喷墨打印机的原理、使用与维护

金西
1995-02-10

        喷墨打印机的基本原理是：利用电阻加热墨打印机的喷头，使用墨水汽化而产生气泡，气泡膨胀将墨水喷出喷嘴，印在纸上。下面以Canon公司的BJ系列喷墨打印机为主，介绍喷墨打印机的结构及其工作原理。
        1.喷墨打印机的分类
        根据墨水的喷射方式的不同，该种打印机可分为连续式和按需要两种。
        (1)连续式喷墨打印机
        连续式喷墨打印机的工作原理类似于彩色电视机的工作原理，在压电信号的驱动下，喷头将墨水不断发射出去，喷头发射出去的墨水滴，受到字符点阵信号调制充电，再利用偏转电极来改变墨水滴的前进方向，被选中的点阵喷到纸上，形成图文。没有选中的墨水通过墨水回收装置回收。
        这类打印机的特点是打印速度快，易实现彩色打印，而且可采用普通纸。不足之处是对墨水需要施加电压，而且要有墨水回收装置以回收不参与记录的墨滴。
        (2)按需要喷墨打印机
        按需要喷墨打印机是指墨水从喷头中喷出是按实际需要喷射，这种喷射方式的特点是结构简单、不需要墨水的回收装置和回压手段，可实现设备小型化。这类打印机又分为压电式和热气泡式两种。
        ①压电式喷墨打印机
        压电式喷黑打印机的喷头上装有墨水，在喷头的上、下两侧各有一块压电晶体，压电晶体受打印信号的控制，产生变形，挤压喷头中的墨水，从而控制墨水的喷射。用这种工作方式工作的打印机体积小，重量轻，噪声低，易于实现彩色打印。
        ②热气泡式喷墨打印机
        热气泡式喷墨打印机的喷头和压电式喷墨打印机的喷头相似。不同的是：它的喷头的客壁上设置了加热电极。在加上一定的高度和宽度的电脉冲加热时，管壁的一侧生成气泡，进墨水处加一负压，借气泡的膨胀，将墨滴喷射到纸上。
        这种打印机是目前应用最为广泛的喷墨打印机。Canon的BJ系列喷墨打印机就是应用这种方式打印。
        2.BJ喷墨打印机的结构
        BJ(BUbble Jet)打印机采用了按需要喷墨方式进行数据及图像的打印。该类打印机的共同特点是具有高打印速度、高打印质量、高分辩率以及低噪声。所打印的数据图像精美，且易于实现彩色输出。打印可在普通纸上实现。
        喷墨打印机的结构主要包括四部分：BJ喷头和墨盒、清洁单元、小车单元、送纸单元。
        (1)BJ喷头和墨盒
        喷头和墨盒的结构可分为两类。一类是以BJ-10ex和BJ-230为代表的打印机，在其喷头结构中，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，采用这种结构的墨盒，使得打印机的整体结构比较简单，利于减小其体积，但打印机消耗品的成本提高。另一类的喷头和墨盒结构以B-330，BJC-800和BJC-600为代表，其喷头和墨盒为消耗品，因此墨水用尽，或打印质量不好时，仅更换墨盒即可，这样就降低了消耗品的成本。
        (2)清洁单元
        清洁单元是BJ系列打印机中共有的装置，其功能是实现对喷头的维护，包括盖帽和清洗等。清洗过程包括两种操作：
        ①擦拭，擦拭借助擦刷支架由小车马达通过小车皮带，传导丝杆及清洁单元控制齿轮传递动力，使其在清洗过程中可在喷嘴表面移动。
        ②抽吸，抽吸操作是通过橡皮盖，使泵单元与喷头相联，借助泵单元的抽吸，可将喷嘴中的墨水抽吸到泵中，最后流至废弃墨水吸收器内。抽吸操作的目的是抽出喷嘴中的旧墨水，代之新鲜墨水，以去除旧墨水中的气泡、杂质、灰尘等等，确保喷嘴内墨水流动通畅，进而保证高的打印质量。
        (3)小车单元
        ①固定墨盒和打印喷头，并实现喷头与逻辑板间的电路连接。
        ②小车单元具有驱动功能。
        ③通过小车上的调节杆，可调节喷头与打印纸间的间隙，以保证优质的打印效果。
        (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，在同步信号的作用下，它与小车移动、喷嘴喷墨等动作用步，以完成打印过程。BJ系列打印机送纸单元组成结构大体相同，一般以及装纸托架、纸引导板等等，这些送纸单元在输送纸张时，既可采用自动也可采用手动方式。
        3.BJ喷墨打印机的工作原理
        BJ喷头的制作彩了半导体薄膜工艺，选用的衬底制作材料是半导体硅片。
        (1)气泡产生的原理：
        BJ喷墨打印机利用膜沸腾现象使加热元件表面产生同样大小的气泡，控制BJ喷墨打印机喷嘴的加热脉冲宽度和幅度，可产生理想的气泡，即发生了膜沸腾现象，在加热器的表面形成了大小均一的气泡，形成了隔热的蒸汽膜，墨水不会被加热。产生膜沸腾的先决条件是加热脉冲电压的幅值足够高，脉冲宽度足够小。BJ喷墨打印机的喷嘴加热喷射墨水的过程，即采用了上述膜沸腾现象。
        (2)BJ喷头的喷墨过程：
        ①稳定状态  在非工作状态，即喷嘴未接收到加热信号时，喷嘴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是内凹形，处于平衡状态。
        ②加热元件急速加热  当加热信号传送到喷嘴上时，喷嘴上的金属电极被加上了一个幅值相当高的脉冲电压。加热元件急速加热，使附近的墨水温度急剧上升，形成过热层。过热层汽化使加热元件表面产生气泡。
        ③墨水急速汽化  由于墨水急速汽化，加热元件表面的微小汽泡变大而形成薄蒸汽膜。此蒸汽膜具有隔热作用，避免了喷嘴内全部压出喷嘴。
        ④气泡膨胀  加热脉冲消失，加热元件的表面温度开始下降，但加热元件上残留的余热仍使气泡进一步膨胀，膨胀至最大，墨水被挤压出喷嘴。
        ⑤气泡收缩  随着加热脉冲的消失，加热元件的表面温度继续下降，此时气泡开始呈收缩状态。墨水前端因挤压而喷出，后端因墨水的收缩使喷嘴内的压力减少，并回到喷嘴中，因此墨水滴开始分离。
        ⑥气泡消失  气泡进一步收缩，使喷嘴外压力大于喷嘴内压力，因此气泡完全消失。喷也的墨水滴与喷嘴内墨水完全分离。
        ⑦墨水的再供给  墨水凭借毛细管，由墨水缓存器供给墨水，使喷嘴内恢复平衡状态。
        二、墨水和纸张的选择
        由于工艺进步，喷墨打印机的打印精度大为提高，已逼近低档的激光打印机，。打印质量的提高，再加上低噪音和正在逐渐提高的打印速度，喷墨打印机已被广泛用于打印师范不大的办公场所和家庭。喷墨打印机最主要的缺点是墨水质量和消费成本较高的问题。
        1.BJ喷墨打印机墨水的选择
        喷墨打印机对墨水的要求较高，许多墨水最初使用时印字质量还不错，但时间稍长便出现沉淀、堵塞喷嘴以印字带毛刺等问题。
        BJ喷墨打印机墨水主要包括以下成份：水、喷嘴防阻剂、干燥促进剂和水容性染料，墨水中有无有害物质，即使沾上人体也无损害。BJ喷墨打印机使用的墨水应具有以下特性：
        (1)可适用于普通纸。
        (2)无害、无臭、安全性好。
        (3)经长时间日光照射也不褪色。
        (4)打印物可长期保存。
        (5)不需保养。
        (6)喷嘴内的墨水不晚报凝固。
        (7)加热元件耐热特性好，且墨水性能稳定。
        2.BJ喷墨打印机用打印纸的选择
        (1)具有良好的墨水吸收性。
        (2)良好的墨水干燥性。
        (3)墨水的浸透速率适中。
        (4)不易产生纸粉。
        (5)纸面光滑平整。
        三、喷墨打印机的日常维护
        喷墨打印机的日常维护包括：喷墨头的维护、墨水管的维护、墨水及墨水盒的维护、打印纸处理以及打印机的维护等。
        1.喷墨头的维护
        BJ喷墨打印喷头采用半导体薄膜工艺技术制成，它是由非常薄的膜组成的多层结构，而且极微小的喷嘴孔成高密度排列。
        BJ喷墨头处理时应注意的事项如下：
        (1)不要将喷头从主机上拆下并单独放置，尤其是在高温低湿状态下。
        (2)不要将喷头置于容易产生静电的地方。不要用手触摸喷头部位。拿喷头时，应拿底座的金属部分，等等。以免因静电而导致喷头部位的印刷电路板及喷嘴内的加热元件损坏。
        (3)不能用水清洗喷头，以免水阻塞喷嘴。
        (4)不要撞击喷头。
        (5)不能拆开喷头，以免出现打印不良现象。
        (6)对BJ-330、BJC-800和BJC-600打印机而言，不要在带电状态下将喷头从打印机下拆下或安上，以免损害喷头部的印刷电路板以及喷嘴内的加热元件。同时为了不使喷嘴部位的墨水干涸而导致打印不良，更换操作须尽快完成，更换后进行清洗操作。
        (7)对BJ-300、BJC-800和BJC-600打印机而言，不要在打印机处于打印或待机过程中关闭电源，一定要将打印机转到OFF LINE状态，当喷头被覆盖后方可关闭电源，否则墨头将无法覆盖，喷嘴会暴露，致使墨水干涸、喷嘴阻塞。对于BJ-10系列和BJ-200系列打印机来说，如果关掉打印机电源，打印机会自动执行盖帽动作，因此实际使用打印机时应避免此类情况发生。
        (8)不要将喷头置于灰尘及杂物较多场所，以防止喷嘴阻塞。
        (9)避免用手指和工具碰撞喷嘴面，以防止喷嘴面损伤或杂物、油质等阻塞喷嘴。
        (10)不要用面纸、镜片纸、布等擦拭喷头表面。
        (11)不要将汗、油、药品(酒精)等沾污到喷嘴上，否则墨水的成份、粘度将发生变化，表面张力曲面失去作用，造成墨水凝固阻塞。
        (12)不要向喷嘴部位吹气，以防止唾液沾污、墨水飞溅以及墨水表面张力减小。
        (13)不要向BJ-330、BJC-800和BJC-600等墨盒和头分离的墨盒灌注非Canon产的墨水，以防止因墨水的化学成份不同而腐蚀喷嘴内加热电极或因墨水沉淀颗粒大而堵塞喷嘴。
        综上所述，处理BJ喷头时应非常小心，以免造成喷嘴阻塞。如果喷嘴已出现阻塞，应进行清洗操作以恢复喷嘴的正常状态。若清洗过不到目的，则更换新的打印喷头。
        2.墨水管的维护
        对BJ-10系列和BJ-200系列而言，因喷头与墨水盒为一体化结构，因此不存在墨水管维护的问题。墨水管的维护是针对BJ-330和BJC-800打印机的，对这几种打印机处理墨水管时应注意：
        (1)不要弯曲墨水管，以免造成管线破损。
        (2)不要拉扯墨水管，以免造成墨水管结合部密封不良，导致墨水外漏。
        (3)不要加热墨水管，以名造成墨水管变形及破损。
        (4)不要在墨水管结合部位加油和药品，以免墨水凝固成胶状，进而导致损坏。
        (5)打印机放置处应防鼠，不让其咬破供墨管道。
        (6)在拆除橡皮连接部件时，要更换新品。因为若管件结合不良时，会造成墨水供给系统无法正常流动，出现墨水喷出不良、橡皮连接部件脱落等现象。
        3.墨水及墨水盒的维护
        墨水盒及墨水的维护分为两种情况，即保存上的维护和使用上的维护，二者有所不同。
        (1)保存上的维护
        ①墨水盒应置于阴凉场所，其开封前的保存温度为-10-35。若温度低于-10，墨水盒墨水可能会冻结，而如果温度于35，经过长时间以后，盒内墨水成份可能会发生变化。
        ②不能将墨水盒放在日光直射的地方。
        ③不要将墨水置于类尘多的地方，以免在打印机中安装墨水盒时，灰尘混入墨水中造成污染，这一点也是针对BJ-330、BJC-800和BJC-600打印机而言的，因为这几种打印机中喷头与墨水盒是分离的。
        (2)使用时的维护
        ①墨水盒为一次性用品，不能使用注射器向墨水盒中注入墨水，这会使打印机出现故障。
        ②因为BJ-330、BJC-800和BJC-600打印机的喷头与墨水盒分离，故不要用手触摸墨水盒的墨水盒的墨水出口，以免杂质混入污染墨水。
        ③不要摔落墨水盒。
        ④墨水具有导电性，因此就防止废弃的墨水溅到打印机的印刷电路板上，以免出现短路现象。如果印刷电路板上已有墨水沾污，应用含酒精的纸进巾等擦试。
        ⑤不要拆开墨水盒。以免造成打印机故障。
        ⑥应使用厂家提供的或指定的墨水，以确保打印机质量。
        4.打印纸处理
        (1)处理普通纸
        ①使用普通纸时，应选择具备下术特性的纸张：易于干燥；墨水不易渗透；不易产生纸粉；纸面平坦，凸凹少。
        如果使用的普通纸不符合以上要求，打印质量会很差。如果使用的纸张，墨水吸收特性不良且干燥速度慢，打印后若立刻触摸打印的部位，墨水会弄脏打印纸。若使用的纸张纸粉过多，则会引起喷阴塞。故使用普通纸时，一定要了解纸张质量及纸粉的有元。
        ②作为打印纸的普通纸时，有时其正、反两面性能不同，因此，用普通纸打印时，应测试正、反两面的质量，并选择好的一而打印。
        ③BJ打印机为非击打式打印机，因此它不能使用复写纸。
        ④打印之前，若用手指用力压普通纸的表面，打印后手指压过的地方墨水无法附着，会留下指印。因此，应避免用力压打印纸的表面。
        ⑤由于打印机采用水性墨水，因此打印品的耐水性能并非很完美。如果打印品被水粘释，打印而将被弄脏。
        (2)使用Coat纸
        ①纸张应置于阴凉、低湿度且温、湿度不急剧变化的地方。
        ②不要弄湿纸面，以免纸张卷曲，也要注意避免日光直射纸面。
        ③勿将纸张置于多灰的地方，以免Coat纸面被弄脏。
        ④尽量不要用手指触摸Coat纸面，以免纸面剥落或被弄脏。人的指纹中含有油，会使墨水无法粘附于纸上，导致打印效果不良。
        ⑤不要将胶水、浆糊、胶带等贴到Coat纸面，这会使其变黄。
        ⑥不要用硬东西抓取Coat纸面，以免Coat层剥落。
        ⑦将纸张卷成圆筒状时，勿将Coat面卷向内侧，以免Coat层脱落。
        ⑧不要将打印品置于塑料透明文件或纸箱中，以免Coat面变黄。
        ⑨安装打印机时，应采用Coat面为打印面。
        (3)使用胶片
        ①使用胶片打印以后，输送辊上可能有残留的墨水，此时就输送几张纸以去除辊上的墨水。
        ②墨水干燥后，不要用手触摸打印品，在下述情况下，此时应输送几张纸以去除辊上的墨水。
        a.投射型(光由下面照射)、打印面朝下的投影机。
        b.直接将投影片置于透明的文件夹中。
        四、喷墨打印机的故障检修
        BJ系列打印机的内部结构较为复杂，功能越全的机器，其电子系统及机械装置也越多，出现故障的可能性越大，操作时的注意事项也越多。出现故障的常见原因如下：
        1.操作中的原因
        用户对机器的性能不完全了解，使用过程中操作不当，如违反操作规程，使用不合规格的纸张、非厂家指定的墨水，造成重复卡纸等等，致使打印机输出效果不良。
        由操作不当产生的原因最多，例如输纸过程中产生的故障。选用打印纸之间有粘结，纸，面上有粉尘，有卷曲、有皱折或纸边不整齐等。
        (1)一次送入多张打印纸
        造成一次入多张打印纸
        ①打印纸不符合要求，如纸张之间有粘结。
        ②输纸托盘中的纸太多。实际操作中一般不要超过一厘米。
        ③混装了不同厚度的打印纸，送纸器在送厚纸时将薄纸一并输出。
        (2)打印纸没送出
        如果打印机打印完最后一页，该页的字符少于设定的行数时，输纸机构不能将打印纸送出，这时可按一下打印机控制面板上的进纸和退纸键，打印纸就会自动送出。打印时，如果发生突然掉电或碰到了控制面板中的复位键(Reset)，在重新开机时，正在打印的信息都被丢失。只有重新设置打印信息，才能进行正常打印。
        (3)打印纸不能送入输纸通道
        输纸托盘中的纸没装正确时，送纸导轮上的脏物太多时均不能将纸张正确送入输纸通道。
        (4)卡纸
        有卷曲、有皱折或纸边不整齐等原因会造成卡纸并堵塞输纸通道。排除故障时，应先打开打印机上盖，取下打印机纸输出托盘和托盘上盖，一只手往后拉打印纸的同时，另一只手按住进纸/退纸键，就可取出卡住的纸。然后仔细检查输纸通道内是否有异物。
        2.环境的影响
        BJ打印机对环境的温、湿度都有明确的要求，而且对储存的环境及操作的环境有不同的要求。在符合要求的操作环境下工作，以确保打印机的墨水性能不变，提高其工作寿命，并且确保它能在最佳工作环境下打印，以获得良好的打印效果，因此环境因素影响BJ打印机性能的一个重要方向。
        3.维护措施不利
        打印机的维护工作也很重要，如不按正常方式关闭电源以及拔电源插头等，将导致喷头盖帽操作不能执行。此外，打印机长时间使用，不实施机内清洁措施，对喷头墨水盒分离的打印机来说，不注意墨水盒表面的清洁等都会导致打印质量的下降。
        4.维修保养手法不当
        维修BJ打印机时，手法不当，动作生硬。如更换齿轮时，没将齿轮等对准时，就用力拉;拆卸及安装喷头时，手握的部位不对，碰到喷嘴表面及触头；调整打印头和纸间隙时，划伤字辊；墨水泄漏到印刷电路板上，不彻底清洁干净，等等，使得打印机工作时出现故障。
        5.人为故障
        更换消耗材料或零件后出现故障，如采用不符合规格的墨水盒；使用的交流电不合规格等等都将导致人为的故障产生。
        喷墨打印机的故障检修应注意的事项：
        (1)在墨水已泄漏的情况下若接通电源，电路将会受损。
        (2)接角打印机墨水通路时，注意不要被墨水弄脏打印机、工作台、手及衣服。
        (3)拆卸、安装墨水供给系统时，务必注意不要将墨水附着在电路板上。
        (4)拆掉墨水盒时，打印机不要长时间旋转或移动，以免打印机内墨水外泄。
        (5)BJ喷头的喷嘴阻塞将导致墨水喷射不良。除此之外，清洁单元、墨水缓存器，或墨水管等墨水供应系统中的某部分的故障也将导致墨水供应不良。因此，一般出现此类现象时，应首进行2-3次长时间的清洗操作，确定墨水供给系统各部分墨水的流动状态，查明原因之所在。
        喷墨打印机的故障检修时最大的要点是：细心，不要扩大故障和损坏机件，多检查，重维护。