专利名称：用于熔融固态油墨的阀系统和调节熔融油墨流动的方法
技术领域：
本发明涉及相变油墨制图机或印刷机，尤其是涉及其中用于控制熔融固态油墨的流动的阀系统和方法。
背景技术：
相变油墨制图机或印刷机使用相变油墨，该相变油墨在环境温度下处于固相，但是在机器或印刷机的升高工作温度下处于熔融的液相。在该升高工作温度下，熔融或液态相变油墨的液滴或射流从印刷机的印刷头装置喷射至印刷介质上。这种喷射可以直接喷射至最终的图像接收基片上，或者间接喷射至成像部件上然后再从成像部件转印至最终图像接收介质上。当墨滴与印刷介质表面接触时，该墨滴快速固化，以便以固化墨滴的预定图案形式形成图像。
已经公开了该相变油墨制图机或印刷机的示例以及用于通过它在图像接收片材上产生图像的方法。
发明内容
通过固态油墨阀系统可以更好地控制熔融固态油墨的流动，该固态油墨阀系统可以包括具有一个或多个阀孔的阀板、脐带连接器以及位于阀板和脐带连接器之间且与所述至少一个阀孔连接的阀。在阀板和脐带连接器之间的油墨流动可以通过驱动阀而进行异步调节。
该阀可以这样驱动，即通过加热和冷却该阀；通过向包围着阀的阀元件的线圈施加电流，并向阀元件中用于加热固态油墨的电线施加电流；或者通过异步驱动与阀孔相关联的阀机构。
图1是示例性的相变油墨制图机的示意图；图2是示例性的相变油墨熔化和控制组件的透视图；图3是示例性的相变油墨熔化和控制组件的分解透视图，该组件安装有按照一种示例性实施例的阀系统；
图4是第一示例实施例的示例阀系统；图5是第一示例实施例的阀的透视图；图6是解释对第一示例实施例的阀进行控制的流程图；图7是第二示例实施例的阀的示意图；图8是解释对第二示例实施例的阀进行控制的流程图；图9是第三实施例的阀的阀板的前侧；图10是第三实施例的阀的阀板的背侧；图11是第三示例相变油墨熔化和控制组件的后侧，该组件安装有第三示例实施例的阀系统；图12是第三示例实施例的阀系统的透视图；图13是第三示例实施例的阀的阀元件和保持器的透视图；图14是第三示例实施例的阀的凸轮的透视图；以及图15是解释对第三示例实施例的阀进行控制的流程图。
具体实施例方式
下面的详细说明将介绍用于异步调节熔融的固态油墨的流动的装置、方法和系统。为了清楚方便起见，提供了电气装置和/或机械装置的具体示例。不过应当知道，这里所述的细节和原理同样可用于其它的电气装置和/或机械装置。
图1表示了示例性的相变油墨制图机10，例如影印机、单功能或多功能印刷机等。机器10包括机架11，所有的操作子系统和部件都可以直接或间接地安装在该机架11上。该相变油墨制图机或印刷机10包括成像部件12，该成像部件12可以为滚筒或环形带等形式。成像部件12可以具有成像表面14，该成像表面14可以沿方向16运动，且相变油墨图像可以形成于该成像表面14上。
相变油墨制图机10还可以包括相变油墨系统20，该相变油墨系统20可以具有至少一个用于供给一种颜色的固态形式相变油墨的供给源22。因为相变油墨制图机10可以是多颜色制图机，因此油墨系统20例如可以包括四个供给源22、24、26、28，表示四种不同颜色CYMK(青、黄、品红、黑)的相变油墨。相变油墨系统20还可以包括相变油墨熔化和控制组件100(见图2)，用于使固态形式的相变油墨熔化或相变成液态形式。该相变油墨熔化和控制组件100可以控制和供给熔融液态形式的油墨至印刷头系统30，该印刷头系统30包括至少一个印刷头组件32。因为相变油墨制图机10可以为高速或高吞吐量的多颜色制图机，因此印刷头系统例如可以包括四个独立的印刷头组件32、34、36和38，如图1中所示。
相变油墨制图机10可以包括基片供给和输送系统40。该基片供给和输送系统40例如可以包括基片供给源42、44、46、48，其中的供给源48例如可以是大容量纸张供给装置或供给器，用于储存和供给例如为切割片材形式的图像接收基片。该基片供给和输送系统40可以包括基片输送和处理系统50，该系统50可以具有基片预热器52、基片和图像加热器54和定影装置60。相变油墨制图机10还可以包括原始文件供给器70，该原始文件供给器70有文件保持托盘72、文件供给和取回装置74以及文件曝光和扫描系统76。
对机器10中各种子系统、部件和功能的操作和控制可以借助于控制器或电子子系统(ESS)80来进行。控制器80例如可以为独立、专用的微型计算机，该微型计算机具有中央处理单元(CPU)82、电子存储器84和显示器或用户界面(UI)86。控制器80例如可以包括传感器输入和控制装置88以及像素布置和控制装置89。此外，CPU 82可以读取、捕获、准备和管理在图像输入源(例如扫描系统76或者联机或工作站连接件90)和印刷头组件32、34、36、38之间的图像数据流。因此，控制器80可以为主要的多任务处理器，用于操作和控制所有的其它机器子系统和功能，包括机器的印刷操作。
在工作时，用于所要形成的图像的图像数据可以从扫描系统76或通过联机或工作站连接件90而发送给控制器80进行处理，并输出至印刷头组件32、34、36、38。另外，控制器80可以确定和/或接收对相关子系统和部件的控制(该控制例如是来自操作人员通过用户界面86的输入)，并因此可以执行该控制。因此，合适颜色的固态形式相变油墨可以熔化并传送给印刷头组件。另外，可以对于成像表面14进行像素布置控制，从而按照这样的图像数据形成所需的图像，且接收基片可以从一个或多个供给源42、44、46、48进行供给，并用装置50进行输送，以便与表面14上的图像形成进行时间配准。
最后，图像可以在转印辊隙92内从表面14转印至接收基片上，以便随后在定影装置60处进行定影。
参考图2，相变油墨熔化和控制组件100可以如图所示与油墨系统20连接。该相变油墨熔化和控制组件100可以包括熔化器组件300，用于使固态的相变油墨熔化或相变，以便形成熔融的液态油墨。它还可以包括熔融液态油墨的储存和供给组件400，该熔融液态油墨储存和供给组件400可以定位在熔化器组件300的熔化器壳体302的下面。相变油墨熔化和控制组件100可以包括熔化器之前的组件200，用于可控制地容纳、调节和供给来自油墨系统20的固态油墨供给源22、24、26、28的固态的相变油墨。
该熔化器之前的组件200可以包括冷却装置210，该冷却装置210安装成与第二供给装置206为热交换关系，以便使得固态的相变油墨的温度保持成低于固态相变油墨的熔点温度，从而防止固态相变油墨在其到达熔化器壳体302之前过早熔化。
第一供给装置202可以包括四个管202A、202B、202C、202D，一个管用于一种颜色(CYMK)的油墨。散热器或换热器210可以保证固态的相变油墨不会过早熔化，例如通过使得固态油墨的表面温度保持在例如低于它们的熔化温度(例如110℃)的大约60℃处。熔化器组件300以及熔融液态油墨储存和控制组件400(它们可以都位于熔化器之前的组件200的下面)可以发热且使热量垂直对流而处于例如120℃的温度下。
如图3所示，第一储存容器404(该第一储存容器404可以为低压容器LPR)可以直接位于熔化器组件300的下面，并可以利用重力而从熔化器组件300接收熔融液态油墨。第一储存容器404的储存容量可以为每种颜色(CYMK)储存14克的熔融固态油墨。
止回阀装置500可以位于背板430的底部并穿过第二储存容器414，该第二储存容器414可以为高压容器(HPR)。这样，熔融液态油墨可以利用重力而从第一储存容器404穿过止回阀装置500流入第二储存容器414中。
在第二储存容器414的底部，排出开口419A、419B、419C、419D(每一个用于一种颜色的油墨CYMK)可以用于使熔融液态油墨流入过滤器组件(未示出)，并继续流入具有多个排出孔421的联管板420。例如，对于每种颜色可以有四个排出孔，因此，可以有总共16个排出孔。当熔融油墨流过联管板420并通过排出孔421排出时，熔融油墨可以流入阀板600中。阀板可以包括多个阀孔610。阀孔610的数目可以与排出孔421的数目相同。可以为每一阀孔610提供阀620，以便调节熔融油墨流向脐带连接器630的流动。当油墨的流动通过阀620来调节时，油墨可以通过脐带连接器630而流向印刷头系统30。
下面参考图4和图5介绍阀系统的示例性实施例。
脐带连接器壳体(未示出)可以包括用于风扇冷却的进口和出口以及电线611，该电线611可以布置成穿过连接器本体612并通向阀620。可以为每个排出孔610都提供一个阀620，且该阀620可以包括管621，例如硅橡胶管，熔融油墨可以流过该管621。各阀620可以具有用于加热的加热元件623，该加热元件623可以与一个或多个电线611连接；以及用于冷却的冷却元件，例如翅片622。如图5所示，加热元件623可以布置在冷却元件622内。为了更高效地冷却管621，可以在管621上安装多个翅片622。
加热元件623可以为高密度镍-铬箔、热电珀耳帖效应装置或PTC球。加热元件623的加热可以通过控制器613来控制。管621可以通过翅片622来冷却。较大翅片面积与较高气流量可以产生很高的对流传热系数。翅片622的表面形状可以变化以便增加表面面积。例如可以包括散热器和波纹形状。翅片622还可以被电冷却或化学冷却。
压缩空气可以环绕各管621进行冷却，从而利用空气的膨胀从管621带走热量。压缩空气冷却器例如可能需要40至80psi的压强来工作。因为固态油墨是热敏的，因此可以通过使电流经过电线611和加热元件623，而使管温度提高至合适高的温度(例如120℃)，从而使油墨熔化，并且通过用翅片622将管621冷却至适当低的温度(例如65℃)，从而使油墨固化。因此，通过在阀620的管621中熔化和固化该油墨，从而可以调节油墨的流动。
图6是表示对加热和冷却元件的示例性控制的流程图。
该过程可以在步骤S100中开始，并可以继续前进至步骤S200。在步骤S200中，可以判断加热元件是否需要加热。如果需要，则该过程可以前进至步骤S300。否则，该过程可以跳至步骤S400。在步骤S300中，加热元件可以被加热。谊过程可以继续前进至步骤S400。
在步骤S400中，可以判断冷却元件是否需要冷却。如果需要，则该过程可以继续前进至步骤S500。否则，该过程可以跳至步骤S600。在步骤S500中，冷却元件例如可以通过例如允许空气在脐带连接器壳体中流动而被冷却。该过程可以前进至步骤S600。
在步骤S600中，可以判断是否需要重复谊过程。如果需要，该过程可以返回至步骤S200。否则，该过程可以在步骤S700中结束。
如上所述，阀620可以是与阀板600或脐带连接器630相独立的单元。不过，阀620可以直接安装在一硅橡胶管上，而该硅橡胶管压入阀板600的出口内。该管的端部可以允许硅橡胶管安装在脐带连接器630的端部上。冷却元件622和加热元件623可以集成在阀板600上。
这样一种示例性实施例的结构在不同条件下进行测试。第一示例测试在20℃的环境温度下通过施加10伏电压来进行。具有裂口和弯曲构造的翅片在750fpm的空气流速下使用。脐带连接器被加热至120℃。结果，将花费18秒时间来使得油墨的温度从65℃增加至120℃。此外，将花费39秒时间来使得温度从120℃降低至65℃。释放油墨的温度是117℃，使温度从65℃增加至释放温度的时间是16秒。
第二示例测试在20℃的环境温度下通过施加15伏电压来进行。具有裂口和弯曲结构的翅片在750fpm的空气流速下使用。脐带连接器被加热至120℃。结果，将花费14.5秒时间来使得油墨的温度从65℃增加至120℃。此外，将花费37秒时间来使得温度从120℃降低至65℃。释放油墨的温度是122℃，使温度从65℃增加至释放温度的时间是17秒。
图7表示了阀系统的另一示例性实施例。电磁阀700可以由布置在阀板600一侧上的尖端密封件710构成。该尖端密封件710可以由Viton制成。在尖端密封件710的径向内侧，具有倾斜表面的针头720可以装配在尖端密封件710上。针头720可以由400系列不锈钢制成。针头720可以包括针头本体730，该针头本体730可以为圆筒形。在针头本体730上可以有开口740，熔融油墨可以利用致动器而从尖端密封件710和针头720之间形成的空间通过该开口740进入，并沿箭头所示方向轴向流过针头本体730并从螺线管组件的端部流出。
在针头本体730内部可以提供有高温电线750。高温电线750可以使针头本体730保持加热，从而使油墨更平滑地流动。高温电线750在工作时的温度例如可以保持在150℃。
在针头本体730的脐带连接器侧可以有Viton密封件760，该密封件760可以直接与脐带连接器连接，以便允许油墨流入脐带连接器。
针头本体730可以被针头本体壳体770环绕，该针头本体壳体770可以防止由高温电线750产生的热量发散至针头本体730外部。针头本体壳体770可以由PPS高温塑料制成。
在针头本体壳体770和主壳体780之间的空间可以充装线圈790。电流可以流过该线圈790，这样，将吸引针头720朝着脐带连接器运动，从而打开在尖端密封件710和针头720之间的间隙。
图7中表示了一个孔740。不过，应当知道可以提供有多个孔，例如一个在图7的顶侧，而另一个在图7的底侧，以便使油墨更高效地流动。
图8是表示控制图7的阀的示例过程的流程图。
该过程可以在步骤S1000中开始，并可以继续前进至步骤S1010。在步骤S1010中可以接通高温电线。在步骤S1020中，可以判断油墨是否应当流动。如果否，该过程可以跳至步骤S1060并结束。否则，该过程可以继续前进至步骤S1030。在步骤S1030中，电流通过线圈，从而吸引针头，以便在该针头和尖端密封件之间形成间隙。在步骤S1040中，判断是否应当停止流动。如果不应当停止，该过程可以重复步骤S1040。否则，该过程可以前进至步骤S1050。在步骤S1050中，可以终止通向线圈的电流。该过程可以在步骤S1050中结束。
图9-图14表示了另一示例实施例的阀系统800。图9表示了阀板860的前侧，而图10表示了阀板860的背侧。对于每个排出孔，阀板860可以包括两个孔，即第一孔861和第二孔862。因此，当有16个排出孔(例如四种颜色中的每一种颜色都有四个孔)时，有16个第一孔和16个第二孔。如图10所示，第一孔861和第二孔862可以通过在阀板860背侧上的油墨分配槽道863来连接。排出孔421可以定位成使得各排出孔421的位置与相应的一个第一孔861相对应。
如图11所示，第一孔861可以与排出孔421连通，且第二孔862可以与脐带连接器870连通，谊脐带连接器870将熔融油墨送至印刷头(未示出)。
因此，当第一孔861被阀系统800打开时，从各排出孔421排出的油墨可以流入第一孔861，并可以在流过油墨分配槽道863后从第二孔862喷出，并可以流入脐带连接器870。
如图12所示，阀系统800可以包括提升操作杆810、凸轮操作杆820和凸轮830。提升操作杆810可以包括一个或多个阀元件811和托架812。阀元件的数目可以等于用于一种颜色的第一孔861的数目。在所示示例实施例中，因为对于四种颜色中的每一种颜色都有四个第一孔861，因此有四个安装在提升操作杆810上的阀元件811。各阀元件811例如可以通过保持器813而安装在提升操作杆810上，如图13所示。
各阀元件811可以穿过托架812的开口插入。阀元件811可以通过密封环814而固定在托架812上。阀元件811的尖端部815可以指向成使得尖端部815关闭第一孔861，如图12所示。阀元件811可以由不锈钢销制成，该不锈钢销具有压缩模制的锥形Vitron尖端。这些阀元件811可以是多路的(multiplexed)，使得一组阀按顺序打开，这样在一个凸轮旋转循环中，全部四个头都可以根据需要输送油墨。阀元件811例如可以移动2.0mm的冲程，以便允许熔融油墨流向脐带连接器870。
该提升操作杆810可以安装在凸轮操作杆820的一端上。凸轮操作杆820的另一端可以通过弹簧等(未示出)而压靠凸轮830。凸轮830可以由马达840通过凸轮轴850进行驱动。马达840可以为单个马达。与提升操作杆810类似，可以为每一种颜色提供凸轮操作杆820和凸轮830。用于各颜色的凸轮830可以布置在同一凸轮轴850上，因此，全部凸轮830以相同转速一起旋转。当凸轮830旋转时，凸轮操作杆820可以在凸轮830的侧表面上滑动。因此凸轮操作杆820可以以悬臂方式运动。
如图14中所示，各凸轮830可以包括一个或多个相对平坦的表面831。当凸轮830由于凸轮轴850通过马达840来旋转而进行旋转时，凸轮操作杆820可以与平坦表面831接触。当凸轮操作杆820接触该平坦表面时，凸轮操作杆820的处于凸轮侧的端部可能会降低，这是因为该平坦表面831朝着凸轮轴850向内成形。因为凸轮操作杆820布置成悬臂方式，因此当凸轮操作杆820的处于凸轮侧的端部降低时，凸轮操作杆820的处于提升操作杆侧的端部可以升高。
一个凸轮830的平坦表面831可以径向偏离另一凸轮830的平坦表面831。因此，当全部凸轮830通过凸轮轴850而一起旋转时，凸轮操作杆820可以异步运动。
图15是表示控制阀系统800的示例方法的流程图。该过程可以在步骤S2000中开始，并可以继续前进至步骤S2100。在步骤S2100中，可以判断熔融油墨是否应当流入阀系统800。如果是，该过程可以前进至步骤S2200。否则，该过程可以在步骤S2500中结束。
在步骤S2200中，凸轮轴可以通过马达而旋转。这时，因为在凸轮轴上可以有多个凸轮，而且因为凸轮的相对平坦表面可以彼此径向偏离，因此凸轮操作杆可以在凸轮轴旋转时异步运动。该过程可以继续前进至步骤S2300。
在步骤S2300中，判断油墨是否应当继续流动。如果是，该过程可以返回步骤S2200，以便使凸轮轴进一步旋转。如果否，该过程可以前进至步骤S2400。在步骤S2400中，凸轮轴的旋转可以停止，且该过程可以在步骤S2500中结束。
因此，如上所述，流向脐带连接器的熔融固态油墨的流动可以根据需要进行异步调节。
权利要求
1.一种固态油墨阀系统，包括阀板，该阀板包括至少一个阀孔；脐带连接器；以及阀，该阀定位在阀板和脐带连接器之间，并与所述至少一个阀孔连接，所述阀构造成可异步调节在阀板和脐带连接器之间的油墨流动。
2.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述阀包括连接至阀板的管；用于将固态油墨加热成液态的加热器；用于将固态油墨冷却成固态的冷却器；和控制器，该控制器通过加热器和冷却器来控制固态油墨的温度，以便在固态油墨处于固态时停止熔融固态油墨的流动。
3.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述阀包括密封件，处于所述阀的输入侧上并且与所述至少一个阀孔相接触；针头，该针头装配在密封件内以防止固态油墨通过，并且当该针头被驱动时，在针头与该密封件之间形成一间隙；该针头包括开口以及其内的电线，当该针头被驱动时，该间隙与该开口相连通。
4.根据权利要求3所述的阀系统，其中，所述阀还包括围绕所述针头的线圈，该线圈构造成可驱动该针头，以便在密封件中形成供固态油墨通过的间隙。
5.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述阀包括至少一个阀元件；提升操作杆，该提升操作杆保持所述的至少一个阀元件；凸轮操作杆，该凸轮操作杆连接至该提升操作杆并设置成可提升该提升操作杆；和凸轮，该凸轮设置在凸轮轴上，并设置成可升高和降低该凸轮操作杆。
6.一种调节固体油墨流动的方法，包括在阀板和脐带连接器之间提供至少一个阀，该至少一个阀与阀板上的至少一个阀孔相连通；驱动该至少一个阀，以便异步地调节通过其的熔融固态油墨的流动。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述的驱动该至少一个阀包括用加热元件加热该固态油墨，以及用冷却元件冷却该固态油墨。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述的驱动该至少一个阀包括向围绕阀元件的线圈施加电流以及向阀元件内的电线施加电流。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述的驱动该至少一个阀包括旋转一凸轮，使得所述至少一个阀的至少一个阀元件打开和/或关闭至少一个阀孔。
全文摘要
在相变油墨制图机中，通过一种固态油墨阀系统可以更好地控制熔融固态油墨的流动，该固态油墨阀系统包括阀板，该阀板有一个或多个阀孔；脐带连接器；以及阀，该阀定位在阀板和脐带连接器之间。在阀板和脐带连接器之间的油墨流动可以通过驱动阀来进行异步调节。该驱动可以这样进行，即通过加热和冷却阀；通过向环绕阀中的阀元件的线圈施加电流和向阀元件中的电线施加电流；和/或，通过异步驱动与阀孔相关联的阀。
文档编号B41J2/175GK1891471SQ20061009568
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月29日 优先权日2005年6月30日
发明者R·莱顿 申请人:施乐公司