CN104859310B - 喷墨打印机用墨水供给系统以及该系统中的墨水压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷墨打印机用墨水供给系统以及该系统中的墨水压力控制方法。针对具备喷嘴(41)和压力室(48)的喷墨头(1)，从子罐(3)经由墨水循环路(2)循环供给墨水(5)。在喷墨头(1)的上游侧，配置压力传感器(21)，在下游侧，配置压力传感器(22)。将压力传感器(21)与喷墨头(1)之间的流路阻力(R1)、和喷墨头(1)与压力传感器(22)之间的流路阻力(R2)设定为相等(R1＝R2)。控制器(10)根据压力传感器(21、22)的检测值，计算喷嘴(41)的位置的墨水压力，以使该压力成为规定值的方式，控制子罐(3)内的压力。

Description

喷墨打印机用墨水供给系统以及该系统中的墨水压力控制 方法

技术领域

本发明涉及通过喷墨方式在膜、基板等处理对象物上进行印字、描绘、原材料涂覆等处理的喷墨打印机，特别涉及针对打印机的喷墨头循环供给液体墨水的墨水供给系统。

背景技术

在喷墨方式的打印机中，从在喷墨头中设置了的喷嘴对处理对象物吐出极微小的墨水滴，进行期望的印字、图像记录等。这样的喷墨打印机能够在从处理对象物离开了的状态下进行记录动作，所以能够在各种各样的材质的处理对象物上进行印字、原材料涂覆等，能够利用于广泛的用途。近年来，由于相比于其他记录方式，能够进行更高精细的记录，所以在显示器装置、电路基板(印刷电子：printed electronics)等制造中也采用了喷墨方式。

在喷墨方式的打印机中，为了进行高精细的记录，需要高精度地控制从喷嘴所吐出的墨水的中弹位置。因此，不仅是来自喷嘴的墨水吐出压，而且对喷嘴供给的墨水的压力也需要高精度地控制为规定的值。在专利文献1(特表2008－513245号公报)中，示出了抑制了喷嘴压力的变动的打印头用的流体供给装置。在专利文献1中，通过在头前后所配置的传感器检测在打印头中出入的墨水的压力来控制泵压、或者通过在头前后所设置的压力控制器控制在头中出入的墨水的压力，从而以使对头供给的墨水的压力成为规定值的方式调整。

但是，在专利文献1那样的墨水供给装置中，在为了正确地得知喷嘴位置处的墨水的压力，而在头前后配置了传感器的结构的情况下，需要预先掌握各传感器表示的压力值和喷嘴位置处的压力值的相关关系。因此，每当喷嘴更换、墨水变更等时，需要事先的确认、调整，存在装置设定变得繁杂这样的问题。另一方面，在头前后设置了压力控制器的结构中，能够比配置了传感器的装置实现精度更高的压力控制。但是，即使在该情况下，也需要预先在压力控制器与喷嘴位置之间调查压力值的相关关系，存在上述同样的课题。进而，在该情况下，在头前后配置压力控制器，所以还存在装置结构也变得复杂这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种喷墨打印机用的墨水供给系统，装置结构简单，而且无需进行事先的确认、调整，而能够容易地掌握并控制喷嘴位置处的墨水的压力。

本发明提供一种喷墨打印机用墨水供给系统，针对具备吐出墨水的喷嘴、和与该喷嘴连通的压力室而成的喷墨头，以规定的压力循环供给所述墨水，其特征在于该系统包括：墨水罐，存积所述墨水；墨水循环路，连接所述墨水罐与所述喷墨头之间，将所述墨水供给到所述喷墨头，并且从所述喷墨头使所述墨水返回；第1压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头上游侧，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的压力；以及第2压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头下游侧，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的压力，在所述墨水循环路中，所述第1压力传感器与所述喷墨头之间的流路阻力R1、和所述喷墨头与所述第2压力传感器之间的流路阻力R2相等即R1＝R2。

在本发明中，通过在喷墨头的前后配置压力传感器，将压力传感器与头之间的流路阻力设定得相等，能够使头前后的压力损失在上游侧和下游侧相同。因此，能够根据压力传感器的检测值容易地计算喷嘴位置处的墨水的压力，即使未事先调查喷嘴位置处的压力值与头上游/下游的压力值的相关，也能够通过简单的计算来计算喷嘴位置处的墨水的压力。

另外，在所述系统中，还设置有控制单元，根据由所述第1以及第2压力传感器检测出的压力值，计算所述喷嘴的位置处的所述墨水的压力，以使该压力成为规定值的方式，控制所述墨水罐内的压力。

进而，在所述系统中，还设置有：第1温度传感器，设置于所述墨水循环路的第1压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度；以及第2温度传感器，设置于所述墨水循环路的第2压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度，所述控制单元根据由所述第1以及第2温度传感器检测出的温度值，以使所述喷嘴位置处的所述墨水的压力成为规定值的方式，调整该压力。

进而，在所述墨水循环路中设置了调节所述墨水的温度的调温单元，在所述系统中，设置有从所述墨水循环路内回收所述墨水的墨水回收单元。

另一方面，本发明提供一种喷墨打印机用墨水供给系统中的墨水压力控制方法，该喷墨打印机用墨水供给系统具有：喷墨头，具备吐出墨水的喷嘴、和与该喷嘴连通的压力室；墨水罐，存积所述墨水；墨水循环路，连接所述墨水罐与所述喷墨头之间，将所述墨水供给到所述喷墨头，并且从所述喷墨头使所述墨水返回；第1压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头上游侧，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的压力；以及第2压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头下游侧，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的压力，所述第1压力传感器与所述喷墨头之间的所述墨水循环路的流路阻力R1、和所述喷墨头与所述第2压力传感器之间的所述墨水循环路的流路阻力R2被设定为相等即R1＝R2，所述墨水压力控制方法根据由所述第1以及第2压力传感器检测出的压力值，计算所述喷嘴的位置处的所述墨水的压力，以使该压力成为规定值的方式，控制所述墨水罐内的压力。

在本发明中，通过在喷墨头的前后配置压力传感器，将压力传感器与头之间的流路阻力设定得相等，头前后的压力损失在上游侧和下游侧相同，所以即使未事先调查喷嘴位置处的压力值与头上游·下游的压力值的相关，也能够通过简单的计算来计算喷嘴位置处的墨水的压力。另外，由于根据压力传感器的压力值，以使喷嘴位置处的墨水的压力成为规定值的方式，控制墨水罐内的压力，所以墨水供给系统的控制变得容易。

在所述墨水压力控制方法中，在所述系统中，设置有：第1温度传感器，设置于所述墨水循环路的第1压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度；以及第2温度传感器，设置于所述墨水循环路的第2压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度，根据由所述第1以及第2温度传感器检测出的温度值，以使所述喷嘴位置处的所述墨水的压力成为规定值的方式，调整该压力。

如上所述，根据本发明的墨水供给系统，在喷墨头的上游侧设置第1压力传感器，在下游侧设置第2压力传感器，将第1压力传感器与喷墨头之间的墨水循环路的流路阻力R1、和喷墨头与第2压力传感器之间的墨水循环路的流路阻力R2设定得相等(R1＝R2)，所以能够使头前后的压力损失在上游侧、下游侧相同，能够根据压力传感器的检测值容易地计算喷嘴位置处的墨水的压力。因此，系统的控制变得容易，并且不需要繁杂的装置设定，系统的设定、运用也变得容易。另外，能够通过简易的结构高精度地控制墨水的压力，系统价格、维护成本等也降低。

另外，根据本发明的墨水压力控制方法，在喷墨头的上游侧设置第1压力传感器，在下游侧设置第2压力传感器，将第1压力传感器与喷墨头之间的墨水循环路的流路阻力R1、和喷墨头与第2压力传感器之间的墨水循环路的流路阻力R2设定得相等(R1＝R2)，从而头前后的压力损失在上游侧和下游侧相同，能够根据压力传感器的检测值容易地计算喷嘴位置处的墨水的压力。另外，由于根据第1以及第2压力传感器的压力值，以使喷嘴位置处的墨水的压力成为规定值的方式，控制墨水罐内的压力，所以系统的控制变得容易，并且不需要繁杂的装置设定，系统的设定、运用也变得容易。另外，能够通过简易的结构高精度地控制墨水的压力，系统价格、维护成本等也降低。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的喷墨打印机用的墨水供给系统的概要的说明图。

图2是示出喷墨头的内部构造的说明图，(b)是沿着(a)的A-A线的剖面图。

图3(a)是示出墨水循环路的各部位处的墨水的压力值和其变化的说明图，图3(b)是示出各部位的墨水压的一个例子的表。

图4是示出喷墨头的配置例的说明图。

图5是示出墨水粘度的温度依赖性的墨水粘度-温度曲线的一个例子。

具体实施方式

以下，根据附图，详细说明本发明的实施方式。图1是示出本发明的一个实施方式的喷墨打印机用的墨水供给系统的概要的说明图。本发明的墨水供给系统是针对具备墨水吐出喷嘴的喷墨头1(以下简称为头1)经由墨水循环路2循环供给墨水的装置。如图1所示，从子罐(墨水罐)3内对头1，通过主泵4供给墨水5。在主泵4中，使用齿轮泵等定量供给泵。其中，管泵、隔膜泵等主泵4的种类没有特别限定。

在墨水循环路2中，设置有阻尼器6、过滤器7、加热器(调温单元)8、以及电磁阀9a、9b。阻尼器6配置于主泵4的后级，抑制墨水循环路2内的墨水流的脉动。过滤器7是将在墨水5内包含的空气分离/去除的空气分离过滤器，配置于阻尼器6的后级。通过过滤器7分离了的空气经由回气路31返回到子罐3内。在回气路31中，插入设置有速度控制器(速度控制部件)32。通过速度控制器32调节回气路31的流量。从过滤器7，经由回气路31，仅大致空气返回到子罐3内。为了将墨水5调节为期望的温度而设置有加热器8。通过控制器(控制单元)10，控制主泵4、加热器8、电磁阀9a、9b等。

子罐3经由墨水流路11连接有主罐12。主罐系的装置成为选项，根据需要附加到系统。在墨水流路11中，设置有罐泵13和过滤器14、电磁阀15。通过打开电磁阀15，使罐泵13动作，经由墨水流路11a，从主罐12对子罐3供给墨水5。在子罐3中，设置有用于监视墨水量的水平传感器16U、16L。水平传感器16U、16L探测墨水液面。控制器10根据水平传感器16U、16L的探测数据，进行适宜管理以使墨水量收敛于U、L之间。另一方面，在维护时、变更墨水的种类时等，通过打开电磁阀15，经由墨水流路11b，从子罐3向主罐12回收墨水。另外，在本系统中，成为在维护时等将墨水5回收到主罐12的结构，但并非主罐12兼具墨水回收单元的结构，而还能够另外设置墨水回收单元。

子罐3经由空气管路20还连接有真空泵17。在本系统中，通过控制真空泵17的动作，适宜调整子罐3内的压力，控制头1的喷嘴位置处的墨水5的压力。在空气管路20中，设置有过滤器18和速度控制器(速度控制部件)19。通过真空泵17向大气放出子罐3内的空气。此时，通过利用速度控制器19的流量调整，抑制真空泵17的脉动，子罐3内的压力的脉动也被抑制。在该系统中，通过使用速度控制器19、上述阻尼器6，抑制泵脉动的影响，所以无需使用昂贵的无脉动泵，而能够使用比较廉价的定量泵。

在头1的前后(墨水循环路2的上游侧和下游侧)，分别设置有压力传感器21、22(第1、第2压力传感器)。压力传感器21、22检测墨水循环路2的规定位置X、Y处的墨水压(墨水5的压力、X：PA2、Y：PA3)。将位置X、Y设定为相同的高度位置以使压力传感器21、22的检测值不受到静压的影响。压力传感器21、22中的检测值(墨水压)被送到控制器10。控制器10根据压力传感器21、22的压力值PA2、PA3，对真空泵17进行反馈控制，将墨水循环路2内的墨水压控制为期望的值。在压力传感器21、22的设置位置X、Y，分别设置有用于检测墨水5的温度的温度传感器23、24(第1、第2温度传感器)。另外，在位置X、Y处的墨水5的温度中几乎没有差异的情况下，还能够省略温度传感器23、24。

在头1中，设置有使墨水5成为微小的液滴而吐出的喷嘴41。图2是示出头1的内部构造的说明图。如图2所示，在头1的下表面，配置有形成了多个喷嘴41的喷嘴板42。各喷嘴41与在头1内所形成的共用流路43a、43b连通。共用流路43a与墨水5流入的进入口44连通。共用流路43b与排出墨水5的排出口45连通。共用流路43a、43b与各喷嘴41之间通过个别流路46连接。在各喷嘴41的个别流路46中，设置有压电元件47。个别流路46的与喷嘴41相向的部位成为压力室48。在头1中，通过对压电元件47施加电压而使其变形，使压力室48内的墨水5从喷嘴41吐出。

另一方面，在该系统中，从压力传感器21至头1的入口Hin(进入口44)为止的流路FP1中的流路阻力R1、和从头1的出口Hout(排出口45)至压力传感器22为止的流路FP2中的流路阻力R2被设定得相等。为了使流路阻力相等，例如使流路FP1、FP2成为完全相同的形状的方法是最容易的方法。流路FP1、FP2的长度优选为300mm以下。如果流路FP1、FP2的长度是300mm以下，则还包括以下记载的温度校正，而能够将喷嘴位置处的墨水压Pn的精度确保得较高。

图3(a)是示出墨水循环路2的各部位处的墨水压和其变化的说明图、图3(b)是示出各部位的墨水压的一个例子的表。在墨水循环路2中，如果将仅接着主泵4之后(位置A)的墨水压设为PA1，将仅接着主泵4之前(位置B)的墨水压设为PA4(与子罐3内的墨水压相同)，则如图3所示，从主泵4朝向下游侧，墨水压降低。在墨水循环路2中，子罐3内的墨水压PA4通过真空泵17被调整为负压。墨水5被设定为在通过主泵4吐出之后(PA1：正压)，在喷嘴位置(Pn)成为负压。

此处，在本发明的系统中，如上所述，将X-Hin之间的流路阻力R1、和Hout-Y之间的流路阻力R2设定得相等(R1＝R2)。因此，在头1内的喷嘴位置在压力损失的观点中处于中心的情况下，喷嘴位置处的墨水压Pn成为

Pn＝(PA2+PA3)/2(式1)

另外，即使在喷嘴位置并非压力损失的中心的情况下，如果考虑喷嘴前后的压力损失比而对PA2-PA3之间的压力降低进行适宜比例分配，则能够求出Pn。

这样，在本发明的系统中，使在头1的前后配置了的压力传感器21、22与头1之间的流路阻力相等。另外，将头前后的压力损失在上游侧、下游侧都设定为相同。其结果，能够根据压力传感器21、22的检测值PA2、PA3，容易地计算出喷嘴位置处的墨水压Pn。因此，即使未事先调查喷嘴位置处的压力值与头上游/下游的压力值的相关，也能够通过简单的计算来计算出喷嘴位置处的墨水压Pn，使系统的控制变得容易。另外，无需每当喷嘴更换、墨水的变更等时，确认或者调整喷嘴压力。因此，不需要繁杂的装置设定，系统的设定、运用也变得容易。进而，无需另外设置压力控制器等控制压力的机器，所以能够通过简易的结构高精度地控制墨水压Pn，系统价格、维护成本等也降低。

另外，在头1的前后有温度变化的情况下，即便是相同的流路阻力，如果温度不同，则在墨水粘度中产生差，在头前后在压力损失中也产生差异。因此，也可以考虑墨水粘度的变化所引起的压力损失差，根据温度传感器23、24的检测值，进行温度校正。例如，在下游侧的压力传感器22中的墨水温度低于上游侧的压力传感器21中的墨水温度的情况下，尽管是R1＝R2，压力传感器22侧的压力损失仍大于压力传感器21侧的压力损失。即，压力传感器22的压力PA3呈现比本来(温度相同的情况)的压力值低的值。为了校正该差异，还能够在求出墨水压Pn的所述式(1)中，代入考虑了温度差的系数α，而成为Pn＝(PA2+αPA3)/2。

为了求出系数α，测定墨水粘度的温度依赖性，制作图5所示那样的墨水粘度-温度曲线。在X-Hin之间的流路阻力R1、和Hout-Y之间的流路阻力R2相等的情况下，X-Hin之间、以及Hout-Y之间的压力损失与该位置的墨水粘度成比例。因此，从墨水粘度-温度曲线，读取与X中的温度(T_X)、Y中的温度(T_Y)对应的墨水粘度V_X和V_Y，通过V_Y/V_X，求出系数α。

另外，在压力传感器设置位置X、Y的高度、与在头1中嵌入了的喷嘴的高度之间有差的情况下，需要在Pn计算时考虑静压。因此，位置X、Y和喷嘴的高度位置优选相同。但是，即使在两者不同的情况下，其差是能够预先掌握的值，考虑高度位置所致的静压差来计算Pn就足以。其在位置X、Y的高度位置不同的情况下也是同样的。

在由这样的结构构成的本发明的系统中，如以下那样向头1供给墨水5。首先，控制器10通过打开电磁阀15而使罐泵13动作，从主罐12对子罐3供给墨水5。通过水平传感器16U、16L，探测子罐3内的墨水量，控制器10控制罐泵13以使墨水量收敛于U、L之间。在子罐3内导入了墨水5之后，控制器10打开电磁阀9a、9b，而使主泵4动作。由此，子罐3内的墨水5被送给到墨水循环路2，并被送到头1。关于墨水5，在途中通过阻尼器6抑制脉动的同时，通过加热器8加温而到达头1。

在头1的前后，通过头1检测墨水压PA2、PA3。控制器10根据墨水压PA2、PA3，依据上述式(1)，计算喷嘴位置处的墨水压Pn。然后，调整真空泵17的输出以使计算出的墨水压Pn收敛于规定值内，将Pn控制为期望的值。在头1中，从喷嘴向处理对象物吐出极微小的墨水滴，进行期望的印字、图像记录等。在头1中消耗了的墨水5直接流过墨水循环路2，返回到子罐3内。

本发明不限于所述实施方式，当然能够在不脱离发明的要旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，在系统中设置有一个头1，但头的数量没有特别限定。但是，优选如2、4、8、16……那样，如图4所示，排列配置2的n次幂个头，以易于将头前后的流路阻力设定得相等。

另外，本发明的墨水供给系统不仅是有机EL元件制造线的喷墨打印机装置，而且还能够使用于作为彩色液晶显示器的构成部件的滤色片等的制造线。在应用了本发明的制造线中所制造的彩色液晶显示器用于彩色电视机、个人计算机的显示器等。

Claims (5)

1.一种喷墨打印机用墨水供给系统，针对具备吐出墨水的喷嘴、和与该喷嘴连通的压力室而成的喷墨头，以规定的压力循环供给所述墨水，其特征在于该系统包括：

墨水罐，存积所述墨水；

墨水循环路，连接所述墨水罐与所述喷墨头之间，将所述墨水供给到所述喷墨头，并且使所述墨水从所述喷墨头返回；

第1压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头上游侧，检测所述墨水循环路内的所述墨水的压力；

第2压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头下游侧，检测所述墨水循环路内的所述墨水的压力；

第1温度传感器，设置于所述墨水循环路的第1压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度；以及

第2温度传感器，设置于所述墨水循环路的第2压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度，

在所述墨水循环路中，为了使所述第1压力传感器与所述喷墨头之间的压力损失和所述喷墨头与第2压力传感器之间的压力损失相等，所述第1压力传感器与所述喷墨头之间的流路阻力R1、和所述喷墨头与所述第2压力传感器之间的流路阻力R2被设定为相等即R1＝R2，

所述系统还包括：

控制单元，根据由所述第1压力传感器以及第2压力传感器检测出的压力值，对所述第1压力传感器与所述第2压力传感器之间的压力降低进行比例分配，计算所述喷嘴的位置处的所述墨水的压力，并且基于由所述第1温度传感器以及第2温度传感器检测出的温度值，根据所述墨水的粘度和温度的关系，以使所述喷嘴位置处的所述墨水的压力成为规定值的方式，控制所述墨水罐内的压力。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印机用墨水供给系统，其特征在于：在所述第1压力传感器以及第2压力传感器的设置高度、和所述喷嘴的高度位置之间存在差的情况下，所述控制单元考虑所述第1压力传感器、所述第2压力传感器、所述喷嘴的各自高度位置的不同所致静压差，计算所述喷嘴的位置处的所述墨水的压力。

3.根据权利要求1或2所述的喷墨打印机用墨水供给系统，其特征在于：在所述墨水循环路中设置了调节所述墨水的温度的调温单元。

4.根据权利要求1或2所述的喷墨打印机用墨水供给系统，其特征在于，该系统包括：

墨水回收单元，从所述墨水循环路内回收所述墨水。

5.一种喷墨打印机用墨水供给系统中的墨水压力控制方法，该喷墨打印机用墨水供给系统具有：

喷墨头，具备吐出墨水的喷嘴、和与该喷嘴连通的压力室；

墨水罐，存积所述墨水；

墨水循环路，连接所述墨水罐与所述喷墨头之间，将所述墨水供给到所述喷墨头，并且使所述墨水从所述喷墨头返回；

第1压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头上游侧，检测所述墨水循环路内的所述墨水的压力；

第2压力传感器，配置于所述墨水循环路的所述喷墨头下游侧，检测所述墨水循环路内的所述墨水的压力；

第1温度传感器，设置于所述墨水循环路的第1压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度；以及

第2温度传感器，设置于所述墨水循环路的第2压力传感器配置位置，检测该位置处的所述墨水循环路内的所述墨水的温度，

为了使所述第1压力传感器与所述喷墨头之间的压力损失和所述喷墨头与第2压力传感器之间的压力损失相等，所述第1压力传感器与所述喷墨头之间的所述墨水循环路的流路阻力R1、和所述喷墨头与所述第2压力传感器之间的所述墨水循环路的流路阻力R2被设定为相等即R1＝R2，

所述墨水压力控制方法根据由所述第1压力传感器以及第2压力传感器检测出的压力值，对所述第1压力传感器与所述第2压力传感器之间的压力降低进行比例分配，计算所述喷嘴的位置处的所述墨水的压力，并且基于由所述第1温度传感器以及第2温度传感器检测出的温度值，根据所述墨水的粘度和温度的关系，以使所述喷嘴位置处的所述墨水的压力成为规定值的方式，控制所述墨水罐内的压力。