CN104507689A - 喷墨打印机 - Google Patents

Abstract

一种连续喷墨打印机，所述连续喷墨打印机包括：用来保持墨的墨罐；墨喷嘴，所述墨喷嘴与所述墨罐流体连通，用来喷出墨滴；和槽，所述槽通过其墨接收入口来接收未被用于打印的墨滴。槽流动路径开始于所述墨接收入口，用于已经通过所述墨接收入口进入所述槽的墨，并且所述槽流动路径提供到所述墨罐的流体连通。返回管线与槽流体连通以便传送空气以进入槽流动路径。补充罐与所述墨罐蒸汽连通以允许空气从所述墨罐被传送到所述补充罐。冷凝器与所述补充贮存器和所述返回管线流体连通以便冷凝溶剂。

Description

喷墨打印机

技术领域

本发明涉及喷墨打印，并且更特别地涉及具有减小的溶剂消耗的连续喷墨打印机。

背景技术

在喷墨打印系统中，打印由在喷嘴处产生并且向着衬底被推进的单个墨滴组成。存在两种主要的系统：按需喷墨，其中用来打印的墨滴按需要并且当需要时被产生；和连续喷墨打印，其中墨滴连续地产生并且仅仅选定的墨滴被引向衬底，其它墨滴被再循环到墨供应装置。

连续喷墨打印机供应加压的墨到具有墨滴产生器的打印头组件，在该墨滴产生器，从喷嘴流出的墨的连续流通过振荡压电元件被分裂成单个规则的墨滴。墨滴被引过充电电极，在该充电电极处，所述墨滴在穿过设置成跨越一对偏转板的横向电场之前被选择性地且分离地给予预定的电荷。每一个带电的墨滴在撞击衬底之前被电场偏转依赖于其电荷大小的量，而不带电的墨滴没有偏转地继续前进并且被收集在槽，所述墨滴从该槽被再循环到墨供应装置以便再用。相位测量系统通常也作为偏转板组件的一部分存在并且用于保证墨滴的偏转的同步。带电的墨滴绕过槽并且在一位置碰撞衬底，该位置由墨滴上的电荷和衬底相对于打印头组件的位置确定。典型地，该衬底相对于打印头组件沿一个方向移动并且墨滴沿基本上垂直于该方向的方向偏转，虽然偏转板可以相对于该垂直方向成一定倾斜地取向以补偿衬底的速度（在墨滴到达之间衬底的相对于打印头组件的移动意味着一行墨滴否则将不完全垂直于衬底的移动方向延伸）。

在连续喷墨打印中，从矩阵打印字符，该矩阵包括可能墨滴位置的规则阵列。每一个矩阵包括多个列（行程），每一个列由行限定，该行包括由被施加到墨滴的电荷确定的多个可能的墨滴位置（例如，七个）。因此，每一个可用墨滴根据在该行程中的其预期位置被充电。如果特别的墨滴将不被使用，则该墨滴不被充电并且它被俘获在该槽以便再循环。这个循环对于矩阵中的所有行程重复进行并且然后对于下一个字符矩阵再次开始。

墨在压力下从墨供应系统被输送到打印头组件，该墨供应系统通常被容纳在机壳的密封隔室内，该机壳包括用于控制电路和用户界面面板的分离的隔室。该系统包括主泵，该主泵经由过滤器从贮存器或罐吸墨并且在压力下将它输送到打印头组件。随着墨被消耗，贮存器在必要时从诸如可更换的墨盒的墨源被再填充，该墨盒以可释放的方式通过供应导管被连接到贮存器。该墨从贮存器经由柔性输送导管被供给到打印头组件。用来操作打印头组件中的加热器和墨滴产生器的电力由电力供应系统电缆供应，该电力供应系统电缆典型地形成供应导管的一部分。由槽俘获的未使用的墨滴通过泵经由返回导管被再循环到贮存器，该返回导管典型地定位作为供应导管的一部分。每一个导管中的墨的流动通常由电磁阀和/或其它类似部件控制。

在墨循环通过该系统时，由于溶剂蒸发，所述墨倾向于变浓。对于再循环的墨（在其在喷嘴和槽之间的传送中已经暴露到空气），这尤其成问题。用于清洗槽的空气必须在带有溶剂的情况下被排出到大气。为了补偿这个，“补充”溶剂在需要时从诸如可更换的溶剂盒的溶剂源被添加到墨，以便当墨处于正确的操作温度时将墨粘度维持在希望的极限内。由蒸发引起的溶剂损失会增加操作打印机的成本（由于需要供应补充溶剂）并且也可能在打印机周围的区域中产生不需要的气味。在清理循环中，该溶剂也可以用于冲洗打印头组件的部件，诸如喷嘴和槽。

发明内容

本公开提供一种连续喷墨打印系统，该连续喷墨打印系统具有改进的墨粘度管理和从该系统的减小的溶剂损失。

在一个方面，连续喷墨打印机包括：用来保持墨的墨罐；墨喷嘴，所述墨喷嘴与所述墨罐流体连通，用来喷出墨滴；和槽，所述槽通过其墨接收入口来接收未被用于打印的墨滴。槽流动路径开始于所述墨接收入口，用于已经通过所述墨接收入口进入所述槽的墨，并且所述槽流动路径提供到所述墨罐的流体连通。返回管线与槽流体连通以便传送空气以进入槽流动路径。补充罐与所述墨罐蒸汽连通以允许空气从所述墨罐被传送到所述补充罐。冷凝器与所述补充贮存器和所述返回管线流体连通以便冷凝来自补充罐的溶剂。

在另一方面，操作连续喷墨打印机的方法包括从墨罐将墨传送到墨喷嘴。墨滴从该喷嘴被喷出。未被用于打印的墨滴通过槽的墨接收入口被接收。已经进入槽的墨通过墨接收入口被传送到墨罐。来自补充罐的空气被传送到槽流动路径。来自墨罐的空气被传送到补充罐。从与所述槽流体连通的空气来冷凝溶剂并且将已冷凝的溶剂传送到补充贮存器。

前述段落已经通过概述的方式被提供，并且不意图限制以下权利要求的范围。通过参考结合附图的以下详细描述，将最佳地理解目前优选的实施例以及其他优点。

附图说明

图1是打印系统的第一实施例的示意图。

图2是打印系统的第二实施例的示意图。

图3是槽的实施例的剖视图。

具体实施方式

本发明参考附图被描述，其中相似的元件由相似的附图标记指代。本发明的各种元件的关系和机能通过以下详细描述被更好地理解。然而，如下面描述的本发明的实施例仅仅通过例子来描述，并且本发明不限于附图中示出的实施例。

本公开提供一种连续喷墨打印系统，该连续喷墨打印系统具有改进的墨粘度管理和从该系统的减小的溶剂损失。溶剂从槽管线中的空气被回收并且可用于在该系统内的重新使用。冷凝器和/或加热器用于防止液体冷凝物返回到该槽。该系统允许控制槽入口空气流以保证可靠的槽清理。

图1是示出连续喷墨打印机10的示意图。打印机10包括流体系统20、打印模块30和冷凝器40。流体系统20包括用来保持墨的墨或混合器罐22以及用来保持溶剂的补充罐24。墨源16和溶剂源18提供流体到混合器罐22。在打印机的操作期间溶剂被添加到墨或混合器罐22以取代由蒸发引起的溶剂损失以及适当地控制墨粘度。用于连续喷墨打印机的墨典型地为许多物质的复杂混合物，该复杂混合物具有大的比例的挥发性有机溶剂。典型的有机溶剂包括甲基乙基酮（MEK），丙酮，和乙醇。打印模块30包括：喷嘴32，该喷嘴与墨罐流体连通以便喷出墨滴；和槽34，该槽通过其墨接收入口来接收不被用于打印的墨滴。槽流动路径50开始于墨接收入口或孔口并且为已经通过墨接收入口进入槽34的墨和空气提供到墨罐的流体连通。返回管线52与槽34流体连通以便传送来自补充罐24的空气以进入槽流动路径50。

补充罐24与墨罐22蒸汽连通以允许空气从墨罐被传送到补充罐。术语“蒸汽连通”意味着蒸汽（但不必定是液体）可以在补充罐24和墨罐22之间行进。补充罐24将区别于用于CIJ打印机的常规溶剂源（如溶剂源18）。与从液体源（如溶剂源18）被添加到该系统的液体补充物对比，补充罐24包括从打印机系统自身中的空气冷凝的液体溶剂。通常，液体墨将不从墨罐22传送到补充罐24，而仅是带有溶剂的空气被传送。在一个实施例中，流体系统20可以是包括墨罐22和补充罐24的单个单元，该单个单元例如被壁26分成流体存储区域22和24。开口28被设置在壁26的顶部部分以在正常操作下提供墨罐22和补充罐24之间的蒸汽连通。然而，在墨罐22和补充罐24之间可以存在另外的流体连接（在图1中未示出）以例如在墨粘度变得太高或补充罐24变得太满的情况下允许补充物被添加到墨罐22。在另一实施例中，在墨罐22和补充罐24之间不存在液体连接。在一个实施例中，墨罐22可以包含0.5L到2L、通常在1L和1.5L之间的容积。补充罐24可以包含0.2L到1L、通常在0.5L到0.75L之间的容积。

冷凝器40与补充罐24和返回管线52流体连通以便冷凝来自补充罐24的溶剂。冷凝器40优选地布置在补充罐24与到槽34的返回管线52之间。冷凝器40可以布置在补充罐24的正上方（例如，在补充罐24的顶部部分）。冷凝器40适合于从补充罐24接收废气并且冷凝来自该废气的溶剂。来自墨贮存器24的废气将通常包括空气、有机溶剂、和墨颗粒。补充罐24和墨罐22可以处于压力下以提供用来移动废气的力。该压力可以是任何合适压力，但已经发现，至少0.1巴的压力是足够的。

在图2中示出的具有流体系统25的打印机12的第二实施例中，墨罐22和补充罐24是分离的容器。管线21提供从墨罐22到冷凝器41的流体连通。冷凝器41适合于从墨罐22和补充罐24接收废气并且冷凝来自该废气的溶剂，从而将冷凝的溶剂返回到补充罐24。管线66可以提供溶剂罐24和混合器罐22之间的流体连通，以例如在墨粘度变得太高或补充罐24变得太满的情况下允许补充物被添加到墨罐22。溶剂源18可以提供溶剂到补充罐24和/或墨罐22。对于本领域技术人员来说将显然的是，对于本文参考流体系统20的第一实施例描述的大量特征，这些特征也可以应用于流体系统25的第二实施例。

冷凝器40可以是有源冷凝器。替代地，冷凝器40可以是无源冷凝器，意指它不需要任何动力或运动部件来进行操作。这种冷凝器在本领域中是已知的并且可以使用任何合适的冷凝器。冷凝器40包括入口42，该入口用来从补充罐24接收废气。冷凝室44与入口42流体连通。因为冷凝室44的壁处于比废气低的温度，所以流体从冷凝室44中的废气冷凝。这允许冷凝的溶剂和墨颗粒从空气流被去除。出口46与返回管线52流体连通以便从冷凝器40提供空气流到槽34。冷凝的流体从冷凝器40流回到补充罐24中。冷凝器40（或41）优选地物理地布置在补充罐24上方以允许冷凝的溶剂由于重力而流到补充罐24中。

该系统10可以包括槽泵62（或文丘里喷射泵或真空源），该槽泵与槽34流体连通以通过管线50将空气和未使用的墨滴从槽34吸入到墨罐32中。该系统10可以包括墨泵60，该墨泵在墨罐22和喷嘴32之间流体连通以通过管线50提供墨到喷嘴。通风或放气管线56可以在某些情况下用于从该系统放出空气。放气管线56可以位于任何合适部位，诸如墨罐22（如图2中示出的）、补充罐24中，或离开再循环管线52（如图1中示出的）。

该系统10可以包括加热器，该加热器用来加热该空气以保证它不包括任何液体溶剂。在一个实施例中，加热器被集成到冷凝器40中以加热在再循环管线52中使用的空气。在另一实施例中，加热器64被布置在再循环管线52中位于再循环空气返回到槽34所在的点附近。加热器64可以用于迫使任何剩余溶剂达到蒸汽状态，使得液体溶剂不干涉槽清理。

与常规连续喷墨打印机相比，该系统10可以在返回管线中包括小孔管道系统或高再循环空气流。如果该系统在没有充分的冷凝或加热的情况下运行，则小孔管道系统和/或增加的空气流的使用会减小返回到槽34的溶剂滴的尺寸，从而保证仅仅蒸汽达到槽34。例如，常规CIJ打印机可以使用具有4mm或1.6mm的内径（ID）的管道系统。本实施例的管道系统可以具有1.6mm或更小、1.0mm或更小、或0.5mm或更小的ID。

这里描述的系统通过必要的修改可以用于现有的连续喷墨系统，诸如美国专利No. 8,408,684（与本申请一起共同转让给Videojet Technologies Inc.）中公开的连续喷墨系统，该美国专利的内容因此通过引用并入。该系统可以包括通常用于连续喷墨打印机但在目前的图中没有被示出的其它部件。例如，该系统可以包括从溶剂源18或补充罐24到打印头30的溶剂管线（未示出），以便在启动和停止期间冲洗喷嘴。虽然在图1和2中示出具体的构造，但显然的是，各种部件可以以不同的取向和构造组合在一起。该系统可以包括分离的墨和溶剂容器，诸如美国专利No. 8,366,252（与本申请一起共同转让给Videojet Technologies Inc.）中公开的墨盒，该美国专利的内容因此通过引用并入。特别地，墨源16被提供到混合器罐22并且溶剂源18被提供到混合器罐22和/或溶剂贮存器24。

槽34可以具有任何合适的设计。槽的一个实施例在图3中被示出。显然的是，槽34将具有：第一入口或孔口35，该第一入口或孔口用来收集不被用于打印的墨滴；第二入口36，该第二入口用于来自管线52的再循环的空气；和出口37，该出口连接到用于组合的墨和空气混合物的槽流动路径50。墨入口35和槽出口37可以布置成基本上彼此成直线，其中空气入口36布置成相对于墨入口35成大约45°的锐角。将显然的是，其它槽设计是可能的。可以与该系统一起使用诸如美国专利No. 8,388,118（被转让给Linx Printing Technologies Ltd.）中示出的那些的槽设计，该美国专利的内容因此通过引用被并入。该槽可以是凹入的或开缝的，诸如US 20110134183中示出的情况。公开的实施例可以用于单喷嘴CIJ系统、双喷嘴系统、或多喷嘴（双阵列）系统。

打印机10可以如下进行操作。系统10可以包括阀和限制器以在喷墨启动或其它操作情况期间减小或关闭再循环以给出槽吸力。因此，在启动时，放气管线56可以打开以允许空气从该系统被移除。墨泵60将墨从墨罐22通过墨管线54传递到喷嘴32中。墨滴从喷嘴32被喷出。没有被用于打印的墨滴被收集在槽34中并且通过槽流动路径50和槽泵62返回到墨罐22。槽流动路径50中的空气将带有溶剂并且包括墨颗粒。带有溶剂的空气从墨罐22穿过开口28到达补充罐24。冷凝器40冷凝来自该空气流的溶剂并且将该溶剂返回到补充罐24。空气通过再循环管线52被再循环到槽34。管线52可以将冷凝器40直接连接到打印头30和槽34。与常规连续喷墨系统相比，这种布置减小或几乎消除被引入该系统的周围空气的量并且因此减小到外部环境的溶剂损失。该系统10可以具有对罐22和24中的墨和溶剂水平的各种控制。例如，在清洗期间，溶剂可以传过该系统以移除已干燥的墨和碎片。该系统10因此可以包括液位传感器，使得如果补充罐24中的溶剂的体积变得太高，则该溶剂被传送到另一容器。

在替代实施例中，冷凝器41（或其它分离器）可以更靠近槽34的接收孔口地位于打印头30中。冷凝器41的这种定位具有的优点是，克服任何另外液体冷凝在再循环管线52中的可能性，该再循环管线可能位于距离墨系统数米处。另外，这允许再循环管线52充当冷凝系统的一部分。

这里公开的系统的优点在于，它提供使墨变浓的能力（即，通过冷凝溶剂），同时将空气再循环回到该槽而不是排出到大气。该系统还使得回收的溶剂可用于重新使用。通过减少再循环管线内的液体减小了槽涌出/溢流的可能性。该系统还提供减小的补充消耗和购置成本，在没有空气干燥剂的情况下在高的湿度中操作的增强的能力，减小的溶剂气味和VOC排放，和减小的墨氧化。对于诸如MEK、丙酮或乙醇的挥发性有机溶剂，该系统优选地能够将溶剂消耗减小到小于3.5ml/hr（毫升/小时）、优选地小于3.0ml/hr、或者小于2.5ml/hr。使用所公开的系统的测试已经能够实现使用MEK的3.3ml/hr的溶剂使用。

这里公开的打印机系统的各种部件可以根据常规方法被制造并且由本领域技术人员熟悉的常规材料制成。

所示和所述的实施例将被认为说明性的且不是限制性性质的，应当理解，仅仅优选实施例已经被示出且描述，并且希望保护落在如权利要求中限定的本发明的范围内的所有改变和修改。应当理解，虽然在该描述中的诸如“优选的”，“优选地”，“优先的”或“更优选的”的词的使用表示如此描述的特征可能是希望的，然而它可能不是必然的，并且可以构想没有这种特征的实施例落入如在所附权利要求中限定的本发明的范围内。关于权利要求，所意图的是，当诸如“一”，“一个”，“至少一个”或“至少一部分”的词用来作为特征的引语时，不意图将权利要求限制到仅仅一个这种特征，除非在权利要求中相反地具体声明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该条目可以包括一部分和/或整个条目，除非相反地具体声明。

Claims (18)

1. 一种连续喷墨打印机，所述连续喷墨打印机包括：

用来保持墨的墨罐；

墨喷嘴，所述墨喷嘴与所述墨罐流体连通，用来喷出墨滴；

槽，所述槽通过其墨接收入口来接收未被用于打印的墨滴；

开始于所述墨接收入口的槽流动路径，用于已经通过所述墨接收入口进入所述槽的墨，并且所述槽流动路径提供到所述墨罐的流体连通；

补充罐，所述补充罐与所述墨罐蒸汽连通以允许空气从所述墨罐被传送到所述补充罐；

返回管线，所述返回管线在所述补充罐和所述槽之间流体连通以便传送空气以进入所述槽流动路径；和

冷凝器，所述冷凝器与所述补充贮存器和所述返回管线流体连通，用来冷凝溶剂。

2. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，还包括泵，所述泵布置在所述槽流动路径中以便从所述槽传送流体。

3. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，还包括真空源，所述真空源布置在所述槽流动路径中以便从所述槽传送流体。

4. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，还包括墨供应管线，所述墨供应管线布置在所述墨罐和所述墨喷嘴之间。

5. 根据权利要求4所述的连续喷墨打印机，还包括墨泵，所述墨泵布置在所述墨供应管线中。

6. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，其中所述冷凝器是无源冷凝器。

7. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，其中所述冷凝器是有源冷凝器。

8. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，其中所述冷凝器布置在所述补充罐上方。

9. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，还包括加热器，所述加热器布置在所述返回管线中位于所述冷凝器附近以便加热从所述补充罐被传送的空气。

10. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，还包括加热器，所述加热器布置在所述返回管线中位于所述冷凝器附近以便加热从所述槽被传送的空气。

11. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，其中所述补充罐和所述墨罐被集成为单个部件。

12. 根据权利要求11所述的连续喷墨打印机，其中所述单个部件包括壁，所述壁布置在所述补充罐和所述墨罐之间，所述部件的顶部附近具有开口，以用于允许所述补充罐和所述墨罐之间的蒸汽连通。

13. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，其中所述补充罐和所述墨罐是分离的部件。

14. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，其中所述返回管线包括具有小于饱和的量的蒸发的溶剂的空气，并且基本上没有液体溶剂。

15. 根据权利要求1所述的连续喷墨打印机，还包括通风口，所述通风口用来从所述打印机排出空气。

16. 一种操作连续喷墨打印机的方法，所述方法包括：

从墨罐传送墨到墨喷嘴；

从所述喷嘴喷出墨滴；

通过槽的墨接收入口接收未被用于打印的墨滴；

将已经通过所述墨接收入口进入所述槽的墨传送到所述墨罐；

将空气从补充罐传送到所述槽；

将空气从所述墨罐传送到所述补充罐；和

从与所述槽流体连通的空气来冷凝溶剂以及将已冷凝的溶剂传送到补充贮存器。

17. 根据权利要求16所述的方法，还包括：从所述打印机排出空气到周围环境。

18. 根据权利要求16所述的方法，还包括：通过将溶剂冷凝到所述补充罐中来从所述墨罐去除溶剂。