)或方法。
背景技術：
噴墨打印系統(tǒng)的噴墨打印頭包括多個噴嘴，墨水響應于來自控制器的打印指令 而通過該多個噴嘴以液滴狀噴出，以在打印介質上進行打印。無論打印頭是永久安裝在 打印系統(tǒng)上并且連接到墨水源的類型，還是包括對墨水儲液器進行支持的墨盒的可廢棄 型，每個噴嘴都設置在與噴墨室流體連通的打印頭上。在熱噴墨打印機和打印頭的情況 下，通過響應于打印指令而將熱量施加到噴墨室中的墨水上，將墨水以液滴狀噴出。一 個或多個電阻加熱器與每個噴墨室相關聯(lián)，并且產(chǎn)生使得墨水中的溶劑蒸發(fā)而在噴射室 中產(chǎn)生氣泡的熱量。氣泡的快速膨脹將墨水以液滴的形式推動通過噴嘴。其他類型的打印系統(tǒng)和打印頭具有壓電換能器，其中壓電換能器集成在打印頭 中而形成噴射室中的壁，或者保存有墨水并且與噴射室流體連通的一些其他室中的壁。 響應于打印指令，壁或者壓電換能器膨脹和收縮，而將墨水以小液滴狀從噴射室中推 出，以進行打印。在任何一個上述噴墨打印頭中，當打印頭和噴嘴不執(zhí)行打印操作時，墨水溶劑 可能趨向于在噴嘴處蒸發(fā)，而使得在噴嘴處或噴嘴中的墨水變得更加有粘性。在噴嘴區(qū) 域處更加有粘性的墨水趨向于直接將噴嘴堵住，而影響打印頭的性能和打印質量。用于 保持或恢復噴嘴功能的一些系統(tǒng)或方法包括覆蓋噴嘴板、利用彈性刮刀擦拭打印頭以及 通過噴嘴噴吐墨水，以上這些都是在打印頭沒有執(zhí)行打印操作時執(zhí)行的。結合這些方法的打印系統(tǒng)通常包括在打印操作期間在承載器上前后運動的打印 頭，并且當打印操作停止或暫停時，打印頭被移動到一個基站(station)。對噴嘴進行覆 蓋防止噴嘴中的流體蒸發(fā)并且形成粘性的塞子。利用彈性刮刀擦拭噴嘴板清除掉了噴嘴 上的粘性塞子和干燥的墨水殘余物。噴吐處理從噴嘴沖刷出墨水，以清除掉包括在噴射 室的噴嘴中的粘性墨水的流體柱。然而，這些處理不能實際地用在打印頭在打印過程中 保持靜止并且在打印過程中不在承載器上移動的打印系統(tǒng)中。擦拭或噴吐方法可能弄臟 打印介質以及打印區(qū)域周圍的區(qū)域。在用于打印條形碼、日期或產(chǎn)品包裝上的其它數(shù)據(jù) 的生產(chǎn)線打印中，擦拭或噴吐技術可能會影響生產(chǎn)線。此外，用于靜止打印系統(tǒng)的打印 頭在一些情況下定位得非?？拷蛴〗橘|，因此，難以將蓋子設置在噴嘴板上。擦拭或噴吐處理可能對于清除噴嘴上的粘性塞子非常有效，但是因為所噴出的墨水沒有用于打印所以固有地是浪費的。此外，通過計數(shù)從噴水頭噴射出的墨滴的數(shù)目 而監(jiān)視打印所能使用的墨水體積的打印系統(tǒng)可能不能把在清潔操作中用掉的墨水計算在 內。因此，可能過分估計剩余的墨水體積，并且可能命令墨盒來利用不足以執(zhí)行或完成 打印操作的墨水剩余量來執(zhí)行打印操作。這可能導致在打印頭的噴嘴處空射，這有可能 損傷打印頭。此外，過度估計的剩余墨水體積可能會導致打印系統(tǒng)漏掉生產(chǎn)線打印中的 包裝上的條碼或打印物。美國專利No.5,329,293和JP 57061576都公開了結合壓電元件的打印頭，其中響 應于來自控制器的第一信號而激活壓電元件，以排出墨滴來進行打印。低于排出墨水所 需的閾值電壓的第二次發(fā)射或電壓信號使得壓電元件激活，來防止噴嘴中的墨水堵塞。 此外，美國專利No.6,431,674( “ ‘674專利”)公開了使得噴嘴開口處的墨水彎月面在 打印操作前或打印操作后微小地振動，以防止墨滴堵塞的噴墨打印頭。更具體地，‘674 專利公開了采用上述壓電換能器和噴射室(被稱作壓力產(chǎn)生室)的這樣一種類型的噴墨 打印頭。打印頭包括多個壓力產(chǎn)生室，其中，每個室與噴嘴相關聯(lián)并且每個室具有自己 的換能器。壓電換能器被激活，以給它們各自的室加壓，來將墨滴從室中噴出而進行打 印。此外，在打印停止(inactivity)期間，每個壓電換能器可以給它們各自的室加壓，來 使得彎月面振動到足以使得墨滴噴射的程度。因為換能器被用來給室加壓來噴射墨水以 及使得彎月面微小地振動，所以使得換能器激活經(jīng)過多個連續(xù)的定時區(qū)間，以避免換能 器疲勞。上述這種壓電換能器系統(tǒng)不能實際結合到熱噴墨打印頭中。對于制造熱噴墨墨 盒或打印頭來說，為每個打印墨盒結合壓電換能器成本將會非常高。此外，相比于壓電 噴墨技術，結合在熱噴墨打印頭中的電阻加熱器不能實際地用于在不使得墨水噴出的狀 態(tài)下使得彎月面振蕩。在熱噴墨打印頭中，將電壓施加到與每個發(fā)射室和噴嘴相關聯(lián)的 電阻加熱器上，并且使得發(fā)射室中的墨水加熱，使得墨水氣泡的快速膨脹而將墨滴從噴 嘴推出。相比于壓電換能器噴墨打印頭來說，墨滴可以或不可以從熱噴墨打印頭噴出的 閾值電壓更加不可以預測。實際上，在結合熱噴墨打印頭的打印系統(tǒng)中，使用算法來估 計排出墨滴所需要的電壓。該算法考慮了諸如所使用的墨水的物理特性(蒸發(fā)壓)以及 墨水通道、發(fā)射室和噴嘴的尺寸的這些參數(shù)。一旦確定了閾值電壓，將算法構造為選擇 是所計算的閾值的預定百分比的電壓，以確保墨滴在將電壓信號施加到電阻加熱器時將 會噴出。在閾值電壓處或閾值電壓以下施加電壓可能使得彎月面振蕩也可能不會使得彎 月面振蕩，或者可能使得墨水排出。此外，在打印已經(jīng)停止或已經(jīng)暫停時加熱發(fā)射室中 的墨水可能使得發(fā)射室中的墨水干燥并且堵塞噴嘴。

發(fā)明內容
一種用于保持噴墨打印系統(tǒng)的噴嘴功能的系統(tǒng)或方法包括與墨水供應部分流體 連通并且用于在打印介質上進行打印的打印頭。打印頭具有多個噴嘴，并且每個噴嘴與 存儲有墨水的墨水噴射室相關聯(lián)，以將墨滴通過噴嘴從室噴出。墨水流體柱與每個噴嘴 相關聯(lián)，并且可以包括形成在一個或多個噴嘴處的墨水彎月面和噴墨室中的墨水。為了 保持或恢復墨盒中的噴嘴功能，設置用于將振動能量傳遞到多個流體柱以使得多個墨水 流體柱中的每一者的至少一部分同時地振動的換能器。換能器連接到打印系統(tǒng)的控制器，其中控制器產(chǎn)生信號，來在打印停止時間段期間或打印操作期間激活換能器。在實 施例中，打印頭安裝到墨盒上，并且可以將振動能量從墨盒外部的位置傳遞到流體柱。 在其他實施例中，換能器可以安裝到墨盒殼體內部，或者可以設置為打印頭電路的組 件。在實施例中，噴墨墨盒安裝到插槽中，插槽具有壁，壁被構造為接收墨盒并保 持墨盒與打印介質的間隔關系以進行打印?？梢詫⒄駝恿κ┘拥讲宀鄣谋冢⑶也宀郾?與墨盒表面之間的界面將振動能量耦合到打印頭。在另一個實施例中，可以將振動力直 接施加到墨盒的外表面。以此方式，將振動能量傳遞到打印頭中的流體柱，以使得流體 柱振動來保持或恢復噴嘴功能。


圖1是噴墨墨盒的立體圖。圖2是示出了打印頭的噴嘴的打印頭的布置和發(fā)射室的局部正視圖。圖3是圖2中的打印頭的示意性截面圖，其示出了形成在噴嘴中的彎月面。圖4是打印頭的示意截面圖，其示出了膨脹的墨水泡以及通過噴嘴噴出的墨滴。圖5是噴墨墨盒的立體分解圖，其為了定位在打印系統(tǒng)的插口中而對準。圖6是定位在打印系統(tǒng)插口中的噴墨墨盒的正視剖面圖，其包括將振動力施加 到墨盒和打印頭的換能器的示意圖。圖7是使用保持不被覆蓋持續(xù)打印停止的15分鐘時間段的測試噴墨墨盒產(chǎn)生的 打印列的照片。圖8是使用與用來打印圖6中的列的測試墨盒相同的測試墨盒、在將該測試墨盒 暴露到聲波激發(fā)中之后而產(chǎn)生的打印列的照片。圖9和圖10是示出了在熱噴墨打印頭中的噴嘴中的墨水彎月面的振蕩或振動。圖11提供了與由的相同墨盒所產(chǎn)生的打印示例相比較的、由其中將振動能量施 加到流體柱的墨盒所產(chǎn)生的打印示例。
具體實施例方式將要參照在附圖中示出的具體實施例來給出上文中簡要描述的發(fā)明的更具體的 描述。這些幅圖的理解僅描繪了本發(fā)明的典型實施例，并且因此不被認為是其范圍、以 及將要描述和解釋的發(fā)明的限制。為了描述本發(fā)明的實施例的目的，附圖和說明書中參 照了用于熱噴墨墨盒的打印頭；然而，本發(fā)明不限于此。本發(fā)明也可以用于結合了除熱 量之外的、能夠使得墨滴從打印頭噴射的其他裝置的噴墨墨盒。例如，所描述的發(fā)明可 以用于結合壓電換能器技術而噴射墨滴來進行打印或其他操作的那些墨盒。此外，所描 述的用于保持或恢復噴嘴功能的系統(tǒng)和方法不局限于應用到安裝到圖1中示出的墨盒殼 體(其可以是可廢棄的墨盒或者不是可廢棄的墨盒)上的打印頭組件。本發(fā)明可以用于 永久安裝到打印系統(tǒng)中的打印頭，并且按照需要提供墨水供應部分來進行打印。因此， 術語“墨盒”可以包括僅永久安裝的打印頭和/或打印頭與墨水源的結合。這里使用的 振動能量包括連續(xù)施加的振動能量或者以周期猝發(fā)、脈沖或循環(huán)施加的振動能量，或者作為單一或重復波形施加的振動能量。通過參照圖1，噴墨墨盒10被示出為具有殼體11，殼體11中固定了墨水儲液器 (未示出)，該儲液器保存散裝墨水源。附裝到殼體11的打印頭組件12包括安裝到吻突 部13的打印頭14，由此使得打印頭14與墨水儲液器流體連通。這里使用的術語“吻突 部”指的是墨盒10的這樣的一種組件其上安裝有打印頭14，并且通常包括墨盒殼體11 的延伸部，該延伸部適合于與打印系統(tǒng)相連接來對準打印頭以進行打印。圖1中示出的 吻突部13可以與殼體11整體地形成。此外，本發(fā)明不限于安裝到吻突部上的打印頭， 諸如那些可以從偏離軸線的源接收墨水的永久安裝的打印頭。在這種情況下，墨盒10可 以不具有吻突部；并且打印頭組件可以包括打印頭以及打印頭所附裝到的表面。這里使用的術語“打印頭”應當包括墨盒10的下述組件墨水從散裝墨水源供 給到該組件以噴出墨滴。在這里對于熱噴墨墨盒描述的實施例中，打印頭14可以包括硅 襯底15以及噴嘴板23，硅襯底15上形成有墨水槽16、流體通道17、發(fā)射室18、噴嘴22 以及必要的集成電路。在例如不具有墨水槽的其他類型的打印頭中，打印頭包括與噴嘴 相鄰的噴射、壓力或發(fā)射室以及限定這些組件的結構部件。此外，至少對于采用壓電技 術的這些噴墨墨盒，打印頭也包括與打印頭集成的壓電元件，以產(chǎn)生墨滴。在圖2和圖3中，更詳細地示出了熱噴墨墨盒的組件。更具體地，打印頭14包 括襯底，諸如電阻加熱器20和晶體管21的組件與集成電路的其他組件(諸如鈍化層、中 間電介質層、絕緣層、焊盤、識別電路等)一同形成在該襯底上。墨水屏蔽層19覆蓋組 件20和21以及襯底的其他區(qū)域，并且被蝕刻或者被以其他方式制作以形成發(fā)射室18和 流體通道17。每個流體通道17被定位為與墨水槽16流體連通，其中墨水槽16位于打印 頭14中央。以此方式，經(jīng)由墨水槽16和各個流體通道17將來自墨盒10中的散裝源的 墨水提供給發(fā)射室18。注意，僅為了描述本發(fā)明而以示例方式提供了上述打印頭14，并 且上述打印頭14不局限于所描述的實施例。例如，一些噴墨打印頭不包括墨水槽。取 而代之的，將墨水從墨水源沿著打印頭的邊緣提供到噴射室。此外，不是所有的打印頭 都具有集成在打印頭電路上的晶體管，這些晶體管可以結合到打印系統(tǒng)控制器中。噴嘴板23被結合到屏蔽層19并且具有多個噴嘴22，每個噴嘴22對應于相應的 發(fā)射室18。從散裝墨水源經(jīng)由墨水槽16提供的墨水形成墨水流體柱，該墨水流體柱包括 噴嘴22處的墨水以及在發(fā)射室18、流體通道17和墨水槽16中的墨水。在墨水散裝源 處產(chǎn)生并保持負壓，以在噴嘴22處形成彎月面22(在圖3中示出)，來防止墨水在打印 頭14不執(zhí)行打印操作時從打印頭14泄漏。注意，本發(fā)明不限于使用包括用于在墨水供 應部分中產(chǎn)生負壓而由此形成彎月面的機構的墨盒。本領域技術人員將會想到可以不通 過這種機構來實現(xiàn)彎月面。對于每個發(fā)射室18，存在相應的電阻加熱器20。響應于來自控制器的打印指 令，供應到電阻加熱器20的電力使得加熱器20對發(fā)射室18中的墨水進行加熱。如圖4 中示意性地示出的，在墨水發(fā)射室18中的快速膨脹的氣泡24響應于來自控制器29的打 印指令(圖5中示出)而將墨滴31推動通過噴嘴22。然而，在打印停止的時間區(qū)間期 間，墨水可能干燥或者墨水中的溶劑可能蒸發(fā)，而使得墨水在噴嘴22處粘性增加，而塞 住噴嘴22。當打印開始時，噴嘴22在經(jīng)過一段時間之前可能不能發(fā)射，直接影響由墨盒 10和打印系統(tǒng)產(chǎn)生的打印質量。
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對于本發(fā)明，通過從外部的源經(jīng)由噴墨墨盒的外部來將振動能量(優(yōu)選地通過 聲波或超聲波能量)傳遞到流體柱，以使得流體柱和/或多個噴嘴22處的彎月面22振動 或振蕩，而保持或恢復噴墨墨盒的噴嘴功能。為了本發(fā)明的解釋方便，這里使用的術語
“聲波能量”(< 20KHz)應當包括超聲波能量(> 20KHz)，其二者都能在流體柱的至 少一部分中引起墨水的振動或振蕩。這里使用的“流體柱”應當包括存在于墨水散裝源 與噴嘴22之間的墨水，或者在噴嘴22處和墨水噴射室18中的墨水。在這里描述的本示 例中，流體柱包括存在于噴嘴22 (包括彎月面33)、發(fā)射室18、流體通道17以及墨水槽 16中的墨水。流體柱的快速振動或振蕩通過補充流體柱中的墨水溶劑并防止可能堵塞或 阻塞噴嘴的墨水硬殼，而保持墨水成分和特性。關于圖5和圖6，示出了噴墨墨盒10和打印系統(tǒng)的插槽26，該插槽用于接收墨 盒10并將其保持在與用于打印的打印介質間隔的關系。在實施例中，打印系統(tǒng)可以是在 打印介質經(jīng)過打印頭14時墨盒10保持靜止以進行打印操作的類型。打印頭14經(jīng)由吻突 部13上的電互聯(lián)部分30與控制器29相連，以接收用于在經(jīng)過打印頭14的介質上進行打 印的指令。換能器25相對于墨盒10或者插槽26定位，以將振動力作用到墨盒10的外 部，以使得打印頭14中的流體柱中的墨水振動。這種振動力或者傳遞振動能量的施加可 以在打印停止的時間段期間或者打印操作期間進行，或者可以在打印停止的時間段期間 以及打印操作期間連續(xù)地進行，以防止墨水變得粘稠到成為堵塞噴嘴的狀態(tài)，或者用于 恢復由于阻塞而影響的噴嘴功能。此外，雖然這里圖示和描述的實施例示出了換能器將 振動力施加到墨盒的外部，但是各種實施例也可以包括安裝到墨盒內部(例如，在吻突 部的區(qū)域中)的換能器和/或集成為打印頭的組件的換能器。換能器25可以定位在打印系統(tǒng)上，以使得換能器25將振動力作用到插槽26。 換能器25可以定位成與插槽26相接觸或者在墨盒10的外部，以在不使得墨滴噴出的狀 態(tài)下使得流體柱和/或彎月面33振動或振蕩所需要的頻率處或頻率范圍內施加振動力。 如圖5和圖6所示，插槽26可以包括用于接收墨盒10和/或吻突部13的多個互相連接 和/或間隔開的壁27，并且換能器25被設置為與壁27中的一個相接觸。插座壁27與墨 盒10和/或吻突部13之間的界面提供了箭頭28所示從換能器25到噴嘴22的的耦合路 徑。另外，插座壁27與墨盒10和/或吻突部13之間的界面應當足夠地貼緊，以使得在 換能器25激活期間插座26中的墨盒10的移動最小化。因此，墨盒10和/或吻突部13 可以包括與插座26的接收表面以匹配關系定位的一個或多個基準表面。換能器25可以 是能夠在可接受的頻率處產(chǎn)生聲波或超聲波能量的任何的壓電換能器或者其他換能器。此外，在應用本系統(tǒng)和方法時，應當考慮制造插槽26、墨盒殼體11和吻突部13 的材料的成分。更具體地，這些組件的材料成分應當提供由換能器25產(chǎn)生的振動力或能 量到流體柱的足夠的耦合。例如，諸如鋼的金屬或諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯的玻璃纖 維塑料或者這兩者的組合可以提供足夠的耦合。換能器25與插槽26或墨盒10相接觸的(相對于打印頭14和噴嘴22的)點、 使得流體柱和噴嘴22處的墨水振蕩或振動所需要的頻率或頻率范圍或者幅度或幅度范圍 可以在墨盒類型之間變化。在確定接觸點或能量頻率時考慮的變量或參數(shù)可以包括墨盒 殼體11、吻突部13和插座26的材料成分；包括墨水槽16、流體通道17、發(fā)射室18和 噴嘴22的尺寸的流體柱的組件的結構；以及可以考慮的墨水的特性，即，墨水粘性。此外，可以考慮墨水特性來確定振動能量的頻率或幅度或者施加換能器25的區(qū)域。這種墨 水特性可以包括墨水的干燥時間(墨水在噴嘴處干燥所需的時間的量)、墨水的粘性以及 聲音的速度(聲音通過墨水介質行進的速度)。此外，這些參數(shù)也可以影響施加聲波振動或能量所需的持續(xù)時間，該持續(xù)時間 進而可能受到打印停止的時間段或打印操作的持續(xù)時間的影響。例如，考慮上述參數(shù)， 如果打印系統(tǒng)不執(zhí)行打印操作的情況持續(xù)了預定的持續(xù)時間Tl，可以確定應當將振動力 施加到噴墨墨盒10，其中振動力被持續(xù)施加預定持續(xù)時間T2來保持噴嘴功能?？刂破?29可以被編程，以使得一旦已經(jīng)經(jīng)過了持續(xù)時間Tl，就產(chǎn)生使得換能器25激活的信號。 在控制器29產(chǎn)生另一個打印指令之前，換能器25可以保持激活以保持噴嘴功能?？蛇x 擇地，控制器29可以產(chǎn)生多個信號，以在停止的時間段期間或者在打印期間以隔開的時 間區(qū)間來激活換能器25，以保持墨盒10的噴嘴功能。上文中列舉的這些參數(shù)僅作為可以考慮的參數(shù)的示例而提供，并且不應當被認 為是提供了窮盡的列舉。實際上，可能需要對于各種墨盒或墨盒類型根據(jù)經(jīng)驗來確定換 能器25的接觸點和墨水振動頻率。為了這個目的，對于填充有相同或相似墨水的、具有 類似物理特性的墨盒類型，可以預知并且改進換能器接觸點的位置和墨水振蕩或振動頻率。關于本發(fā)明，在噴嘴維護模式和噴嘴恢復模式下進行了測試。噴嘴維護模式包 括在墨盒可以被暴露到聲波激勵中以防止墨水干燥或變得更加有粘性而到達塞住噴嘴22 的程度時的那些打印停止的時間區(qū)間?；謴湍Ｊ娇梢陨婕皩е履稍锘蜃兊酶佑姓?性而到達塞住噴嘴的程度的打印停止的更長時間區(qū)間。通過允許將墨盒填充有基于甲基乙基酮(MEK)/甲醇溶劑的墨水(Videojet Product NO.D6-5614)并且允許將其在沒有聲波激勵的狀態(tài)下不被覆蓋持續(xù)15分鐘的時間 段，來進行測試。參照測試的示例，采用了具有與圖5所示相類似的集成吻突部構造的 HP45A熱噴墨墨盒。墨盒10和吻突部13由玻璃纖維塑料材料構成；并且插座26由鋼 合金構成。在經(jīng)過15分鐘的時間之后，打印開始并且大部分噴嘴在打印開始一段時間之 后才能發(fā)射墨滴。參照圖7，示出了包括打印列的打印圖像的照片。在以IkHz的頻率 打印的測試墨盒中的大部分噴嘴在打印了約60列之前都沒有開始發(fā)射。之后在另一個15分鐘時間段期間將完全相同的墨盒暴露到聲波激勵中。將壓電 換能器激活以在打印停止的15分鐘時間段期間施加聲波振動力。壓電換能器25被設置 為在與吻突部13相鄰的、在打印頭14上方約172”的區(qū)域處與插槽26相接觸。參照圖 8，示出了包括由已經(jīng)暴露到聲波激勵之后的墨盒所產(chǎn)生的打印列的打印圖像的照片。在 以IkHz的頻率打印的測試墨盒中的大部分噴嘴在第一行就開始發(fā)射和打印了。在其他測試中，利用使用頻閃照明源的視頻系統(tǒng)來觀察HP45A的打印頭上的噴 嘴，以觀察噴嘴中的墨水彎月面的動作。如上所述的填充有VideoJet ProductNo.D6_5614 墨水的HP45A噴墨墨盒被允許在沒有聲波激勵的狀態(tài)下不被覆蓋地保持15分鐘，并且利 用視頻系統(tǒng)容易地觀察到噴嘴上的干燥的膜。在將聲波能量施加到墨盒上時，結了硬皮 的噴嘴在約30秒之內重新溶解。對于保持不被覆蓋兩小時的墨盒進行了類似的測試。在 這種情況下，噴嘴在約60秒內重新溶解。使用頻閃照明源，可以觀察噴嘴中的彎月面部分的“快照”。通過相對于聲波能量的施加而延遲照明源，取決于延遲的量，可以觀察到處于各種位置的彎月面。以此 方式，可以在從噴嘴的底部到噴嘴的頂部的范圍內(甚至略微地從噴嘴之上突出)的位置 中觀察到流體。圖9和圖10是在噴嘴處振蕩的彎月面的摘要視頻的靜止照片。更具體 地，在圖9中，墨水彎月面在噴嘴的頂部或從噴嘴突出；在圖10中，墨水彎月面已經(jīng)縮 回，以使得噴嘴不能被看到。使用如上所述的、所描述的視頻觀察測試設置，評估了頻率范圍從約2.5kHz到 約30kHz的振動，通過每個頻率產(chǎn)生彎月面振蕩。在約2.0kHz的頻率處的振動能量也可 以是有效的。然而，彎月面振蕩的頻率不與輸入頻率相匹配。相反，彎月面振蕩似乎是 由與墨盒流體柱構造有關的共振頻率固定。即，振蕩只能與流體柱在散裝墨水源與彎月 面之間的移動同樣快地進行。雖然流體柱的彎月面可以振動、振蕩或調整，但是也可以 在噴嘴處的局部區(qū)域附近發(fā)生一些溢流，這也可以助于保持噴嘴功能。附加地或替代地，可以在打印頭執(zhí)行打印操作時或打印頭執(zhí)行打印操作期間將 振動能量施加到流體柱。在容納有具有MEK的墨水或具有利用甲醇溶劑的MEK的墨水 并具有40 μ mX40 μ m的流體通道的墨盒上進行了測試。在將墨水供應到打印頭的墨水 儲液器中的墨水的體積的范圍從約15cc到約45cc。打印頭以2kHz和/或8kHz的打印 頻率打印，并且將振動能量以6kHz的頻率和10%的幅度施加到流體柱。在打印操作期間和打印停止區(qū)間期間內連續(xù)地施加振動能量。在打印操作之間 的打印停止的區(qū)間包括6秒、32秒、169秒(3分鐘)和893秒(15分鐘)。將從這些墨 盒產(chǎn)生的打印樣品與從在打印活動期間或打印停止的相同時間區(qū)間的期間之一不施加振 動能量的相同墨盒產(chǎn)生的打印樣品相比較。關于圖11，在沒有被施加振動能量的那些打 印樣品的下方示出了被施加了振動能量的墨盒的打印樣品的比較。上一行的打印樣品是 來自沒有被施加振動能量的那些墨盒；并且在下面一行的打印樣品是來自被施加了振動 能量的那些墨盒。在6秒的打印停止的時間區(qū)間處，打印質量的改善在統(tǒng)計上不顯著； 然而，在35秒、169秒和893秒的打印停止的時間區(qū)間處，打印質量改善了并且統(tǒng)計上是 顯著的。在169秒和893秒的打印停止的區(qū)間處，墨盒在沒有被施加振動能量時不能打 印，而由X標記的框表示。如上所述，彎月面可以振動或振蕩的頻率以及保持或恢復噴嘴功能所必須的施 加振動力的持續(xù)時間可以在不同的墨盒類型或墨水類型之間變化。因此，控制器29可以 訪問數(shù)據(jù)庫32，數(shù)據(jù)庫32包括關于多種噴墨墨盒類型的標識和/或多種墨水類型的標識 的數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)庫32可以包括關于與每種墨盒類型和/或墨水類型相關聯(lián)的一個或 多個頻率或頻率范圍的數(shù)據(jù)，以及用于在打印停止的時間段期間或打印操作期間激活換 能器25的一個或多個時間區(qū)間的時間表。如上所述，與墨盒相關聯(lián)的特定參數(shù)可以對被 選擇來使得流體柱振蕩的頻率或頻率范圍進行控制。例如，墨盒類型可以使用不同的墨 水(即，基于水的墨水相對于基于溶劑的墨水，或者粘性不同的墨水)或者在流體柱的構 造上不同。此外，墨盒或打印系統(tǒng)的選定打印模式也可以影響流體柱中的墨水的振蕩頻 率。例如，草稿打印模式相比于快速打印模式具有更寬松的打印質量標準；因此，流體 柱中的墨水可以以更低頻率振蕩或者持續(xù)更短的時間段振蕩。因此，數(shù)據(jù)庫32可以包括 關于與一種或多種打印模式相關聯(lián)的一個或多個頻率或頻率范圍的數(shù)據(jù)。墨盒10優(yōu)選地具有在將墨盒10安裝到插座26中時產(chǎn)生表明墨盒類型和/或墨水類型并且與控制器29電互連的識別電路。以此方式，控制器29被構造為訪問數(shù)據(jù)庫 32，來選擇與該墨盒相關聯(lián)的頻率或頻率范圍以及用于激活的一個或多個時間段，來控 制換能器25的激活，以在打印停止的時間段期間或打印操作期間保持或恢復墨盒10的噴 嘴功能。打印系統(tǒng)也可以包括閉環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)使用用于檢測墨水是否從打印頭噴出 的光學傳感器或其他傳感系統(tǒng)來連續(xù)地監(jiān)視噴嘴功能。這種光學傳感器對于本領域技術 人員是公知的，并且可以包括一個或多個檢測穿過光束的墨滴的穿透光束傳感器。另一 種光學系統(tǒng)可以結合檢測根據(jù)預定圖像并響應于打印指令而打印到介質上的墨滴或點的 傳感器。此外，靜電系統(tǒng)可以利用根據(jù)打印到板上的預定圖像而顯示特定電學特性的電 荷板。在上述示例中，響應于打印指令，來對噴出墨滴而進行打印的噴嘴進行選擇或預 定。設置一個或多個傳感器以確定墨滴是否按照打印指令而噴射通過噴嘴。在噴嘴沒有 按照要求而發(fā)射時，傳感器將信號發(fā)送到控制器29;響應于該信號，控制器29可以激活 換能器25，以啟動噴嘴恢復模式來去掉噴嘴的障礙物。雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，很明顯，這些實施例是通過示例 的方式提供而并不進行限制。本領域技術人員可以在不超出本發(fā)明交道的情況下，想到 各種變化、改變和替換。例如，換能器可以被安裝到墨盒內部和/或被包括為打印頭的 組件。因此，本發(fā)明是由權利要求的全部精神和范圍來進行解釋。
權利要求
1.一種噴墨打印系統(tǒng)，包括打印頭，其具有多個噴嘴，每個噴嘴與存儲有墨水的墨水噴射室相關聯(lián)，以將墨滴 通過所述噴嘴從所述室噴出；用于每個所述噴嘴的墨水流體柱，其至少包括所述噴射室中的墨水；換能器，其用于將振動能量傳遞到多個所述流體柱，以使得多個所述墨水流體柱中 的每一者的至少一部分同時地振動；以及控制器，其產(chǎn)生信號以激勵所述換能器。
2.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，包括噴墨墨盒，所述噴墨墨盒包括與墨水供 應部分流體連通的所述打印頭，并且所述噴墨墨盒能夠安裝在所述打印系統(tǒng)上，以在打 印介質上進行打印。
3.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，與每個噴嘴相關聯(lián)的所述流體柱包括 彎月面，并且，在將所述振動能量傳遞到所述流體柱時，多個所述噴嘴的每個噴嘴中的 所述彎月面同時地振動。
4.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器從所述墨盒外部的位置傳 遞振動能量。
5.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器從所述墨盒內部的位置傳 遞振動能量。
6.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器被集成為打印頭電路的組件。
7.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器在打印操作期間將所述振 動能量傳遞給所述流體柱。
8.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器在打印停止時間段期間將 所述振動能量傳遞給所述流體柱。
9.根據(jù)權利要求8所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器在從打印操作已經(jīng)完成 之后立即開始并直到由所述控制器產(chǎn)生打印指令為止的連續(xù)不間斷的時間段傳遞聲波能 量。
10.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，還包括插槽，所述噴墨墨盒安裝到所述插 槽中以進行打印，所述振動能量通過所述插槽和所述墨盒傳遞到多個所述流體柱。
11.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器將振動力直接施加到所 述墨盒的外表面上的區(qū)域，從而通過所述墨盒將所述振動能量傳遞給多個所述流體柱。
12.根據(jù)權利要求11所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器將所述振動力施加到所 述打印頭。
13.根據(jù)權利要求11所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器將所述振動力施加到所 述墨盒上的、不是由所述打印頭所限定的區(qū)域的區(qū)域上。
14.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述振動能量由頻率范圍從約 2.0KHz到約30kHz的聲波和超聲波能量的傳遞而產(chǎn)生。
15.根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述控制器產(chǎn)生信號以發(fā)出打印指 令并產(chǎn)生信號以激活所述換能器。
16.—種熱噴墨打印系統(tǒng)，其采用一個或多個熱噴墨墨盒來進行打印，所述熱噴墨打印系統(tǒng)包括噴墨墨盒，其具有與墨水供應部分流體連通的打印頭，并且所述噴墨墨盒能夠安裝 在所述打印系統(tǒng)上，以在打印介質上進行打??；所述打印頭包括安裝到打印頭襯底上并且具有多個噴嘴的噴嘴板，所述襯底具有 形成在其上并且都與所述墨水供應部分流體連通的多個發(fā)射室，每個發(fā)射室與噴嘴相關 聯(lián)，并且，由于在所述發(fā)射室中響應于來自控制器的打印指令而對所述墨水進行加熱， 墨滴通過所述噴嘴以液滴狀噴出；與每個噴嘴相關聯(lián)的墨水流體柱，其至少包括用于每個噴嘴的所述發(fā)射室中的墨水；換能器，其用于將振動能量傳遞到所述流體柱，以使得一個或多個所述墨水流體柱 的至少一部分振動；以及控制器，其產(chǎn)生信號以激勵所述換能器。
17.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，與每個噴嘴相關聯(lián)的所述流體柱 包括彎月面，并且，在將所述振動能量傳遞到所述流體柱時，多個所述噴嘴中的每個噴 嘴中的所述彎月面同時地振動。
18.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器將所述振動能量傳遞 到多個所述流體柱，以同時地使得多個所述流體柱振動。
19.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器在所述打印系統(tǒng)上位 于所述墨盒的外部的位置處。
20.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述換能器將振動力施加到所述 打印頭，以將所述振動能量傳遞到所述流體柱。
21.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述墨盒包括容納有所述墨水供 應部分的墨盒殼體，用于在所述墨水供應部分中產(chǎn)生負壓以在所述噴嘴處形成所述彎月 面的機構被支撐在所述殼體中。
22.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述墨盒還包括打印頭組件，所 述打印頭組件包括安裝有所述打印頭的吻突部，并且所述振動力被施加到所述吻突部上 的、不包括所述打印頭的區(qū)域，從而將所述振動能量傳遞給所述流體柱。
23.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述墨盒還包括打印頭組件，所 述打印頭組件包括安裝有所述打印頭的吻突部，所述墨盒被安裝到所述打印系統(tǒng)的插槽 中，并且所述換能器將振動力施加到所述插槽的、與所述吻突部的至少一部分相接觸的 部分。
24.根據(jù)權利要求16所述的熱噴墨打印系統(tǒng)，其中，所述打印頭包括形成在其中的墨 水槽，來自所述墨水供應部分的墨水穿過所述墨水槽到達所述發(fā)射室，并且所述打印頭 還包括多個流體通道，多個所述流體通道中的每一個都與所述墨水槽流體連通并且都與 發(fā)射室相關聯(lián)并設置在所述墨水槽與發(fā)射室之間以將墨水供應到所述發(fā)射室，所述流體 柱包括所述噴嘴、所述發(fā)射室、所述流體通道和所述墨水槽中的墨水。
25.一種用于保持或恢復噴墨打印系統(tǒng)中的打印頭的噴嘴功能的方法，包括提供噴墨墨盒，所述噴墨墨盒具有與墨水供應部分流體連通的打印頭，所述打印 頭具有多個噴嘴，并且對于每個噴嘴都存在包括彎月面以及噴射室中的墨水的墨水流體柱，以及通過將振動能量傳遞到多個所述墨水流體柱，使得所述墨水流體柱中的一個或多個 的至少一部分振動。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，使得所述墨水流體柱振動的步驟包括將振動 力施加到所述噴墨墨盒的外表面。
27.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述振動力被施加到所述噴墨墨盒上的、不 是由所述打印頭所限定的區(qū)域的區(qū)域上。
28.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述振動力被施加到所述打印頭。
29.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述使得彎月面振動的步驟包括將所述振動 能量通過插槽來進行傳遞，所述插槽中安裝有墨盒以進行打印。
30.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述振動步驟包括在打印操作期間將所述振 動能量傳遞到所述流體柱。
31.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述振動步驟包括在打印停止時間段期間將 所述振動能量傳遞到所述流體柱。
32.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述振動步驟包括在打印操作已經(jīng)完成之后 立即開始并直到由所述控制器產(chǎn)生打印指令為止的連續(xù)不間斷的時間段傳遞聲波或超聲 波能量。
33.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供預定的頻率或預定頻率范圍的步驟，其 中噴墨墨盒的所述流體柱將會響應于所述振動能量的傳遞而在該預定的頻率或預定頻率 范圍處振動。
34.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括對安裝到所述打印系統(tǒng)中的所述噴墨墨 盒進行識別，在數(shù)據(jù)庫中對于所識別的墨盒提供所述彎月面將會在該頻率或頻率范圍處 振動的多個頻率或頻率范圍，并且在從所述數(shù)據(jù)庫選擇的一個或多個頻率下傳遞所述振動能量。
35.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供包括關于多種不同類型的噴墨墨盒 的識別的數(shù)據(jù)以及關于與每種噴墨墨盒類型相關聯(lián)的一個或多個頻率或頻率范圍的數(shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)庫，選擇與噴墨墨盒類型相關聯(lián)的所述一個或多個頻率或頻率范圍，并且在所選 擇的一個或多個頻率或頻率范圍下將所述振動能量傳遞給所識別的噴墨墨盒類型的所述 流體柱。
36.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供包括關于多種不同類型的噴墨墨盒 的識別的數(shù)據(jù)以及關于與每種噴墨墨盒類型相關聯(lián)的一個或多個幅度或幅度范圍的數(shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)庫，選擇與噴墨墨盒類型相關聯(lián)的所述一個或多個幅度或幅度范圍，并且在所選 擇的一個或多個幅度或幅度范圍下將所述振動能量傳遞給所識別的噴墨墨盒類型的所述 流體柱。
37.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供包括關于多種不同類型的噴墨墨盒 的識別的數(shù)據(jù)以及關于與每種噴墨墨盒類型相關聯(lián)的一個或多個持續(xù)時間或持續(xù)時間范 圍的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，選擇與噴墨墨盒類型相關聯(lián)的所述一個或多個持續(xù)時間或持續(xù)時間 范圍，并且在所選擇的一個或多個持續(xù)時間或持續(xù)時間范圍下將所述振動能量傳遞給所 識別的噴墨墨盒類型的所述流體柱。
38.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供包括關于多種不同類型的墨水的 識別的數(shù)據(jù)以及關于與每種墨水類型相關聯(lián)的一個或多個頻率或頻率范圍的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) 庫，選擇與墨水類型相關聯(lián)的所述一個或多個頻率或頻率范圍，并且在所選擇的一個或 多個頻率或頻率范圍下將所述振動能量傳遞給使用所識別的墨水類型的打印頭的所述流 體柱。
39.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供包括關于多種不同類型的墨水的 識別的數(shù)據(jù)以及關于與每種墨水類型相關聯(lián)的一個或多個幅度或幅度范圍的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) 庫，選擇與墨水類型相關聯(lián)的所述一個或多個幅度或幅度范圍，并且在所選擇的一個或 多個幅度或幅度范圍下將所述振動能量傳遞給使用所識別的墨水類型的打印頭的所述流 體柱。
40.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供包括關于多種不同類型的墨水的識別的 數(shù)據(jù)以及關于與每種墨水類型相關聯(lián)的一個或多個持續(xù)時間或持續(xù)時間范圍的數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)庫，選擇與墨水類型相關聯(lián)的所述一個或多個持續(xù)時間或持續(xù)時間范圍，并且在所選 擇的一個或多個持續(xù)時間或持續(xù)時間范圍下將所述振動能量傳遞給使用所識別的墨水類 型的打印頭的所述流體柱。
41.根據(jù)權利要求25所述的方法，還包括提供一個或多個傳感器，以檢測墨滴是 否響應于打印指令而通過一個或多個噴嘴噴出，在一個或多個墨滴沒有響應于打印指令 而通過所述噴嘴噴出時將信號發(fā)送到控制器，并使得多個所述噴嘴中的每一者中的至少 一部分所述流體柱響應于由所述傳感器發(fā)送的所述信號而振動。
全文摘要
本發(fā)明提供了保持或恢復噴墨打印頭的噴嘴功能的系統(tǒng)和方法。能夠產(chǎn)生振動能量的換能器相對于噴墨墨盒定位，以施加振動力，來使得與噴墨墨盒的打印頭中的多個噴嘴相關聯(lián)的多個墨水流體柱中的每一個的至少一部分同時振動，以保持或恢復噴嘴功能。
文檔編號B41F5/22GK102015297SQ200980115663
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月1日 優(yōu)先權日2008年5月1日
發(fā)明者克里斯多佛·科克蘭, 凱西·羅伯遜, 安東尼·瑟姆克茲, 弗朗西斯·濟-舒恩·李, 托馬斯·E·基梅爾凌, 查爾斯·C·哈魯扎克, 查爾斯·W·吉爾森, 特里·M·蘭姆布萊特, 約翰·P·?？怂? 肯尼思·E·楚巴, 馬克·R·薩克雷 申請人:錄象射流技術公司