具有墨水输送系统与空气柔性室的打印的制造方法
【专利摘要】喷墨打印机包括：喷墨打印头；墨水输送系统，其被建构成在负静水压下将墨水供应到打印头；以及空气室，其与墨水输送系统形成流体连通。空气室具有空气可渗透的壁，其是墨水所不能穿透的。空气室提供减缓墨水输送系统中的压力波动，并且进一步通过墨水进入空气室中而自我恢复。
【专利说明】具有墨水输送系统与空气柔性室的打印机 发明领域
[0001] 本发明涉及用于喷墨打印机的墨水输送系统。该墨水输送系统主要是为了特别是 在泵送墨水期间使墨水输送系统中的压力波动降到最低而发展。
[0002] 发明背景
[0003] 采用Memjetu科技的喷墨打印机在商业上可用于多种不同的印刷版面，包括家 庭办公室（"S0H0"）打印机、标签打印机和宽版打印机。MemjetlT印机一般包括一个或 更多个静态喷墨打印头，其是使用者可替换的。举例而言，SOHO打印机包括单一使用者可 替换的多色打印头；高速标签打印机包括多个使用者可替换的单色打印头，其沿着介质馈 入方向对齐；并且宽版打印机包括多个使用者可替换的多色打印头，其呈交错重迭的配置， 如此以跨越宽版的页宽。
[0004] 提供使用者替换打印头的能力是Memjetx科技的关键优势。然而，这要求墨水输 送系统将墨水供应到打印头。举例而言，墨水输送系统应允许耗尽的打印头在替换之前先 吸出关闭（de-primed)，如此才不导致粗心的墨水溢溅，并且允许新的打印头在安装之后才 注入墨水而启动（primed)。注入启动和吸出关闭的操作一般需要将泵并入墨水输送系统 中。
[0005] 多种关于喷墨打印头的墨水输送系统的方法已在US2011/0025762、 US2011/0279566和US2011/0279562 (全都让与本案 申请人:）中被描述，其内容通过引用并 入本文。
[0006] 前面关于Memjef打印机所述的墨水输送系统大致包括闭路系统，其具有第一 墨水导管和第二墨水导管以使墨水容器与打印头的各自的第一墨水端口和第二墨水端口 互连。可逆的泵定位于第二墨水导管中以绕着闭路来泵送墨水。一般，夹捏阀定位在第一 墨水导管上以控制墨水或空气流动经过打印头。如US2011/0279566和US2011/0279562所 述，泵和夹捏阀协调以提供多种注入启动、吸出关闭和其他维护或恢复的操作。
[0007] US2009/0219368描述的打印机包括泵和空气柔性室，该空气柔性室用于减缓循环 墨水输送系统中的压力波动。然而，空气柔性室却苦于效能不佳，因为它可以轻易变成填充 墨水，举例而言是在运输期间或当打印机倾斜时。
[0008] 想要提供具有墨水输送系统的打印机，其可以在打印机的寿命期间减缓例如蠕动 泵的致动所引起的压力波动。
[0009] 发明概述
[0010] 本发明提供喷墨打印机，其包括：
[0011] 喷墨打印头；
[0012] 墨水输送系统，其被建构成在负静水压下将墨水供应到打印头；以及
[0013] 空气室，其与墨水输送系统形成流体连通，
[0014] 其中空气室包括至少一个空气可渗透的壁。
[0015] 根据本发明的打印机有利地藉由与墨水输送系统形成流体连通的空气室而提供 墨水输送系统中的压力减缓。此外，为墨水输送系统提供柔性的空气室是自我恢复的，确保 在打印机的寿命期间维持着压力减缓。迄今，压力减缓空气室，例如在US2009/0219368中 描述的那些压力减缓空气室，易于在运输期间或当打印机倾斜时填充墨水。虽然本发明的 空气室类似地易于填充墨水，但是空气可渗透的壁组合了墨水输送系统中的负静水压则确 保空气室可以容易恢复到它填充空气的状态，并且显然不需要任何外部的介入来恢复。 [0016] 空气室恢复的速率当然取决于一些参数，例如空气可渗透的壁的可渗透性、壁的 长度、空气室的容积、墨水负压大小等。一般，这些参数选择成提供在约10小时到几天或几 周的时间内完全恢复。相对缓慢的恢复是可接受的，因为喷墨打印机的大部分寿命花费在 闲置状态，所以允许充裕的时间来恢复。此外，墨水填充空气柔性室通常不是灾难性事件， 并且在多数情况下，相对缓慢的恢复到墨水输送系统的最佳效能是可接受的。
[0017] 常规地，墨水输送系统中的空气柔性室被建构成空气所不能穿透的。空气柔性室 采用空气可渗透的壁是违反直觉的，因为空气必须能够压靠室壁以便吸收压力突波。然而， 小程度的空气可渗透性破坏了压力突波吸收和自我恢复之间的可接受平衡。当然，空气可 渗透的壁应为墨水所不能穿透的以避免泄漏。
[0018] 技术人员将理解，特定的聚合物是空气可渗透的，且因此适合用于本发明。举例而 言，多数的硅酮具有相对高的空气可渗透性，并且鉴于此特征而广泛用于隐形眼镜。为了本 发明的目的，具有相对低的空气可渗透性（即，小于常规的硅酮的空气可渗透性）的聚合物 一般是最适合的。
[0019] 优选地，空气可渗透的壁具有小于100Barrer(334. 8Xl(T19kmol ni/(m2s Pa))的 氧可渗透性。单位"Barrer "是用于隐形眼镜工业的氧可渗透性的标准单位。[IBarrer = 10 10(cm302) cm2cm 3s 1CmHg 工]。
[0020] 优选地，空气可渗透的壁的氧可渗透性的范围为1到lOOBarrer，优选地为5到 50Barrer，或者优选地为7到30Barrer。
[0021] 优选地，聚合物接管界定空气室的侧壁，该聚合物接管是空气可渗透的。聚合物接 管的壁厚范围可以在1到2毫米，并且内径范围可以在2到5毫米。一种适合用作空气室 侦幢的接管材料是Tygoprene k XL-60,其为可购自Saint-Gobain效能塑胶公司的热塑性 弹性体。然而，将理解其他空气可渗透的材料同样适合用于本发明。
[0022] 优选地，聚合物接管连接到墨水输送系统的墨水导管，并且大体从此墨水导管向 上延伸，聚合物接管有盖以界定空气室。从墨水导管向上延伸的接管使墨水进入空气室 (例如倾斜打印机所造成）的倾向降到最低。
[0023] 空气室的最佳容积取决于须要减缓的压力突波的频率和振幅。一般，空气室具有 的容积范围在〇. 1到2cm3，然而将理解，最佳容积将随着不同的打印机和墨水输送系统而变 化。
[0024] 优选地，空气室定位在打印头的高度之上。藉由将空气室定位在打印头之上，则空 气室额外的功能是用于墨水输送系统中存在的任何气泡的气泡陷阱。墨水中的气泡浮力意 谓它们将倾向于累积在墨水输送系统的最高点。当然，空气室中任何累积的气泡进一步有 助于恢复。
[0025] 优选地，墨水输送系统包括泵，例如蠕动泵。采用空气室主要是为了减缓与泵的致 动关联的压力波动。
[0026] 优选地，空气室与使打印头和泵互连的墨水导管形成流体连通。藉由将空气室定 位在打印头和泵之间（一般是尽可能靠近打印头），则就打印头中的墨水压力突波来看，空 气室具有最大的减缓效果。
[0027] 优选地，打印机包括压力调节系统以控制墨水输送系统中的静水压。喷墨打印头 经常在负静水压下供应墨水，为此，一般并入了压力调节系统来达到负压。许多压力调节 器是喷墨印刷领域中已知的，举例而言为隔膜阀调节器（见US 7, 431，443)、气泡点调节器 (见US 7, 7〇3, 9〇0)、弹簧调节器（见US 7, 448, 739)、空气箱调节器（见US 5, 975, 6部）、 毛细管泡沫调节器（见US 5, 216, 450)、重力馈送调节器（见US 8, 066, 359)等。将理解， 本发明不限于任何特定类型的压力调节器或在墨水输送系统中达到负静水压的任何特定 设备。
[0028] 优选地，墨水输送系统包括：
[0029] 墨水容器，其定位在打印头的高度之下，该墨水容器包括开放于大气的空气出口、 和供应端口；
[0030] 第一导管，其使供应端口与打印头的第一端口互连，其中墨水在负静水压下经重 力馈送到打印头。
[0031] 优选地，打印机包括：
[0032] 阀，其用于控制墨水在第一导管中的流动；以及
[0033] 控制器，其用于控制阀的开启和关闭，
[0034] 其中控制器被建构成当打印机闲置时开启阀，使得墨水输送系统于闲置期间是在 负静水压，藉此允许经由通过空气可渗透的壁的空气扩散来恢复空气室。
[0035] 于闲置期间使墨水输送系统暴露于负静水压有利地使空气室的恢复速率达到最 大。
[0036] 优选地，墨水输送系统还包括：
[0037] 第二墨水导管，其使打印头的第二端口与墨水容器的返回端口互连；以及
[0038] 泵，其定位于第二墨水导管中。
[0039] 优选地，空气室连接到在泵和打印头之间的第二墨水导管。优选地，泵是可逆的蠕 动泵。
[0040] 优选地，打印机包括与墨水容器形成流体连通的墨水贮器。
[0041] 优选地，调节阀被建构成控制墨水从墨水贮器流动到墨水容器中，如此以在墨水 容器中维持固定不变的墨水水位。
[0042] 更大体上，本发明提供自我恢复的压力减缓的流体系统，其包括：
[0043] 液体供应系统，其被建构成在负静水压下供应液体；以及
[0044] 空气室，其与液体供应系统形成流体连通，
[0045] 其中空气室包括至少一个空气可渗透的壁，其是液体所不能穿透的。
[0046] 附图简述
[0047] 现在将参考附图仅以举例的方式来描述本发明的实施例，其中：
[0048] 图1是根据本发明的喷墨打印机的示意图；
[0049] 图2是未减缓的墨水输送系统的压力轨迹；
[0050] 图3是根据本发明的减缓的墨水输送系统的压力轨迹；
[0051] 图4显示自我恢复的空气柔性室；以及
[0052] 图5显示在恢复期间的图4的空气柔性室。
[0053] 发明详细描述
[0054] 参见图1，示意性地显示了打印机1，其具有墨水输送系统以将墨水供应到打印 头。墨水输送系统的功能类似于US2011/0279566和US2011/0279562中所述的，其内容通 过引用并入本文。
[0055] 打印机1包括墨水容器2,墨水容器2具有供应端口 6,供应端口 6经由第一墨水 导管10连接到打印头4的第一端口 8。墨水容器2的返回端口 12经由第二墨水导管16而 连接到打印头4的第二端口 14。因此，墨水容器2、第一墨水导管10、打印头4和第二墨水 导管16界定封闭流体回路。一般，第一墨水导管10和第二墨水导管16是由某些长度的柔 韧接管所组成。
[0056] 打印头4藉由以下是使用者可替换的：第一耦合器3,其使第一端口 8和第一墨水 导管10可释放地互连；以及第二耦合器5,其使第二端口 14和第二墨水导管16可释放地 互连。打印头4和其关联的耦合器的更详细叙述举例而言可以见于US2011/0279566。
[0057] 墨水容器2经由空气出口 18而开放于大气，该空气出口 18是呈空气可渗透的膜 形式而定位于墨水容器顶部。据此，在正常印刷期间，墨水在负静水压（"回压"）下、在重 力下被供应到打印头4。换言之，墨水从定位在打印头4之下的墨水容器2的重力馈送提供 了压力调节系统，其被建构成在负静水压下供应墨水。在打印头4的喷嘴板19处所经历的 回压量是由喷嘴板在墨水容器2中的墨水20水位上的高度h所决定。
[0058] 压力调节系统一般还包括用于在墨水容器2中维持实质固定不变的墨水水位且 因此维持固定不变的高度h和对应的回压的某些设备。如图1所示，压力调节系统包括整 体墨水贮器24,其经由具有压力调节阀30的供应导管28而连接到墨水容器2的入口端口 26。在某些实施例中，入口端口 26和返回端口 12可以是墨水容器2的相同端口，而第二墨 水导管16和供应导管28接合在一起。
[0059] 压力调节阀30控制墨水从墨水贮器24流动到墨水容器2中，使得在墨水容器中 维持实质固定不变的墨水水位。如US2011/0279566所述，阀30可以藉由墨水容器2内部 的漂浮机构而被机械地控制。然而，将理解可以采用其他形式的阀控制，例如墨水水位感测 器，其监视墨水容器2中的墨水水位，并且组合了控制器以基于来自墨水水位感测器的反 馈而电子控制阀30的操作。
[0060] 墨水贮器24 -般是使用者可替换的墨水匣，其经由供应耦合器32而连接到供应 导管28。替代而言，如US2011/0279562中所述，墨水容器2可以是使用者可替换的匣，而没 有墨水贮器24、供应导管28和调节阀30。当墨水容器2是使用者可替换的匣时，凭借着墨 水匣的细的或平坦的高度轮廓，则高度h可以维持成实质固定不变的。墨水容器2的平坦 的高度轮廓确保在满的和几乎空的墨水匣之间的高度h有最小的变化。
[0061] 并入了墨水容器2、第一墨水导管10、打印头4和第二墨水导管16的封闭流体回 路有助于注入启动、吸出关闭和其他打印头维护的操作。第二墨水导管16包括可逆的蠕动 泵40以绕着流体回路来循环墨水。因此，第二墨水导管16具有界定在第二端口 14和泵 40之间的第一区段16a以及界定在返回端口 12和泵40之间的第二区段16b。仅就惯例而 言，泵40的"正"向（"forward" direction)对应于将墨水从供应端口 6泵送到返回端口 12( S卩，如图1所示的顺时针方向），并且泵的"逆"向（"reverSe"direCti 〇n)对应于将墨 水从返回端口 12泵送到供应端口 6( S卩，如图1所示的反时针方向）。
[0062] 泵40与夹捏阀装置42合作以协调多样的流体操作。夹捏阀装置42包括第 一夹捏阀46和第二夹捏阀48,并且可以采取任何形式的夹捏阀装置，举例而言为US 2011/0279566、US 2011/0279562和US SN 61/752, 873中所述的，其内容通过引用并入本 文。
[0063] 第一夹捏阀46控制空气流动经过从第一墨水导管10分支的空气导管50。空气导 管50终结于空气过滤器52,空气过滤器52开放于大气并且功能为用于封闭流体回路的空 气入口。第一夹捏阀46定位在喷嘴板的高度之下，以便当第一夹捏阀46开启时使墨水从 打印头喷嘴淌出减到最少。
[0064] 凭借着空气导管50,第一墨水导管10被分成在供应端口 6和空气导管50之间的 第三区段IOa以及在第一端口 8和空气导管50之间的第四区段10b。第二夹捏阀48控制 墨水流动经过第一墨水导管10的第三区段l〇a。
[0065] 泵40、第一夹捏阀46和第二夹捏阀48是由控制器44所控制，控制器44协调多样 的流体操作。从前文将理解图1所示的墨水输送系统提供多样范围的流体操作。表1描述 多样的夹捏阀和泵状态以用于打印机1的某些范例性流体操作。当然，可以采用这些范例 性流体操作的多样组合。
[0066] 表1 ·范例性流体操作
[0067]
【权利要求】
1. 一种喷墨打印机，其包括： 喷墨打印头； 墨水输送系统，其被建构成在负静水压下将墨水供应到所述打印头；以及 空气室，其与所述墨水输送系统流体连通，其中所述空气室包括至少一个空气可渗透 的壁。
2. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中所述空气可渗透的壁具有小于 100Barre;r(334.8XlCr19kmol m/(m2s Pa))的氧可渗透性。
3. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中所述空气可渗透的壁具有5到 50Barre;r(16.74X1019 到 167.4X1019kmol m/(m2s Pa))范围内的氧可渗透性。
4. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中聚合物接管界定所述空气室的侧壁，所述聚 合物接管是空气可渗透的。
5. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中所述聚合物接管连接到所述墨水输送系统的 墨水导管并且从所述墨水导管向上延伸，所述聚合物接管有加盖以界定所述空气室。
6. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中所述空气室定位在所述打印头之上的高度。
7. 如权利要求1所述的喷墨打印机，还包括压力调节系统以用于控制所述墨水输送系 统中的静水压。
8. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中所述墨水输送系统包括泵。
9. 如权利要求8所述的喷墨打印机，其中所述空气室与将所述打印头和所述泵互连的 墨水导管流体连通。
10. 如权利要求1所述的喷墨打印机，其中所述墨水输送系统包括： 墨水容器，其定位在所述打印头的高度之下，所述墨水容器包括供应端口和开放于大 气的空气出口； 第一导管，其将所述供应端口与所述打印头的第一端口互连，其中墨水在负静水压下 经重力馈送到所述打印头。
11. 如权利要求10所述的喷墨打印机，还包括： 阀，其用于控制墨水在所述第一导管中的流动；以及 控制器，其用于控制所述阀的开启和关闭， 其中所述控制器被建构成当所述打印机闲置时开启所述阀，使得所述墨水输送系统在 闲置期间是在负静水压，藉此允许经由空气穿过所述空气可渗透的壁的扩散来恢复所述空 气室。
12. 如权利要求10所述的喷墨打印机，其中所述墨水输送系统还包括： 第二墨水导管，其将所述打印头的第二端口与所述墨水容器的返回端口互连；以及 泵，其定位于所述第二墨水导管中。
13. 如权利要求12所述的喷墨打印机，其中所述空气室连接到在所述泵和所述打印头 之间的所述第二墨水导管。
14. 如权利要求12所述的喷墨打印机，其中所述泵是可逆的蠕动泵。
15. 如权利要求10所述的喷墨打印机，还包括与所述墨水容器流体连通的墨水贮器。
16. 如权利要求15所述的喷墨打印机，还包括调节阀以用于控制墨水从所述墨水贮器 流动到所述墨水容器，并且藉此在所述墨水容器中维持固定不变的墨水水位。
17. -种自我恢复的压力减缓的流体系统，其包括： 液体供应系统，其被建构成在负静水压下供应液体；以及 空气室，其与所述液体供应系统流体连通，其中所述空气室包括至少一个空气可渗透 的壁。
【文档编号】B41J2/175GK104428137SQ201380036233
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】罗梅尔·巴拉拉, 罗伯特·布莱斯, 基亚努什·米尔·萨那伊 申请人:马姆杰特科技有限公司