[发明专利]模块组合式超宽喷头及喷印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷墨用喷头，特别是单程打印整个喷墨介质宽度的模块组合式喷头及喷印方法。

背景技术

喷墨技术就是通过喷头将墨滴喷射到喷印介质上形成图形、文字或其他的设计形状的造型，目前喷墨技术主要采用连续喷墨技术(CIJ)和按需喷墨技术(DOD)。连续喷墨技术(CIJ)是指喷嘴连续喷射墨滴，墨滴经充电、对应数字信号的偏转，一部分喷印到介质上，另一部分被回收循环使用，小字符喷码机就是该技术的使用典型。按需喷墨技术(DOD)主要有微压电式和热发泡式两大类。微压电技术把喷墨过程中的墨滴控制分为三步，首先压电元件在电信号的控制下收缩，然后压电元件开始向外延伸，将墨滴推向喷嘴，最后在墨滴即将飞离喷嘴的瞬间，元件再次进行收缩，把墨水液面从喷嘴收缩。这个过程可以使墨滴得到精确的控制，每次喷出的墨滴一般在离喷嘴8毫米左右的距离内都会保持完美的形状和正确的飞行方向。这种喷头制造难度大，对墨水要求严格，喷印距离短。热发泡的原理是将墨水装入一个非常微小的毛细管中，通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点，生成非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将墨水挤出毛细管端部的喷嘴形成墨滴，停止加热，墨水冷却，导致蒸汽泡凝结收缩，从而停止墨水流动，直到下一次再产生蒸汽泡，生成新的墨滴，该技术在热发泡写真机上使用广泛。采用热发泡技术的墨头长期在高温、高压环境中工作，除喷嘴腐蚀严重外，同时容易引起墨滴飞溅和嘴堵塞等。在喷印品质方面，由于在使用过程中要加热墨水，而高温下墨水很容易发生化学变化，性质不稳定，色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，一定程度上影响了喷印质量。微压电式和热发泡式喷头均是通过对喷嘴通道里墨水的扰动产生墨滴，墨滴的喷射力较小，一般要求距喷印介质的距离不超过8毫米，对凹凸不平或有毛绒的介质表面很难适应。由于加工工艺和制造成本的限制目前的喷头都做的较小，喷印宽度一般都不超过4英寸，用得最多的为1英寸，喷印超过喷头喷印宽度的介质时，只能依靠喷头相对介质移动的垂直方向来回扫描来完成喷印，严重制约喷印速度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可扩展性强、墨滴控制精确、喷射距离远、墨水适应广泛的模块组合式超宽喷头，采用此喷头实现对各种介质的高速喷印。

本发明的目的是通过如下措施来实现：喷头具有超过喷印介质宽度的支撑框架，多个喷头模块安装到支撑框架上，各模块呈锯齿形排列，喷头各模块的喷嘴在喷头与介质相对运动方向的投影互不重叠而且投影宽度超过喷印图案的宽度。单个喷头模块中各喷嘴的连线方向与喷印介质的相对运动方向呈0°到90°之间的夹角。改变此夹角的大小即改变喷头模块喷印图形的分辨率。喷头模块可以被单独地取下和更换。喷头模块的喷嘴板中含有多个喷嘴，每个喷嘴对应一个阀机构，阀机构控制墨水是否从喷嘴喷出形成墨滴。在喷印时，图形位点对应的阀门迅速开启，墨水依靠喷头模块内部恒定压力喷出，在相对喷头运动的介质表面形成图形。阀机构可由电磁阀、压电阀或磁致伸缩控制阀形成。根据设备要求选用不同数量的模块可组成单程打印宽度为0.1至5米的喷头，喷印时喷头与喷印介质以每分钟1——160米的相对速度单向移动喷印，由于喷头模块的喷嘴以锯齿形分布，在保证足够高的分辨率前提下每个喷嘴可以占用相对较大的空间，便于制造、维护。

本发明的喷头模块能够实现通常只能采用慢速按需喷射式喷头才能实现的打印点的位置精度和从喷嘴孔到喷印介质表面距离超过100毫米的墨滴飞行路径，本发明的阀机构能在较大的墨点尺寸范围和频率范围内精确地打印墨滴，而不形成显著的卫星墨滴。

本发明的阀机构的设计易于使其本身作为一个阀阵列而被制造，每个阀机构对应整个喷头模块的喷嘴板中的多个喷嘴的一个，这就使喷嘴板和与其相关联的阀的结构被制造成整体结构，其精度比使用单个阀和宝石喷嘴的高。

一种用于喷头模块的阀机构的电磁阀主要由柱塞、励磁线圈、复位磁铁等组成，柱塞是软磁材料，励磁线圈通电时产生感应磁场，磁化柱塞，复位磁环是永磁元件。励磁线圈通电时产生的磁场使柱塞磁化，柱塞近复位磁铁端感应的磁场方向与复位磁铁近柱塞端的磁极性相同，柱塞被斥力推离复位磁铁。励磁线圈不通电时柱塞迅速被复位磁铁磁化，吸引到复位磁铁。柱塞的这种往返移动，对应电磁阀的开启、关闭。这种电磁阀开关频率超过10KHz，而且密封性能好。