CN103153629A - 用于打印系统打印头的真空控制 - Google Patents

Abstract

根据所公开主题的一方面，保持负压于打印系统的打印头中的控制器包括：控制回路反馈逻辑，用于接收与打印头相关联的真空传感器的设定点及输出；调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接；以及驱动器，其与调节器相联接且配置成输出驱动信号至响应于所述调节器输出的泵，该泵与所述打印头相关联。根据所公开主题的另一方面，用于打印系统的真空控制组件包括：具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；与所述主体相联接的泵；以及一个或多个的挠性管，该挠性管与与所述主体相关联的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。

Description

用于打印系统打印头的真空控制

技术领域

本公开涉及打印系统，并且特别是，涉及喷墨打印系统。

背景技术

喷墨打印系统包括具有小孔的打印头，墨水穿过这些小孔以受控的方式喷射，以在相邻的衬底上形成图像。为了抵消在这些小孔中毛细作用的影响，在打印头中的墨水必须保持在选定的负压，该负压取决于孔口尺寸及墨水特性，否则的话，毛细作用将会促使墨水渗出未使用时的打印头，而且同时，防止空气穿过这些孔而被吸入打印头。然而，在具有穿过供给管线连接至打印头的远程供墨的喷墨打印系统中，打印头中墨水的压力可能受打印头及远程供墨的相对竖直位置影响。而且，一些喷墨打印系统设计成以打印头的多个可用方向操作，这也可能影响打印头中墨水的压力。

发明内容

本公开描述了在喷墨打印系统的打印头中设定及保持所希望的压力值的系统和技术。根据所公开主题的一方面，保持负压于打印系统的打印头中的控制器包括：控制回路反馈逻辑，用于接收与打印头相关联的真空传感器的设定点及输出；调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接；以及驱动器，其与调节器相联接且配置成响应于所述调节器将驱动信号输出至泵，该泵与所述打印头相关联。所述调节器可包括电压调节器，并且所述控制回路反馈逻辑可包括比例-积分-微分（PID）电路。所述驱动器可包括：可编程逻辑器件（PLD），以产生脉冲宽度调制（PWM）信号；以及集成电路，其与所述PLD相联接以调制PWM信号，响应于所述电压调节器的电机驱动电压输出，以产生驱动信号。

所述PID电路可包括闭环电路，该闭环电路精确地包括六个运算放大器。所述PLD可配置成产生60赫兹的方波脉冲。另外，所述控制器可包括处理器，通过执行以下操作对该处理器编程以建立设定点，这些操作包括：初始化时，渐变设定点至选定的以保持负压在所希望水平的值；运行时，保持设定点在恒定值；清除周期期间，通过采用设定点变化，用正压替换负压；以及清除周期后，将设定点渐变回至选定的以保持负压在所希望水平的值。

根据所公开主题的另一方面，用于打印系统的真空控制组件包括：具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；与所述主体相联接的泵；以及一个或多个的挠性管，该挠性管与与所述主体相关联的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。所述一个或多个的挠性管可包括制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）微孔管。所述一个或多个的挠性管可包括多个固定直径的导管，这些导管具有选定的以产生目标量的空气流限制的管长。另外，所述主体可包括加工的板结构，该板结构在其中形成一个或多个相关联的蓄能器。

根据所公开主题的另一方面，热熔喷墨打印系统包括：喷射组件，其具有至少一个墨水贮存器；真空传感器，其与所述喷射组件的至少一个墨水贮存器相关联；真空控制组件，其与所述喷射组件的至少一个墨水贮存器相联接，该真空控制组件包括泵；以及控制器，其与所述真空控制组件相联接，以保持负压于所述喷射组件的至少一个墨水贮存器中；其中，所述控制器包括：控制回路反馈逻辑，用于接收所述真空传感器的设定点及输出，调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接，以及驱动器，其与调节器相联接且配置成输出驱动信号至响应于所述调节器输出的泵。

所述调节器可包括电压调节器，并且所述控制回路反馈逻辑可包括比例-积分-微分（PID）电路。所述驱动器可包括：可编程逻辑器件（PLD），以产生脉冲宽度调制（PWM）信号；以及集成电路，其与所述PLD相联接以调制PWM信号，响应于所述电压调节器的电机驱动电压输出，以产生驱动信号。所述PID电路可包括闭环电路，该闭环电路精确地包括六个运算放大器，所述PLD可配置成产生60赫兹的方波脉冲，并且所述控制器可包括用于通过执行渐变过程建立设定点的方法。

所述真空控制组件可包括：与所述泵相联接且具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；以及一个或多个的挠性管，该挠性管与与所述主体相关联的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。所述一个或多个的挠性管可包括制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）微孔管。所述一个或多个的挠性管可包括多个固定直径的导管，这些导管具有选定的以产生目标量的空气流限制的管长。而且，所述主体可包括加工的板结构，该板结构在其中形成一个或多个相关联的蓄能器。

本文中所述的系统和技术可提供若干优点。低真空负压可以以比目前所用的解决方案更低的成本保持在打印头中，同时在本领域提高了产量和性能。真空压力的准确性可以得到改善，当填充打印头贮存器时，使其更不易受到变化的影响。采用通过采用模拟组件部分而实现的比例-积分-微分（PID）逻辑可提供在控制信号中100%的线性度给真空压力，这可导致非常高精度的控制。而且，来自所定义的设定点的变化可以最小化，这可减少空气摄入问题，因为超过设定点会促使在打印头中的空气摄入。将空气摄入减少到最小还可使喷射不稳定性最小化。

本文中所述的电压控制方案的另一属性在于可实现更大的真空范围，通过吸出比以前所做的更低的真空，允许在高度高的应用中改进的操作。采用本文中所述的PID电路设计还允许高真空管线不规则的更精确检测，以及因此在低真空水平减少的波动。该低真空水平在本发明的实施方式中通常波动了仅5-7%，允许系统在低真空泄漏与高真空泄漏之间区分。由于以前的系统，低真空可在极高的真空泄漏时波动高达30%，这可能会导致由软件产生的不准确故障。而且，采用在所述实施方式中的管件可便于适应将来的设计变化，比如在泵、喷射组件、装配需求等方面的变化。

一个或多个实施方式的细节阐述在附图和下面的说明书中。从说明书和附图中，以及从权利要求书中，其它的特征和优点可以是显而易见的。

附图说明

图1A示出了与产品包装生产线相关联的喷墨打印机系统的示例。

图1B示出了用在图1A的系统中的打印头的示例。

图1C示出了图1B中所示的带有沿水平线定向的孔阵列为水平喷射墨水而垂直定位的打印头的后视图。

图1D示出了图1B中所示的带有沿竖直线定向的孔阵列为水平喷射墨水而定位在侧向方向的打印头的后视图。

图1E示出了图1B中所示的为从孔向下喷射墨水而水平定位的打印头的侧视图。

图2示出了喷墨打印机系统的另一示例。

图3A示出了在打印头保持负压的控制器的示例。

图3B示出了可用在图3A的控制器中的PID电路的示例。

图4A示出了来自图3A的控制器的定义的设定点、匝道（ramp）和数字模拟转换器元件的处理器实施方式的示例。

图4B示出了根据所定义的设定点来自图4A的微处理器的输出。

图4C示出了建立设定点的渐变过程（ramping process）的示例。

图5是示出了用于打印系统的真空清除控制组件的示例的示意图。

图6A是示出了图5的真空清除控制组件实施方式的示例的顶视图。

图6B是示出了图6A中的真空清除控制组件示例的底视图。

图6C是示出了图6A中的真空清除控制组件示例的分解底视图。

图6D是示出了图6A中的真空清除控制组件示例的分解顶视图。

在各个附图中的相似参考字符表示相似的元件。

具体实施方式

图1A示出了与产品包装生产线相关联的喷墨打印机系统的示例。在该示例中，主控制单元10包括远程墨水供给贮存器12，该贮存器通过电缆15中的供墨导管14连接至喷墨打印头16，和压力控制单元18，该单元穿过也是由电缆15承载的三个空气导管19、84和86而连接至喷墨打印头16。另外，主控制单元10包括温度控制单元22，用于控制在该喷墨系统各部分中的热熔墨水的温度。

为了便于将打印头16定位于紧邻打印将应用于的不同类型的对象，打印头16可移动地支撑在竖直布置的柱24上，以便由夹具26锁定在该柱上任意所希望的竖直位置。另外，通过可夹紧的万向接头28，可支撑打印头16可被支持用于在任意竖直平面内的枢转运动，以便该打印头可定向成允许其中（如图1B所示）的喷墨孔30的线性阵列水平地射出墨水，或沿水平线或沿竖直线，或者向下。

在图1A所示的布置中，打印头16置于水平方向上（如以实线所示），以促使打印头孔30（在图1B中所示）向下射出一连串的墨滴31于由输送机36沿水平方向输送的一系列容器34的顶面32之上，因此允许将适当的信息打印在每个容器的顶面上。如果需要的话，打印头16可在柱24上降低，并且万向接头28可布置成在侧向方向上夹紧头部16，而孔30的阵列垂直延伸且面向容器34的近侧面37，如在该图中所观察，以便当容器由输送机36输送通过该打印头时，促使信息打印在每个容器的侧面上。

在另一打印头位置，通过调整万向接头28以沿垂直方向（如在图1A中以虚线所示）夹紧打印头，打印可布置成打印位于带40上沿垂直方向从一带盘42到另一带盘44输送的一系列标签38，以使得孔30的阵列水平地延伸，并且当标签38沿垂直方向输送时面向标签38。

在具有密封盖46的主控制单元10中的墨水供给贮存器12布置成接收固体热熔墨水的块48且具有通过管线52连接至温度控制单元22的恒温控制加热器50。温度控制单元22布置成控制加热器50，以充分地加热热熔墨水块48至将其熔化，并且将供给贮存器12中的墨水保持在刚好在其熔点之上的温度，以使得其充分为液体，从而其可根据需要由泵53传输穿过供给导管14至打印头16。同时，在供给贮存器12中的墨水温度保持得足够低，以使得没有明显的品质下降将发生，即使墨水保持连续在该温度达数日或数周。类似地，供墨导管14包含通过管线56连接至温度控制单元22的恒温控制加热器54，以使得在供给管线中的墨水也连续保持在液体状态，但是温度足够低，没有明显的品质下降发生。

如图1B-1E所示，打印头16包括在不同层位包含墨水的两个墨水贮存器58和60、从高层位贮存器58导向至脱气器64的通道62以及从低层位贮存器导向至脱气器64的另一通道66。如在图1B和1C中所观察，通道62和66向下通过在相邻于隔膜68的脱气器64中，该隔膜将这些通道与连接至压力控制单元18的真空管线19的真空室70的那些通道分隔开。该管线和室70可保持在约25英寸汞柱的压力水平，以便从穿过紧邻隔膜68的通道64及66的墨水中提取溶解的空气。在穿过脱气器64之后，墨水通道62和66向下延伸，以为分别在所述阵列中交替相邻的孔30，供给来自所述低水平贮存器中供给穿过在图1B所示的通道72的墨水，该通道向下延伸，相邻于孔板74，以供给所述阵列中交替的奇数号孔，且来自所述高层位贮存器中的墨水向下供给至孔板74的底部，并且向上相邻于该孔板至交替的偶数号孔30，穿过在图1B以虚线所示的通道73。

在打印头16里的孔30中的每个具有相关联的传感器76，该传感器布置成响应于电信号，以便以通常的方式喷射墨滴穿过相应的孔，例如，如在Fischbeck等人的美国专利第4584590号中所述。墨水通道72及73、传感器76、孔30和供给通道62及66的适当结构详细描述在Hoisington等人的美国专利第4835554号中。

为了将孔通道72和73中的墨水保持在为喷射穿过孔30所需的温度，加热器78安装在相邻于通道72和73的打印头中，并且连接穿过电缆15中的管线79至温度控制单元22。另外，另一加热器80安装成相邻于贮存器58和60，并且通过管线81连接至控制单元22。该控制单元布置成将贮存器58和60中墨水的温度保持在充分低于喷射温度的温度，以避免品质下降，但是足够接近喷射温度，以便当墨水供给穿过通道72和73至孔30时，允许孔通道加热器78迅速加热墨水至喷射温度。

作为示例，对于具有熔点约为90℃且当保持在130℃以上的温度相当长的一段时间时趋向于品质下降的热熔墨水来说，温度控制单元22可布置成将远程墨水供给贮存器12及墨水供给导管14中墨水的温度保持在约为100℃的温度，并且控制加热器80以将贮存器58和60中的墨水保持在约为125℃的温度，但是控制加热器78以便将导向至孔30的通道72及73中的墨水保持在137℃的喷射温度。由于仅少量的墨水保持在通道72及73中，并且在操作期间，墨水相对迅速地穿过这些通道，所以在喷墨系统操作期间，没有显著的墨水品质下降可能发生。

当喷墨系统未使用，但是正保持准备好使用时，例如在该系统仅定期使用的工作日期间，温度控制单元22降低通道72和73中墨水的温度至更低的水平，比如贮存器58和60中墨水的温度125℃。而且，如果贮存器58和60的容量足够小以允许迅速加热这些贮存器中的墨水至正常125℃的工作温度，那么当系统处于待机状态时，温度控制单元22可布置成将这些贮存器以及孔通路68中的墨水保持在甚至更低的温度，比如120℃。

由于熔融的热熔墨水的凝固通常促使墨水体积收缩，所以当打印系统关闭且在该系统中的墨水凝固时，空气可被吸入到通道72和73中，导致启动问题。为了避免这样的问题，温度控制单元22布置成促使贮存器58和60以及脱气器64中的墨水保持在熔融的状态，直至当打印系统关闭时通道72和73中的墨水已经凝固，从而当贮存器墨水凝固时防止空气被吸入到这些通道中。另外，当通道72和73中的墨水正在冷却以降低空气被吸入到孔30中的趋势时，如下文中所述的通常应用于贮存器的负压可以终止。

为了在操作期间，不考虑相对于远程墨水供给贮存器12的打印头16的海拔或方向，将孔30中墨水的压力保持在所希望的负压水平，从远程墨水供给贮存器12导向该打印头的墨水供给导管14可包括单向阀82，该单向阀是利用足够的力朝向闭合位置而弹簧加载的，需要例如至少5psi的墨水压力，以打开该阀并且允许墨水从管线14中通过进入到低水平贮存器60中。由于除了当墨水正供给贮存器60时之外单向阀82是闭合的，所以相对于墨水供给贮存器12的打印头16的相对海拔将对贮存器58和60以及导向孔30的通道72和73中墨水的压力没有任何影响。

为了在正常操作期间将孔30中的压力保持在所希望的负压水平，主控制单元10中的打印头压力控制单元18分别连接穿过两个导管84和86至贮存器58和60，以使得约2.8英寸水柱的负空气压力通常保持在这些贮存器中。由于所述孔阵列在贮存器下方沿水平方向延伸略微小于一英寸，如图1B所示，该压力水平在孔30产生约两英寸的负空气压力，该压力足以防止墨水由于毛细作用而从孔中渗出，但是并非足够低以促使空气穿过孔30被吸入到通道72和73中，这将会干扰系统的操作。关于在打印头16中设定及保持负空气压力的进一步细节下面结合图3-4C进行描述。

同样如在Hoisington等人的美国专利第4835554号中所述，墨水通道72和73中的每个连接穿过回流路径（未示出）至导向两个贮存器58和60中的另一个的墨水通道62和66。由于该布置，当打印机未在运行时，墨水由贮存器中层位的差异被促使以低速率从高层位贮存器58穿过脱气器64连续流动至低层位贮存器60，以将在孔30的墨水保持在脱气状态。结果，贮存器中墨水水平的差异逐渐减小，从而减小促使墨水流过所述脱气器以及导向孔30的相关通道的压力。为了恢复贮存器58和60中墨水水平的差异，压力控制单元18定期地施加约3.2英寸水柱的更高负压穿过管线84至贮存器58中的墨水，从而从低水平贮存器60中吸入墨水穿过单向阀87至高水平贮存器58，直至贮存器中墨水水平的差异平衡所施加的压力差。

此外，当喷墨系统在冷却之后启动时，例如在已关闭一整夜之后，可能有必要清除孔通道72和73中的空气气泡及碎片，以确保正确操作系统。这是通过施加约2psi的正压力穿过管路84和86这二者而完成的，从而迫使墨水从两个贮存器中穿过孔通道68以及穿出孔30，以除去可能截留在这些通道中的任何空气气泡及碎片。

图1D示出了定向在孔30的阵列沿垂直方向延伸的位置的打印头16，以便在如上所述参照图1A的容器34的侧面上打印信息。在这种情况下，因为贮存器58和60的不同海拔，所以在由低水平贮存器60供给的孔处的墨水压力通常将比在由高水平贮存器58供给的孔处的更少，这可能会促使空气被吸入到接收来自低水平贮存器中墨水的墨水通道72中，或者在连接至高水平贮存器58的孔处产生墨水的渗漏。为了避免此潜在的问题，压力控制单元18布置成减少施加至高水平贮存器的负压，同时保持所希望的负压在低层位贮存器里。例如，可施加约1.1英寸水柱的负压穿过管线86至低水平贮存器60，而施加约2.8英寸水柱的常用负压穿过管线84至高水平贮存器58，在所施加至贮存器的负压之间提供约1.7英寸水柱的差异，以便当所述阵列沿垂直方向定向时，补偿在贮存器（如图1D所示）高度上的差异。

图1E示出了当被定位以从孔30中向下射出墨水时的打印头，例如至图1A中所示容器的顶面。在这种情况下，两个贮存器是同一高度的，并且在贮存器与孔之间的高度差异与图1B和1C中的大约是相同的。因此，相同的约2.8英寸水柱的负压施加于两个贮存器。关于示例性压力控制单元18及其与打印头16的互相结合的进一步细节描述在Brooks等人的美国专利第5489925号中。然而，要认识到的是，本发明的其它实施方式不需要包括上述结合图1A-1E的示例系统的细节。

在其它实施方式中，压力控制单元可具有彼此分开且与更大系统的其它部分集成的元件。例如，可采用真空清除控制组件以及单独的控制电子装置（例如在一个或多个的电路板上）实现压力控制。所述真空清除控制组件以及单独的控制电子装置可在单个单元中结合在一起，比如图1A所示的打印头本身或主控制单元10，其还可包括用户接口装置、电源以及其它部件。或者，所述真空清除控制组件以及单独的控制电子装置可置于不同的单元中。

图2示出了喷墨打印机系统的另一示例200。在这种情况下，两个打印头210可移动地支撑在竖直放置的柱230上，以便锁定在柱230上任何所希望的竖直位置。打印头210中的每个包括其自身的墨水贮存器、真空清除控制组件以及喷射阵列。另外，单独的控制电子装置包括在控制单元220中，该控制单元也可移动地支撑在竖直放置的柱230上，以便锁定在柱230上任何所希望的垂直位置，并且控制单元220与打印头210电联接，以控制用于所述墨水贮存器及喷射阵列的清除和负压设定及保持。控制单元220还可包括用户接口装置和电源。因此，如将被理解的那样，在本申请中描述的系统和方法可采用许多不同的打印系统配置，包括在不同位置的不同数量的墨水贮存器。

图3A示出了在打印头中保持负压的控制器300的示例。控制器300可接收所定义的设定点305，并且可包括匝道（ramp）310和数字模拟转换器（DAC）315。可由该系统的用户、由打印头方向或者由这些中的组合定义设定点305。而且，设定点305、斜坡（ramp）310以及DAC315可通过采用处理器而被实现，如下面结合图4A-4C进一步所述。

控制器300包括控制回路反馈逻辑320，其可以是比例-积分-微分（PID）逻辑（如图所示）、PI逻辑、PD逻辑、P逻辑、I逻辑或D逻辑。例如，PID逻辑可以是闭环电路380，如图3B所示，其具有6个运算放大器。要注意的是，如果采用PI逻辑或PD逻辑来代替，那么可减少运算放大器的数量。其它形式的控制回路反馈逻辑320也是可能的。例如，不是完全以模拟组件部分实现该控制逻辑，而是各种实施方式可采用集成电路（IC）、处理器、固件或其中的某种组合。

控制器300包括电压调节器325。电压调节器325可以是开关调节器、线性调节器、放大器控制调节器或具有可调功能的其它调节器。反馈逻辑320提供反馈偏置至电压调节器325，以控制电压调节器325的输出（电机驱动电压），然后将其提供给配置成输出驱动信号至与打印头相关联的泵的驱动器。因此，所述电机驱动电压的振幅被控制在电压调节器325，以产生适当的驱动信号用于所述泵及其相关的真空室350和真空传感器355。

所述驱动器可通过采用直流（DC）电机驱动IC330和方波发生器335而被实现。方波发生器335可通过采用产生60Hz脉冲宽度调制（PWM）信号的可编程逻辑器件（PLD）而被实现。要注意的是，采用不同类型的泵，可能需要除了60Hz之外的不同频率用于实施方式。另外，不是电机驱动IC330，而是在电子板上的场效应晶体管（比如MOSFET或JFET）可被采用，只要它们具有为给定的实施方式所需的电流及电压能力。

驱动信号可以是50%占空比的60Hz方波，而电压是基于可变但算法确定的真空设定点而被调节的。电压控制可提供更流畅的操作（对于设定点更快并且更均匀的真空控制），其可提供更一致且均匀的半月板（meniscus）性能并且可提供更长的泵寿命。电压控制电路还可在其整个范围内提供更平滑的泵输出。这是部分地由于保持驱动频率及相位恒定。反过来，这给出了泵膜片的振荡以保持在紧密匹配的同步模式的能力。这与以往的PWM电路相反，以往，频率和电压是恒定的，并且相位被改变以调节泵输出。在其整个驱动范围的各个点，现有的PWM电路/算法可促使膜片变得不同步且不稳定。这在输出比例的上端往往是最明显的。另外，对于低真空电路来说，为了与典型用于工业印刷系统中的类型的泵操作，可以提供一种限制空气流至泵的方法，如下面结合图5-6D进一步所述。

经由基于用于打印头喷射方向的适当真空度的处理器，PID电路可用于建立设定点，其可选自用户接口或自动确定。低真空传感器输出可用作反馈回路，并且基于设定点，调整反馈回路可通过偏置开关调节器的反馈回路而被实现，其调节输出电压振幅。该输出振幅确定泵被驱动以产生低真空度的力。通过适当调整，PID电路可提供将导致稳定的输出电压振幅以驱动低真空泵的反馈偏置。

开关调节器的使用允许在低真空设定及调整的整个范围内大的输出电压振幅摆动。开关调节器可供给有24V DC并且仍管理输出电压振幅低至1.225V DC，而不用担心可能会由于采用线性调节器而产生的热量和功耗。通过采用PID电路的输出以直接控制电压调节器的输出振幅，可消除用于由处理器及非线性响应的AD转换的任何需要，并且低真空控制可做成线性函数。低真空调整几乎是瞬间的，响应于每个喷射周期、墨水清除以及高真空变化。

图4A示出了来自图3A的控制器的所定义的设定点、渐变器（ramp）以及DAC元件的处理器实施方式的示例。这些元件通过采用微处理器400而被实现，其中设置在固件中的代码可定义基于打印头定位的设定点。图4B示出了根据在图405中所定义的设定点的来自图4A的微处理器的输出。采用通过采用电压调节器电路及真空传感器传递函数而确定的计算，设定点（例如，以mm水柱计）转换成数字值。一旦低真空控制启动，或者在设定点有变化，算法就逐渐变化至新的设定点。

图4C示出了建立设定点的渐变过程的示例。初始化时，设定点逐渐变化450至选定的以保持负压在所希望水平的值。运行时，设定点保持460在恒定值（例如，所选择的值）。清除周期（其可或手动或自动地启动）期间，采用设定点变化，负压被替换470为正压。该正压可用于清除系统或排除来自打印头面板的碎片。清除周期后，设定点渐变480回至选定的以保持负压在所希望水平的值。要注意的是，多个清除可按顺序执行，以将墨水推出喷射组件（操作员采用无绒擦拭擦拭打印头）中孔的前端，以便完全清洁喷射组件并且复原之前未正确打印的任何喷嘴。通过施加特定的固定最大电压至泵用于清除操作，该设计可允许更大的清除压力。该电压可设计成确保喷嘴在清除周期期间被清扫。

此外，泵驱动调整可由带有机器程序代码（基于软件或固件）的PID电路执行，该程序代码经由机器用户接口提供真空设定点。用于PID电路的设定点可以是在电压控制电路中唯一的程序代码干预。基于反馈回路，相比以前的方法其中控制是通过采用PWM电路的软件方法实现的，该PID电路可允许完整的线性调整。相比较而言，在清除功能或墨水填充周期之后，PID方法可提供泵输出的更快响应时间和设定时间。由于软件控制的PWM电路，响应时间往往是缓慢的，因为软件将会“搜索”适当的真空度以在迭代和费时的方法中解决。在本发明的实施方式中，真空度仍可由处理器监测，但是调整不需要由基于所监测的读数的程序代码而做。

图5是示出了用于打印系统的真空清除控制组件示例的示意图。在该示例中，泵P1具有连接穿过限制R3的通气孔540。泵P1表示提供适当负压至打印头的低真空（LO-VAC）泵。LOW-VAC泵P1通过蓄能器A2、限制R2、蓄能器A1以及第一过滤器520连接至二位阀510（例如，电磁阀）。另外，进气口545通过第二过滤器530以及通过限制R1连接至蓄能器A1。此外，第二过滤器530采用第二（PURGE）泵P2联接至二位阀510。

第一及第二过滤器520、530可以分别是10微米的过滤器。限制R1、R2、R3可以是柔性管，与蓄能器A1、A2连接，如下面进一步所述。限制R1、R2、R3提供恒定减少的横截面面积的连续通道，恒定减少的横截面面积提供正比于它们的长度及直径的流动阻力，并且可被构成以避免堵塞。限制R2置于蓄能器A1、A2之间，并且通常设定在设计成对到达打印头的泵进行缓冲的值。限制R1和R3通常设定在设计成使LO-VAC泵P1在对于给定操作的不同设定的变化上运行在其固有最佳点的值。

LO-VAC泵P1和蓄能器以及限制是这样布置的，也就是空气的连续流被吸入穿过过滤器520，以提供基本上恒定的负压（如指定）至打印头（例如，经由管道至所施加低真空的墨水的贮存器或容积，如上所述）。泵P1的正压侧通过限制R3连接至通向大气的管线，限制R3布置成在泵输出管线540提供恒定的正空气压力（如指定）。压力传感器550与真空清除控制组件相联接，用于设定及保持正确的压力水平。

当有必要清除系统以从喷射组件的孔通路中除去碎片或空气气泡时，阀510移至连接来自PURGE泵P2的正压管线至打印头的位置。在任何污染物及空气气泡（其可能已积聚在打印头部件中）的清除完成之后，阀510恢复至图5所示的位置，促使负压再次被施加。要注意的是，在各种实施方式中，多于一个阀、多于一条输出管线或者二者可用于提供负压和正压（如需要）至打印头的各部分。例如，不同的负压可提供给基于打印头定位的打印头，如在Brooks等人的美国专利第5489925号中所述。另外，为了在清除周期期间使用，管线可通过阀510从泵P1的压力侧运行，从而不需要第二泵P2。

图6A是示出了图5的真空清洗控制组件实施方式的示例的顶视图。该视图示出了LO-VAC泵和PURGE泵（它们可以是来自同一厂家相同的泵，或者不同的泵），以及至打印头的导管610和至压力传感器（例如，在保持单独控制电子装置的电路板上）的导管615的详细实施方式。图6B是示出了图6A中的真空清除控制组件的示例的底视图，包括蓄能器A1、A2和限制R1、R2、R3的详细实施方式。限制R1、R2、R3可通过采用微孔管而被实现，如图所示，其可用作在低真空控制组件的气动回路中的限制器。限制器用于限制/支配泵的流动并且用于阻尼膜片振荡的共振。蓄能器室A1、A2增加了整个系统容积，这减少了系统变化的影响。

图6C是示出了图6B中真空清除控制组件的相同示例的分解底视图。如图所示，蓄能器A1、A2及限制R1、R2、R3包含在真空清洗控制（VPC）主体630内，并且由与其连接的VPC密封件635（例如，板结构）密封。VPC主体630和VPC密封件635可分别由塑料或铝制成。蓄能器A1、A2被加工在VPC主体630的区域之外，并且导管640可用于将限制R1、R2、R3与蓄能器A1、A2相连接。要注意的是，其它的实施方式可采用不同的形状用于VPC主体及其密封件（例如，块、圆柱体等），并且不是形成于VPC主体之内，而是蓄能器A1、A2还可以以VPC主体外部的单独的结构（例如，块、圆柱体等）形成。

导管640可通过采用六个硅胶管而被实现，每个具有的内径为十六分之一英寸、外径为十六分之三英寸，并且每个为25mm的长度。限制可通过采用三个挠性管650a、650b、650c而被实现。挠性管650可以是不同的长度，以控制在VPC组件给定的应用中所需的限制值。例如，导管650a、650b中的每个可以是205mm的长度，而导管650c可以是610mm的长度。这些挠性管650可以是微孔管，比如制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）管，其中该管具有保持在紧密公差内的所定义的直径（例如，0.040英寸的直径）。例如，PVC导管可由

微孔管切成，该微孔管可从Saint-Gobain Performance Plastics Corporation of Aurora,Ohio获得。该微孔管在硬度方面是可获得的，该硬度很好地保持其形状，而没有扭结或压扁。其可以紧紧盘绕以在设计内提供紧凑包装。其在尺寸的范围内是可获得的。其具有严格控制的内径，这将保护设计免受过程变化。

管道孔乘以长度的组合将产生一定的限制值。孔大小和长度的各种组合安插在设计中。由于往往很难直观地辨别直径差异，所以导管的单一孔径尺寸可用于减轻制造负担。可选择孔径尺寸，以产生所希望输出的所需范围，而管线的长度是可管理的。所利用的管径的紧公差打开了所需的长度公差至可接受的制造限制。

要注意的是，给定的管子的所定义的直径，用于组件的该结构允许一人切断管子至所希望的长度，以在给定应用的公差范围内获得所希望的限制性结果。另外，这种结构为将来的修改提供了灵活性。例如，如果相对于贮存器和喷射组件（例如，因为改变的贮存器设计）打印头的后期替代品需要不同的负压，那么通过确定新的长度、切割新的管件至新的长度，以及在简单的拔出旧管和插入新管的过程中用新管更换旧管，管件650的长度可易于改变。

在本设计中的微孔管用作替代，对于在以前低真空控制组件的气动回路中的加工限制器和孔口限制器。当与以前的孔口限制器相比时，微孔管的使用可提供更具可制造性的解决方案并且可提供更鲁棒的解决方案，以前的孔口限制器往往很容易发生污染故障。如将要显而易见的是，限制器的挠性管实施方式可减少污染故障并且还允许易于执行更换限制器。特别地，如所述，微孔管的使用，可降低系统成本（部分地由于管子的工业效用）、提高耐颗粒污染、提高与墨水的化学相容性、提高耐热性、以及提高组装的易用性。

图6D是示出了图6A中真空清除控制组件示例的分解顶视图。导管620和622用于分别连接LO-VAC泵和PURGE泵进入VPC主体630。导管615可联接至倒钩三通八分之一英寸接头665，其可反过来与电磁阀660联接穿过20mm导管624。导管610、615、620、622、624中的每个可通过采用具有内径为三十二分之三英寸以及外径为三十二分之七英寸的硅胶管而被实现。另外，VPC组件可包括两个在线过滤器670、连接器螺钉端子680（提供连接用于控制LO-VAC泵、PURGE泵和螺线管），以及适当的盘螺钉和电缆扎带以将VPC组件的部件保持在一起。

虽然参照特定实施例，已在本文中描述了本发明，但是其中的许多修改及变化对于本领域的技术人员来说易于发生。因此，所有这样的变化和修改包括在本发明的预期范围之内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种保持负压于打印系统的打印头中的控制器，该控制器包括：

控制回路反馈逻辑，用于接收与所述打印头相关联的真空传感器的设定点及输出；

调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接；以及

驱动器，其与调节器相联接且配置成响应于所述调节器的输出将驱动信号输出至与所述打印头相关联的泵。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述调节器包括电压调节器，并且所述控制回路反馈逻辑包括比例-积分-微分（PID）电路。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述驱动器包括：

方波发生器；以及

集成电路，其与所述方波发生器相联接，以产生驱动信号，而振幅响应于所述电压调节器的电机驱动输出，同时保持驱动频率及相位恒定。

4.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述PID电路包括闭环电路，该闭环电路精确地包括六个运算放大器。

5.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述方波发生器配置成产生60赫兹的方波脉冲。

6.根据权利要求1所述的控制器，其包括处理器，通过执行以下操作对该处理器编程以建立设定点，这些操作包括：

初始化时，使设定点逐渐变化至选定的以保持负压在所希望水平的值；

运行时，保持设定点在恒定值；

清除周期期间，通过采用设定点变化，用正压替换负压；以及

清除周期后，将设定点逐渐变回至选定的以保持负压在所希望水平的值。

7.一种用于打印系统的真空控制组件，该组件包括：

具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；

与所述主体相联接的泵；以及

一个或多个的挠性管，该挠性管与相关联于所述主体的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。

8.根据权利要求7所述的真空控制组件，其中，所述一个或多个的挠性管包括制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）微孔管。

9.根据权利要求7所述的真空控制组件，其中，所述一个或多个的挠性管包括多个固定直径的导管，这些导管具有选定的以产生目标量的空气流限制的管长。

10.根据权利要求7所述的真空控制组件，其中，所述主体包括机制板结构，该板结构在其中形成一个或多个相关联的蓄能器。

11.一种热熔喷墨打印系统，其包括：

喷射组件，其具有至少一个墨水贮存器；

真空传感器，其与所述喷射组件的至少一个墨水贮存器相关联；

真空控制组件，其与所述喷射组件的至少一个墨水贮存器相联接，该真空控制组件包括泵；以及

控制器，其与所述真空控制组件相联接，以保持负压于所述喷射组件的至少一个墨水贮存器中；

其中，所述控制器包括：

控制回路反馈逻辑，用于接收所述真空传感器的设定点及输出，

调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接，以及

驱动器，其与所述调节器相联接且配置成响应于所述调节器的输出将驱动信号输出至所述泵。

12.根据权利要求11所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述调节器包括电压调节器，并且所述控制回路反馈逻辑包括比例-积分-微分（PID）电路。

13.根据权利要求12所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述驱动器包括：

方波发生器；以及

集成电路，其与所述方波发生器相联接，以产生驱动信号，而振幅响应于所述电压调节器的电机驱动输出，同时保持驱动频率及相位恒定。

14.根据权利要求13所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述PID电路包括闭环电路，该闭环电路精确地包括六个运算放大器。

15.根据权利要求13所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述方波发生器配置成产生60赫兹的方波脉冲。

16.根据权利要求11所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述控制器包括用于通过执行渐变过程而建立设定点的方法。

17.根据权利要求11所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述真空控制组件包括：

与所述泵相联接且具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；以及

一个或多个的挠性管，该挠性管与相关联于所述主体的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。

18.根据权利要求17所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述一个或多个的挠性管包括制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）微孔管。

19.根据权利要求17所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述一个或多个的挠性管包括多个固定直径的导管，这些导管具有选定的以产生目标量的空气流限制的管长。

20.根据权利要求17所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述主体包括机制板结构，该板结构在其中形成一个或多个相关联的蓄能器。

Claims (20)

1.一种保持负压于打印系统的打印头中的控制器，该控制器包括：

控制回路反馈逻辑，用于接收与所述打印头相关联的真空传感器的设定点及输出；

调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接；以及

驱动器，其与调节器相联接且配置成响应于所述调节器的输出将驱动信号输出至与所述打印头相关联的泵。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述调节器包括电压调节器，并且所述控制回路反馈逻辑包括比例-积分-微分（PID）电路。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述驱动器包括：

可编程逻辑器件（PLD），以产生脉冲宽度调制（PWM）信号；以及

集成电路，其与所述PLD相联接以调制PWM信号，响应于所述电压调节器的电机驱动电压输出，以产生驱动信号。

4.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述PID电路包括闭环电路，该闭环电路精确地包括六个运算放大器。

5.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述PLD配置成产生60赫兹的方波脉冲。

6.根据权利要求1所述的控制器，其包括处理器，通过执行以下操作对该处理器编程以建立设定点，这些操作包括：

初始化时，使设定点逐渐变化至选定的以保持负压在所希望水平的值；

运行时，保持设定点在恒定值；

清除周期期间，通过采用设定点变化，用正压替换负压；以及

清除周期后，将设定点逐渐变回至选定的以保持负压在所希望水平的值。

7.一种用于打印系统的真空控制组件，该组件包括：

具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；

与所述主体相联接的泵；以及

一个或多个的挠性管，该挠性管与相关联于所述主体的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。

8.根据权利要求7所述的真空控制组件，其中，所述一个或多个的挠性管包括制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）微孔管。

9.根据权利要求7所述的真空控制组件，其中，所述一个或多个的挠性管包括多个固定直径的导管，这些导管具有选定的以产生目标量的空气流限制的管长。

10.根据权利要求7所述的真空控制组件，其中，所述主体包括机制板结构，该板结构在其中形成一个或多个相关联的蓄能器。

11.一种热熔喷墨打印系统，其包括：

喷射组件，其具有至少一个墨水贮存器；

真空传感器，其与所述喷射组件的至少一个墨水贮存器相关联；

真空控制组件，其与所述喷射组件的至少一个墨水贮存器相联接，该真空控制组件包括泵；以及

控制器，其与所述真空控制组件相联接，以保持负压于所述喷射组件的至少一个墨水贮存器中；

其中，所述控制器包括：

控制回路反馈逻辑，用于接收所述真空传感器的设定点及输出，

调节器，其与所述反馈逻辑的输出相联接，以及

驱动器，其与所述调节器相联接且配置成响应于所述调节器的输出将驱动信号输出至所述泵。

12.根据权利要求11所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述调节器包括电压调节器，并且所述控制回路反馈逻辑包括比例-积分-微分（PID）电路。

13.根据权利要求12所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述驱动器包括：

可编程逻辑器件（PLD），以产生脉冲宽度调制（PWM）信号；以及

集成电路，其与所述PLD相联接以调制PWM信号，响应于所述电压调节器的电机驱动电压输出，以产生驱动信号。

14.根据权利要求13所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述PID电路包括闭环电路，该闭环电路精确地包括六个运算放大器。

15.根据权利要求13所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述PLD配置成产生60赫兹的方波脉冲。

16.根据权利要求11所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述控制器包括用于通过执行渐变过程而建立设定点的方法。

17.根据权利要求11所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述真空控制组件包括：

与所述泵相联接且具有一个或多个相关联的蓄能器的主体；以及

一个或多个的挠性管，该挠性管与相关联于所述主体的一个或多个的蓄能器相联接且配置成限制空气流在所述真空控制组件内。

18.根据权利要求17所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述一个或多个的挠性管包括制造用于医疗及实验室环境的聚氯乙烯（PVC）微孔管。

19.根据权利要求17所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述一个或多个的挠性管包括多个固定直径的导管，这些导管具有选定的以产生目标量的空气流限制的管长。

20.根据权利要求17所述的热熔喷墨打印系统，其中，所述主体包括机制板结构，该板结构在其中形成一个或多个相关联的蓄能器。

Images