一种打印头真空负压的自动调节供墨系统及负压调节方法与流程

本发明涉及打印技术领域，更具体的讲是一种打印头真空负压的自动调节供墨系统及负压调节方法。

背景技术：

是否拥有一套设计优良的供墨系统是喷墨式打印系统能否达到工业级标准的重要因素之一。喷墨式打印机的供墨系统一般包括相互连通的墨盒和打印头。打印时，打印头的压电陶瓷阵列在打印信号的控制下不断扩张收缩，就像泵一样把墨水从二级墨盒内吸入打印头，并经打印头的喷嘴以墨滴的形式导引至打印介质的表面，墨滴越均匀，打印图样就越清晰。为了阻止墨滴从打印头的喷嘴中滴漏出来，墨盒内部保持负压是必须的工作条件，而且打印头能否喷射出均匀的墨滴主要取决于墨盒的负压是否能保持平稳。

现有供墨系统大致分为重力负压供墨系统和真空负压供墨系统。如图8，重力负压供墨系统简单地说就是将墨盒1放置在低于打印头ph的位置处，且墨盒1的液面与大气相通。通过移动墨盒1来调节其与打印头ph之间的高度差h，利用高度差h所产生的负压即可以让打印头ph吸住墨水不滴漏，又可以使墨水被打印头ph挤压喷射。当打印过程中部分墨水被消耗，墨盒1的液位下降一定程度时，重力负压减小（重力负压的绝对值增大），使出墨量变少，造成打印字迹不清，严重时甚至无法打印。因此，一般需要停止打印，通过补充墨盒1的墨水或者调整墨盒1高低位置来重新初始化重力负压，导致这种重力负压供墨系统无法长时间连续打印，无法满足工业生产要求。

如图9，真空负压供墨系统相对较为复杂，通常需要带一些液体控制元件和电控组件。简单的真空负压供墨系统通常包括相连通的墨盒1和打印头ph，并且墨盒1与大气隔离。由于墨盒1与大气隔离，墨盒1内部因墨水消耗而产生真空负压，并且随着墨水的消耗，真空负压逐渐减小（真空负压的绝对值逐渐增大），导致打印头ph无法长时间连续打印，并且墨盒1内的墨水在一次连续不间断的使用中难以完全消耗光，造成浪费。

如图10，现有改进型真空负压供墨系统通常包括依次连接的墨盒1、墨囊2以及打印头ph。打印时，打印头ph经墨囊2从墨盒1中吸取墨水，墨盒1因墨水消耗而生产真空负压，随着墨水的消耗，真空负压逐渐减小（真空负压的绝对值逐渐增大），导致打印头ph的喷墨量变小，打印图样的颜色变浅。这时候，需通过人工按压墨囊2的薄膜21，设置在墨囊2内部的弹簧复位组件22与墨盒1中的负压达到一个新的平衡点，从而让打印头ph又可以顺利从墨盒1中吸取墨水并正常打印。这种改进的真空负压供墨系统需一段时间按压一次墨囊2，或者通过进气阀3调整墨盒1内的负压。它们都会造成打印中断，无法满足工业化连续打印。

因此，需要设计一个能及时且精细地自动调节真空负压，使打印头的喷墨量保持稳定，能满足工业化连续打印的真空负压供墨系统。

技术实现要素：

本发明提供一种打印头真空负压的自动调节供墨系统及负压调节方法，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。

本发明采用如下技术方案：

一种打印头真空负压的自动调节供墨系统，包括与打印头的进墨口相连接的二级墨盒；还包括使二级墨盒内的负压始终保持在设定范围内的调节组件，该调节组件包括真空负压传感器、第一控制电路模块、气泵以及从二级墨盒中抽取气体的真空泵，上述真空负压传感器连接于二级墨盒，气泵的出气口通过依次设有第一电磁阀、气体限流器、第二电磁阀的第一连接管连接于二级墨盒，上述第一控制电路模块电连接于真空负压传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、气泵以及真空泵。

作为一种实施方案，上述真空泵通过设置有第三电磁阀的第二连接管直接连接于上述二级墨盒，上述第一控制电路模块电连接于第三电磁阀。

作为另一种实施方案，上述真空泵通过设置有第三电磁阀的第二连接管连接于二级墨盒与第二电磁阀之间的第一连接管，上述第一控制电路模块电连接于第三电磁阀。

进一步，上述调节组件还包括一级墨盒、第二控制电路模块以及设置于二级墨盒内部的第二液位传感器，该一级墨盒的出墨口通过设有第四电磁阀、第一墨水过滤器的第三连接管连接于上述二级墨盒的进墨口，并且上述第二控制电路模块电连接于第四电磁阀和第二液位传感器。

作为一种实施方案，上述一级墨盒为倒挂设置的墨瓶，该一级墨盒的出墨口高于二级墨盒的最高液位线。

作为另一种实施方案，上述第三连接管还设有与第二控制电路模块电连接的墨泵。

进一步，上述第二控制电路模块和第一控制电路模块集成于一块电路板。

进一步，上述二级墨盒的内部在进墨口与出墨口之间设有隔板，该隔板的上端面高于二级墨盒的最高液位线且与二级墨盒的内顶面之间留有间隙，隔板的下端面与二级墨盒的内底面之间留有间隙。

进一步，上述二级墨盒的出墨口设置有第二墨水过滤器。

进一步，上述气泵的进气口连接有空气过滤器。

进一步，所述二级墨盒内设置有与所述第三连接管相连接的注墨管，该注墨管延伸至二级墨盒的底部。

上述供墨系统的负压调节方法，包括补气调节：二级墨盒内的真空负压因墨水消耗而减小；当二级墨盒的墨水未达到最低液位线且实际负压值达到设定范围的下临界值时，由第一控制电路模块打开气泵和第一电磁阀一段时长之后再将两者关闭，然后打开第二电磁阀，让气体充入二级墨盒中；多次重复启闭气泵、第一电磁阀和第二电磁阀，直至二级墨盒内的实际负压值达到设定范围的标准值时，关闭气泵、第一电磁阀和第二电磁阀。

还包括补墨调节和抽气调节：当二级墨盒的墨水达到最低液位线时，第二控制电路模块打开第四电磁阀和墨泵，将一级墨盒的墨水注入二级墨盒；当二级墨盒的实际负压值达到设定范围的上临界值时，第一控制电路模块打开真空泵和第三电磁阀一段时间之后关闭两者关闭，多次重复启闭真空泵和第三电磁阀，直至实际负压值达到设定范围的标准值；当二级墨盒的墨水达到最高液位线时，第二控制电路模块关闭第四电磁阀、墨泵、真空泵和第三电磁阀；并且补气调节、补墨调节和抽气调节的方法可以相互交替进行。

由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下主要优点：

其一、本发明利用主要由真空负压传感器、第一控制电路模块、气泵、第一电磁阀、气体限流器、第二电磁阀以及真空泵等构成的调节组件，通过补气的方式来调节平衡因二级墨盒内的墨水被打印头吸走后而减小的负压，让二级墨盒内的负压始终保持在设定范围内，保证打印头可以持续从二级墨盒中吸取适量的墨水，并且使喷墨量保持稳定，提高打印质量。此外，本发明主要针对大型工业化打印所设计，采用真空泵、气泵等器件构建一个调节迅速且精细的自动调节供墨系统，并且制造成本较高。

其二、本发明中，调节组件还包括一级墨盒、第二控制电路模块、第二液位传感器以及真空泵等，在二级墨盒缺墨的时候进行补墨和抽气调节，实现一级墨盒对二级墨盒的供墨，在补墨的同时保证二级墨盒内的负压始终保持在设定范围内。更换一级墨盒或者给一级墨盒注墨时，二级墨盒依旧可以对打印头供墨，使得本发明可在长时间内对打印头不间断的连续供墨，并且可以让喷墨量保持稳定，保证打印质量。

其三、本发明中，二级墨盒内设有隔板，隔板的上端面高于二级墨盒的最高液位线，可以避免墨水注入二级墨盒时产生的气泡靠近二级墨盒的出墨口，并且该隔板的上端面与二级墨盒的内顶面之间留有间隙，保证二级墨盒在隔板两侧的负压相同。隔板的下端面与二级墨盒的内底面之间留有间隙，保证二级墨盒在隔板两侧的墨水相通。

其四、本发明中，二级墨盒的内部在出墨口设置有第二墨水过滤器，可以滤除墨水中大于5μm的杂质颗粒，同时去除墨水中的气泡。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例二的结构示意图。

图3为本发明实施例三的结构示意图。

图4为本发明实施例四的结构示意图。

图5为本发明中，气体限流器的剖视图。

图6为本发明中，二级墨盒内真空负压的变化示意图。（其中，pa表示气压，t表示时间；-p0表示设定范围内的标准值，δp表示设定偏差值）

图7为本发明的一种工作流程图。

图8为现有重力负压供墨系统的结构示意图。

图9为现有真空负压供墨系统的结构示意图。

图10为一种现有改进型真空负压供墨系统的结构示意图。

附图标记说明：隔板-a1，一级墨盒-b1，二级墨盒-b2，第一控制电路模块-c1，第二控制电路模块-c2，空气过滤器-f，第一墨水过滤器-f1，第二墨水过滤器-f2，第一连接管-h1，第二连接管-h2，第三连接管-h3，第四连接管-h4，第一电磁阀-k1，第二电磁阀-k2，第三电磁阀-k3，第四电磁阀-k4，阀门-k5，阀门-k6，出墨阀-k7，气体限位器-l，真空负压传感器-vs，第一液位传感器-s1，第二液位传感器-s2，气泵-p1，真空泵-p2，墨泵-p3，打印头-ph，外管-l1，内管-l2，墨盒-1，墨囊-2，薄膜-21，弹簧复位组件-22，进气阀-3。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例一

如图1所示，一种打印头真空负压的自动调节供墨系统，包括二级墨盒b2，该二级墨盒b2的出墨口通过带有出墨阀k7的管体与打印头ph相连通。作为优选，二级墨盒b2的内部在出墨口设置有第二墨水过滤器f2，用于滤除墨水中大于5μm的杂质颗粒，其内部可含有填充物，以减少墨水中的气泡。

如图1所示，为了阻止墨滴从打印头ph中滴漏出来，二级墨盒b2内的负压是必须的工作条件。打印头工作时，二级墨盒b2的墨水因打印头ph的吸取而减少，必然会使二级墨盒b2内的墨水减少，负压减小，进而使打印头ph难以吸取足量的墨水，导致打印图样颜色变浅。从实践中可知，对于绝大部分型号的打印头ph来说，为了既可以保证打印头ph在不工作时墨水不会从而打印头ph的喷嘴滴漏出来，又可以保证打印头ph在工作时打印头ph能从二级墨盒b2中吸取足量的墨水，二级墨盒b2内的负压值应当在0mbar到-50mbar之间。因此，本发明还包括使二级墨盒b2内的负压始终保持在某个合适设定范围内的调节组件。结合上述实践内容可知，这个合适的设定范围应当在0mbar到-50mbar之间截取，比如-9.5mbar至-10.5mbar即（-10±0.5）mbar，并且设定范围越小则负压的波动越小，打印头ph的喷墨量越均匀稳定。上述调节组件具体方案如下。

如图1和图5所示，上述调节组件主要包括真空负压传感器vs、第一控制电路模块c1、气泵p1、真空泵p2、一级墨盒b1、第二控制电路模块c2以及第二液位传感器s2。其中，真空负压传感器vs连接于二级墨盒b2，用于实时检测二级墨盒b2内的实际负压值。气泵p1的出气口通过依次设有第一电磁阀k1、气体限流器l、第二电磁阀k2的第一连接管h1连接于二级墨盒b2。真空泵p2通过设置有第三电磁阀k3的第二连接管h2直接连接于二级墨盒b2。第一控制电路模块c1则电连接于真空负压传感器vs、第一电磁阀k1、第二电磁阀k2、第三电磁阀k3、气泵p1以及真空泵p2，用于控制各电器件的工作状态。气体限流器l包括相互固定套设的外管l1和内管l2，通过在外管l1的内部设置内管l2来减小整个气体限流器l管内的容积大小以及通量大小，从而更精细的控制气体的体积和流量。

如图1所示，作为优选，气泵p1的进气口连接有空气过滤器f。

如图1所示，第二液位传感器s2设置于二级墨盒b2的内部，用于检测二级墨盒b2内部的液位变化。一级墨盒b1通过设有墨泵p3、第四电磁阀k4、第一墨水过滤器f1的第三连接管h3连接于二级墨盒b2的进墨口。第二控制电路模块c2电连接于墨泵p3、第四电磁阀k4和第二液位传感器s2，用于控制各电器件的工作状态。其中，第一墨水过滤器f1主要用于滤除墨水中5μm至50μm的杂质颗粒。

如图1所示，作为优选，一级墨盒b1内部设置有第一液位传感器s1，用于检测一级墨盒b1内部的液位变化，并且该第一液位传感器s1电连接于第二控制电路模块c2，以便人们能在一级墨盒b1缺墨时及时给一级墨盒b1补墨。

如图1所示，作为优选，第二控制电路模块c2和第一控制电路模块c1集成于一块电路板。

如图1所示，作为优选，二级墨盒b2内设置有与第三连接管h3相连接的注墨管，该注墨管延伸至二级墨盒b2的底部，可以防止墨水经第三连接管h3注入二级墨盒b2时因撞击液体表面形成大量气泡。上述注墨管可以是独立的管件，也可以由第三连接管h3伸入二级墨盒b2内的部位来充当。

如图1所示，作为优选，二级墨盒b2的内部在进墨口与出墨口之间设有隔板a1，该隔板a1的上端面高于二级墨盒b2的最高液位线，避免墨水经第三连接管h3注入二级墨盒b2时产生的气泡流动至隔板a1的另一侧，防止气泡靠近第二墨水过滤器f2和二级墨盒b2的出墨口。同时该隔板a1的上端面与二级墨盒b2的内顶面之间留有间隙，保证二级墨盒b2在隔板a1两侧的空间保持相通，负压相同。隔板a1的下端面与二级墨盒b2的内底面之间也留有间隙，使二级墨盒b2在隔板a1两侧的墨水相通。

此外，二级墨盒b2还设有带阀门k5的溢流管h4和带阀门k6的墨盒排空管。作为优选，阀门k5为电连接于磁阀，并且溢流管h4的另一端连接于一级墨盒b1。

如图1、图5和图6所示，本发明的工作方式：

打印机开机时，若二级墨盒b2内无墨水，则控制电路模块c1打开墨泵p3和第四电磁阀k4，从一级墨盒b1往二级墨盒b2中注墨，直至二级墨盒b2注入期望的墨量（或液位）。

第一次打印时，首要任务是将打印头ph内的空气排空，具体操作如下：将气泵p1、第一电磁阀k1和第二电磁阀k2打开，将空气注入二级墨盒b2，使其内部产生正压，将二级墨盒b2内的墨水通过出墨阀k7注入打印头ph，在打印电信号的控制下，墨水从打印头ph的喷嘴中喷出，同时也将喷嘴中的气泡排出；待打印头ph内的空气排空后关闭气泵p1、第一电磁阀k1和第二电磁阀k2。然后打开真空泵p2和第三电磁阀k3，从二级墨盒b2往外抽气；待真空负压传感器vs检测到二级墨盒b2内的负压达到设定范围的标准值-p0时，关闭真空泵p2和第三电磁阀k3，至此进入打印等待状态。

（1）打印开始时，打印头ph内部的压电陶瓷阵列在打印电信号的控制下不断扩张收缩，如同一个泵体，不断抽取二级墨盒b2内的墨水并经打印头ph的喷嘴喷射至打印介质表面。同时，真空负压传感器vs实时检测二级墨盒b2内的实际负压值，第二液位传感器s2实时检测二级墨盒b2内的墨水量，随着二级墨盒b2中的墨水逐渐消耗，负压逐渐减小。

（2）当二级墨盒b2的墨水未达到最低液位线且实际负压值达到设定范围的下临界值（-p0-δp）时，由第一控制电路模块c1启动气泵p1，打开第一电磁阀k1一段时长δt1之后再关闭第一电磁阀k1和气泵p1，让一个单位体积δv的气体充入第一电磁阀k1至第二电磁阀k2之间的第一连接管h1内；然后打开第二电磁阀k2，让部分体积δv充=δv-δv残留的气体充入二级墨盒b2中（每次补气时会有少量体积δv残留的气体残留在第一连接管h1内。）。

当然，上述时长δt1应该被设计的足够小,避免一次补气前后负压的变化量大于δp）。除了控制第一电磁阀k1的单次开启时间以外，气体限流器l可以让单位体积δv足够小，更好的控制补气量以及气体流速，使上述调节组件对二级墨盒b2内的负压调节更加精细和准确。此外，上述充气过程中，第一控制电路模块c1也可以不开启气泵p1，只打开第一电磁阀k1一段时长之后将其关闭，利用气压差使外界气体自动进入第一电磁阀k1至第二电磁阀k2之间的第一连接管h1内，然后打开第二电磁阀k2让气体充入二级墨盒b2。

（3）多次重复启闭气泵、第一电磁阀和第二电磁阀，直至二级墨盒b2内的实际负压值达到设定范围的标准值-p0时，由第一控制电路模块c1关闭气泵p1、第一电磁阀k1和第二电磁阀k2，停止补气。设定公差δp准确来说是δp1+δp2的和值，其中δp1为真空负压传感器vs固有的压强灵敏度δp1，δp2为人为设定的允许偏差值，当δp2为零，δp=δp1。随着二级墨盒b2中的墨水逐渐消耗，负压逐渐减小。

（4）当实际负压值再次达到设定范围的下临界值（-p0-δp）时，系统再次启动补气功能，即重复步骤（2）和步骤（3）。

（5）当二级墨盒b2的墨水达到最低液位线时，第二控制电路模块c2打开第四电磁阀k4和墨泵p3，将一级墨盒b1内的墨水注入二级墨盒b2。同时，由于墨水增加，二级墨盒b2内负压增大，当实际负压值达到设定范围的上临界值（-p0+δp）时，第一控制电路模块c1打开真空泵p1和第三电磁阀k3一段时间δt2之后关闭第三电磁阀k3和真空泵p1，多次重复启闭真空泵p1和第三电磁阀k3，直至实际负压值达到设定范围的标准值-p0。此外，若二级墨盒b2内注入的墨水太多，则可打开阀门k5，让过量的墨水回流至一级墨盒b1。若需要清空二级墨盒b2，则打开阀门k6，将二级墨盒b2内的墨水排空。

（6）当二级墨盒b2的墨水达到最高液位线时，第二控制电路模块c2关闭第四电磁阀k4和墨泵p3，停止补墨；同时关闭真空泵p1和第三电磁阀k3，停止抽气。

（7）二级墨盒b2的墨水未达到最低液位线前，执行步骤（2）至步骤（4），待二级墨盒b2的墨水达到最低液位线时执行步骤（5），待二级墨盒b2的墨水达到最高位线时，执行步骤（6）。

上述步骤（1）至步骤（7）中涉及到的补气调节、补墨调节和抽气调节的方法在实际控制过程中可以相互交替进行，并不局限于附图7所示。

实施例二

如图1、图2和图5所示，实施例二相比于实施例一的主要不同之处在于：真空泵p2通过设置有第三电磁阀k3的第二连接管h2连接于二级墨盒b2与第二电磁阀k2之间的第一连接管h1上。

实施例三

如图1、图3和图5所示，实施例三与实施例一的主要不同之处在于：一级墨盒b1为倒挂设置的墨瓶。一级墨盒b1通过设有第四电磁阀k4和第一墨水过滤器f1的第三连接管h3连接于二级墨盒b2的进墨口，并且一级墨盒b1的出墨口高于二级墨盒b2的最高液位线，补墨时只需第二控制电路模块c2打开第四电磁阀k4即可。

实施例四

如图1、图4和图5所示，实施例四相比于实施例一的主要不同之处在于：如图1、图2和图5所示，实施例二相比于实施例一的不同之处在于：真空泵p2通过设置有第三电磁阀k3的第二连接管h2连接于二级墨盒b2与第二电磁阀k2之间的第一连接管h1上。一级墨盒b1通过设有第四电磁阀k4和第一墨水过滤器f1的第三连接管h3连接于二级墨盒b2的进墨口，并且一级墨盒b1的出墨口高于二级墨盒b2的最高液位线，补墨时只需第二控制电路模块c2打开第四电磁阀k4即可。

综上可见，本发明在二级墨盒内的墨水未达到最低液位线时通过补气使二级墨盒中的负压保持在设定范围之内；在二级墨盒b2内的墨水达到最低液位线时自动补墨，同时通过抽气使二级墨盒中的负压在补墨过程中始终保持在设定范围之内。因此，本发明可以让二级墨盒内的负压始终保持在某一足够窄的设定范围之内，可以让喷墨量保持稳定，保证打印质量，并且可以对打印头进行连续供墨，满足工业化生产要求。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。