CN101062620A - 相变油墨打印机中熔化固体墨块的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种固体墨块熔化装置装在一台相变打印机中，以在压力之下给打印头提供熔化油墨。该固体墨块熔化装置包括一个墨块熔化腔，其具有一个带至少一个加热壁的壳体、一个接收墨块的入口以及一个让熔化油墨流出壳体的出口，还包括一个密封件，其紧贴入口安装以与穿过密封件的墨块接合，于是密封件和墨块形成一个隔挡，并将熔化油墨保持在壳体内。

Description

相变油墨打印机中熔化固体墨块的系统和方法

技术领域

本发明总的涉及使用相变材料的机器，具体而言，涉及熔化固体相变油墨以成像的机器。

背景技术

固体油墨或相变油墨打印机通常使用固体形式的油墨，或是有色的青色、黄色、品红以及黑色油墨的颗粒，或是墨块，它们经朝向通道的开口插入馈送通道。每个开口可被构造成仅接纳一个特定结构的块体。按此方式构造馈送通道开口，有助于减少具有特定特征的墨块插错通道的风险。

在墨块送入其相应的馈送通道之后，它们通过重力或机械致动器的作用被推动到打印机的加热器组件。加热器组件包括将电能转化为热量的加热器和熔化板。熔化板一般由板或开口侧漏斗形的铝或其它重量轻的材料制成。加热器紧贴熔化板，以将熔化板加热到熔化与之接触的墨块的温度。熔化板可相对于固体油墨通道倾斜，于是当与熔化板紧密接触的固体油墨改变相位时，它被导引以缓慢滴入对应色的贮存器。存储在贮存器中的油墨在等待随后使用的同时被持续加热。

每个有色的液体油墨贮存器可通过至少一根管子与一个打印头连接。当打印头需要油墨以喷射到接收介质或成像鼓上时，便从贮存器中吸出液体油墨。当一个控制器选择性地用驱动电压启动一般为压电装置的打印头元件时，这些元件接收液体油墨并将油墨排到成像表面上。具体来说，液体油墨通过歧管流出贮存器，以通过打印头中的压电元件从微小的喷孔中喷射出来。

随着液体油墨打印头生产率的提高，就需将足够量的液体油墨输送到打印头。由较高的生产率产生的一个问题在于，对打印头流路中的阻力和压力的敏感性增大。受限的墨流会限制或降低成像速度。在具有过滤系统以过滤贮存器与打印头元件之间的液体油墨的系统中，墨流也会随时间的消逝而变，且变得不足以将足够量的液体油墨抽到打印头而提供理想的打印质量。

一种解决流动阻力问题的方式是增大过滤器的面积。过滤器的面积增大，则使大量油墨流过过滤器的压力滴减小。不过，过滤器的面积增大，也会增加打印机的成本，因为过滤材料通常较为昂贵。并且，较大过滤器的空间可能无法得到，因为相变打印机中打印头附近的空间不容易总能得到。

另一种解决流动阻力和快速成像的容量增大需求的方式是，给液体油墨加压以促动油墨通过受限的流路。压力需要在油墨已离开熔化板之后引入，因为熔化板对给流体加压不起什么作用。不过，引入压力的方法增加打印系统的复杂性、将压力源和相关部件加到打印机上以及给打印机的使用年限带来别的维护问题。

熔化板已经形成为锥形腔，且墨块被送入锥形腔的宽入口中。锥形腔的壁被加热到使固体墨块熔化的温度。锥形腔的表面积增大，有助于减少熔化墨块所需的时间。在熔化表面增大情况下的熔化速度较快，成像也得以较快。

锥形熔化腔的局限性在于，额外地可能在不同于靠近锥形几何结构较小部分的预期出口点的点位置自腔中流出墨。因此，锥形腔必须定向成确保重力影响流向预期的出口。正如前面提到的那样，空间制约在一些相变油墨打印机中相当受限，这就难于或不太可能将油墨输送系统构造成依靠重力流控制。并且，打印头的上方可能无法得到熔化腔具有足够大的长宽比以实现理想的熔化表面积的空间。

发明内容

一种改进的固体墨块加热腔缩短了熔化时间，增大了熔化油墨流出速度。该加热腔包括一个墨块熔化腔，其具有一个带至少一个加热壁的壳体、一个接收墨块的入口以及一个让熔化油墨流出壳体的出口，还包括一个密封件，它紧贴入口安装以与穿过密封件的墨块接合，于是密封件和墨块就形成隔挡，并将熔化油墨保持在壳体内。密封件阻止腔内的熔化油墨在入口流出壳体。当附加的墨块通过密封件被驱动时，壳体内的压力增大。增大的压力能让腔以足够大的流速将液体油墨输送给打印头。

一种改进的将油墨供给到相变打印机中的打印头的方法包括将墨块移动到墨块熔化腔的入口，该墨块熔化腔具有一个带至少一个开口的壳体；推动墨块通过一个紧贴入口安装的密封件；加热壳体以熔化墨块熔化腔壳体内的墨块以及利用密封件阻挡熔化油墨从墨块熔化腔的入口渗漏，于是熔化油墨以足够的压力流出墨块熔化腔，从而在进入打印机的打印头之前穿过过滤器。

附图说明

在下面的说明中结合附图对加有固体墨块熔化腔的油墨打印机的上述方面和其它特征进行解释，其中：

图1是打印机顶盖闭合的相变打印机的透视图；

图2是油墨进出口盖打开的相变打印机的局部放大顶视透视图，示出了固体墨块就位以装入馈送通道中的情况；

图3是沿图2的线3-3所示的固体油墨馈送系统的馈送通道的侧视剖面图，示出了固体墨块熔化腔区域及其与打印头连接的情况；

图4是图2所示的油墨打印机的侧视图，绘出了油墨打印机的主要子系统；

图5是图3所示的熔化腔入口的顶视透视图，其中墨块通过入口内的密封区域；

图6是具有圆柱壳体和入口处的圆柱密封件的熔化腔的另一实施例的侧视图；

图7是其入口处没有示出密封件的熔化腔的壳体的另一实施例的透视图；

图8是固体墨块熔化腔的侧视图，示出了由入口处的密封件和穿过密封件的墨块形成的隔挡。

具体实施方式

参见图1，图中示出了油墨打印机的透视图，其加有一个固体墨块熔化腔，该熔化腔熔化固体墨块并用足够大的压力将之输送到打印头以克服过滤器的流动阻力。应理解的是，这里讨论的实施例能以多种替换形式和变型实施。此外，可采用任何适当尺寸、形状或类型的元件或材料。

图1示出了油墨打印机10，其包括一个带顶面12和侧面14的外壳。用户接口显示器比如前面板显示屏16显示打印机状态和用户指示的相关信息。按钮18或其它控制打印机操作的控制元件与用户接口窗相邻，或可位于打印机上的其它位置。喷墨打印机构(图3)容纳在壳体内。一个油墨馈送系统将油墨输送给打印机构。油墨馈送系统容纳在打印机外壳的顶面下方。壳体的顶面包括一个铰接的油墨进出口盖20，其如图2所示地敞开着，以让用户接近油墨馈送系统。

在图2所示的特定打印机中，油墨进出口盖20附设在油墨负载连接件22上，于是当打印机油墨进出口盖20抬升时，油墨负载连接件22滑动并枢转到油墨负载位置。如图2所示，打开油墨进出口盖而露出具有键合开口24A-D的键板26。每个键合开口24A、24B、24C、24D提供了朝向固体油墨馈送系统的几个独立馈送通道28A、28B、28C、28D中一个的插入端的通路。

彩色打印机一般采用四色油墨(黄色、青色、品红以及黑色)。各色墨块30经馈送通道28A-D中的一个而输送，馈送通道28A-D具有与有色墨块对应的大致键合的开口24A-D。打印机的操作员操作起来要倍加小心，以避免将一种颜色的墨块插入不同颜色的馈送通道中。墨块会浸有彩色染料，以致打印机用户难于通过颜色本身分辨哪色是哪色。青色、品红和黑色的墨块尤其难于基于颜色外观从视觉上区别开来。键板26具有键合开口24A、24B、24C、24D，以帮助打印机用户确保仅将这个女却颜色的墨块插入每个馈送通道中。键板的每个键合开口24A、24B、24C、24D具有唯一的形状。对应馈送通道颜色的墨块30具有对应于键合开口形状的形状。除了对应馈送通道的正确颜色的墨块外，键合开口和对应的墨块形状将所有颜色的每个油墨馈送通道墨块排除在外。

如图3所示，馈送通道包括用驱动力或驱动元件如恒力弹簧36驱动的顶推块34，以朝向位于每个馈送通道熔化端的熔化腔32沿着纵向馈送通道的长度推动各个墨块。恒力弹簧36的张力朝馈送通道的熔化端驱动顶推块34。油墨负载连接件22与轭状物38联接，该轭状物38附设在装于顶推块34中的恒力弹簧36上。当油墨进出口盖20抬升以露出键板26时，其与油墨负载连接件22的附接使得顶推块34被拉向馈送通道的插入端。正如下面更为详细地描述一样，熔化腔32包括具有已将密封件46安装在内的入口44的壳体42。熔化油墨通过出口48流出熔化腔32，并通过管子50流到打印头52内的贮存器54中。打印头52包括一些孔56，压电元件通过这些孔将油墨喷射到中间成像元件58上。打印头52可水平地沿着导轨60和62在成像元件58的表面上移动。

如图4所示，油墨打印机10可包括油墨负载子系统70、电子组件72、纸张/介质盘74、打印头52、中间成像元件58、鼓维护子系统76、转移子系统80、擦拭分组件82、纸张/介质预热器84、双向打印路径88以及废墨盘90。简单地说，固体墨块30被装入油墨负载馈送路径40中，通过该馈送路径40，固体墨块行进到固体墨块熔化腔32。在熔化腔中，墨块熔化且液体油墨在被输送到打印头52内的打印元件之前转移到贮存器中以储存备用。当中间成像元件58旋转时，油墨由压电元件通过孔喷射以在中间成像元件58上形成图像。中间成像元件加热器受电子组件72内控制器的控制，以在最佳温度范围内维持成像元件，从而产生油墨图像并将其转移到记录介质的页张上。记录介质的页张自纸张/介质盘74取出并导入纸张预加热器84中，于是记录介质的页张被加热到更佳的温度以接纳油墨图像。转移子系统80内的转移辊与中间成像元件58之间的记录介质运动针对图像的定相和转移作了调整。

图5示出了熔化腔32的一个实施例。入口44中装有一个密封件46。该密封件46可摩擦配合、粘合或以其它方式附设在入口44的盖100上。此配合减少了熔化油墨会在密封件与入口之间从腔中渗漏的可能性。密封件位于入口内并伸入壳体42中。因此，密封件46在加热壳体壁以熔化固体墨块的温度下露出来。据此，密封件46应耐高温才行。各个实施例中使用弹性体材料比如硅酮来满足该需求。密封件46使用这些材料，不仅能够让密封件经受熔化温度，而且能使密封件柔韧且与送到熔化腔的墨块尤其是形状不规则的墨块的周边形状更为贴合一致。为了减少熔化油墨回流到墨块上且熔化墨块的可能性，密封件可被设计成让密封件的一部分伸出壳体的加热壁至熔化油墨不可能在其固化前到达墨块的距离。

尽管可使用单个密封件46来与穿过入口44的墨块合乎一致，但也可使用多个密封结构来改善密封性能。如图5所示，密封唇104A、104B和104C包括密封件46。这些密封唇中的每一个都以由熔化腔32熔化的墨块的形状构造。密封件46及其密封唇104A、104B和104C可形成有向内朝壳体42倾斜的密封唇。该倾斜面有助于将墨块导入壳体中，同时还更为有效地阻挡熔化油墨的回流。入口44中的墨块30被示出具有本领域公知的一连串凸起和凹槽。密封唇也与这些凸起和凹槽一致地成形。因此，当墨块穿过密封件46时，它基本上与密封件46的唇相配合。此配合给腔32内的熔化油墨提供了一系列的密封件且有助于防止液体油墨通过入口从壳体中渗漏。在缺陷干扰了墨块外部与密封件脊突之间的适贴配合时，熔化油墨会超出密封唇。墨块之间界面处墨块周边的空隙也会容许一些油墨渗出密封件。少量的渗漏容积冷却并相当快速地固化，从而最大程度地减少了渗漏，尤其是在通过采用不止一个密封件限制流动的时候。服贴的密封件容许了：当油墨朝熔化壳体馈送时，连在渗漏点周边上的固化油墨超出密封件。第一唇前面的密封件中的出口可成形为让壳体出口通过密封件。多个密封唇的存在，有助于确保靠近壳体流出唇的任何回流最终足够慢地固化并阻挡任何进一步流出熔化腔的回流。只要固体墨块至少部分地保持在馈送通道内并与密封件46接合，就给液体油墨形成了隔挡。该隔挡能在壳体内产生足够将熔化油墨推出出口的压力。在一个实施例中，采用一连串的五个密封唇来给熔化腔提供密封件。

为了进一步改善密封件46与墨块30之间配合的完整性，可由密封件46与入口44附近的壳体壁之间的材料支持密封件46。例如，这样的材料可包括一个或多个区域中的低密度泡沫或附加密封材料。这些材料可在组装过程中的任何时候装配、在密封件装于入口44上之前与密封件结合、或在密封件装于入口44上之前与入口44结合。这些材料填充了密封件与靠近入口的壳体壁之间的空隙，从而有助于保持与墨块外表面一致的密封件的形状。在别的实施例中，可在壳体壁与密封件之间提供气囊以加强密封性。

如上所述，密封件46在墨块沿馈送方向移动的时候与墨块形状兼容地成形。密封件与墨块的配合在墨块通过密封件时产生摩擦。在一个实施例中，该摩擦被设计成不超过0.5kg，以与已知相变油墨打印机的顶推块施加的推力相容。密封唇的数量和密封唇的精密几何结构取块于多个因素，比如墨块横截面形状、密封材料的硬度或硬度计、熔化油墨管子中所需的给打印头提供充足油墨的压力、熔化腔的方位、墨块的预期条件以及墨块尺寸和形状的公差。在一个实施例中，密封件的密封唇隔开3.5mm，高度和厚度为0.8mm，与馈送方向成45度的角度。该实施例中的密封壁为0.6mm厚，在标称墨块外表面内隔开0.4mm。该几何结构提供了密封件0.4mm的标称位移。最靠近壳体内部的唇大致与壳体的入口引入表面相距4.0mm。

壳体42的几何结构完全可改变。壳体可具有多个以直线或多边形状连接的壁。壳体的壁可与一个电源联接，以将壁加热到熔化由馈送通道供给的墨块的适当温度。壳体还可以是单个以圆柱形、椭圆形或其它弯曲形状成形的壁。在一个实施例中，壳体接近构造成经通向墨块熔化腔的馈送通道传送的墨块的周边形状。图6中示出了一个示范性的圆柱熔化腔。入口具有密封件10，其具有外圆柱形以与壳体114的圆柱壁配合。入口的内表面仍成形为与已知墨块的形状一致，或可构造成容纳圆柱形或球形墨块。出口118被示出位于壳体114的锥形部分的端部，尽管它可以位于壳体114上熔化油墨截留在出口与由入口的密封件和穿过密封件的墨块形成的隔挡之间的任何位置。例如，壳体114可形成为一个没有锥形部分的楔形物，且出口例如可形成在楔形物的底部，于是出口基本上与墨块馈送至腔的馈送方向成直角。较之扁平的熔化板，腔的封闭结构提供了较大的加热进入腔中的墨块的表面积。因此，墨块会较快地熔化。

壳体形状的一个制约条件为墨块推入其中的壳体表面的表面积、角度以及温度的平衡。该制约条件是由通过调控或偏角调节预期的墨块直线馈送路径而扩大越位力产生的。如果墨块偏离预期的馈送路径太多的话，力小的软密封件会克服并扩张。因此，壳体被构造成将墨块维持在直线路径上。

壳体的一个或多个壁可利用任何适当的加热元件加热。这些加热元件包括但不限于外结合加热器、喷射/浸渍表面作用加热材料以及内加热元件。内加热元件例如包括多模电阻加热器、绕线或带状加热器等。壳体壁可由高温塑料、拉制型钢、铝或其它合适的材料制成。壁也可由多个一同联接的片材组成并可利用硅酮或类似材料的薄膜密封以防渗漏。

图7中示出了另一个壳体的示范性实施例。壳体120具有总体形成V形的向内倾斜的壁124。开口128的周边被构造成与包括壳体120的将墨块送入腔中的横截面区域一致。出口130是位于由壳体形成的V形底部的圆孔。熔化腔的出口可采用任何一种形状构造；不过，圆形出口可能典型地适于容纳常用于将液体油墨输送给打印头的管子。唇134被提供用来将适当的密封件安装在壳体的入口上。

下面参照图8描述由熔化油墨的固体墨块熔化腔形成的隔挡。壳体150具有入口152和出口156。墨块160被示出穿过装在壳体150的入口152处的密封件164。当固体墨块行经密封件164且进入加热壳体150中时，墨块被加热直到它开始熔化。在位于密封件164前面的熔化前部168处，发生从固体油墨向熔化油墨的过渡。因此，墨块160经入口152自熔化前部168回流的固体部分和密封件164形成一个隔挡，其阻挡熔化油墨经入口152回流出来。当墨块通过密封件164被推入加热壳体中时，壳体内熔化油墨的质量增加，且这种质量的增加导致壳体150内压力的增大。只要密封件和固体墨块相互协作以维持熔化油墨的隔挡，壳体内的压力就通过出口156推出熔化油墨。维持该正压力以通过出口156推动熔化油墨，需要密封件164能与墨块的外周充分配合以防止墨块滑出壳体，且需要熔化油墨以维持熔化油墨流出出口156时的压力的速度产生。尽管图8中的墨块被示出具有规则或平滑的外周，例如是一个圆，但墨块可具有任何周边结构，前提是密封件164能与周边配合以提供如上所述的隔挡。

具有加热壳体和装于入口的密封件的熔化腔带来了多个优点。由密封件和穿过密封件的墨块形成的隔挡将熔化油墨保持在壳体内。这种加热壳体的密封产生了压力以提高壳体中油墨的流速。熔化油墨的加压流有助于确保油墨以所需的流速输送到打印头，而不用在打印头元件喷射油墨时给它们产生过多的负压。由密封件提供的加压使得壳体能以各种不包括锥体的几何结构和出口位于不同于壳体最低点的位置构造。此外，轴可位于偏离墨块进入熔化腔中时墨块馈送方向的轴的位置。因此，熔化腔可容纳在相变油墨打印机的不同空间内，而不用在打印头供墨的有效性或效率方面加以兼顾。

本领域的技术人员将认识到，可对上述熔化腔的具体实施方式进行多种改变。因此，下列权利要求不局限于上面示出并描述的具体实施例。原始提出且会作修改的权利要求包含实施例的变型、替换、改型、改进、等价物以及实质等价物，和在此披露的包括当前意想不到或无法理解的、例如从申请人/专利权人以及其他人得来的启示。

Claims (4)

1.一种固体墨块熔化装置，包括：

墨块熔化腔，具有一个带至少一个加热壁的壳体、一个接收墨块的入口以及一个让熔化油墨流出壳体的出口；和

密封件，紧贴入口安装，以与穿过密封件的墨块接合，于是密封件和接合的墨块形成一个隔挡，并将熔化油墨保持在壳体内。

2.一种相变打印机，包括：

外壳，具有多个接收固体墨块的馈送通道；

墨块熔化腔，具有一个带至少一个加热壁的壳体、一个接收墨块的入口以及一个让熔化油墨流出壳体的出口；

密封件，紧贴入口安装，以与穿过密封件的墨块接合，于是密封件和墨块形成一个隔挡，并将熔化油墨保持在壳体内；

墨块推动机构，以通过墨块熔化腔入口处的密封件沿着馈送通道传送墨块，于是墨块就在墨块熔化腔的壳体内熔化；

贮存器，与墨块熔化腔的出口联接，以储存自墨块熔化腔接收的熔化油墨；和

打印头，具有多个喷射熔化油墨的压电打印头元件，该打印头与贮存器联接以接收贮存器中的熔化油墨。

3.一种给相变打印机中的打印头提供油墨的方法，包括：

将墨块移动到一个墨块熔化腔的入口，该墨块熔化腔具有一个带至少一个壁的壳体；

推动墨块通过一个紧贴入口安装的密封件；

加热壳体的壁，以在墨块熔化腔的壳体内熔化墨块的一部分；和

推动墨块通过紧贴入口安装的密封件，以利用密封件和被推动通过密封件的墨块形成一个隔挡，从而将熔化油墨保持在墨块熔化腔内，于是熔化油墨利用足够的压力流出墨块熔化腔的出口以到达打印机的打印头。

4.一种固体墨块熔化装置，包括：

墨块熔化腔，其包括一个横截面形状对应于特定墨块的壳体、一个接收墨块的入口以及一个让熔化油墨流出壳体的出口；和

由弹性体材料形成的密封件，安装在入口上，以与穿过密封件的墨块接合，于是密封件和墨块形成一个隔挡，并将熔化油墨保持在壳体内。

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