一、喷墨打印机的常识
1.怎样划分喷墨打印机的类型
喷墨打印机按工作原理,可分为固态喷墨和液态喷墨两种打印机。按照墨水的喷射方式不同,可分为连续式和随机式两种喷墨打印机。其中液体喷墨打印机在原理上又分成连续喷墨方式和间断喷墨方式两种打印机;间断喷墨方式的打印机又分成压电式喷墨和热感式间断喷墨两种。
(1)固态喷墨打印机
固态喷墨是美国泰克(Tektronix)公司的专利技术,它使用的相变墨在常温下为固态,打抑时墨被加热液化后喷射到纸张上,并渗透其中,附着性相当好,色彩极为鲜艳。但这种打印机昂贵,适合于专业用户选用。
(2)液态喷墨打印机19世纪60年代,英国物理学家Lord Keli vin 就采用液态喷墨原理记录示波器的波形。而在19世纪70年代末, Canon(佳能)-位工程师偶然把电烙铁放在装有水的注射器针管上,针管被加热后,水竟然从针头中射出,这一-现象给了工程师极大的灵感和启示。Canon 公司看准这一目标,为此耗资500亿日元(4.5亿美元)经过10余年的研究和完善,终于成功地将喷墨技术应用于打印机、传真机、复印机,文字处理机等方面。这样,前后经过100多年的不断研究、试验和不断地改进与完善,这种喷墨技术才被应用于喷墨打印机作为电脑系统的打印输出设备。
近年来,由于电子技术的飞速发展,使喷墨技术本身也得到了巨大的发展,在喷墨原理、墨水配制等方面都有了巨大的进步。从此,喷墨打印机开始进人办公室和家庭,并以其无噪声的工作方式、精美的输出品质和低廉的价格受到用户的青睐。我们通常所说的喷墨打印机指的就是采用液态喷墨原理来进行文字和图形处理的打印机。
(3)连续式喷墨打印机
连续式喷墨打印机以电荷控制式喷墨打印机为代表,喷墨方式指连续不断地喷射墨流,故称连续式喷墨打印机。连续式打印机在不需要打印时,由一个专用的容器来储存喷射出的墨水,过滤后重新注入墨水盒中,以便重复使用。
连续式喷墨打印机工作原理如图1所示。
墨水泵对墨水施以高压,使墨水从细微的喷嘴中呈雾状喷出,以高速射向打印纸。在通过充电电极时,使这一束连续的墨水微粒在电场作用下被“电离”而产生带电现象,带电的多少受字符发生器和模拟调制器的控制。其中,字符发生器存有字符,及图形的“点阵编码”;模拟调制器则按照字符及图形的编码去“调整、控制”施加在充电电极上的电压,使该电极上充电电压的高/低、有/无随着字符或图形“点阵信号”的高/低、有/无的变化规律而变化,对连续喷射的墨水束进行充电。墨水束被充电后,其带电量的多少、即其电位的高/低就与充电电压的高/低成正比,带有不同电位的墨水束通过加有恒定高压的偏转电极时,与高压电场之间产生相互作用力而在高压电场内发生偏转。墨水粒的带电量不同,其在恒定高压电场中的偏转角度不同,喷射到打印纸上不同的位置,从而形成字符及图形。对不参与印字的墨水滴微粒则不进行充电,通过偏转电场时将不发生偏转,按原方向射人回收器,经过滤装置的过滤后再次使用。
这种液态喷墨技术的应用,实际上就是100年以前用于记录示波器波形最原始的液态喷墨技术的延续及改进,它与电视机显像管的“电子扫描”成像原理极其相似,只不过在连续喷墨机中,把显像管中射向荧屏的电子变成了射向打印纸的墨水微粒;把“磁场偏转”变成了“电场偏转”而已。连续式喷墨打印机的打印速度快,易实现彩色打印,同时对打印纸要求不高,可使用普通纸。缺点是需要加压和墨水回收装置,浪费墨水。
(4)随机式喷墨打印机
随机式打印机与连续式喷墨打印机不同的是:墨水按照需要随机地从喷头中喷出(故又称“按需式喷墨打印机”),它不需要墨水泵及墨水回收装置,可实现小型化,但打印速度低于连续式喷墨打印机。所以,它为了提高速度,喷头由多个喷嘴构成,其排列方式类似于针式打印机的打印头。目前,市场销售量最大,社会拥有量最多的绝大多数小型喷墨打印机都采用这种方式。
根据墨水喷射选用的驱动方式不同,随机式打印机喷墨方式的驱动部分又有两种不同的技术:
1)压电式喷墨技术。
压电式喷墨技术原理如图2所示。
采用压电喷墨技术打印头的具体工作原理是:利用了压电陶瓷的“可逆压一电效应”,即在压电陶瓷两端加上某一频率的交变电压时,压电陶瓷即产生对应频率的机械振动,发生形变;而在压电陶瓷两端施加某一频率的机械振动时,则在压电陶瓷的端面上即产生相应频率的感应电压的特性,在打印头喷嘴附近安装有许多小型压电陶瓷,由于压电陶瓷在交变电压的作用下会发生形变,所以,当打印信号电压加到压电陶瓷时,压电陶瓷产生相等于字符点阵信号变化的形变,将墨水从喷嘴中挤压 ”喷射出去,再通过控制组件,控制多个喷头上数量众多的压电陶瓷,按照“点阵组字”的规律,将墨水按一定的要求喷到打印纸上,从而形成文字和图形。
压电式喷墨技术的优点:压电式喷墨技术对墨滴的控制力强,打印精度高,容易达到高分辨率,色彩稳定性好。
压电式喷墨技术的缺点:一是由于其精度很高,使用不当容易被破坏;二是成本较高。
2)气泡式喷墨技术。气泡式喷墨技术原理如图3所示。
气泡式喷墨又称热喷墨。热喷墨技术指在“字符点阵信号”所形成的“加热脉冲”作用下,使喷头管道中的加热电极被迅速加热,使紧贴加热电极的一部分墨水被汽化,形成一个气泡,将喷头处的墨水挤压出喷到输出介质(打印纸)表面,形成图案或字符。
气泡式喷墨的过程如下:喷墨头内部设置有加热元件,在正常情况下喷墨头内部的墨水在表面张力的作用下与外界大气压达成相对的平衡,处于稳定状态。
当打印机接收到打印信号后,打印数据通过驱动电路对喷头施加电脉冲信号,喷墨头内部的加热元件迅速升温,使其附近的墨水温度急剧.升并汽化,从而形成小气泡。小气泡逐渐变大,形成蒸气膜。
当脉冲信号消失后,持续的余热使气泡进一步膨胀,内部产生的压力将墨水从喷嘴处挤出,同时加热器件的温度开始下降。
随着加热器件表面温度的降低,气泡和墨水分界处开始冷却,由于墨水前端已从喷嘴处挤出,而后端又由于墨水收缩而使喷头内部压力减小,喷嘴处产生负压,再将墨水吸回到喷头内。在负压的作用下,墨水被吸回到喷头内,在喷嘴处形成墨滴。
当喷头内气泡消失后,负压力继续作用,墨滴与喷嘴完全分离,剩余墨水被吸回到喷头内,喷头回到初始平衡状态。
气泡式喷墨技术的优点:气泡式喷墨技术使喷头生产成本降低。气泡式喷墨技术的缺点: 一是由于墨水通过气泡喷出而打印,所以体积和方向性不容易把握,在一定程度上影响了打印效果,使打印分辨率不会太高;二是墨水经过了加热,导致打印出的色彩有一定的失真;三是喷头中的电极易受腐蚀,使喷头的寿命受到--定的威胁,所以一般将喷头与墨盒做在一起,更换墨盒时同时更换打印头,也使得用户不必再对喷头堵塞的问题太担心了。
(5)接口
目前比较常见的打印机接口,按照传输速度从低到高分为SPP、Bi:Direction, EPP、ECP与USB等几种类型,在选购的时候应尽可能选择接口传输速度较高的打印机型号,目前采用USB接口的打印机可以作为优先选择的对象。
(6)兼容性
打印机的兼容性是指打印机能否支持仿真一些常见的标准控制命令集。如果只是使用Windows操作系统,那么这一点并不重要,但如果用户还在使用DOS下的字处理软件,那就有可能出现该软件不支持这种型号的打印机,此时仿真模式就有用武之地了。另外,商业用户还要注意其可扩充性,比如是否有扩充内存的SIMM槽、是否支持Jet-Direct卡等。如果需要将喷墨打印机在网络.上供多用户共享,最好使用Jet- Direct 卡,它可以使喷墨打印机支持网络用户共享使用。
二、热气泡式喷墨机的工作原理
由于热气泡式喷墨打印机的造价相当低廉,而打印效果及工作噪声都比一般的针式打印机要好得多,所以,它很快就成为市场上的销售热点并且迅速地普及到普通家庭。
一台普通的热气泡式喷墨打印机,其打印效果都可以达到400DPI。
要达到400DPI的输出效果,喷嘴间距(包括喷嘴孔径)不能超过60um,所以要求每个喷嘴的直径在微来经以内,两个喷嘴间的距离也要很小。一般需要64个或128个喷嘴竖排,才能达到高分辨率及较快的输出(扫描一次覆盖面积大)。制造这种打印头,必须采用薄膜工艺(与生产半导体器件的工艺相似),即将电极、电热转换元件和喷嘴规则地排列在硅片基底上,为确保其200万字以上的寿命,还要有经过钝化处理的保护层。
由于喷墨技术使彩色打印更为简单--将四个喷头并行排列 ,就可以分别在一个点位上射出黄(Y)、品红(M)、青天(C)和黑(BK)四种颜色的墨水,即,可混合形成大自然中的各种颜色来。
而激光打印机在打印彩色时,必须曝光四次,在鼓的同一位置“涂”上四种颜色的碳粉,最后定影,难度之大是可以想象的。所以,喷墨打印机的“彩色易实现性”无疑使其“性价比”更高。所以,目前应用最为广泛,市场占有率最高的是气泡式喷墨打印机(Bubble Jet)简称“Bj机”。
1.气泡的产生原理
BJ机利用“膜沸腾”现象,使加热元件表面产生/消失同样大小的气泡。膜沸腾现象:当一块炽热的金属直接投人水中的瞬间,和水面接触的金属表面会产生特殊的沸腾现象,即在金属和水的界面会暂时产生一定厚度的小气泡层(称为蒸汽膜层),该蒸汽膜层将水和金属隔离,阻碍了金属的进-步散热,致使.水的汽化速度减慢,通电后炽热的电阻丝在水中的“散热-时间关系曲线”如图4所示,从曲线中可见:在D点以后,出现了一段随时间增加,散热量反而逐渐减小的现象,这一现象正是蒸汽膜层生成后形成的,即产生了“膜沸腾”现象。
BJ打抑机的喷嘴加热后喷射墨水的过程,即使用了上述“膜沸腾”现象,它是利用脉冲对电-热转换元件进行快速加热。适当控制加热脉冲的幅度和宽度,使加热功当量急速上升,加热元件表面产生“膜沸腾”现象,这种方式的好处是:
可高速度,周期性地使气泡产生和消失。
可控制气泡产生的时间。
可控制气泡的形状和大小。气泡不会从加热元件表面脱离,而是自行收缩,消失。加热元件与墨水之间的温度传导很低,所以墨水不会被加热。因此不需要墨水冷却装置。
BJ喷墨机喷头内产生膜沸腾现象的先决条件是:加热脉冲电压的輻度值足够高。脉冲宽度要适当,加热元件的电-热转换效率要高。
第一种情况:如图5所示。脉冲的幅度及脉宽合适,产生出理想的气泡,即在加热元件表面产生了“膜沸腾”现象,形成大小均一的气泡,这一隔热的蒸汽膜层使墨水不会被加热。
第二种情况,如图6所示。脉冲幅度一定,但脉宽很宽,对加热元件的加热时间过长,产生的气泡不稳定。在气泡形成的初期就立即从加热元件的表面脱离,无法控制其收缩。因此,在加热元件表面不会形成“膜沸腾”现象。因为没有隔热的蒸汽膜层,所有的墨水都会被加热。
BJ喷墨机这种喷墨原理,使得墨水的喷射快速可控,它既节省墨水,又简化了喷头的结构,而且可以实现高速打印。
2.BJ喷头的制作
其外形如图7所示,制作上采了半导体薄膜工艺,喷头喷嘴的制作过程如图8a、8b所示。首先在衬底硅片上氧化生成二氧化硅绝缘膜,然后在真空环境下,在二氧化硅膜上镀一层金属,经过半导体制作工艺中的光刻手段,形成加热电极的矩阵图形,在加热器部位制作加热元件。
在上述基础上经“淀积”形成一层耐热的保护层,然后在,上面涂敷一层光敏树脂层,用光刻工艺刻制出喷嘴壁,形成喷嘴腔(“光刻工艺”即用高能量的激光束在光敏树脂层上进行刻制。光敏树脂是对激光敏感的一种化学物质,在高能量激光束的照射下被烧蚀。再经过化学清洗,在特定的化学溶剂中将被烧蚀的部分清洗掉;并使未被激光照射到的部分保留、增强硬度,这样就形成了“腔体”)。然后再加一层耐热保护层,最后,将此硅片底部粘接于铝板基座上,顶部粘接到玻璃盖板上,这样,形成一个个相互平行的微小喷头,再将其与其他元件组合后,即完成喷头总成的制作。
3.BJ喷头的喷墨过程
BJ喷头的喷墨过程如图9所示,可分为七步。
(1)稳定状态:在非工作状态,即喷头未接到加热信号时,喷头内墨水的表面张力与外界大气压相平衡。喷嘴头部墨水的表面呈内凹形,处于平衡状态。(2)加热元件急速加热:当加热脉冲传送到喷头时,加热元件过热层的汽化使加热元件表面产生气泡。
(3)汽化过程急带进行:加热元件表面的微小气液连通变大形成蒸汽膜,隔热避免了其他墨水被加热。
(4)气泡膨胀:加热脉冲消失,但加热元件金属“热情性”的余热使气泡继续膨胀至最大,墨水被挤压出喷嘴。
(5)气泡收缩:由于加热脉冲的消失,加热元件温度下降,气泡开始收缩,喷头内压减低,前端墨水回缩,使被挤出喷嘴的墨水与喷嘴内的墨水开始分离。
(6)气泡消失:气泡的进一步收缩直至消失,使喷头的内部压力小于外部压力,喷头内的墨水进一步回缩,使被挤出的墨水滴与喷嘴内的墨水完全分离,射向打印纸。(7)墨水的再供给:在加热间歇,喷嘴内加热元件温度最低,内部形成的负压开始吸入墨水,加上毛细现象,由墨水缓存器供给墨水,使喷嘴内部恢复平衡状态。至此,BJ喷头一次完整的喷墨过程结束,当加热脉冲再次到来时,又将重复上述过程。
4. 热气泡式喷头喷嘴的排列方式及加热控制方式
热气泡式喷头喷嘴的排列方式如图10a所示,64个喷嘴排成竖一列,间距1/360英寸(微米级)。喷嘴的加热信号控制方式如图10b所示,矩阵控制方式,由8个GOM信号和8个SEG信号组成矩阵。其中的GOM信号与电源相连,作为喷嘴加热器电极的激励电源;SEG是接地信号,只有当GOM和SEG两个信号同时有效时,被选中的喷嘴才能被加热。
5.热气泡式喷头(B])的局部结构热气泡式喷头( BJ)的局部结构如图11所示,网状墨水过滤器滤除墨水中的杂质;连接管与墨水缓存器相连,是墨水的供应通道。当位于喷头中的加热器板得到加热脉冲信号时,瞬间被加热,在喷头内迅速产生气泡,立即将墨水挤压喷出。
三、BJ系列喷墨打印机的外部结构喷墨打印机的外部主要由外壳、托纸架、送纸器、导纸器、顶盖、操作面板和出纸托架、电源输入插座和打印电缆插座等组成。
1.喷墨打印机的前部结构
(1)托纸架:用来支撑装人的打印纸,托纸架需要装入打印机后部的插槽中。
(2)导轨:调整导轨,使其适合打印纸的宽度,确保装人的打印纸正直。
(3)送纸器:用来自动送人一叠打印纸。
(4)打印机盖:用来保护打印机内部机件,般我们在安装 或更换墨盒时需要打开打印机的机盖。
(5)出纸器扩展板:需要用手从出纸器末端拉出该出纸器扩展板,它用来支撑退出的打印纸。
2.喷墨打印机的后部结构
(1)并行接口:用来连接带有并行接口的喷墨打印机与电脑主机的并行接口,沟通二者之间的联系。
(2)USB接口:用来连接带有USB接口的打印机与电脑主机的USB接口,沟通打印机与电脑主机之间的联系。
(3)电源接口:用来接插220V交流电源线,接入电源。
3.喷墨打印机的面板结构
(1)电源开关按键:用来控制打印机的开机和关机。当电源开通时,如果连续按两下该键,就可以清除打印机内存中的数据。
(2)“进纸/退纸”按键:按下该键并在2s内放开,可进行进纸或退纸的操作。当缺纸错误发生后,按下并且放开此键可恢复打印。
(3)洗按键:当黑色墨尽指示灯或者彩色墨尽指示灯不亮时,按住该键大约3s,可以清洗打印头。
(4)缺纸指示灯:送纸器中缺纸时,缺纸指示灯亮。在送纸器装纸的时候,按下“进纸/退纸”键以恢复打印。当打印机出现夹纸时,该灯闪烁。这时应从送纸器中取出所有的纸并重新装纸。如果指示灯继续闪烁,则关闭打印机,将纸从打印机中轻轻拖出。
(5)黑色墨尽指示灯:黑色墨水将要用完时闪烁,黑色墨水已经用完时亮。这时就要更换一个黑色墨盒。
(6)彩色墨尽指示灯:彩色墨水将要用完时闪烁,彩色墨水已经用完时亮。这时就要更换一个彩色墨盒。
四、BJ系列喷墨打印机的内部结构及工作原理
BJ系列喷墨打印机的机械结构主要由四部分组成:B]喷头和墨盒(墨水的储存、输送及喷射);清洁单元喷嘴的维护);小车单元(运载喷头作左右运动,完成打印位置搜索);送纸单元(打印纸进给)。上述几部分的协同工作,可圆满完成数据或图像的打印输出。
1.BJ墨盒与喷头
喷头和墨盒的结构在现有常见的几种BJ系列打印机中是不相同的,可分为两类。一类是以Bj-10ex和BJ-230打印机为代表的“一体化”式结构,喷头和墨水盒是一体化的,墨盒既包括喷头也包括墨水,墨盒本身为消耗品。采取这种-一体化结构的墨盒,使得整机结构简单而紧凑,利于减小体积。所以,B-10ex系列打印机属于“笔记本”型,小巧便携,号称“掌上打印机”,配有锂电池组,可以与笔记本电脑配套,在无电源的野外使用。而BJ-230/330的紧凑台式打印机,可实现超高速打印。BJ-10ex系列打印机的机械结构如图12所示。
另一种以BJ-330,BJC- 600/800为代表,喷头与墨盒分离,仅墨盒是消耗品,有利于降低消耗品成本。BJ-230、BJ -330及BJC-600系列打印机的机械结构如图13、14、15 所示。
(1)BJ-10ex系列打印机的墨盒,一体化式结构的BJ墨盒,其结构如图16所示。从图中可以看出:一体化结构的B墨盒由侧盖、墨水海绵、墨盒本体、上标签喷头单元、顶盖等几部分组成。其中,墨水海绵用于存储墨水;上标签是墨盒传感器的识别标志;信号触点实现喷头总成与主控逻辑板之间的电连接。
(2)BJ-330和BJ-600/800系列打印机的喷头及墨盒结构(分立式结构)。
1 )喷头结构:这几种打印机的喷头和墨盒是分离的,其喷头结构见图17所示。
它由基板硅板墨水过滤器、加热器升温加热器热敏电阻加热脉冲设置电阻驱动器热片、喷嘴等部分组成。其中:热敏电阻用来检测气泡喷头温度,使其在打印过程中处于最佳温度。当温度变化时,经热敏电阻测出后,传送给CPU。经过CPU的识别和判断,输出相关的控制信号,经过对应的控制电路处理后,将控制信号送到打印头,并由升温加热器加热。加热脉冲设置电阻为加热控制服务,它可以调节加热脉冲幅度,以此来减小喷头制作偏差带来的影响。喷头上的喷嘴排列与BJ-10ex一样,即64个喷嘴排成竖一列,间距为1/360英寸。驱动器IC的作用是将逻辑板传来的串行打印信号转换成并行打印信号传送给喷嘴。传送给喷嘴的64路加热信号被分或4个“非重叠组”(4n+1)、(4n+2)(4n+3)、(4n+4),n=0-15,将四组喷嘴分别加热,以减小电源负载,如图18所示。
2)喷头的打印信号:喷头的打印信号如图19 所示。
从图19中可见:由小车电路板向喷头传来两种信号--打印信号和加热控制信号,打印信号通过驱动转换为并行打印信号,只有上述两种信号同时选中的喷嘴才能喷出墨水。图中,喷头加热信号送至“与门”的一个输人端;并行打印信号加至“与门”的另一个输人端,根据“与门”电路的逻辑关系,“有0出0;全1出1”,只有在这两个信号都同是高电平“1”时,与门电路的输出才是高电平“1”,其输出端所控制的加热器才会被加热。如图中从上至下第1、3.5个并行打印信号被保留的与门电路,其对应的喷头加热器被加热、对应的喷嘴有墨粒喷出;而第2和4个并行打印信号不被保留的与门电路,(输人端有一位是“0”),其对应的喷头加热器不能被加热,对应的喷嘴就没有墨粒喷出。喷墨打印机就是以这种方式,按照字符或图形“点阵信号”的规律来控制打印头的喷墨,从而在打印纸上形成字符或图形。
3)彩色打印方式的喷头排列:BJ彩色系列打印机BjC-800和BJC-600都有四种颜色的喷头,如图20所示(凡是前缀是' "BJC"的,都是彩色喷墨打印机)分别有四个装有不同颜色墨水的墨盒,其排列顺序从左至右分别是:黑色(BK)、青色(C)、品红(M)、黄色(Y);四种喷头在小车上平行排列,间距1/2英对。彩色抑是由三元色的碱性混合物M、C、Y (品红、青、黄)和黑色在一个点上的混合来实现彩色打印输出的。
4)彩色打印机的打印信号和加热信号传送方式:由计算机发出的打印信号经逻辑板->小车板->传送到喷嘴上。喷头的加热由三个信号共同控制,即打印信号、加热信号及喷头选择信号--只有当这三种信号同时选中时喷头才能被加热(对照上述BJ系列喷嘴的加热位号控制可见:彩色打印机的喷嘴选择只多了一个“喷头选择信号”,以在彩色打印过程中根据颜色的变化适当选择不同颜色的打印头,其余部分都相同)。
5)墨盒结构:对于BJ-330BKC-600和BJC-800打印机而言,墨盒的结构是相同的。只是内部所充的墨水不同而已,如图21所示。
它包括墨水箱、废弃墨水吸收器、墨盒标签及墨盒检测标签等几部分。废弃墨水吸收器用于储存喷嘴清洗及维护喷射过程中由“泵单元”抽出的墨水;以及由墨水缓存器中流出的墨水。墨盒检测标签是打印机中墨盒传感器检测的标志,以此判别墨盒的有无。
6)墨水通道:BJ-330和BjC-600/800打印机的墨水通道结构相同,但对彩色喷墨机而言,每钟颜色的喷头都具备-套相应的墨水通道,故共有四条墨水通道。其结构如图22所示。
从图中可见,墨水通道由三部分组成:
清洁单元:包括头盖(完成喷嘴的盖帽,避免灰尘、墨水干涸及外泄,并在清洗喷嘴过程中与泵配合,抽吸喷头中的墨水)、空气阀(调节盖帽之后喷嘴头部的空气压力及实现头盖的关闭和开启)、泵单元(完成对喷头及墨水缓存器中墨水的抽吸操作)以及墨水传感器(一个带有薄膜开关的压力传感器,检测管道内的墨水压力,以控制墨水缓存器中的墨水量)等四个部分组成。其主要作用就是对喷头和喷嘴进行保护和清洁。
小车单元:运载打印头作左右运动完成打字。在墨水通道的小车单元中,包括气泡喷头和墨水缓存器。其中:气泡喷头完成喷墨打字的功能;墨水缓存器用于存储一定量的墨水,以稳定地向喷头提供所需的墨水。
墨盒:如前所述,既储存墨水,又接收废弃墨水。
7)墨水:墨水是喷墨打印机产生文字和图形最基本的元素,其颜料的化学成分极其复杂。墨水根据打印机应用档次的不同,被划分为4色和6色两种典型的搭配方式,相应的墨盒也分为4色和6色两种。目前家用、非照片级的喷墨打印机大多只配备4色墨盒;中、高档的照片级打印机由于需要表现更多的色彩层次和自然的过渡,因此大多采用6色墨水混合的办法来实现这一目的。另外,无论采用“热, 喷”还是“冷喷”原理,墨水都是从打印头的喷嘴中高速喷射出来,并附着在纸张上形成图像的。因此,墨水的表面张力、附着性、渗透性等指标,都会影响图像的打印质量。
2.清洁单元
清洁单元是BJ系列打印机中共有的装置, BJ-10ex打印机的清洁单元如图23所示。
其盖帽操作是用一个橡皮盖将BJ喷嘴盖住来实现。以防止喷嘴内的墨水千涸和外泄,清洗过程包括两套操作:
(1)擦拭:借助擦刷支架控制擦刷在喷嘴表面上下移动,除去喷嘴口的残留墨水。擦刷支架由小车马达通过小车皮带,引导丝杆及齿轮传递动力。
(2)抽吸操作:通过橡皮盖,使泵单元与喷头相连,借助泵的抽吸,可将喷头、喷嘴中的墨水抽吸到泵中,送至废弃墨水吸收器内。抽吸操作的目的是抽出喷头中的旧墨水,经滤网滤除旧墨水中的气泡杂质等,以确保喷头中墨水流动畅通,保证高的打印质量。
彩色打印机中,每一种颜色的喷头都要配置一-套相应的清洁单元,各有各的泵、盖帽墨水通道、墨水缓存器等。不同颜色的喷头使用的清洁单元结构都是一样的。
3.小车单元
小车单元是打印机的重要部件,因为它在工作时要沿着打印机内的引导丝杆往复移动,实现如下功能:
(1)固定BJ墨盒(BJ-10ex BJ-230)及墨盒和打印喷头(BJ-330、BJC-600/800)并实现喷头与逻辑板的连接;
(2)小车单元由小车驱动马达带动,通过齿轮传递,使小车作平行于打印纸的水平移动,实现打印位置的搜索;
(3)通过小车上的调节杆,可调节喷头与打印纸之间的间隙,以保证优质的打印效果;
(4)借助小车来实现功率转换,如在BJ-10ex中,当小车处于正常工作位置时,小车马达驱动小车运动。当小车回到原位后,将引导杆的齿轮推向清洁单元控制齿轮,使得小车马达驱动清洁单元工作。在BJ-230、BJ-330以及BJC-600/800中,小车回到原位后,使送纸马达的驱动对象改变,由正常的驱动送纸辊转向驱动清洁单元和自动送纸等。图24是BJ-10ex打印机的小车单元,图25是BJC-600打印机的小车单元。
从图25中可见,字车架上设有打印头安装支架、打印头锁定装置、镀金接触电极、信号电缆插座、纸张厚度调节杆、墨盒检测传感器等。打印头安装在字车架中部,喷墨孔向下。打印头安装后,打印头锁定装置将打印头锁定在字车架上,保证墨盒电极与字车架上电极架紧密接触。信号电缆插座安装在字车架的后侧。打印控制信号由电路系统通过打印电缆、信号电缆插座、接触电极送往喷嘴端部的电加热器。纸张厚度调节杆安置在字车架的上部,其作用是调整打印头的上、下位置,以适应不同厚度的打印介质。
由于打印工作和喷墨头的清洁工作都需要打印驱动电机的驱动,因此通常打印驱动电机都存在两种工作模式:一种是步进电机工作模式,另一种是直流电机工作模式。
步进电机工作模式是通过脉冲控制电机工作的,这种模式电路结构相对复杂,能够实现准确的控制。打印机执行清洁操作时,打印驱动电机使用此种工作模式。
直流电机工作模式则是通过直流电控制电机工作的,这种模式电路结构简单,且噪音小。在打印操作时,打印驱动电机采用此工作模式可以有效地降低噪音。
字车机构安装有墨盒检测传感器,它的作用是检测墨盒架上是否安装有墨盒及现有墨水容量。实施打印时,字车机构带动打印头沿金属导轨运行-一个来回,就在打印介质上打印出一行字符。
4.送纸单元
送纸单元是在打印过程中提供纸张输送的装置,在逻辑板送来的同步信号作用下,它与小车移动,喷嘴喷墨等动作同步,完成打过程。
BJ打印机送纸单元的结构大体相同,均包括拾纸辊、压纸辊、输送辊、排纸辊、纸释放杆、送纸马达以及装纸托架和纸引导板等。这些送纸单元在输送纸张时,既可自动也可采用手动方式,送纸过程中有传感器参与工作,图26是B-10ex打印机的送纸方式示意图;图27是BJ-330打印机的送纸单元示意图。
按照纸张进出的顺序,走纸机构由纸张检测传感器、输纸辊、压纸辊、纸释放杆、托纸架、走纸电动机、减速齿轮组、塑料压纸片、导向轴等装置组成。
纸张检测传感器检测到金属托纸架上安放有纸张时,输纸辊下的动力装置将输纸辊向上略略托直,使输纸辊上的纸张向上紧贴输纸辊,步进电动机加电带动输纸辊传动经齿轮组减速后,将纸张送入打印机内进行打印。压纸辊的作用是使纸张顺利从喷嘴下通过。
实施打印时因机构带动墨盒(含喷头)沿金属导轨平行移动一次,纸张就会在输纸辊的带动下向前移动一行,反复进行,将一张纸打印完毕。不断前进的纸张通过导向轴和齿轮之间的缝隙,从打印机前面的出纸口送出。
喷墨打印机的送纸方式主要分为手动送纸和自动送纸两种。送纸机构在同步信号的控制下,与字车机构同步工作,完成整张纸的打印操作。
5.传感器单元
为了检测打印机各部分的工作状态,控制打印机械的自动工作,BJ系列打印机内部设置的传感器从原理上可分为三类:
(1)光电传感器:如拾纸传感器,纸张传感器,纸尽传感器,原位(HP)传感器,墨盒传感器,它们将各部分运行情况反馈回逻辑板,经CPU识别、判断后,去控制打印机的工作。
(2)温度传感器:如打印头温度传感器,其作用是检测出打印头内部的温度,将打印头温度变化的信息传送给CPU,以实现温度控制。
(3)薄膜式压力传感器:墨水传感器即属此列,作用是检测墨水通道内墨水的压力,以保证墨水缓存器中有适量的墨水,并确定墨水的有无。图28和图29分别是BJ-330和BJC-600喷墨机内部传感器种类及其布局。
喷墨打印机的传感器系统主要包括纸宽传感器、纸尽传感器字车初始位置传感器、墨盒传感器、墨水传感器和喷墨头温度传感器等。这些不同作用不同功能的传感器主要用于检测打印机各部件的工作状态,以保证打印工作顺利、自动地进行。
(1)纸宽传感器:纸宽传感器属于光电传感器,安装于喷墨头处,主要用于测定打印纸的宽度。
(2)纸尽传感器:纸尽传感器用来检测当前打印机中是否装有打印纸或打印纸是否用完,它也是一种光电传感器。如果检测到打印纸张已经用完,纸张检测传感器即会将信号发送给处理器,打印机便提示当前处于缺纸状态。
(3)字车初始位置传感器:字车初始位置传感器属于光电传感器,在开始打印或接收到打印信号后,用以检测字车是否处于初始状态,以使墨盒托架回复到初始位置。
(4)墨盒传感器:墨盒传感器属于光电传感器,主要用于检测墨盒安装是否正确。在每次接通打抑机电源时,此传感器都会通过触碰墨盒检测标签部分来检测墨盒是否存在。
(5)墨水传感器:墨水传感器是一个带有薄膜开关的压力传感器,与墨盒设计在一起,用于检测墨盒中墨水的数量。当墨盒中的墨水较少时,墨水深度变浅,墨水管中的压力随之下降,墨水传感器即会据此检测到墨水情况。当墨水不足时,缺墨信息即传输给打印机微处理器(CPU),停止打印操作,并在操作面板上显示缺墨信息,提示用户更换墨盒。
(6)喷墨头温度传感器:喷墨头温度传感器用于检测喷墨头的温度,以保证喷墨头温度维持-一个恒定值。
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