喷墨打印机及其流量限制系统的制作方法

专利名称：喷墨打印机及其流量限制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类喷墨打印机，其中，未用于打印的墨滴被汇集在墨槽中，并且使用 抽吸器沿着墨槽与用于已经进入墨槽的油墨的目的地之间的管线驱动油墨。通常，该目的 地为墨罐，油墨从该墨罐再循环返回至喷墨器。本发明还涉及用于控制流体在墨槽与抽吸 源之间的管线中的位置处的流量的流量控制系统。
背景技术：
上述类型的喷墨打印机一般称为连续式喷墨打印机，其不同于按需喷墨技术，因 为即使在不需要打印时也连续提供墨滴，并且通常在打印机工作的同时将连续提供油墨喷 头。虽然多余的墨滴会由于其自身的动量而进入墨槽，但是也需要在墨槽处或在墨槽后面 的不远处设置抽吸器，以便将已经进入墨槽的油墨吸走。在打印机将要在这样一种结构， 即，墨槽并不高于用于回收的油墨的预期目的地的结构中运行的情况下更是如此，这样，就 不可能通过重力将油墨运送远离墨槽。这样使用抽吸器的一个结果是，将油墨从墨槽输送 至抽吸源的管线将通常也携带空气，并且在大多数的商用喷墨打印机中，顺着这条管线流 动的空气的体积远大于油墨的体积。已经提出了多种方案来改变墨槽与抽吸源之间的管线中的空气流。JP-A-106354提议，墨槽的开口的横截面面积应该小于从墨槽通向抽吸泵的管路 的横截面面积，以使空气流在靠近墨槽开口处更快，且它快速流入到该管路中并沿着该管 路以较低的速率被吸取。这旨在减少从油墨蒸发的溶剂的量。GB 1553720提议出一种结构，其中，墨槽通过长度较短、直径相对较大的管道连接 至邻近的分离器，在该分离器中，使得已经进入墨槽的油墨与空气能够分离开。另一直径相 对较大的管道将来自分离器的空气输送至真空源。直径相对较小的第二管道将来自分离器 的油墨运送至排空的油墨回流罐。这种结构通过在油墨与空气进入墨槽后将油墨与空气进 行分离，而设法使得从油墨蒸发出的溶剂的量最小化。同样例如从Linx 5000打印机中已知的是，将插入件装配到从墨槽到抽吸源的管 线中，这段管线与该管线的其余部分相比具有缩小的内部横截面面积，以用作流量限制器， 从而减少被吸入到墨槽中的空气的量。JP-A-07-060993提议，由于所需的负压值根据打印头相对于容纳有用于所回收的 油墨的容器的打印机本体的高度而变化，因此，在从墨槽至抽吸泵的管线中设置有一装置， 以便控制沿该管线的流动速率。当安装打印机时，将该装置调整成直到恰好位于不再从墨 槽可靠地收集油墨的点之前为止。作为替代，可以使用流量计预先调整该装置。作为替代， 可使用(通过改变该管线的孔)对流动具有确定效果的装置，并且可设置若干这种装置，从 而选择一个合适的装置并且在安装打印机之前将其放置在适当的位置中。W099/62717提议，施加至墨槽的抽吸器应该是间歇式的或脉动的，或者通过中断 电动抽吸泵的运行，或者通过打开和关闭墨槽与文丘里泵之间的导管中的阀来实现，从而 减少由被吸收穿过墨槽的空气而带出油墨的溶剂的量，并且同样减少油墨在收集油墨的贮存器中的气化。W002/100645和JP-A_59_073957均提议，所回收的油墨应该被聚集于墨槽，直到 油墨量触发操作抽吸泵以暂时将所聚集的油墨吸走的开关。在W002/100645中，这旨在避 免由于将大量空气吸取通过墨槽所产生的多种问题。在JP-A-59-073957中，这旨在允许使 用更小的且更便宜的油墨回收泵。JP-A-57-084855关注于带有可移动滑架的喷墨打印机，其中，多余的墨滴由墨槽 收集，但是在打印期间不执行来自墨槽的油墨回收，而只有当滑架停止或正在在返回方向 移动时才执行回收。这是为了防止墨槽抽吸器影响打印好的字符。EP 0805040提议了一种系统，其中，墨槽由返回管线连接至排空的墨罐。起初，将 该罐设定至较高的真空度，这在返回管线中产生“活塞流”，从而在起泡的液滴和液体交替 通过压力传感器时在返回管线中产生较宽的压力波动。降低罐真空度，直到返回管线中的 压力停止波动，这表明至“气泡分散两相流”的一种转变，其中，返回管线中的空气呈单独的 分离气泡的形式，而不是起泡的液滴的形式。JP-A-2002-154225提议，使用打印数据来计算每单位时间间隔通过墨槽的墨滴的 数量，并且应该相应地控制油墨回收泵的速率，从而当油墨到墨槽中的流量更大时该泵产 生了更大的负压。这是为了降低从油墨损耗的溶剂的量。降低来自油墨的溶剂的损耗而不影响空气沿来自墨槽的管线的路径或流动条 件的替代方法也是已知的。例如，已知的是，冷却已经沿墨槽管线通过的空气，如在例如 JP-A-01-247167中所公开的那样，以便冷凝出已蒸发的溶剂。

发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于调节从连续式喷墨打印机的墨槽到抽吸源 的流体路径中的流体流量的系统，该系统包括可变流量限制器，其用于响应于流动路径中 的处于该流动路径的一部分的下游位置处的流体压力而自动调节在所述路径中的所述部 分的流量限制的程度。其它方面和可选的特征在权利要求书中予以阐述。根据本发明的另一方面，提供了一种用于调节喷墨打印机中从墨槽到抽吸源的管 线中的流体流量的系统，该系统包括用于限制管线中的流量的可调节流量限制器；用于感 测管线中在该可调节流量限制器的下游位置处(即，朝向抽吸源)的流体压力的压力传感 器；和用于响应于由压力传感器感测到的压力而调节由流量限制器施加至管线的限制量， 从而倾向于响应于压力的增加(或负压的减小)而增大对流量的限制，并且响应于压力的 减小(或负压的增加)而减小对流量的限制的控制装置。优选地，该系统被设置成将压力传感器处的压力基本上保持为常数。优选地，系统的部件被设置在将要被连接在从墨槽到抽吸源的流动路径中的单元 中，该单元具有用于连接至来自墨槽的路径并且通向可调节流量限制器的流体入口、从用 于连接至流体路径的流量限制器通向抽吸源的流体出口，和连接至可调节流量限制器与流 体出口之间的压力传感器的连接件。可以将该单元方便地设置为可在制造期间或者可能在操作中插入到喷墨打印机 的墨槽流体路径中以改变现有打印机的整装模块。例如，在将打印机的包括墨槽的打印头 可拆卸地连接至打印机的包括抽吸源的主体，以便允许更换或替换打印头的情况下，可以将模块设置为被设置在打印机主体中，用于在来自墨槽的管线可连接至通向抽吸源的打印 机主体内的流体路径并可从该流体路径上断开连接的点处连接到从墨槽到抽吸源的流体 路径中。本发明还包括在墨槽与抽吸源之间的流动路径中具有这种系统的喷墨打印机； 用于喷墨打印机的、可连接至打印头的打印机本体，其具有这种连接在打印机本体中的抽 吸源与用于接收来自打印头的墨槽的管线的连接件之间的系统；可连接至喷墨打印机本 体、并且在从打印头的墨槽到用于连接至通向喷墨打印机本体的抽吸源的流动路径的连接 件的管线中具有这种系统的打印头；和适于将喷墨打印机的本体连接至远处的打印头并 且承载用于打印机本体与打印头之间的连接的流体管线的连接单元(也称为导管或脐带 管)，其在用于打印头的墨槽与打印机本体的抽吸源之间的连接的管线中包括这种系统。优选地，将系统连接成使得从墨槽到抽吸源的流体路径的大部分长度都处于墨槽 与压力传感器之间。更优选地，从墨槽到抽吸源的流体路径的至少80%处于墨槽与压力传 感器之间，并且更优选地，从墨槽到抽吸源的流体路径的至少90%处于墨槽与压力传感器 之间。假设将负压基本上连续地施加至墨槽，而不是仅仅响应于对墨槽处检测到的油墨 的聚集而施加负压，则确保将油墨从墨槽可靠地吸走并且沿着流动路径到达抽吸源所需的 负压值通常导致沿始于墨槽的流动路径通过的空气体积远大于油墨的体积。例如，沿该路 径流动的流体在体积上可能超过95%都是空气。油墨倾向于以堵塞该流动路径并且由在其 上游与下游端之间的压差所驱动的较小的聚集物或“液滴”的形式移动。在该流动路径中， 油墨液滴的流阻通常远大于空气的流阻。因此，当墨槽与压力传感器之间的流动路径中存 在油墨液滴时，该流动路径中在压力传感器处的压力将相对较低，这是因为压力将在通过 压力传感器的上游的油墨液滴时降低。然而，当墨槽与压力传感器之间的流动路径中只有 空气时，传感器处的压力将接近大气压，这是因为沿传感器上游的流动路径将存在较小的 压降。因此，通过在传感器处的压力上升时增加流量限制，当在始于墨槽的路径中只有空气 时，流量限制器限制流量，以便减少由抽吸源吸入的空气的量，但是当油墨液滴沿墨槽路径 移动时，在传感器处必然出现的压降导致由流量限制器所施加的限制的减小，从而仍然可 靠地抽吸油墨液滴。流量限制器在压力传感器的控制下的操作倾向于降低抽吸源的入口处的压力波 动的程度，并减少被吸入到流动路径中的空气的总量。由于溶剂从油墨蒸发到沿始于墨槽 的流动路径通过的空气中通常是连续式喷墨打印机的工作期间溶剂损失的最主要的原因， 因此从墨槽到抽吸源的空气流的这种减少还可减少打印机的溶剂的总体消耗速率。可提供一种可调节流量控制器，其能够非常快速地响应于输入控制信号的变化， 从而能够将系统构造成为大体响应于从墨槽到抽吸源的流动路径中的瞬时流动状态，而不 是仅响应于主要时间周期内的平均特性。由于系统的动态响应，因此以比对于油墨流动的 更大的程度来阻止空气流动，使得在保持施加至油墨的负压程度的同时能够减少被吸入到 抽吸源的空气的量。


现在将参考下列附图来描述作为非限制性的示例而给出的本发明的实施方式。
图1显示了具体体现本发明的流体流量控制系统的示意性结构。图2显示了喷墨打印机中用于抽吸装置的负压对体积流率的示意曲线。图3为包括具体体现本发明的流体流量控制系统的基本上为整装的模块的分解 图。图4为在图3的模块中使用的用于控制电路的电路图。图5显示了图4的电路中的基准值控制系统的运行。图6为喷墨打印机包括具体体现本发明的流体流量控制系统的流体回路中的一 部分的示意图。
具体实施例方式图1显示了具体体现本发明的流体流量控制系统的结构。在图1的系统中，在墨 槽与抽吸源之间的流体管线3中放置有可变流量限制器1。在紧靠可变流量限制器1的下 游处，来自流体管线3的分支通向压力传感器5。压力传感器5测量流体管线3中的位于可 变流量限制器1的下游的压力，并且它提供被输入至控制电路9用于控制可变流量限制器 1的管线路7上的压力值信号。控制电路9将管线11上的信号提供至可变流量限制器1， 从而控制可变流量限制器1对通过它的流体的流量的限制程度。将控制电路9设置成具有基准值，该基准值对应于用于流体管线3中的位于可变 流量限制器1的下游的压力的目标值，并且将该控制电路9构造成当从压力传感器5接收 到的值表明流体管线中的压力低于目标值时，它倾向于降低对流体的限制程度，从而允许 来自墨槽的增大的流量，并且当从压力传感器5接收到的值表明流体管线3中的压力高于 目标值时，它倾向于增大对流体的限制程度，从而减少来自墨槽的流体流量。这样，就通过 压力传感器5、控制电路9和倾向于稳定流体管线3中的位于可变流量限制器1的下游的压 力的可变流量限制器1形成了负反馈回路。如果油墨液滴从墨槽进入流体管线3，则其比空气更高的流阻意味着通过它时压 力降低，并且压力传感器5处的流体压力倾向于降低。因此，控制电路9控制可变流量限制 器1以便减少它对通过它的流体的流量的限制程度，以使可变流量限制器1不会过度限制 油墨液滴的流动。然而，一旦油墨已经沿着管线3流至抽吸源并且在管线3中只有空气时， 则压力传感器5处的压力将上升变得更接近墨槽处可利用的大气压力。因此，控制电路9将 控制可变流量限制器1以便增加对通过它的流量的限制程度，从而减少沿着流体管线3的 空气的流量。这样，图1所示的系统能够动态响应于流体管线3中的状态变化，从而限制空 气沿着该管线的流量，同时仍然允许油墨基本上不受限制地流动，或者在具有比施加到空 气流动限制更小的限制的情况下流动。图1的流体控制系统的作用显示在图2中。图2为显示了如由压力传感器5测量 到的负压值对沿流体管线3的体积流率的曲线。在阻止沿流体管线3的所有流动的情况下， 抽吸源将达到其可能的最大负压值，其在图2中标为“Max” (即，可能的最低压力)。在流 体管线3中允许的少量流动的情况下，负压值显著下降(即，压力上升)。随着流动速率增 大，负压值进一步下降。在图2中，曲线延伸至理论极限值，其中，流体管线3根本不提供流 阻，并且压力传感器测量不到负压(即，它检测到大气压力)，但是实际上，不管沿流体管线 3流动的流体是什么，由于流体管线3本身会提供一些流阻，因此这个点是无法达到的。可能的最大负压值和曲线的形状将由抽吸源和流体管线3的特性来确定，并且将根据所使用 的具体部件而变化。在不具有可变流量限制器1的情况下，在油墨液滴沿流体管线通过的同时，流体 管线3中的流量通常处于流动速率Vink处，并且抽吸源将于压力传感器5处产生压力Pink。 实际上，流动速率与负压值将取决于油墨液滴的大小，并且在流体管线3中同时存在不止 一个油墨液滴的情况下该流动速率与负压值同样将变化，因为这些因素将会影响流体管线 3内的总流阻值。如果在流体管线3中没有油墨，并且只有空气在流动，则在压力为处 的体积流率为V&。由于空气沿着流体管线3的流阻小于油墨沿着流体管线3的流阻，因此 与油墨的流动相比，更大的体积在更低的负压值(即，于压力传感器5处的压力更高)下流 过。这些值将取决于系统的设计，并且在需要的情况下，可由实验加以确定。图2还显示了 所允许的最小流动速率Vmin，其必须被保持以便确保能够将油墨从墨槽可靠地清除并且不 会在工作期间流出墨槽孔而滴回。再次，在需要的情况下，该值可由实验加以确定。一旦已经确定了这些值，就可以选择在图1的流体控制系统工作期间用于压力传 感器处的目标压力值Pt，并且该目标压力值将对应于体积流率vt。如图2所示，目标压力值 Pt优选地被选择为与Pink相比，压力更低，并因此负压值更高，从而即使在油墨液滴沿着流 体管线3流动时也能施加一些流量限制。由于部分流体管线3即使在油墨液滴沿着流体管 线流动时也将包含空气，这用于降低甚至在油墨液滴沿着流体管线流动时将空气吸入流体 管线中的速率。然而，应将目标压力值Pt选择成使对应的体积流率Vt仍然比所允许的最小 体积流率Vmin大足够安全的余量，以便确保即使流体控制系统限制沿流体管线3的流动时， 也从墨槽坚固而可靠地清除油墨。工作中，流体控制系统将动态响应流体管线3中的压力，从而将压力大致保持于 Pt，其结果是沿流体管线3的体积流率基本上恒定在Vt。Vt与空气的不受限的体积流率 之间的差值表示沿流体管线3流动的空气体积的减少程度。正如从图2中可以看出的，通 过将实际体积流率Vt保持于或保持低于油墨的不受限的流动速率Vink,就可以实现空气流 动速率的显著降低。图3显示了用于插入在墨槽与抽吸源之间的流体管线3中的模块的机械结构的分 解图，该模块包括如参照图1所讨论的具体体现本发明的流体流量控制系统。在图3中，该 系统的主要部件被容置在主体13内。在端壁19中装配有分别用于连接至来自墨槽的管线 以及用于连接至到抽吸源的管线的流体入口管路连接件15和流体出口管路连接件17。管 路连接件15、17在该模块内连接至歧管21，该歧管21上附连有可变流量限制器1。歧管 21将从流体入口管路连接件15接收的流体连接至该可变流量限制器1的入口侧，并且将 从可变流量限制器1的出口侧接收的流体连接至流体出口管路连接件17。在本实施方式 中，可变流量限制器为来自美国新罕布什尔洲霍利斯103单元Clinton Drive大楼26号 (26Clinton Drive, Unit 103，Hollis, NH 03049，USA)的 Pneutronics 的 VSO 比例电磁阀 (网址为www, pneutronics. com)。Pneutronics的VSO阀与输入电流成比例地控制通过它 的流体的流量，并且可用连续的直流电流或通过脉宽调制进行驱动。歧管21还在从可变流量限制器1到流体出口管路连接件17的流体路径中设置了 分支，用于接收压力传感器5。在本实施方式中，压力传感器为霍尼韦尔(Honeywell) 40PC 型压力传感器。Pneutronics的VSO阀和Honeywell 40PC型压力传感器都可在英国从Sensortechnics公司(或Pressure and Flow Limited)，英国拉格比沃里克郡阿尔伯特 街 50 号的维多利亚 house (Victoria House, 50 Albert Street, Rugby,ffarwickshir, CV21 2RH, United Kingdom)买到。压力传感器5安装在同样承载控制电路9的电路板23上。用以提供电源以及将 要在后面描述的“选通”信号的电线通过电路板23、进入保护套25，并且穿过模块的另一端 壁27。包括绿色LED和红色LED的指示灯29穿过端壁27中的孔安装，以便显示模块的工 作状态。这样，就提供了基本上为整装的模块，该模块能够被装配在喷墨打印机中、在任何 方便的位置处、优选地在打印机主体内连接到从墨槽到抽吸源的流体路径中，并且可在打 印机内形成电连接以接收电源和“选通”信号。图4为适于与Pneutronics的VSO阀和Honeywell的40PC型压力传感器一起使 用的控制电路9的示例的电路图。图4的电路利用了这样的事实，即，在许多打印机中，来自墨槽的流体管线中的压 力是不稳定的，但是具有在实践中通常会被操作者听到的不规则的音频脉动。该电路使用 了这种音频噪声来产生用于可变流量限制器1的音频脉宽调制驱动信号。在电路中，将来 自线路7上的压力传感器5的信号输入至运算放大器31的正向端。在图4中，将Honeywell 的40PC型压力传感器设置为差动传感器，从而响应于大气压力与流体管线3中的压力之间 的差值。随着流体管线3中的压力下降，即，随着负压增大，由该传感器输出的信号电压增 大。从线路33将比较值输入至反向端。由于存在音频噪声，线路7上的信号值快速变 化。如果起初假定线路7上的平均值与线路33上的值相同，则音频噪声的作用是，线路7 上的信号约一半的时间将高于线路33上的比较值，并且约一半的时间将低于线路33上的 比较值。因此，运算放大器31的运行效果是使其在线路35上的输出为占空比为约50%的 不规则的音频矩形波信号。这就为用作可变流量限制器1的Pneutronics的VSO阀提供了 驱动信号。该信号由晶体管37缓冲(并进行电流放大)，并且输出至连接垫39以便提供至 可变流量限制器1。如果流体管线3中的压力略有降低(负压增大)，则在线路7上来自压 力传感器5的音频噪声信号的平均值将略有增大，结果是现在它将在总时间的更大部分内 高于线路33上提供的比较值，从而增大线路35上的来自运算放大器31的驱动信号的占空 比。Pneutronics的VSO阀为常闭阀，因此驱动信号的增大的占空比倾向于使其打开得比其 先前的状态更大，从而降低了流量限制，这是对由压力传感器所感测到的压力降低的预期 响应。相反，如果流体管线3中的压力略有升高，则线路7上的音频噪声信号的平均值将 略有减小，并且它将在该时间的更小部分内高于线路33上的比较值，以使驱动信号的占空 比将降低。这样，线路7上的音频噪声与线路33上的比较值之间的比较产生了用于可变流 量限制器1的脉宽调制驱动信号。“音频”是指20Hz到20kHz范围内的频率。实际上，在图 3和4的使用了 Honeywell的40PC型压力传感器的系统中，提供至Pneutronics的VSO阀 的驱动信号的频率倾向于为约1kHz。流体管线3中的油墨液滴沿该管线通过时的压力与该管线仅包含空气时的压力 之间的压力变化大于音频噪声的振幅。因此，如果线路33上的比较值保持为常数，则会存在这种周期，即，在该周期内，由于音频噪音，导致线路7上的压力信号的变化范围将不包 括该比较值，而是将全部高于或全部低于该比较值，其作用是线路35上来自运算放大器31 的驱动信号输出将连续保持在高电平或连续保持在低电平，而不是成为音频脉冲信号。这 将倾向于驱动可变流量限制器1完全打开或完全关闭。实际上，这种极限响应并不是合乎 要求的。因此，为了防止线路33上的比较值处于线路7上的值的范围之外，或者为了在该 比较值处于该范围之外时使该比较值返回至该范围内，允许线路33上的比较值变化以便 在某种程度上追踪线路7上的平均值。然而，对应于用于流体管线3的预期的目标压力Pt 的比较信号的复位值由电阻41、43所形成的分压器所限定。该分压器设有温度补偿网45。线路35上的驱动信号由电阻47和电容49形成的RC电路进行积分。线路51上 的合成信号表示脉宽调制驱动信号的平均值，并因此表示线路7上的压力信号的平均值与 线路33上的比较信号之间的差值。线路51上的平均差值由运算放大器53缓冲。来自运 算放大器53的缓冲平均差值和来自分压器41、43的期望的流体压力被结合于模拟求和结 点处。因此，结点55处的压力值表示平均驱动信号值与期望的流体压力值之间的折衷。结 点55处的值由包括电阻57和电容59的另一 RC电路进行平滑，以便在线路33上产生输入 至运算放大器31的比较值信号。因此，由RC电路47、49、缓冲运算放大器53和RC电路57、59提供的反馈回路具 有下述作用，即，当线路33上的比较值与线路7上的压力信号的平均值之间的差值增大时， 比较值的大小产生变化以减小该差值，但是由分压器41、43提供的期望流体压力值的作用 意味着缩小了线路33上的比较值的变化，并且保持与线路7上的平均压力值之间的适当差 值，以致能适当地调节线路35上的驱动信号的脉宽。实际上，反馈回路确保比较值保持在叠加在线路7上的压力值信号上的音频噪声 波动的范围内(或快速再进入到那个范围)，从而确保到可变流量限制器1的驱动信号保持 其脉冲形式。另一方面，分压器41、43在线路33上的比较值与线路7上的压力值的平均值 之间施加适当的差值，以便确保线路35上的驱动信号的占空因数适当变化，S卩，适当调制 脉冲的宽度。反馈回路和分压器的作用示意性地显示在图5中。如图5的上半部分中所示，线 路7上的快速变化信号具有随时间改变大于其快速变化的幅值的平均值。图5所示的用于 线路7上的信号的实际波形并不旨在成为流体管线3中的压力波动的实际表示，而只是出 于显示图4的电路中的反馈回路和分压器的运行的目的而提供。同样如图5的上半部分中 所示，线路33上的比较值响应于线路35上的脉宽调制驱动信号的平均值的变化而上下移 动。线路35上由运算放大器31通过线路7和33上的信号所产生的脉宽调制信号显示在 图5的下半部分中。如果线路7上的压力信号的平均值增大，则位于线路33上的比较值的 上方的时间比例增加，以致线路35上的PWM信号的占空比增加。因此，线路35上的信号的 平均值增大，从而导致线路33上的比较值增大。这又缩小了线路35上的信号的占空比和 平均值。这样，系统稳定于新的比较值处。然而，比较值由分压器41、43拉至复位值，以致 线路33上的比较值越高，线路35上产生该比较值所需要的占空比就越大。因此，线路33 上的比较值将稳定于比线路35上的信号的平均值与由分压器41、43所限定复位值的接近 程度更接近于该复位值的位置处。因此，在图5的左手端处，在那里，线路7上的信号低于由分压器41、43所限定的复位值，对于大部分的时间，线路7上的信号低于线路33上的比较值，并且因此线路35上 的矩形波脉宽调制驱动信号(如图5的下半部分中所示)的占空比小于50% (S卩，该信号 通常处于低电平)。相反，在图5的右手端处，在那里，线路7上的信号高于由分压器41、43 所限定的复位值，线路7上的信号通常高于线路33上的比较值，以致线路35上的矩形波脉 宽调制驱动信号的占空比大于50% (即，该信号通常处于高电平)。由于线路33上的比较 值的大小产生变化，以便保持在线路7上的信号波动范围内，因此，线路35上的驱动信号为 高频脉宽调制信号，并且不会倾向于连续保持在相同的水平上。实际上，线路7上的压力信号的平均值可变化得比线路33上的比较值能够追 踪的速率更快，其结果是线路7上的压力信号的波动范围在较短的周期内并不包括该比 较值。因此，线路35上的驱动信号可保持为连续高或连续低，从而朝全开或全闭驱动 Pneutronics的VSO阀，直到该比较值赶上并且再进入线路7上的信号的波动范围内为止。 在线路35上的驱动信号为连续高或连续低的同时，其平均值倾向于最大值或最小值，从而 导致比较值在所需的方向上快速变化。一旦线路33上的比较值已经再次进入该波动范围， 线路35上的信号就将返回脉冲形式。图3和4的使用Pneutronics的VSO阀和Honeywell的40PC型压力传感器的系 统可通过将用以使压力传感器5处的压力基本上返回至目标值的流量限制的量改变至处 于约160ms内，来响应于流体管线3中的压力变化，这表示流体管线中从仅为空气到油墨液 滴或反之的变化。因此，该系统能够动态响应于流体管线的状态变化。优选地，流量限制器 1应该在约2秒内、更优选地在约1秒内、再更优选地在约0. 5秒内，并且最优选地在250ms 内开始响应压力传感器的压力变化。更优选地，该系统应该在这些周期内使压力传感器5 处的压力基本上返回至目标值。在喷墨打印机的工作期间，会希望在某些程序期间关闭动态流量控制系统。例如， 通常希望在用于启动和停止油墨喷射的工作期间在来自墨槽的管线上保持全负压。此外， 需要不时地在油墨中添加其它溶剂，以便替代由于蒸发而损失的溶剂，并且在有些打印机 中，这是通过使用与用于产生施加墨槽的负压的同一负压源将一定量的溶剂吸入到油墨流 中而实现的，其结果是施加至墨槽的负压可在用于添加溶剂的操作期间微有波动。因此，可 能需要在添加溶剂的同时关闭动态流量控制系统，以便防止负压值的任意波动在可变流量 限制器1处引发不适当的功能。因此，提供了一种用于图4的电路的结构来接收先前提及 的、来自打印机的主控制系统的“选通”信号。设置接触片61用于接收该信号。该“选通” 信号由晶体管63缓冲及转换，然后被用于接通连接至模拟求和结点55与RC电路57、59之 间的反馈回路的晶体管65。因此，如果“选通”信号为高，则输入至晶体管65的电压为低的并且该晶体管关 断，因此它对反馈回路的工作没有影响。然而，如果“选通”信号变低，则输入至晶体管65 的信号将变高，从而接通该晶体管并且将线路33上的基准值向下拉至低值。这表示线路7 上来自压力传感器5的压力值将可靠地高于线路33上的基准值，而无论流体管线3中的压 力如何，以致线路35上的用于驱动可变流量限制器1的输出信号变为连续高，并且该流量 限制器被驱动到其最小限制位置中且保持于该位置。当“选通”信号再次变高时，施加至晶 体管65的基极的电压将变低，该晶体管将关断，并且来自模拟求和结点55的值将再次用于 在线路33上产生基准值，从而使电路返回至正常工作状态。
来自缓冲及反相晶体管63输出的信号还输入至用于指示灯29的开关晶体管67。 当输入至晶体管65的基极的电压为高时，动态流量控制系统不工作，同时接通开关晶体管 67，其结果是点亮红色LED 69。当输入至晶体管65的基极的电压为低，以致流量控制系统 处于其正常工作状态室，关断开关晶体管67，其结果是红色LED 69关断并且绿色LED 71接 通。LED 69,71均被封装在指示灯29中，以便提供表示系统状态的彩色信号。图4显示了硬件电子控制电路的示例。然而，也可以使用可编程界面控制器或类 似的装置来以便在软件控制下实现相同的逻辑功能。其它控制电路是可能的，并且例如可 提供稳定的模拟驱动信号而不是脉宽调制的矩形波信号。然而，脉宽调制信号的优点在于， 驱动晶体管37或者在低电阻下完全打开，或者在低电流下完全关断，这有助于使晶体管内 产生的热量最小化。图4的电路已经专门设计成用以满足Honeywell的40PC型压力传感 器和Pneutronics的VSO阀的特性。带有其它部件的其它电路设计可以是合适的，并且考 虑到压力传感器输出的极性和流量限制器输入的极性，如果需要也可以设置信号变换器。流量控制系统中的多种变形都是可能的。在附图所示的示例中，将流量控制系统 设置成使其试图将压力传感器处的压力保持于预设的常数值。然而，其它控制方式也是可 能的，并且在没有任何具体的压力目标值的情况下，一种随着压力上升(负压降低)而只增 大流量限制以及随着压力降低(负压增大)而减小流量限制的系统将提供某些优势。图6为具体体现本发明的喷墨打印机的流体回路的一部分的示意图。为简单起 见，已经省略了与打印头冲洗操作和净化操作有关的流体系统的部件。在图6的打印机中，液体罐、阀和大部分的其它流体控制部件以及打印机的大部 分的电气部件都被容置在打印机主体73中。由打印头75执行打印，在该打印头上形成油 墨喷射。打印头75由通常称之为导管或脐带管的柔性连接件77连接至打印机主体73。这 承载流体和打印机主体73与打印头75之间的电连接件，并且其长度通常在1米到4米的 范围内。在图6所示的结构中，用以形成油墨喷射的油墨被保持在墨罐79中。在打印机的 操作期间，通过墨泵81经由过滤器83从墨罐79提取油墨。当油墨喷射流动时，油墨供给 阀85使由墨泵81加压的油墨能够流入到油墨供给管线87中，该油墨供给管线87通过脐 带管77将油墨输送至打印头75。即使当进行油墨喷射时，通过油墨供给阀85流入到油墨 供给管线87的油墨的量将通常是通过墨泵81的总体流量的一小部分，并且大部分油墨流 量反而通过文丘里抽吸装置89并返回到墨罐79中。除了具有油墨入口和油墨出口之外， 文丘里抽吸装置89还具有一个或多个抽吸入口，并且它于一个或多个抽吸入口处利用文 丘里效应产生负压。墨泵81下游的油墨压力由油墨压力传感器91进行监测，并且控制墨 泵81以便将油墨压力保持于期望值。该期望值可在打印机的工作期间根据多种工作参数 并且同样根据由打印机所执行的动作而发生改变(例如，在用于启动和停止油墨喷射的程 序中会改变压力，这都是为了调节由文丘里抽吸装置89所提供的负压的大小，并且用于控 制停止或启动喷射的时刻的油墨压力，在该时刻下，与喷射正常流动时的油墨压力相比，可 使用不同的油墨压力)。将沿油墨供给管线87向上流至打印头75的油墨供给至喷墨头93，在该喷墨头93 中，油墨通过小喷嘴流出以形成油墨喷射95。油墨喷射95作为连续流离开喷墨头93，但是 当其通过电荷电极97中的狭缝或孔时断成墨滴。为了控制喷射断成墨滴的方式，由喷墨头93在油墨上施加连续的压力振动。油墨是导电的，并且将喷墨头93保持于地电位。因此， 通过改变电荷电极97上的电压，就可以在墨滴与油墨喷射95的连续部分分离时将不同数 量的电荷捕获在墨滴上。之后，墨滴穿过由偏转电极99、101所产生的电场。通常，偏转电 极99将被保持于地电位，而偏转电极101将被保持于几千伏的电势，从而在它们之间产生 强大的电场。当墨滴穿过该电场时，根据每个相应的墨滴上所捕获的电量的程度而使它们 偏转。这样，就可以将墨滴导向打印所需的位置。油墨喷射95连续流动，而许多墨滴将不 是打印所需的。在图6的结构中，这些墨滴并未被电荷电极97充电，因此它们在无偏转的 情况下通过该偏转场，并且被墨槽103所捕获。由文丘里抽吸装置89的抽吸端口通过墨槽 抽吸阀105提供的负压沿墨槽管线3将进入墨槽103的油墨吸取通过脐带管77并吸入打 印机主体73中。之后，油墨汇入来自文丘里抽吸装置89返回墨罐79的油墨流。打印头75中方便地安装在接地的偏转电极99上但也可以作为替代地单独设置的 传感器电极(如美国专利6357860中所述的)检测带电的墨滴并且用于测量油墨喷射的速 率。将由墨泵81所产生的并且由油墨压力传感器91所测量的压力调节成，将喷射速度大致 保持于预定的期望值。随着溶剂在从墨罐79通过喷墨头93、沿着油墨喷射95、循环到墨槽 103中且返回至墨罐79的油墨中损失掉，保持期望的油墨喷射速度所需的压力将增大。当 该压力超过预定极限值时，暂时打开溶剂补充阀107，从而允许文丘里抽吸装置89将少量 的溶剂从溶剂罐109中吸出并吸入到正返回至墨罐79的油墨流中。随着将该少量的溶剂 混入到油墨中，降低了油墨的粘度，并因此保持恰当的喷射速度所需的油墨压力再次降低。如上所述，来自文丘里抽吸装置89通过墨槽管线3到达墨槽103所需的负压的程 度意味着除了来自油墨喷射95进入墨槽103的油墨之外，不可避免地沿墨槽管线3吸入大 量的空气体积。该空气将被吸入到文丘里抽吸装置89中并且将与油墨一起进入到墨罐79 中。允许该空气通过空气管线111离开墨罐79，该空气管线111将墨罐79顶部处的大气空 间与溶剂罐109的顶部处的大气空间相连。之后，使该空气沿通风管线113从溶剂罐109 排至大气。这就将墨罐79和溶剂罐109保持在大气压力下。作为选择，沿通风管线113通 过的一些空气可沿空气循环管线115 (如图6中以虚线所示)返回至打印头并且在墨槽103 中或在靠近墨槽103处汇入从墨槽103到文丘里抽吸装置89的油墨流动路径(如英国申请 GB 0705902. 5中所公开的那样)。通过使已经沿墨槽管线3通过的一些空气返回到靠近墨 槽管线3的起始位置的点，就能够减少进入墨槽103的新鲜空气的量，并且减少从通风管线 113排至大气的空气的量。这是很有用的，因为沿墨槽管线3通过的空气与油墨亲密接触， 并且倾向于变得充满溶剂蒸汽，并且该空气向大气的排放通常是喷墨打印机的工作期间溶 剂的最主要的损失。如图6所示，图1到5的流量控制系统于打印机主体73内的位置处连接在墨槽管 线3中。如前所述，流量控制系统在墨槽3中只有空气时比沿墨槽管线流有油墨时对沿墨槽 管线3的流体的流量施加了更大的限制。因此，当存在油墨时，它沿墨槽管线3保持了足够 的负压和流量，从而确保油墨沿墨槽管线3可靠地移动且不会聚集于墨槽103处，且同时在 其它时刻降低沿墨槽管线3通过的空气的量。这就降低了空气沿墨槽管线3的总体流量， 并因此降低了从通风管线113排放至大气的空气的总体排放量，从而导致降低了从打印机 损失的溶剂的量。用于连续式喷墨打印机的多种类型的流体系统是已知的，并且图6所示的结构只是作为非限制性的示例提出的一种可能的结构。许多变形都是可能的。例如，在图6的结构 中，油墨和溶剂在大气压力下存储在罐中，使用泵将油墨从墨罐中取出并且对其进行加压， 加压的油墨通过文丘里装置以产生打印机中所需的负压，并且当需要时将溶剂通过由文丘 里抽吸装置吸入到油墨流中而将溶剂添加至油墨。然而，可以对其中一个墨罐进行加压或 者对两个墨罐都进行加压，这意味着泵的不同结构。可使用不同的装置来产生负压，例如 泵。可通过不同的结构将溶剂输送到墨罐中，例如通过将溶剂直接输送到墨罐中的专用泵， 或通过将加压的溶剂罐比墨罐保持于更高的压力。对于本领域技术人员来说许多其它的替 代方案都将是很明显的。 作为非限制性示例提供上述实施方式，并且对于本领域技术人员来说许多替代方 案和变型也将是很明显的。因此，应将本发明理解为涵盖落入到权利要求的范围内的所有主题。
权利要求
一种能够用于调节从连续式喷墨打印机的墨槽到抽吸源的流体路径中的流体的流量的系统，所述系统包括可变流量限制器，所述可变流量限制器被设置成在使用中用于响应于所述流动路径中的处于所述路径的一部分的下游位置处的流体压力，而自动调节所述路径的所述部分中的流量限制的程度。
2.如权利要求1所述的系统，包括控制装置，所述控制装置被设置成在使用中用于感 测所述流体压力并且响应于所述流体压力而控制所述可变流量限制器。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述控制装置包括压力传感器和控制电路，所述压 力传感器被设置成在使用中用于感测所述流动路径中的所述压力，所述控制电路被设置成 在使用中用于接收来自所述压力传感器的输出且响应于所述输出而向所述可变流量限制 器提供控制信号。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制信号为脉宽调制信号。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述控制电路被设置成通过来自所述压力传感器 的所述输出值的波动来产生所述脉宽调制信号的脉冲。
6.如权利要求2至5中的任一项所述的系统，所述系统被设置成调节所述流量限制的 程度，以便响应于所述感测到的压力与目标值之间的偏差而将所述感测到的压力返回至所 述目标值。
7.如权利要求2至5中的任一项所述的系统，其中，所述控制装置包括用于限定所述感 测到的流体压力的目标值的装置，并且所述控制装置被设置成至少部分地根据所述目标值 与所述感测到的流体压力之间的差值来控制所述可变流量限制器。
8.如权利要求7所述的系统，当权利要求7从属于权利要求5时，其中，所述控制电路 被设置成既响应于所述目标值又响应于所述感测到的压力的不固定的平均值的变动而产 生比较值，并且所述控制电路被设置成利用来自所述压力传感器的输出与所述比较值相比 较的结果来产生所述脉宽调制信号。
9.如前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述可变流量限制器被设置成在压 力变化的1/2秒内响应所述位置处的压力变化。
10.一种包含在喷墨打印机中的模块，所述模块包括如前述权利要求中的任一项所述 的系统、用于连接至来自喷墨打印机的墨槽的流体管线的入口、和用于连接至通向喷墨打 印机的抽吸源的流体管线的出口。
11.如权利要求10所述的模块，其中，所述系统为如权利要求3到5和8中的任一项 所述的系统，或为如权利要求6或权利要求7在直接或间接从属于权利要求3时所述的系 统，所述模块包括限定出所述模块内的从所述入口到所述可变流量限制器的第一流体路径 和所述模块内的从所述可变流量限制器到所述出口的第二流体路径的流体路径装置，所述 压力传感器被设置成用以感测所述第二流体路径中的流体压力，所述压力传感器、所述控 制电路、所述可变流量限制器和所述流体路径装置被彼此物理连接在一起。
12.一种用于连续式喷墨打印机的打印机本体，所述打印机本体能够连接至打印头，所 述打印头能够用以利用供给至所述打印头的加压油墨而形成油墨喷射，并且能够用以收集 来自墨槽中的喷射的未使用的油墨并使其返回至所述打印机本体，所述打印机本体包括油墨接收装置，所述油墨接收装置被设置成在使用中用以接收来自连接至所述打印机 本体的打印头的所述墨槽的油墨；抽吸源；如权利要求1至9中的任一项所述的系统，所述系统被连接在从所述油墨接收装置到 所述抽吸源的流体路径中；和供给装置，所述供给装置被设置成在使用中用以将加压的油墨供给至连接于所述打印 机本体的打印头。
13.一种用于连续式喷墨打印机的柔性连接件，所述柔性连接件能够在其第一端连接 至打印头，所述打印头能够用于利用供给至所述打印头的加压油墨形成油墨喷射，并且能 够用于收集来自墨槽中的喷射的未使用的油墨并使其返回至所述柔性连接件，并且所述柔 性连接件能够在其第二端连接至打印机本体，所述打印机本体具有被设置成在使用中用以 接收从所述打印头的墨槽返回的油墨的抽吸源，和被设置成在使用中用以供给加压油墨以 用于输送至所述打印头的装置，所述柔性连接件包括第一流体管线，所述第一流体管线能够被连接成用以接收来自连接至所述柔性连接件 的第一端的打印机本体的加压油墨，并且将所述加压油墨输送至连接于所述柔性连接件的 第二端的打印头；第二流体管线，所述第二流体管线能够被连接成用以接收来自连接至所述柔性连接件 的第一端的打印机本体的抽吸源的负压、接收来自连接至所述柔性连接件的第二端的打印 头的墨槽的油墨，并且在来自所述抽吸源的负压的作用下将来自所述打印头的油墨输送至 所述打印机本体；和如权利要求1至9中的任一项所述的系统，所述系统被设置成在使用中用以调节所述 第二流体管线中的流体的流量。
14.如权利要求13所述的柔性连接件，其中，相比于到所述柔性连接件的第一端的距 离，所述位置更靠近所述柔性连接件的第二端。
15.一种用于连续式喷墨打印机的打印头，所述打印头能够连接至打印机本体，所述打 印机本体具有被设置成在使用中用以提供加压油墨的装置和抽吸源，所述打印头包括喷射形成装置，所述喷射形成装置被设置成在使用中用以接收来自连接至所述打印头 的打印机本体的加压油墨并且由此形成油墨喷射；墨槽，所述墨槽被设置成在使用中用于接收来自所述油墨喷射的未用于打印的油墨； 流体管线，所述流体管线来自所述墨槽，所述流体管线被设置成在使用中用以从所述 墨槽将油墨供给至连接于所述打印头的打印机本体的抽吸源；和如权利要求1至9中的任一项所述的系统，所述系统被设置成在使用中用以调节所述 流体管线中的流体的流量。
16.一种连续式喷墨打印机，包括 油墨加压装置；喷射形成装置，所述喷射形成装置被设置成在使用中用以通过供给自所述油墨加压装 置的加压油墨形成油墨喷射；墨槽，所述墨槽被设置成在使用中用以接收来自所述油墨喷射的未用于打印的油墨； 抽吸源，所述抽吸源能够操作以将已经被所述墨槽接收的油墨吸走；和 如权利要求1至9中的任一项所述的系统，所述系统被设置成在使用中用以调节从所 述墨槽到所述抽吸源的流体路径中的流体的流量。
17.如权利要求16所述的连续式喷墨打印机，其中，相比于到所述墨槽的距离，所述位 置更靠近所述抽吸源。
18.—种调节从连续式喷墨打印机的墨槽到抽吸源的流体路径中的流体流量的方法， 所述方法包括在进行油墨喷射并且沿所述流动路径吸取流体的同时，响应于所述路径中处 于所述路径的一部分的下游位置处的流体压力，自动调节所述流体路径的所述部分中的流 量限制的程度。
19.如权利要求18所述的方法，包括调节所述流量限制的程度，以响应于所述位置处 的压力与目标值的偏差，而使所述位置处的压力返回至所述目标值。
20.如权利要求18或权利要求19所述的方法，包括在所述位置处的压力变化的1/2秒 内响应于所述位置处的所述压力变化，而调节所述流量限制的程度。
21.如权利要求18至20中的任一项所述的方法，其中，相比于与所述墨槽的距离，所述 位置更靠近所述抽吸源。
全文摘要
一种用于沿连续式喷墨打印机的墨槽管线调节流体流量的系统包括装配在墨槽管线(3)中的可变流量限制器(1)，和用于测量可变流量限制器(1)下游的墨槽管线(3)中的压力的压力传感器(5)。响应于压力传感器(5)的输出而控制可变流量限制器(1)，以便将下游压力基本上保持为常数。由于沿墨槽管线(3)的空气流具有比油墨液滴更小的流阻，因此与油墨液滴沿墨槽管线(3)通过时相比，在墨槽管线(3)中只有空气时，可变流量限制器(1)将会将更大的流量限制施加至墨槽(管线3)，以便在压力传感器(5)处保持恒定的压力。因此，当没有油墨沿墨槽管线(3)通过时，系统动态响应以便限制沿墨槽管线(3)的空气流量，从而减小了沿墨槽管线(3)吸入的空气体积，同时保持适当的负压将油墨从墨槽(103)可靠地清除。沿墨槽管线(3)通过的空气的量的减少能够减少喷墨打印机工作期间从油墨损失的溶剂的量。
文档编号B41J2/17GK101903181SQ200880121324
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月21日
发明者亨里·查尔斯·埃朗, 罗贝特·莱昂内尔·瓦尔顿 申请人:领新印刷技术有限公司