Устройство струйного картриджа

Струйный картридж – это основной сменный блок струйного принтера, заправленный чернилами и оснащённый специальными механизмами и приспособлениями для переноса чернил на бумагу.

В наиболее общем виде струйный картридж состоит из ёмкости-резервуара для чернил (секции для чернил, чернильницы), крышки, печатающей головки и пластины с контактами для снятия показаний счётчика чернил и управления соплами головки картриджа.

Строение струйного картриджа

Ни рисунке резервуар для чернил окрашен в синий цвет. В реальности он может быть изготовлен как из цветного, так и из прозрачного пластика.

Крышка картриджа

Крышка картриджатакже изготавливается из пластика и традиционно окрашивается в цвет чернил, которыми он заправлен. На крышке картриджа можно увидеть отверстия для заправки, предусмотрительно оставленные изготовителем.

Отверстия для заправки на крышке струйного картриджа

Кроме отверстий для заправки на крышке имеются отверстия для выхода воздуха и поддержания оптимального давления внутри картриджа.

Резервуары для чернил

Внутри струйного картриджа расположены резервуары для чернил: в чёрном картридже находится только один резервуар, в цветном картридже – три резервуара для чернил жёлтого, пурпурного и голубого цветов. Такое устройство характерно для бюджетных моделей струйных принтеров.

Односекционный и трёхсекционный струйные картриджи

Более дорогие струйные принтеры, предназначенные для фотопечати, имеют от 4 до 8 картриджей-чернильниц различных цветов.

Четырёхцветная и шестицветная цветовые схемы струйного принтера

Губка-абсорбер

Внутри ёмкости-резервуара струйного картриджа размещается поглощающий материал для удержания и равномерного распределения чернил. Чаще всего в роли такого материала выступает микропористая губка, изображённая на рисунке.

Абсорбирующая губка, удерживающая чернила внутри картриджа

В некоторых струйных картриджах HP вместо абсорбирующей губки имеются автоматические клапаны и подпружиненные эластичные воздушные мешки.

Когда поступает команда печати, чернила из картриджа поступают в сопла печатающей головки.

Печатающая головка

Печатающая головка – это важнейший механизм струйного принтера. От неё непосредственно зависит качество отпечатков.

В некоторых моделях струйных принтеров печатающая головка располагается не в картридже, а в самом принтере. Сравнение картриджей с печатающей головкой и без таковой представлено ниже.

Сравнение струйных картриджей с печатающей головкой и без таковой

В правой части рисунка на картридже видны три отверстия, через которые чернила поступают в печатающую головку, расположенную в принтере.

В левой части рисунка печатающая головка расположена не в принтере, а на чернильнице. Она представляет собой узкую металлическую пластину на нижней части картриджа, состоящую из множества микроскопических отверстий. Под отверстиями располагается огромное количество миниатюрных полостей (сопел, дюз), в которые чернила поступают из ёмкости-резервуара картриджа. Одна из последних печатающих головок, изготовленных компанией Canon, насчитывает 3072 сопла (по 512 сопел для каждого из 6 цветов).

Многократно увеличенное изображение одной дюзы печатающей головки струйного картриджа

Дюзы печатающей головки

Диаметр дюзы печатающей головки струйного картриджа значительно уже диаметра среза человеческого волоса. Благодаря микроскопичности дюз чернила не могут самостоятельно выливаться наружу. Чем меньше дюза печатающей головки, тем меньше размер вылетающей из неё капли. В свою очередь, чем меньше чернильная капля – тем меньше зернистость изображения и тем выше его чёткость, точность, разрешение.

С другой стороны, чем меньше дюза печатающей головки, тем больше вероятность засыхания в ней чернил и выхода картриджа из строя. Следовательно, чем мельче дюзы печатающей головки – тем струйный картридж капризнее.

Размер и форма дюз в струйных принтерах дифференцируется в зависимости от модели принтера и технологии струйной печати. На рисунке ниже представлены три дюзы печатающих головок струйных принтеров, использующих различные технологии печати.

Дюзы печатающих головок струйных принтеров, использующих различные технологии струйной печати

Дюза струйного картриджа с микропьезо-печатью значительно больше, чем струйного картриджа с термоструйной печатью. Но благодаря технологии менискового контроля капли вылетающие из микропьезо-дюзы могут быть меньше капель, вылетающих из узких сопел. Применение микропьезо технологии позволяет получать чернильные капли размером 3 pl при диаметре дюзы в 25 мкм. В термоструйной печати самые маленькие капли имеют размер в 4-5 pl.

Сопла печатающей головки

В различных принтерах сопла располагаются на печатающей головке по-разному.

Расположение сопел на печатающих головках струйных принтеров

Некоторые производители оснащают свои картриджи соплами одинакового размера, другие чередуют мелкие и более крупные дюзы, располагая их в шахматном порядке.

Чернила

Следующим неотъемлемым элементом струйного картриджа являются чернила. Чернила могут быть разных типов: пигментные, сублимационные, водорастворимые, твёрдые, сольвентные и другие. Выбор вида чернил зависит от технологии струйной печати.

Следует использовать для печати лишь те чернила, которые полностью подходят для данного струйного принтера. От качества используемых чернил зависит качество печати и ресурс бесперебойной работы струйного принтера.

Непременным требованием к чернилам для струйных принтеров является тонкий спектральный состав, наличие которого обеспечивает свежесть и чистоту оттенков. Чтобы при помощи основных цветов чернил при печати получались новые интересные оттенки, необходимо чтобы чернила при высыхании оставались прозрачными и не меняли свой цвет. Чернила должны быть нетоксичными, экологически чистыми и устойчивыми к выцветанию.

Каждый производитель разрабатывает свой уникальный состав чернил и адаптирует его к струйным принтерам, для которых эти чернила выпускаются. В таблице представлена характеристика элементов, входящих в состав чернил Lexmark.

Элементы, входящие в состав чернил Lexmark

Элементы	Характеристика элементов
Деионизированная вода	Это основной элемент чернил, который формирует 85-95 % их объёма
Пигмент или краситель	Пигмент входит в состав пигментных, сольвентных и латексных чернил, краситель – в состав водорастворимых чернил. Чернила на основе пигмента могут быть только чёрными, а чернила на основе красителя – как чёрными, так и цветными
Увлажнитель	Используется для получения оптимального уровня вязкости чернил. Слишком высокая вязкость чернил увеличивает время формирования мениска и ухудшает скорость печати. Слишком низкая вязкость приводит к растеканию чернил по поверхности бумаги
Поверхностно-активное вещество	Оказывает влияние на смачиваемость чернилами поверхности бумаги. Недостаточное количество поверхностно-активного вещества позволяет ускорить процесс высыхания чернил на поверхности бумаги, но при этом увеличивает объём капель, выдавливаемых из дюз. Излишнее количество поверхностно-активных веществ увеличивает время высыхания чернил и ухудшает стойкость отпечатка

Чернила не вытекают из картриджа, так как сопла печатающей головки имеют очень узкий диаметр. Чтобы чернила попали на бумагу, их нужно «вытолкнуть» из картриджа. Механизм «выталкивания» чернил из струйных картриджей различен: компания Epson использует пьезоэлектрическую технологию, Canon – пузырьково-струйную, HP и Lexmark – термоэлектрическую.

Особые элементы

Картриджи, предназначенные для пьезоэлектрической печати, оснащены пьезоэлектрической пластиной, способной выгибаться под влиянием электрического тока. Выгибаясь, пластина уменьшает объём чернильного резервуара, и чернила выдавливаются из дюз на бумагу.

Струйные картриджи, предназначенные для пузырьково-струйной и термоэлектрической печати, оснащены нагревательными элементами, которые разогревают чернила до температуры закипания и образования пара. Чернила, нагреваясь, образуют пузырьки, которые выталкивают чернильные капли из сопел на бумагу.

Чипы

В последнее время почти все производители оснащают свои струйные принтеры защитными микросхемами, которые делают заправку картриджей более дорогостоящей и сложной, а в некоторых случаях – совершенно невозможной.

Чип струйного картриджа

В памяти чипа струйного картриджа хранится информация о типе картриджа, его производителе, дате и времени изготовления, дате активации, эффективном периоде использования, количестве установок картриджа в принтер и количестве израсходованных чернил. Подсчёт количества израсходованных чернил является весьма условным, и на самом деле якобы «пустой» струйный картридж может оказаться заполненным чернилами на 30-50 %.