自我清洁的印刷头.pdf

一种印刷头，其有喷嘴板，所述喷嘴板有喷嘴阵列，墨通过所述喷嘴喷出，其还有喷嘴板正面上的低粘性疏油聚合物涂层。一种印刷机，其有固体墨的源、被配置用以加热固体墨并将固体墨转化为液体墨的加热器以及印刷头，该印刷头有喷嘴板，所述喷嘴板有喷嘴阵列，墨通过所述喷嘴喷出，该印刷头还有喷嘴板正面上的低粘性疏油聚合物涂层以及用于刮刷喷嘴板正面的刮刷器，选择所述涂层以在液体墨转变为固态形式之前去除液体墨。清洁印刷头的方法，包括在比印刷头中的喷嘴的流涎压强更大的操作压强下操作印刷头，让墨流过印刷头正面上的疏油涂层，把操作压强降低到自我清洁压强，以及等待滞留在所选择的喷嘴上的墨滴流过疏油涂层。

权利要求书一种印刷头，包括：
喷嘴板，其具有喷嘴阵列，墨通过所述喷嘴阵列喷出；
所述喷嘴板正面上的低粘性疏油聚合物涂层。
如权利要求1所述的印刷头，其中所述低粘性疏油涂层显示至少45度的墨接触角。
如权利要求1所述的印刷头，其中所述低粘性疏油涂层显示低于30度的墨滑动角。
如权利要求1所述的印刷头，其中所述喷嘴板包括金属或聚合物两者中的一种。
如权利要求4所述的印刷头，其中所述涂层包括聚氨酯涂层。
一种印刷机，包括：
固体墨的源；
加热器，其被配置用以加热所述固体墨及将所述固体墨转化为液体墨；和
印刷头，所述印刷头包括：
喷嘴板，所述喷嘴板具有多个喷嘴，墨通过所述喷嘴喷出，
所述喷嘴板正面上的低粘性疏油聚合物涂层，选择所述涂层以在所述液体墨转化为固态形式之前去除所述液体墨，和
刮刷器，其设置成用于刮刷所述喷嘴板正面。
如权利要求6所述的印刷机，其中所述印刷机包括与所述固体墨的源电联接的控制器，以控制流向所述印刷头的墨流中的压强。
如权利要求6所述的印刷机，其中所述喷嘴板包括不锈钢板。
如权利要求6所述的印刷机，其中所述喷嘴板包括聚酰亚胺薄膜。
如权利要求9所述的印刷机，其中所述喷嘴板与孔支架连接。

说明书自我清洁的印刷头
技术领域
本发明总体上涉及印刷领域，更具体地涉及印刷头和印刷机及其清洗方法。
背景技术
喷墨印刷机包括在叠摞的板中的最后的板上的用于传送墨的孔或喷嘴阵列。这里的讨论将把该叠摞的板称作喷射器叠摞，并且将该最后的板称作喷嘴板。这些喷嘴可能流涎（drool），意指喷嘴把墨滴到印刷头的正面。接着，该墨就会粘附到其他的喷嘴上，或者堵塞其他的喷嘴，导致其不能喷射或使来自于其中的墨误喷。
针对这一问题的现有方案包括使用墨清洗和用刮刷器刀片刮去积累在正面的墨的有效的刀片清洁。通常当发现漏喷喷嘴，或者在墨已经固化、收缩进入到印刷头、使空气吸入系统时导致电源故障之后，这些刀片就发挥作用。然后，印刷机清洗墨以除去污染物和滞留的空气，并清洁喷嘴。刮刷器刀片刮去正面上的墨和污染物。
以前，当固体墨印刷机不使用的时候会进入低能耗的状态，例如在晚上。即使是在低能耗的状态下，印刷头中的加热器仍继续工作，使墨保持热的状态。当断电或有人关闭印刷机以移动或维修印刷机的时候，墨会凝固。通常，这会导致总数约2000个的刮刷循环。
为了节省能源，更严格的能源节约标准要求印刷机在晚上关闭。墨将不再被加热，并且固化，每天早晨需要清洗及刮刷循环。如果要拥有6年的预期寿命，每天清洗的话，就需要进行大约2000个清洗和刮刷循环。所使用的任何抗湿涂层不得不经受该大数量的刮刷循环。这些刮刷会使涂层降解，在喷嘴附近产生涂层碎屑。这又会导致更低的流涎压强，如果流涎压强足够低，就会导致印刷头不可修复，不能运行。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种印刷头，其包括：喷嘴板，该喷嘴板具有喷嘴阵列，墨通过所述喷嘴阵列喷出；以及位于所述喷嘴板正面上的低粘性疏油聚合物涂层。在一种实施方式中，所述低粘性疏油涂层显示至少45度的墨接触角。在又一种实施方式中，所述低粘性疏油涂层显示低于30度的墨滑动角。在又一种实施方式中，所述喷嘴板包括金属或聚合物两者中的一种。在又一种实施方式中，所述涂层包括聚氨酯涂层。
本发明还提供了一种印刷机，其包括：固体墨的源；加热器，其被配置用以加热所述固体墨及将所述固体墨转化为液体墨；和印刷头，该印刷头包括：喷嘴板，所述喷嘴板具有多个喷嘴，墨通过所述喷嘴喷出；所述喷嘴板正面上的低粘性疏油聚合物涂层，选择所述涂层以在所述液体墨转化为固态形式之前去除所述液体墨；以及刮刷器，该刮刷器设置成用于刮刷所述喷嘴板正面。在一种实施方式中，所述印刷机包括与所述固体墨的源电联接的控制器，以控制流向所述印刷头的墨流中的压强。在又一种实施方式中，所述喷嘴板包括不锈钢板。在又一种实施方式中，所述喷嘴板包括聚酰亚胺薄膜。在又一种实施方式中，所述喷嘴板与孔支架连接。
本发明还提供了一种制造印刷头的方法，该方法包括：由一系列板制成喷射器叠摞；用低粘性疏油聚合物涂层涂敷喷嘴板；以及将所述喷嘴板连接到所述喷射器叠摞上。
本发明还提供了一种清洁印刷头的方法，其包括在比印刷头中的喷嘴的流涎压强更大的操作压强下操作印刷头；让墨流过印刷头正面上的疏油涂层；把操作压强降低到自我清洁压强；以及等待滞留在所选择的喷嘴上的墨滴流过疏油涂层。在一种实施方式中，在比印刷头中的喷嘴的流涎压强更大的操作压强下操作印刷头包括在5‑7英寸的水柱压强下操作。
附图说明
图1是固体墨印刷系统的方框图。
图2显示了具有低粘性疏油涂层的喷射器叠摞的实施例。
图3显示了具有低粘性疏油涂层的喷射器叠摞的另一个实施例。
图4显示了操作具有低粘性疏油涂层的印刷机的方法的实施例。
图5显示了比较自我清洁和刮刷的试验结果的图。
图6显示了涂敷喷嘴板的方法的实施例。
具体实施方式
图1显示了固体墨印刷机10的实施例。固体墨16受热转变为液体墨。控制器14控制用于转变墨的加热器，也可控制给墨加压并驱使墨通过导管18进入印刷头20的泵(未显示)。控制器14可以控制泵，所述泵影响使墨移向印刷头20的压强。它还控制加热器和刮刷器24，或者这些也可由不同的控制器实施。
除非印刷机关闭，否则墨供应源、导管和印刷头通常保持加热状态。这使得墨不会固化和收缩，也防止空气进入墨通道。然而，根据新的节能标准，印刷机通常每天整晚关闭或长时间不使用就关闭。这将要求系统自我清洗墨和空气。
这些清洗导致墨停留在喷嘴板22的正面。可以用刮刷器组件24清洁喷嘴板22。刮刷器组件24从喷射器或喷嘴刮去墨，如果所述喷射器或喷嘴被墨堵住的话，他们将无法工作或不适当地工作。保留在喷嘴孔的墨还会导致更低的流涎压强，该流涎压强是使墨从喷嘴流涎出的压强。流涎压强的变化表明喷嘴堵塞。
刮刷运动还可去除或磨损用于喷嘴板正面的涂层。涂层使从系统中清洗出的墨更有效地排出，减少所需的刮刷数量，从而使得涂层可以保存更长时间。
使用低粘性疏油(抗油)涂层可以大幅度减少保持正面清洁所需要的刮刷数量。图2显示了印刷头的部分的实施例的侧面图。印刷头有喷射器叠摞。通常，喷嘴板被认为是喷射器叠摞的一部分，但是为了在此进行讨论，喷嘴板会从喷射器叠摞的其余部分中分开来单独讨论。本文所使用的术语“喷射器叠摞（jetstacks）”是指叠摞的板，该叠摞的板形成歧管（manifold）以传送墨至压力室，用墨装满压力室并允许墨通过喷嘴板排出印刷头。
图2中，通常由最终将经历高温钎焊的薄不锈钢板组成的喷射器叠摞板已被替换。在本实施例中最接近喷嘴板的板30是孔板支架（aperture plate brace）。本实施例中的喷嘴板34由薄膜（例如聚酰亚胺）组成，低粘性疏油涂层可施加到该薄膜上。膜34有开口，墨滴例如38通过所述开口排出喷射器叠摞（jetstacks）。聚合物膜34用粘合剂32附着在孔板支架30上，该粘合剂如高温、热固性粘合剂。低粘性疏油涂层36通常在附着于孔支架之前，被施加到聚合物膜喷嘴板34上，虽然附着之后的施加当然地被包括在发明范围内。
喷嘴板上的开口通过激光烧蚀或诸如打孔或裁切等其它方法形成。
虽然对于薄聚合物膜喷嘴板，实验结果将被进一步讨论，但必须理解的是本发明的实施并不限于该特定的实施例。现在实施的喷射器叠摞通常由包括喷嘴板在内的叠摞的不锈钢板组成。图3显示该实施例。在该实施例中的喷射器叠摞40由储存器或压力室板组成，在墨被喷射之前持有墨的室位于所述储存器或压力室板中。喷嘴板44具有开口，墨滴例如48通过所述开口排出喷射器叠摞。喷嘴板44还有低粘性疏油涂层46。
这个涂层使得印刷头正面能“自我清洁”，其中自我清洁意味着控制印刷头墨压强来清洁喷嘴，所述喷嘴的顶部滞留有墨，导致墨滑下印刷头正面。墨从正面滑落是由于低粘性疏油涂层所导致。在一个实施例中，涂层显示至少45度的墨接触角。在另一个实施例中，涂层显示低于30度的墨滑动角。本文所述滑动角是指样本相对于水平面必须倾斜的以使10微升测试流体滴的后沿开始滑动的角度。所述涂层可以是聚合物涂层，例如聚氨酯涂层。在一个实施例中，所述涂层由二羟基封端的全氟聚醚低聚物或聚合物与至少一种异氰酸酯反应生成。不管怎样，该涂层使墨能从印刷头正面滑落。
控制系统内的压强使内部有墨的那些喷嘴板能进行清洁而不引起所有喷嘴流涎。例如，可以使用有流涎压强的印刷头，该流涎压强是使墨弯液面（meniscus）破裂并使墨从喷嘴中流出的、范围在4‑7英寸水柱之间的压强。流涎之后，压强降低至大约1.5”。大墨滴滴得非常快，并带走其通路上的任何更小的滴。更小的滴不会滑落，因为地心引力克服不了墨对印刷头正面的粘着力，所以更小的滴留在了后面。
如果压强被设置为零，那些墨滴会永远停留在那儿。通常，这些墨滴会被刮刷器刀片刮去。然而，使用低粘性的涂层，范围在1—2.5”的压强的施加会引起墨流出喷嘴，所述喷嘴上有这些小滴。所述压强刚好低于流涎压强，这样，仅仅这些有小滴在上面的喷嘴才会流涎，因为他们没有具有抵抗流涎的良好墨弯液面。墨流入这些小滴直至小滴变得大到足以滴落。这个过程就是“自我清洁”。
导致停留在喷嘴上的墨滴清洗掉的压强可以是介于零和印刷头的流涎压强之间的任何值。在此特定的实施例中，该压强值的范围在1”到2.5”之间。在1”时，墨滴变大到滴落的过程持续更长的时间。在2.5”时，这个过程进行得快很多。只要该压强保持在印刷头的流涎压强之下，增加该压强值以加速该过程不会出现问题。事实上，自我清洁压强的范围可以在一英寸水柱的几分之一至略低于流涎压强之间。
图4显示了自我清洁过程的实施例。在步骤50，印刷头在印刷头的流涎压强下运行，使较大的滴能形成，该较大滴接着从印刷头的表面上流下，并且在步骤52脱离印刷头的表面。印刷头的压强，意指施加在印刷头中的墨的压强，其降低至自我清洁压强。所选择的特定压强可以取决于墨的性质和类型，印刷头和/或喷射器叠摞的结构等等。在压强降低到自我清洁压强之后，在预定的时间内保持这样的压强以使墨在步骤56流过涂层。最后，如果需要的话，可以在步骤58刮刷正面。
图5显示了自我清洁过程的实验结果。运用了涂层的两种不同的实施例，一种称作样本4，另一种称作样本5。每种运行实施4次。用于实验的印刷头由附于孔支架上的薄膜喷嘴板组成。印刷头由880个喷射喷嘴、112个排放孔组成，每个排放孔有7个喷嘴孔，因而喷嘴总数为1664个。在4000个刮刷循环中，只有12个喷嘴或0.7%的喷嘴在4英寸的水柱施加的压强下流涎。这些喷嘴提早流涎往往是因为在建造过程中形成的微粒而引起，或者是因为其他缺陷而引起，更成熟的制造工艺能纠正该其他缺陷。在图中，“刮刷清洁”意味着在检查流涎压强之前要做的最后一件事包括标准刮刷。“自我清洁”意味着不发生刮刷，而且替代地，该过程允许墨在自我清洁的压强之下从正面滴下。
经检验，很显然所有的曲线都非常接近地靠在一起。这证明流涎压强事实上与印刷头是否经过刮刷或者自我清洁无关，甚至经过4000次刮刷也是如此。
除了此数据，实验包括用纸尘洒向印刷头，从而产生比通常存在的印刷表面更脏的印刷表面。即使有所述尘埃存在，涂层上移动的墨滴也会从印刷头表面滑落。因为墨在滑落的时候带走了纸尘，这意味着作为清洗的一部分的自我清洁循环像刮刷循环一样清洗印刷头表面，因此进一步的优势就出现了。
图6显示了制造这样的涂层的方法的实施例。在步骤60形成喷射器叠摞，所述喷射器叠摞是上述实施例之一，或其他实施例。喷嘴板在步骤62接收低粘性疏油涂层。之后，在步骤64，喷嘴板与喷射器叠摞结合。正如之前所讨论的，结合过程发生在涂层过程之前或者之后，这取决于喷射器叠摞的结构、用于涂层的材料的性质等等。
以这样的方式，印刷头上的疏油低粘性涂层把印刷头转变成自我清洁的印刷头。这导致用以保证印刷头顺利运行的所需刮刷循环大大减少，从约2000个刮刷循环减少到125个刮刷循环。这也使得诸如纸尘等微粒的清洁，以及溶于墨中的任何液体污染物（如定影油）的清洁能够进行，因此墨滴也会清洁油。
应理解，以上公布的内容以及其它的特征和功能或其替代方案可结合形成许多其它不同的系统或应用方案。同样地，本技术领域的技术人员可制成各种各样现在无法预见或无法预料的本发明的替代、修改、变化或改进方案，所述替代、修改、变化或改进方案包含在本发明的权利要求书中。