喷墨式卡片打印机 【技术领域】
本发明所涉及的是在硬或半硬的平面介质上打印图像的卡片打印机，本发明尤其是涉及一种喷墨式卡片打印机，其具有在介质表面上打印包含页边在内的整个页面的功能。背景技术
卡片打印机用于在半硬的平面介质表面打印图像。这些介质包括(但不限于)：塑料卡片，票证，以及其他硬或半硬的平面介质。下面所有的“卡片”和“介质”都是指不同形状和大小的这一类以及其它类型的硬或半硬的介质。
过去，图形和文字信息是用标签粘贴工艺转移到此类卡片上的，比如，一种识别卡就是用人工方式将个人数据压印在卡片上。此外，有时还用快速照相法将对象拍照然后粘贴或层合于卡片上。
现在一般采用卡片打印机和电脑在卡片上打印图像。被打印在卡片上的图像通常先要经过电脑所运行的应用程序的处理。然后经处理的图像数据以打印任务的形式提供给打印机。打印机则执行打印任务将图像打印于卡片表面。图像一般为文字和图案部分相组合的形式，它们来自电脑中运行的主程序或是其他输入设备，如键盘，扫描仪，和数码相机。许多程序都希望打印机能提供打印包含页边在内的整个页面的功能，使图像可以覆盖卡片的整个表面。
多数卡片打印机为热敏打印机，包括具有原色染条的色带和一个热打印头。有一种热敏打印机是一种熏染打印机，其打印头将色带加热，使染料脱离染条熏染到卡片表面。然而，这些打印机只能对表面经过特殊处理的卡片进行熏染。另外，这种打印机一般由于色带被粘到卡片页边地问题而无法打印包含页边的整个页面。另一种热敏打印机是将图像印至一层薄膜上，然后再将薄膜层合于卡片。这种热敏打印机具有打印包含页边的整个页面的功能，它是通过先将图像印在比所要层合的卡片表面大一些的薄膜上来实现的。不过这种打印机往往结构复杂，而且对于小型作业来说比较昂贵。
另一类卡片打印机是喷墨式打印机，这类打印机的结构一般比较简单，价格比热敏打印机较为容易令用户接受。喷墨式打印机主要包括一个喷墨打印头和一个传送机构。传送机构将卡片的表面传送至对应喷墨打印头的打印位置，喷墨打印头则向对应的卡片表面部分喷射油墨，将所要的图像打印在卡片表面。普通的传送机构包括一个即时到位于打印头下方的平台，和与打印头相邻的滚筒，滚筒将卡片夹在平台上传送通过打印位置。普通的喷墨打印机一般不能打印半硬的介质，只有薄而软的介质在传送时能被绕在传送机构的平台和滚筒上。此外，在打印位置时滚筒一般要和卡片表面的边缘部分接触，使得这部分卡片表面被遮挡，不能让打印头在这些位置的表面进行打印。所以，这种喷墨式打印机不能在卡片上打印包含页边的整个页面。即使传送机构的滚筒的位置不影响打印头的打印，比如说打印头可以从卡片的一侧页边向相对的另一侧页边打印，但是为了在卡片上打印包含页边的整个页面，油墨被喷到卡片的页边以外而使传送机构的平台及其他部件受到污染，使得这种打印机还是不能打印到页边。除了可能使传送机构堵塞，使打印机出现停机故障外，传送机构的部件受到污染，会导致污墨被转印到正在处理的卡片上。所以大多数喷墨式卡片打印机不能用于打印包含页边在内的整个页面，而是只能在由沿介质页边的页边距所界定的较小范围内打印。
不过，还有一些喷墨式卡片打印机设有改进过的传送机构，可以避免上述部分缺陷。这些打印机可以打印半硬的卡片，其传送机构配有一个传送盘将卡片放在其中传送通过打印机。传送盘一般设有一个与卡片形状相匹配并使卡片的上表面露出的低凹部。但是，这种打印机还是不能在不污染传送机构的传送盘和其他部件的前提下打印包含页边在内的整个页面。另外，如果没有用户的干预，这些打印机显然只能处理数量有限的卡片。
因此，有必要提供一种改进的喷墨式卡片打印机，能够打印半硬的卡片并具有打印包含页边在内的整个页面的功能。发明内容
本发明的目的是提供一种喷墨式卡片打印机，包括一个喷墨打印头和一个传送机构。该喷墨打印头可以对沿打印路线被传送至打印位置的卡片表面部分进行打印。该传送机构包括至少一个位于打印位置沿打印路线一侧的悬支撑机构。该悬支撑机构可以将卡片表面传送至对应打印头的无障碍的打印位置。附图说明
图1是根据本发明各种实施例的一种喷墨式卡片打印机的侧面示意图；
图2是喷墨打印头在打印位置的立体示意图；
图3A-C是根据本发明各种实施例的工作示意图，分别描述了卡片由传送机构传送至打印位置的第一，第二和第三位置时的状态；
图4是根据本发明的一种实施例的传送机构的部分立体示意图；
图5是根据本发明的一种实施例的引导轮的立体示意图；
图6A和6B是根据本发明的一种实施例的悬支撑机构的俯视图和正视图；
图7A和7B是根据本发明的一种实施例的悬支撑机构的侧面和正面示意图；
图8是根据本发明的一种实施例的悬支撑机构的侧面示意图；
图9A和9B是根据本发明的各种实施例的外喷油墨收集器的剖面图；
图10是根据本发明的各种实施例的卡片打印机的输出部分的选择部件的侧面示意图。具体实施方式
图1所示为根据本发明的各种实施例的一种喷墨式卡片打印机20的简化方块图。打印机20主要包括一个喷墨打印头22，一个传送机构24，一个输入部分26，一个输出部分28和一个控制器30。一台个人电脑34通过输入/输出(I/O)或数据总线36与控制器30联接。数据总线36可以是任何适用的联接，如并联电缆，串联电缆或集线(USB)电缆，通过这些电缆数据被传送到打印机20中的控制器30。用户操作个人电脑34用某个应用程序制作并处理好一个打印任务。然后打印任务的数据通过数据总线36提供给控制器30，控制器30则利用这些数据控制喷墨式识别卡打印机20的各种部件来执行该打印任务。
喷墨打印头22包括一个存有油墨源的墨盒38。打印头22通常沿着轴运动，该轴通过沿杆40滑动并指向纸内，即图1所示的朝向纸内的方向。打印头22的运动由控制器30以现有技术方式控制。如图2所示，打印头22用于对沿打印路线39被传送至打印位置44的卡片21的对应表面42部分进行打印。
打印位置44基本上是由这样一个空间范围界定的：在这个空间范围内，卡片21的表面42被传送至对应打印头22的位置，确保图像可以被准确地打印在表面42上。打印路线39(见图1)穿过打印位置44的中心并确定卡片21表面42的较佳位置。打印路线39和打印头22的距离通常大致为0.025-0.050英寸。打印位置44的范围是长度L，宽度W，深度D。长度L一般由打印头22沿着杆40移动的范围所限定的，如箭头线45所示。宽度W是打印头22每穿越打印介质一次所打印的宽距。普通喷墨打印头22的打印宽度W大致为0.4英寸。打印位置44的深度D是打印头22距离打印路线的一个范围，在该范围内油墨可以适当地自打印头22转移至表面42。深度D一般约为0.01英寸。因此，卡片21的表面42最好是在距离打印路线39正负0.005英寸的位置。打印精度还受到打印头22与打印表面42之间距离变化的影响。这种变化可导致打印图像的颜色变化，使卡片21通过打印位置时的移动控制得不精确而产生条形缺陷。只有当卡片21被传送机构24非常精确地以与打印头22大致稳定的距离沿打印路线39通过打印位置44时，打印头22才能准确地向卡片21的表面42部分供墨。
本发明的一个特点是，传送机构24可以使打印机20具有打印包含页边在内的整个页面的功能，同时避免外喷油墨对传送机构24的污染问题。为此，传送机构24可以从输入部分26获取至少一张卡片21，并将卡片21的整个表面42沿打印路线39传送到对应打印头22的打印位置44。如图2所示，表面42一般由首边48，尾边50，和侧边52、54所界定。所以，打印机20能够在卡片21的表面42上喷墨将图像打印在卡片21的整个表面42上。
如图1所示，传送机构24包括第一和第二悬支撑机构62、64。该第一和第二悬支撑机构62、64分别设在打印位置44的输入和输出侧66、68，这样可以避免使其受到从打印头22喷到卡片21页边以外的油墨的污染。此外还有另一项避免受外喷油墨污染的保护措施，即外喷油墨收集器120(见图1)，这将在后面详细描述。
图3A-C示意在卡片21的表面42被传送通过打印位置44时，卡片21由第一和第二悬支撑机构62、64支撑所经过地三个所示位置。图3A示意卡片21由第一悬支撑机构62支撑于第一所示位置，卡片21向箭头46方向沿打印路线39移动，表面42的首部56被送至对应打印头22的打印位置。该首部56是卡片21上表面42的侧边52、54之间自首边48向尾边50延伸的一部分。当该首部56被悬支撑着通过打印位置44时，打印头22就可以没有障碍地通过表面42的首部56。因此，打印头22就能在表面42的整个首部56包括首边48和侧边52、54喷墨了。
图3B示意卡片21在第二所示位置，传送机构24将卡片21向箭头46方向沿打印路线39传送，表面42的中部58被送至对应打印头22的打印位置44。该中部58是表面42的侧边52、54之间自首部56向尾边50延伸的部分区域。在这个位置，卡片21由第一和第二悬支撑机构62、64同时支撑，中部58移经打印位置44时，打印头22可以没有障碍地通过中部58。因此，卡片21支撑在第二位置时，打印头22能在卡片表面42的整个中部58喷墨。
图3C示意卡片21由第二悬支撑机构64支撑于第三所示位置，卡片21向箭头46方向沿打印路线39传送，表面42的尾部60被送至对应打印头22的打印位置44。该尾部60是表面42的侧边52、54之间自尾边50延伸至中部58的部分。在这个位置，尾部60移经打印位置44时，打印头22可以没有障碍地通过尾部60。因此，打印头22就能在表面42的整个尾部60包括卡片21的侧边52、54和尾边50喷墨。
所以，在所述三个位置，传送机构24将卡片21支撑着沿着打印路线39移动，使打印头22可以无障碍地通过卡片21的整个表面42。其结果是打印头22便可以将油墨覆盖于卡片21的整个表面42。
每一个悬支撑机构62和64包括引导件70，用来实现所要的悬支撑功能。引导件70的主要功能是，在卡片21通过打印位置44时，使卡片21维持在大致与卡片21表面42和打印路线39平行的大致水平的平面位置。引导件70可以采用许多不同形式来实现本发明所要的悬支撑功能特征。关于适用的引导件70和悬支撑机构的组成形式的一些例子下面将更详细介绍。
如图3A-C所示，在一种实施例中，悬支撑机构62和64包括引导件70由一对上导轮72和一个下导轮74组成。上导轮72沿着打印路线39间隔分布，而下导轮74的位置使卡片21被夹向上导轮72并使卡片21沿打印路线39向箭头46方向传送。每一个悬支撑机构62和64都能使卡片21稳定在与卡片21表面42和打印路线39平行的平面位置并被悬支撑着通过打印位置44。
如图3A所示，来自输入部分26的卡片21由第一悬支撑机构62接住并夹在上导轮72A和72B与下导轮74之间传送至第一位置。当首边48与第二悬支撑机构64的上导轮72C和下导轮74的输出侧相接触，卡片21即被夹在其中向前拉至上导轮72D的输出侧下，这样卡片21就被放置在由第一和第二悬支撑机构62和64同时支撑的第二位置，如图3B所示。当卡片21的尾边50脱离第一悬支撑机构62后，卡片21在第三位置，其尾部60则被第二悬支撑机构64支撑于打印位置44，如图3所示。
第一和第二悬支撑机构62和64的下导轮74由马达(未显示)以现有技术方式驱动带动卡片21沿打印路线39移动。下导轮74的表面76最好是形成有一层弹性材料，比如橡胶，可以用来辅助其将卡片21夹向上导轮72。为准确控制卡片21通过打印位置44时的运动，对卡片21的夹力必须适当。通过选用一种适当的橡胶涂层和调整下导轮与上导轮之间分开的距离可以选择夹住卡片21所需施加的力。也可以根据现有技术，利用弹簧将滚轮74偏压于上导轮72。
综上所述，卡片21被传送通过打印位置44时，打印位置44的深度D(见图2)只允许与打印路线39之间存在很小的偏差，所以重要的是，传送机构24的悬支撑机构的公差是很严格的。如图4所示，在一个实施例中，轴套75将上导轮72和下导轮74固定。各轴套75可以被固定在传送机构24适合的侧壁(未显示)上。由于轴套75的独特结构，它对于上导轮72和下导轮74的空间位置关系提供了严格的公差。调整轴套75在传送机构24侧壁上的固定角度可以使卡片21沿打印路线39的运行角度得到调整。本领域的技术人员能够理解，也可以用许多其他方式固定传送机构24的引导件70，来保证卡片21沿打印路线39移动时，使卡片21的表面42正好位于打印位置44。
如图4所示，上导轮72最好是用钢材制成圆筒形，其与卡片21的上表面42相接触的外表面78可以镀有一层防粘的涂层，例如特氟龙，用来防止污染表面42。图5是上导轮72另一个实施例的立体示意图，它包括侧轮80和连接侧轮的轴82。每一个侧轮80有一个内导面84。两个分开的内导面84之间的距离大致和卡片21的侧边52和54(见图2)之间的宽度一致。这种上导轮72的实施例使卡片21沿打印路线39移动时朝向两侧的偏离受到限制，也导致对卡片21的表面42在打印位置44处的定位要求更准确。
第一和第二悬支撑机构62和64利用导轮72和74的替换结构还有，包括将上下导轮72和74的位置翻转过来，也可以设置多个导轮72，比如用第二对导轮72来代替下导轮74。将第二悬支撑机构64的上下导轮72和74的位置翻转过来有一个突出的优点是，使卡片21被传送至第二位置时首先被上导轮72C支撑(见图3A)。
图6A和6B分别是组成第一和第二悬支撑机构62和64所用引导件70的另一个实施例的俯视图和正视图。引导件70为槽导轮86，各设有一个导槽88与卡片21的侧边52和54大致匹配，如图5B所示，其外侧90远离卡片21设有倒角以利卡片21插入。另外，槽导轮86可以用弹性材料制成来增强其夹住卡片21的能力并使卡片21通过打印位置44时的移动受到精确控制。设有圆角87(见图4)的标准规格的卡片21，还有利于提高槽导轮86夹住卡片21的能力。槽导轮86所设的位置使卡片21被夹住，并在导槽88中支撑卡片21的侧边52和54对其提供悬支撑作用。至少有一个槽导轮86是由马达驱动围绕轴94旋转将卡片21向所需方向传送。
在所述实施例中，槽导轮86所具有的足够的直径以及导槽88的形状，使槽导轮86在分别作为第一悬支撑机构62和第二悬支撑机构64时，卡片21可以仅被一对导轮86即能分别支持于第一位置(见图3A)以及第三位置(见图3B)。当然，也可以设置多对槽导轮86用来保证对卡片21的适当支持。
图7A和7B分别是第一和第二悬支撑机构62和64所利用的可以将卡片21悬支撑于第一，第二和第三位置的引导件70的又一个实例的侧视和正视图。其中，一个上引导件70包括数个挠性的指状突出物96，将卡片21夹在下导轮74和突出物96的不粘的底部表面98之间。该引导件70的实施例中一般包括前后两个突出物96，它们与图3A-3C所示的上导轮72的作用相似。所述指状物96可以是在宽度方向(即如图7中朝向纸内的方向)连续的，并穿越卡片21在其侧边52和54之间延伸，或者如图7B所示，在卡片21的侧边52和54之间间隔形成数个前后突出物96。
图8是作为本发明的悬支撑机构62和64的引导件70的另外一个实施例。其中，传送带100被用来代替一个下引导件70，它的作用和下导轮74(见图3A-3C)的相似。传送带100包括支撑卡片21的履带102。履带102由滚轮104带动，其中至少一个滚轮是由马达以现有技术方式按所需方向驱动履带102。一个上引导件70，在此即上导轮72，使卡片21被夹向履带102和一个滚轮104并提供使卡片21被支撑于第一和第三位置的所必要的支撑力。
再参考图1，输入部分26设在传送机构24的相邻处，每次至少向传送机构24提供一张卡片。输入部分26包括一个卡片21的供应源，储存在一个容器106中。该容器106制成一个卡片盒形状，将它插入输入部分26中对应的一个槽中，使卡片可以被方便地从中抽取出来。在一种实施例中，容器106设有一个底部槽108，它的大小可以使单张卡片通过，从而防止不必要的给进。如图1所示，容器106可以倾斜放置，使其中储存的卡片21倾斜，并让底部的卡片21的首边48伸出槽108。
一个给进机构110用于从容器106的槽108处抽取一张卡片21，并将卡片21传送至传送机构24，然后由第一悬支撑机构62接住。也可以让输入部分26的结构设置成使卡片21通过槽108直接传送给传送机构24，这样就可以取消给进机构110。给进机构110包括夹轮对112和114，均由马达(未显示)以现有技术方式驱动。夹轮112将卡片21通过槽108从储存在容器106的卡片供应源中抽取出来。抽出的卡片21随后被传送给夹轮114，再将抽出的卡片21提供给传送机构24。
卡片21被传送至传送机构24以后，卡片21即被传送经过第一，第二和第三位置，在此期间，打印头22则根据打印任务在表面42上录下图像。为了保证将图像打印在卡片21的表面42包含页边的整个页面上，打印任务的图像一般设置得比卡片21的表面42大。所以打印头22会把油墨喷至首边48，尾边50，和侧边52和54以外。正如上面所提到的，为了避免受到外喷的油墨的污染，第一和第二悬支撑机构62和64最好与打印位置44分开一段适当的距离(如：0.3至0.6英寸)。当然，为了更好地保证外喷的油墨不对打印机20的传送机构24和其他部件的造成污染，如图1所示，打印机20还包括一个外喷油墨的控制器120，位于打印头22的对面离打印位置44越近越好并不得妨碍卡片21的传送。
图9A和9B是根据本发明的外喷油墨的控制器120的不同实施例的剖面图。外喷油墨的控制器120一般包括一个凹槽122，其宽度最好是大于打印位置44的宽度W，其长度则大于卡片21的侧边52和54之间的距离(见图2)。凹槽122内装有油墨吸收材料124用来吸干它所接触到的油墨。在图9A所示的实施例中，凹槽122中设有若干层124A-124E的油墨吸收材料124。当油墨吸收材料最顶层124A渗透了油墨之后，它可以被去掉，使下面一层油墨吸收材料124B露出。
图9B中所示的外喷油墨收集器120的实施例包括数个突起126，用来吸附和捕捉外喷的油墨，从而减少对卡片21的反面128(见图1)的潜在污染，并进一步减少外喷的油墨对打印机20其他部件的污染。为使效果更好，突起126的大小，方向以及数量可以进行调整。另外，突起126及其所延伸的基座130的材料都是吸墨材料，以增加对外喷油墨的吸附量。
外喷油墨收集器120还可以是带有电荷的，所带电荷与未粘到卡片21表面42上的油墨所带的电荷相反，可以吸附四周的颗粒提高了外喷油墨收集器120吸附外喷油墨的能力。
输出部分28(见图1)从传送机构24接收打印后卡片21，它可以设有用于对打印好的卡片21进行印后处理的各种部件。图10是输出部分28的侧面示意图，示意了数种可用于组成输出部分28的选择部件。这些部件包括一个干燥装置132，一个编码器134，一个翻卡器136，一个层合机138，一个压印机140，和一个用来收集和叠放印好的卡片21的输出箱142。输出部分28可以根据需要设置一个或多个所述部件。
干燥装置132用来使印在卡片21上的油墨干燥。干燥装置132可以设在输出部分28的里边沿打印路线39的位置。干燥装置132可以是一个风扇，一个加热器，一个紫外线光源，或其它类型干燥装置。干燥装置132也可以是一个加热滚筒，如本申请人在另一项申请中的申请号为09/702116，标题为“喷墨式卡片印刷系统”的美国专利申请所描述的，供参考。
编码器134A和134B是用现有技术方式对卡片21进行编码。编码器134A是一个磁卡编码器用来将数据输入到卡片21的磁条(未显示)中。编码器134B是对卡片21上的编码电路进行编码，比如业内熟知的“新卡式电路”，“存储卡”，“卡处理器”，或者“储值电路”。总之，运用电子电路除了磁条所储存的信息之外，还可以在识别卡21上储存其他信息。使用编码器134A和134B将数据输入到卡片上可以采用现有技术方法。
翻卡器136使打印机20能够做到有选择性地将卡片21向上或向下传送给编码器134A或134B。翻卡器136还可以将卡片21翻过来使反面128(见图1)朝上让打印头22在其上打印图像。为了在卡片21的反面128进行打印，卡片21须经由一个适当的供给机构被送回传送机构24，例如被用来从传送机构24接过卡片21并传送给输出部分28的滚筒144，也被用来作为供给机构将卡片21送回传送机构24。翻卡器136最好是避免与卡片21的打印后表面42接触，因此可采用数对如图6A和6B所示的槽导轮86。
层合机138用来在卡片21上敷设一层保护层，使表面42上的印刷可以防水，耐光照，抗化学腐蚀，并防止卡片21上的印刷受到其他物体或作用的破坏。在一种实施例中，层合机138用喷洒封胶的方式涂上一层保护层。在另一个实施例中，该保护层是采用一种层合材料150，该层合材料150由供给轮152转移到收卷轮154，并绕经滚筒156和加热器158。该层合材料150包含一层热传递层合膜通过平台160施以压力而被压在卡片21的表面42上。该层合材料150可以包含多层附在网上的不同层合材料。各层层合材料的大小与卡片21的页边一致，这样就避免在对卡片21层合后，还要将层合材料进行修剪。
压印机140用来在卡片21的表面42压制保险(防伪)标记。压印机140设有一个压印轮162，以现有技术方式将所要的标记压在卡片21的表面42。
虽然本发明已经参考较佳实施例进行了描述，本领域的一般技术人员仍然可以在不偏离本发明的范围和发明思想的前提下，进行形式上的和细节上的修改。举例来说，本发明的各种部件，如传送机构24和输入部分26，可以改成允许数张卡片21被同时处理。数张卡片21可以排成一行同时被输入部分26传给传送机构24，卡片的首边48和尾边50分别对齐。可成排输入的卡片数量限于不超过打印位置44的长度L(见图2)。另外，引导件70也可以有多种形式将卡片21支撑在第一，第二，和第三位置。除了上面已经举过的例子，引导件70还可以设有一个真空夹，而不是以上述方式使用上下引导件将卡片21传送到打印位置。还有，外喷油墨收集器120的实施例仅仅是对可以实现吸附外喷油墨功能的结构所举的例子，还可能存在其它许多适用的外喷油墨收集器的形式。因此，独立权利要求覆盖了在本发明的真实思想及范围内的所有这些变化和修改。