喷墨打印机

4.4 喷墨打印机

喷墨打印机，顾名思义就是当纸通过喷头时，墨水通过细小的喷嘴，在强电场的作用下将墨水高速地喷射到纸上，形成点阵字符或图像。

喷墨打印机是近年来发展得最快的一个机种。也是市场上所有打印机种类中使用率和普及率最高的一种，它的优点比较突出，印字机构简单、可动部件少、工作噪声低、体积小、重量轻、功耗低、印字头几乎无磨损现象，操作简单方便，还有价格低(价格低于或接近针式打印机)，而印字质量高。

近似于激光打印机，使用专用纸张时可以打出和照片相媲美的图片等等。它不仅适用于办公自动化系统，如事务处理及文字处理领域，而且逐步向桌面系统、计算机辅助设计、计算机辅助制造等应用领域拓展。

喷墨打印机的打印质量比针式打印机要好得多，色调也愈加细腻，由于性价比的提高，喷墨打印机在办公中使用越来越多，并且喷墨打印也走进家庭，并得到广泛的应用。但喷墨打印机对打印纸张有一些特别的要求，且打印后的字迹遇水会褪色。

图2－1５为目前较为常见的喷墨打印机。

图２－15喷墨打印机

4.4.1喷墨打印机的工作原理是：

打印机在联机状态中，通过接口接收计算机发送的打印控制命令，通过打印机（CPU）处理后将图文信息转换成打印数据信号，送往打印头控制与驱动电路，来操控打印头上的喷嘴孔，让喷嘴孔能够依照使用者需求，驱动喷嘴喷出定量的墨滴，通过字车往复运动，形成一行行字符，从而完成打印过程。

喷墨打印技术分为连续式和随机式两大类。早期的喷墨打印机以及目前的大幅面喷墨打印机采用连续式喷墨技术，目前，国内外市场流行的喷墨打印机大多采用随机式喷墨技术。这两种喷墨技术在原理上有很大差别。随机式又主要分为气泡式和压电式。佳能和惠普喷墨打印机采用的是气泡式，爱普生喷墨打印机则采用压电式。

(1)连续式喷墨打印机

连续式喷墨打印机的墨滴是连续喷射的。该类打印机以电荷控制式喷墨打印机为代表。电荷控制式喷墨打印机主要由喷墨头、充电电板、偏转电极、墨水供应与过滤系统(包括墨水泵、墨水槽、过滤器、收集槽、回收器管道等)以及相应的控制电路及电源所组成。其工作原理如图2—1６所示。

工作时，导电的墨水在墨水泵的高压作用下进入喷嘴，通过喷嘴形成一束极细的高速射流。射流通过高频振荡发生器断裂成连续均匀的墨水滴流。在充电电极上施加一个静电场给墨水滴充电，所充电荷多少与墨滴喷在纸上的位置的高低成正比。

在充电电极上所加的电压越高，充电电荷就越多。带不同电荷的墨滴通过加有恒定高压偏转电极形成的电场后垂直偏转到所需的位置，电荷一直保持到墨滴落在记录纸上为止。若在垂直线段上某处不需喷点，则相应的墨滴不充电。这些墨滴在偏转电场中不发生偏转而按原方向射入回收器中。

电荷控制式喷墨印刷的优点是喷射结构简单，速度高，一般可达250-750 c/s ，印刷质量好。但由于通常有95％-98％墨滴印字时用不上，为此还必须设计一套复杂的墨水回收系统。

(2)随机式喷墨打印机

随机式喷墨打印机的墨滴只有在需要打印时才从喷嘴中喷出(又称按需式)，因此省去了墨水泵和墨水的过滤回收系统。由于受射流惯性的影响，墨水的喷射速度低于连续式。为了提高喷射速度，喷头一般由多个喷嘴组成，其结构和排列与针式打印机的打印头相似。根据墨水喷射时选用的激励方式的不同，随机式喷墨打印机又可分为压电式和气泡式。

1)压电喷墨式打印机

工作原理简单地说是在压电晶体上施加脉冲电压，使其变形后产生一个瞬时压力，从而挤压墨水盒喷出一滴墨水在纸上形成一个小点。加在压电晶体上的电压大于100 V 。电压的高低影响墨滴的大小。改变脉冲幅度可使墨滴直径变化3--4倍。因此这种打印机可以改变图文信息的浓淡即灰度。喷头上喷嘴的个数越多，喷嘴的孔径越小，打印的分辨率就越高，如图2一1７所示。 振 荡 墨水槽 字 符 高压电源 墨水泵 过滤器 收集槽 压电陶瓷 喷墨头 充电电偏转电纸 图2-1６ 电荷控制式喷墨打印机工作原理图

图2-1７压电喷墨式打印

压电式喷墨打印机则以Epson为市场代表，此种打印机的喷嘴内含的是微小的电动墨水挤压器，当电流通过这些墨水挤压器的同时，会使挤压器产生作用，将墨水自喷嘴内挤压而出，打印在纸张上，此种打印机具有能产生较高墨滴率的能力，而且此种打印机也没有墨嘴容易老化的隐忧，但缺点是比较起来，压电式喷墨打印机的成本比起热气泡式打印机来的要高，而且在喷嘴的密度方面也比较低一些。

为了保证喷墨头的墨水不致于干涸和被灰尘堵住，在喷嘴头部装有一块档板，平时盖住喷嘴，开始打印前，作两次往返运动以清除脏物，同时喷嘴头上还有一个能够保持恒温的导孔板，以保持墨水在喷嘴尖端的温度始终不变。这样，不论工作环境温度升高或降低，墨水的粘度和表面张力均不变，从而使打印出来的点阵的大小不会因天气而变化。

2)气泡式喷墨打印机(Bubble JET)的工作原理：1979年，日本佳能的研究员成功地研究出气泡式喷墨技术，此技术利用加热组件在喷头中将墨水瞬间加热产生气泡形成压力，从而墨水自喷嘴喷出接着再利用墨水本身的物理性质冷却热点使气泡消褪，藉此达到控制墨点进出与大小之双重目的。如图2.1８所示。

图2-1８气泡式喷墨打印

从该图中可以清楚地看到，由数据形成电路送到喷嘴的加热元件上的电脉冲信号使加热元件快速升温，促使喷嘴内的邻近的墨水汽化迅速形成气泡。

由于气泡膨胀产生的压力使墨水形成一个个墨滴从喷嘴中喷出。脉冲过后，墨水蒸汽凝聚。喷嘴内的墨水由于表面张力维持齐口的平面，因而内部会产生负压从墨水盒内吸入一滴新的墨水。这种构造的特点是：喷嘴结构简单、成本低；喷嘴材料好，经久耐用；体积小，可以将各个喷嘴排在一起，简化喷墨头结构，提高打印质量；噪声较低，适合于高级办公室使用。

喷墨打印机有单色和彩色两大类。单色喷墨打印机所用墨水一般为黑色(Black)。彩色喷墨打印机除了黑色墨盒外，一般还装有洋红(Magenta)、青(Cyan)、黄(Yellow)3种墨水的墨盒(这4种颜色俗称CMYK四色系统)。在打印时这4种颜色墨水的墨滴在极短的时间间隔里分别喷射在打印纸的同一点上，在墨滴未干之前(2 s内)进行充分的混合“调色”，产生彩色点，这些彩色点的总体构成一幅色彩鲜艳的图片和文字。

4.4.2.喷墨打印机的结构

喷墨打印机的结构基本上可以分成机械和电气两部分。

(1)机械部分

机械部分主要由喷头和墨盒、清洁机构、字车部分和走纸部分等组成。

①喷头和墨盒

喷头和墨盒是喷墨打印机的关键部件，打印质量和速度在很大程度上取决于该部分的质量和性能。喷头和墨盒的结构分为两类。一类是喷头和墨盒做在一起，墨盒内既有墨水又有喷头。墨盒本身即为消耗品，当墨水用完后，需更换整个墨盒，所以耗材成本较高，佳能的BJ-10ex和BJ-230喷墨打印机采用该类墨盒。另一类是喷头和墨盒分开，当墨水用完后仅需要更换墨盒，耗材成本较低。BJ-00喷墨打印机的喷头和墨盒都是这种结构。

②清洁机构

BJ型喷墨打印机中均设有清洁机构，它的作用就是清洁和保护喷嘴。清洗喷嘴的过程比较复杂，包括抽吸和擦拭两种操作。抽吸是借助防止喷嘴内的墨水干涸与泄漏的橡皮盖实现的，具体是利用与喷头相连的泵单元的抽吸作用，将喷嘴中的残余墨水排到废弃墨水吸收器中，目的是用新的墨水替换含有气泡和杂质的残余墨水，保证打印质量；