CN1099346C - 一种具有可更换油墨源的喷墨打印系统 - Google Patents

Abstract

披露了一种喷墨打印系统，包括一个半永久性的打印头，该打印头具有一个流体入口，用于接受油墨，以及一个喷射部分，用于响应控制信号喷射油墨。所述打印系统还包括一个可更换的油墨源，该油墨源被设计用于为储存一油墨体积的打印头提供油墨。所述打印头能够持续多个油墨体积的整个使用期。该打印系统包括一个流体存储器部分，该部分与打印头和可更换的油墨源呈流体连通状态，该流体存储器适于容纳在使用油墨源期间导入打印头的空气，而不用将空气从打印头中清除。

Description

一种具有可更换油墨源的喷墨打印系统

相关申请的交叉引用

本申请涉及以下普通转让的专利和申请：美国专利“使用具有内部压力调节器的打印墨盒的打印机”，专利号5,852,459，律师档案号1096016-2，颁发日1998年12月22日，专利申请“具有偏轴油墨容器和高性能墨管的喷墨打印系统”，流水号08/914832，律师档案号10960735-2，申请日1997年8月19日，现已放弃，美国专利“具有双密封隔膜的自行密封流体相互连接”，专利号5,777,646，律师档案号10951185，颁发日1998年7月7日，以及美国专利“抗排气油墨配方和使用该配方的方法，，专利号5,700,315，律师档案号1096214-1，颁发日1997年12月23日，以上申请的全部内容被收作本文的参考文献。

本发明背景

本发明涉及喷墨打印机等，更具体地讲，涉及使用了半永久性打印头的喷墨打印系统，该打印头不需要一个空气清除机构。

喷墨打印系统通常利用安装在一个打印架上的喷墨打印头，所述打印头可以在诸如纸的打印介质上前后移动。在所述打印头通过所述打印介质运动时，由控制电子元件启动打印头的喷射部分，以便从喷射器中喷射油墨滴到所述打印介质上，以形成图像和字符。由一个油墨容器为所述打印头喷射部分补充油墨。这样一种打印头公开在1997年5月9日公开的国际专利申请WO97/16315中。国际专利申请WO97/16315公开了一种打印头，包括一个将油墨墨滴通过一打印头喷射到打印介质上的打印架。该打印架包括一油墨室，后者从通过一管路从油墨容器接收油墨。在打印架之内一柔性袋被维持在大气压力。柔性袋启动打印架内的压力调节器和积累器。通过扩张和收缩，柔性袋补偿在压力调节器关闭时产生的以及影响截留在打印架内之空气的压力和温度方面的变化。

某些打印系统使用可独立于打印头更换的油墨源。当所述油墨源被用光以后，将其取出，并换上一个新的油墨源。而打印头的更换只是在打印头的寿命快要结束时进行，不是在所述油墨源被用完时更换。当一个可更换的打印头能够利用多个油墨源时，我们称之为“半永久性的”打印头。它与一次性的打印头不同，一次性的打印头随着每一个油墨容器一起更换。

半永久性打印头的一个突出问题是由于缺少正确的压力调节而过早的损坏。为了理解这种损害，我们需要考虑打印头的工作。为了正确使用，很多打印头具有一个工作压力范围，该压力范围必须保持在小的负计示压力的窄的范围内，通常为-1和-6英寸(即-25.4和-152.4mm)水之间。计示压力是指测定的相对大气压力的压力。在本文中压力是指所有的计示压力。如果所述压力是正的，打印和打印系统的存储将受到不利影响。在打印作业时，正压力可导致墨滴喷射的持续和终止。在存储期间，正压力可能导致打印头流出。在存储期间流出的油墨会积累并凝固在打印头和打印机部件上。这种凝固的油墨可能永久性地损害打印头的液滴喷射，并导致必须进行昂贵的打印机修复。为了避免正压力，所述打印头利用一个内部机构来保持负压力。

存在于打印头中的空气可能影响负压力的保持。当打印头最初填充油墨时，通常会在其后面流下气泡。另外，在打印头寿命期间积累的空气会由于多种原因而产生，包括从外部环境中扩散到打印头里，而溶解的空气逸出油墨被称为排气。在环境改变时，如温度升高或压力降低，打印头里面的空气将会与其中所包含的空气总量呈比例的膨胀。这种膨胀反作用于所述内部机构，由该机构保持负压。所述打印头里面的内部机构可以在有限的环境变化范围内补偿所述环境变化。在该范围以外，所述打印头里的压力将是正的。

所述空气积累问题的一种解决方案是使用一次性打印头。与一次性打印头相关的油墨量可以调节，以保持空气积累低于临界值。当相关的油墨量很少时，这会提高打印的成本，因为需要经常更换打印头。另外，可以将墨盒做得很大，降低更换打印头的频率。不过，当所述打印设备是一个小型桌面打印机时，大的墨盒就成了问题。使用一次性打印头的系统的一个例子是这样的，其中，每当更换打印头时，都要更换一个大型油墨源，该例子披露于专利号5,369,429中，题为“用于具有预定油墨容量的一次性喷墨盒的连续油墨再填装系统”。

空气积累问题的另一个解决方案是使用空气清除机构，使得半永久性打印头可持久使用。空气清除方法的一个例子披露于专利号4,558,326中，题为“喷墨记录装置的清理系统”。与清理系统相关的问题包括(1)由于清理机构而增加打印机的成本，(2)与装墨相关的可靠性问题，这些墨会随空气一起被吹出(这会增加打印机的维修要求)，和(3)使空气留在打印头的油墨喷射器中(当空气通过该油墨喷射器清除时)。具体地讲，空气清理机构可能增加对维修打印机的要求。

需要一种采用半永久性打印头的打印系统，该系统利用输送油墨的技术、该系统成本低、维修次数少、可靠性高，能使桌面打印机具有较小的体积。

本发明概述

本发明涉及一种喷墨打印系统，包括一个半永久性的打印头，该打印头具有一个流体入口，用于接受油墨，以及一个喷射部分，用于响应控制信号喷射油墨。所述打印系统还包括一个可更换的油墨源，该油墨源被设计用于为所述打印头提供油墨，在它里面储存了一个油墨体积。所述打印头能够持续多个油墨体积的整个使用期。该打印系统包括一个流体存储器部分，该部分与打印头和可更换油墨源呈流体连通状态，该流体存储器适于容纳在使用油墨源期间导入打印头的空气，而不用将空气从打印头中清除。

本发明的优选实施方案涉及一种油墨输送装置，该装置与所述流体入口形成流体连接，并向所述打印头提供油墨。该油墨输送装置适于控制空气导入所述打印头，使得存储器部分能够容纳在打印头寿命期间所导入的所有空气。

附图的简要说明

图1表示本发明打印系统的示意性视图，该图包括影响该打印系统的空气来源的说明。

图2是采用了本发明的打印机的一种优选实施方案的透视图。

图3是本发明打印头的另一种优选实施方案的示意图。

图4是本发明打印头的一种优选实施方案的等角图。

图5A-5C沿图4中剖面5A-5A的横剖视图。

图6是等待插入本发明打印系统的打印架部分的打印头的等角图。

图7A表示等待与本发明的等管出口连接的打印头的等角图。

图7B是沿图7A的剖面7D-7D的导管出口的横剖视图。

图7C是沿图7A的剖面7B-7B的本发明打印头和导管出口之间的流体连接的横剖视图。

图8是用于图2所示打印系统中的一种油墨接收部分，以断开的方式表示一个油墨源处于待插入所述供墨接受装置的状态。

图9A是在所述流体出口和流体入口的流体连接之前，沿图8中剖线9A-9A的流体出口和导管入口的横剖视图。

图9B是沿图8的剖线9A-9A的流体出口和导管入口之间的流体连接的横剖视图。

图10是在组装墨盒10之前墨盒10的优选实施方案的部件的等角分解示意图。

图11是墨盒10的优选实施方案的等角示意图。

图12是空气在水中的可溶性与温度的曲线图。

图13是本发明墨盒和打印头的另一种实施方案的等角图，所述墨盒等待与所述墨盒形成流体连接。

优选实施方案的详细说明

图1是表示本发明的喷墨打印系统10的示意图。打印系统10包括一个打印头12，该打印头通过一个流体导管16与可更换的油墨源或容器14形成流体连接。

打印头12接收来自流体通道16的油墨，容许喷射部分18在打印系统控制电子元件20的控制之下选择性地将油墨喷射到介质(未示出)上。打印头12包括一个流体入口22，该入口与连接在流体导管16上的导管出口24形成流体连接。

流体导管16接收来自可更换的油墨源14的油墨。流体导管16包括一个导管入口26，该入口与连接在可更换的油墨源14上的流体出口28形成流体连接。

在打印作业中，油墨通过导管16从油墨源14中流出，并流到打印头12，以便能够由与喷射器18连接的喷嘴(未示出)喷射墨滴。由于打印头12是半永久性的，它能够打印大体积的油墨。因此，油墨源14是定期更换的。在一种示例性实施方案中，打印头12预期可以持续到450cc(立方厘米)油墨被打印。在该实施方案中，每一个油墨源14为打印头12提供30cc的油墨，因此打印头12预计能持续使用15个油墨源。

本发明的一个方面涉及用于限制空气积累的技术，以及容纳在打印系统10中积累的空气。如图1所示和下文所述，打印系统10具有多个空气来源，这些空气最终会积累在打印头12中。

1) 原始空气-这是指在打印头12被安装到打印系统10之前存在的气泡。

2) 打印头连接-这是指当打印头12与导管16连接之后导入的空气。

3) 导管启动-这是指最初存在于导管16中的空气，当打印系统10被首次使用时这些空气被冲入打印头12中。

4) 扩散-这是指在打印头12寿命期间扩散到打印头12和导管16中的空气。

5) 油墨源连接-这是指当每一个油墨源14与导管16连接时所导入的空气。

6) 油墨容器游离空气-这是指存在于油墨源(容器)14中的气泡，它通过流体流动被吸入导管16并随后进入打印头12。

7) 排气-这是指当油墨通过打印头12时从溶液中排出的空气。

本发明的另一方面是一个存储机构，它能够使打印头12容纳通过上述来源导入打印系统10的空气。为了避免油墨从打印头12中流出，关键是要使打印头12保持一个内部负压。在不打印期间，当打印头12经历环境温度和压力变化时，打印头12里面的气泡将会膨胀，提高打印头12中的压力。所述打印头包括一个存储器29，它能补偿这种膨胀，以保持所述负压。不过，存储器29具有一个可以补偿的体积上限。该上限被称为空气的“存储能力”。

存储器29的“存储能力”是通过存储器设计和环境操作范围确定的。该环境范围是由温度上限和/或压力下限确定的，在所述温度和压力下存储器29必须容许最大量的气泡膨胀。在一种示例性实施方案中，所述上限是在恒定压力下的140°F(华氏)(即60℃(摄氏))的温度因此，所述存储器必须容许相对于高达140°F(60℃)的存储能力的一定体积空气的膨胀。在一种示例性实施方案中，所述存储能力为4.5cc(立方厘米)。换句话说，该示例性存储器必须能补偿4.5cc的气泡从环境温度(大约70°F(20℃))到140°F(60℃)的膨胀，同时保持该通风系统中的负压。

本发明的另一方面涉及一种“空气预算”，选择该预算以确保所述空气来源不会超过所述存储能力。在所述空气预算内，我们选择每一种空气来源可以有多少空气。一种示例性的空气预算在下面的表1中以列表形式给出。

空气预算项目，空气来源	空气预算值
		原始	0.3cc
打印头连接	0.1cc
		导管启动	1.3cc
扩散(导管，打印头)	1.0cc
		油墨源连接	0.1cc
油墨源(容器)游离空气	0.1cc
		排气	1.6cc

空气预算总量＝4.5cc

表1：示例性空气预算

所有预算项目的总量＝4.5cc的存储能力。只要其它项目相应地降低，任何单一的预算项目可以提高，以确保空气预算的总量不会超过所述空气存储能力。

本发明的另一方面涉及用于将所述每一个空气来源确保在足够低的水平上的计算，以保证所积累的总的空气低于所述存储量。下面将结合图2-13讨论容纳空气和限制导入的空气量的计算。

图2表示打印系统10的一种优选实施方案的示意图。打印系统10包括媒体输入30A和输出30B盘，用于分别在通过一个打印区32将该媒体输入之前和之后存放媒体(未示出)。由一个打印架34支撑多个打印头12，并在打印区32上扫描，使得与打印头12连接的多个喷射器18能选择性地将油墨喷在所述介质上。每一个打印头12通过导管16接收来自多个相应的油墨源14中的一个。

打印头12是半永久性的，因为它们可以各自使用多个油墨容器14。这使得打印系统10具有较小的体积。该优选实施方案的油墨容器14使用不同颜色的油墨，包括黑色14b、兰色14c、深红14m、和黄色14y。所述黑色油墨容器14b的容量大约为75cc，而所述彩色油墨容器14c、14m和14y各自具有大约30cc的容量。还有一个30cc的黑色油墨容器，它可以与较大的75cc的黑色油墨容器兼容插入。选择足够小的体积的油墨容器，以避免影响打印系统10的体积，并考虑到了其货架寿命。其选择还要足够大，以便具有可以接受的低的更换频率。由于每一个打印头12可以持续到大约450cc的油墨使用期，每一个打印头必须使用多个油墨容器14，因此必须是半永久性的。

下面将结合图3、4和5A-C讨论打印头12的存储能力。图3表示与流体导管16连接的打印头12的示意图。打印头12以起始压力接受来自流体导管16的油墨，然后以控制的内部压力将油墨输送到喷射器18，该内部压力低于所述起始压力。喷射器18与一个加压室38呈流体连接，该加压室以空气的内部压力存储一定量的油墨。油墨在到达喷射器18之前通过过滤元件39，以除去颗粒。

用一个调节器控制加压室38中的负压，该调节器包括致动器40和阀42。当喷射器18将油墨喷射到介质上之后，加压室38中的油墨被消耗。这会降低加压室38中的内部压力。致动器40通过打开阀42作出响应，使油墨由流体通道16流入加压室38。油墨的导入会提高加压室38中的压力。当所述内部压力达到高压阈值时，致动器40通过关闭阀42作出响应。因此，加压室38中的压力被调控在低压和高压阈值之间。

图4表示打印头12的一种优选实施方案的等角图。打印头12包括流体入口22，用于接收来自导管16的油墨，以及喷射器部分18，用于选择性地将油墨喷射到介质(未示出)上。打印头12还包括一个内部调节器，将结合图3和5A-C讨论该调节器。所述内部调节器包括一个空气导管43，下面将结合图5A-C讨论该导管。

图5A-5C是沿图4的剖面5A-5A的打印头12的横剖视图。为了更清楚地说明打印头12中的压力调控系统的功能特征，对打印头12的内部结构作了简化。比较图5A-C和3，用相似的元件编号表示相似的元件。

打印头12包括一个支撑喷射器部分18的外壳44。有一个加压室38与喷射器部分18呈流体连通状态。在加压室38中有致动器40和阀42，用于选择性地使油墨进入加压室38。

阀42包括一个喷嘴46，该喷嘴与流体入口22呈流体连接状态，以便使油墨进入加压室38，以及一个用于密封喷嘴46的阀座48。阀座48是由弹性材料制成，以确保可靠地密封阀42。阀座48固定安装在压力调节杠杆50上，该调节杠杆饶调节器轴50A转动。如图5A-C所示，响应加压室38中的压力变化转动杠杆50打开和关闭阀42。

打印头12还包括一个存储器杠杆52，该杠杆饶存储器轴52A转动。由一个弹簧54将调节阀杠杆50连接到存储器杠杆52上，并朝着彼此相对的方向偏压所述杠杆。所述弹簧与存储器轴52A的连接比与调节器轴50A的连接更紧。

一个可膨胀的囊56位于存储器杠杆52和调节器杠杆50之间，可膨胀的囊56的第一个表面通过空气导管与外部环境相通，而囊52的第二个表面接触加压室38里的油墨。因此囊56响应加压室38和外部环境之间的压力差膨胀和收缩。囊56、调节器杠杆50和弹簧54共同起着致动器40的作用，如结合图3进行讨论的。

图5A表示打印头12的起始状态，此时囊56完全收缩，当打印开始时，囊56膨胀，以补偿由喷射器18喷射出的油墨体积。囊的体积一直增加到其一边压在存储器杠杆52上，而另一边压在调节器杠杆50上，与由弹簧54产生的力相反。当囊56中的压力足够高时，所述杠杆开始沿相反的方向向外转动。

所述存储器杠杆52首先移动，由于由弹簧54作用于存储器杠杆52上的力小于由弹簧作用于调节器杠杆50上的力。该存储器杠杆运动，直到它接触外壳44，如图5B所示。

当存储器杠杆52完全展开时，调节器杠杆50开始运动，直到阀座48从喷嘴46上抬起，将阀42打开，如图5A所示。然后油墨通过喷嘴46从导管16中流出，并进入加压室38。进入的油墨增加了加压室38中的压力，降低了囊56作用于杠杆50和52上的力，并使得阀42关闭。打印头14然后处于图5B所示的状态。

如上文所述，重要的是在加压室38中保持负压。所述存储器起着保持该负压的作用，即使在加压室38中存在空气时也是如此。由于弹簧54的相对结合点，在正常作业期间存储器杠杆保持压在外壳44上。在打印头寿命期间内，气泡58趋向于储存在打印头12中。在打印系统10的存储和停机时期内，环境温度可以变化。按照理想的气体定律，气泡58响应温度升高而膨胀，导致囊56随之收缩。随着囊56收缩，存储器杠杆52运动，以保持作用于囊56上的压力。因此存储器杠杆52和囊56在打印头12中确保恒定的负压，以便在存储器杠杆52的运动范围内避免正压力。

在一种示例性系统中，存储器杠杆52的运动范围可以达到加压室38中存储的空气的4.5cc的存储能力，同时在特定的环境工作范围内在加压室38中保持负压。如果所存储的空气超过4.5cc，则打印头12会流出，导致打印头和打印机的损害，并影响喷射器的作业。因此所积累的所有空气来源的体积应当保持低于4.5cc的存储体积。

还有提供压力调节器和存储器的其它方法。回头再参见图3，阀42可以是一个电力机械阀，如电磁阀。致动器40可以是一个压力传感器，由它为一个电路提供信号，以便打开和关闭阀42。为了提供存储空气的能力，加压室38的外壁应当至少是部分屈服的。实现这一目的的一种方法提供一个橡胶隔膜60，由该隔膜将加压室38与外部环境隔开，该隔膜可以响应气泡的膨胀运动，因此隔膜60起着存储器29的作用。另外，加压室38可以由一个弹簧加载的囊环绕，该囊同样起着存储器29的作用。每一种其它存储器设计都具有其自身的空气存储限制，因此限定其存储能力。为了避免正压的破坏作用，空气来源的总量必须保持在低于该存储能力。

所述空气来源和用于保持其处于相应的预算范围内的技术将在下面结合图6-13讨论。预算并控制每一个空气源使其符合总的预算目标是本发明重要方面。

空气的第一个来源是在打印头12被安装到打印系统10中之前存在于该打印头里面的原始空气。在一个示例性实施例中，这种来源的空气预算量为0.3cc，它包括由生产过程导入的空气，在生产和将打印头12在安装到打印系统10期间扩散到打印头12中的空气，以及通过流体入口22或喷射器部分18吸入打印头12的空气。为了降低这一值，使用多种设计和组装方法以便生产打印头12，如下面将要讨论的。

在制造打印头12时，空气是在向打印头12中填充油墨时导入的。为了减少这种空气，采用以下油墨填充工艺：(1)首先用二氧化碳气体冲洗打印头12，其做法是在流体入口22处提供一个二氧化碳源，并在打印头12的喷射器18处提供一个真空源，直到留在打印头12中的所有气体几乎都由二氧化碳组成时为止。(2)接着，用脱气的油墨(具有低于饱和量的溶解氧气的油墨)填充打印头12，其做法是在流体入口22处提供一个脱气油墨源，并在喷射器18处提供一个真空源，直到打印头12被油墨填充为止。在填充过程期间留在后面的所有气泡主要是由二氧化碳组成，而且会很快溶解到油墨中。另外，所述气泡(如空气)中的任何杂质都会被油墨吸收，因为该油墨是脱气的。

打印头12还可以由高空气扩散阻挡材料制成，以便在油墨填充过程和将打印头12安装到打印机中期间尽量减少空气向打印头12中扩散。在一种优选实施方案中，打印头12的外壳44是由LCP(液态结晶聚合物)制成。其它高阻挡材料同样能有效工作，如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或金属化塑料。囊56优选由多层塑料薄膜制成，至少一层具有高的空气扩散阻挡性能。优选的高阻挡材料是PVDC(聚偏二氯乙烯)。其它层被用于增加粘性和柔性，如LDPE(低密度聚乙烯)。

如图6和7所示，当在导管出口24和流体入口22之间形成“打印头连接”时，第二个空气源被导入。图6表示开始将打印头12安装到打印架34上。通过沿大体上向下的运动方向将插入将打印头12插入打印架34。在插入之后，导管出口24与连接在打印头12上的流体入口22连接。

下面将结合图7A-C对流体入口22和导管出口24之间的流体连接的细节作进一步的说明。图7A表示等待与导管出口24形成流体连接的打印头12。图7B表示在流体连接之前的导管出口24。图7C表示流体入口22和导管出口24之间的完全的流体连接。

与打印头12连接的连通的流体入口22包括一个向下延伸的空心针头62，该针头具有一个封闭的、平的下部末端，一个盲孔(未示出)和一个侧孔66。所述忙孔与前面在图5A-C中所示的喷嘴46形成流体连接，并与侧孔66形成流体连接。针头62由一个套管68环绕。

导管出口24包括一个向上延伸的空心的筒状外壳70。空心外壳70具有一个与导管16呈流体连通的入口72。所述空心外壳70有一个支撑预先开口的隔膜74的上部末端，该隔膜通过卷边盖76固定在外壳70上。通过弹簧80将一个密封件78压在隔膜74上。

当打印头12被安装到打印架34上时，套管68有助于使隔膜74对准针头62。导管入口24上端的大小能恰好接合流体入口22。导管入口24的上端的直径应当足够小，以便被套管68接收，但又大到足于控制流体入口22和导管出口24之间的对准波动，以便在针头62和隔膜74之间确保可靠的流体连接。在流体连接期间，针头62通过隔膜74将密封件78向下移动到筒状外壳70中。这样，在最终的插入状态下，油墨能从导管16流入外壳入口72，环绕密封件78，进入侧孔66，进入盲孔，并进入喷嘴46(图7A-C)。

为了保持在空气预算之内，重要的是在导管出口24和流体入口22之间的流通断开和重新连接将最少数量的空气导入打印头12。如果打印头12与导管16断开，在导管16中有可能存在负压，这样有可能将空气吸入导管出口24。为了避免这种现象，在针头62抽出之后隔膜74马上自行密封，防止空气进入导管16。不过，在经过长时间使用之后，隔膜74有可能发生压缩定型，使它不能够在与针头62断开以后马上自行密封。为了确保迅速而可靠的密封，由密封件78提供对导管出口24的额外的密封。表1的空气预算为这种流通断开和重新连接分配了0.1cc的空气，但所导入的实际空气对于打印头12来说是微不足道的，因为导管出口24的可靠自行密封特性。

第三个空气来源是打印头12被最初安装时存在于导管16中的空气，它被称为“导管起始”空气。在一种示例性实施方案中，由此为打印头12提供的空气不超过1.3cc。回头再参见图1，流通通道16开始可能是空的，以确保可靠性问题。例如，在从生产地运输到消费者期间，打印系统10可能要经历温度波动，这会导致流体导管16中的任何油墨冷冻和膨胀，从而导致损害流体导管16。因此，流体导管16最初是以干燥形式从工厂运输。

第四个空气来源是当打印头12被安装到打印系统10中时，由外部扩散到导管16和打印头12中的空气。在一种示例性实施方案中，通过用高空气扩散阻挡材料生产打印头和导管将总的扩散量保持在1.0cc或更低。如上文所述，打印头12是由高扩散阻挡聚合物制成。流体导管包括由低空气扩散材料制成的导管，在23℃和0％Rh(相对湿度)的条件下，其氧气渗透特征低于100cc.mil/(100平方英寸.天.atm)。适用于所述管的柔性聚合物的例子包括PVDC(聚偏二氯乙烯)共聚物，ECTFG(氯乙烯三氟乙烯)，和PCTFE(聚氯三氟乙烯)。

如图8、9A和9B所示，空气的第五个来源是油墨源14和导管16之间的供墨连接。图8表示等待大体上向下插入接受装置36的油墨源14，略去与本发明无关的细节。油墨源14包括一个流体容器82，该容器与流体出口28呈流体连通。当油墨源14被可分离地插入接受装置36时，流体出口28与导管入口26连接，使得油墨能从流体容器82流入导管16和打印头12(图1)。

供墨连接进一步在图9A和9B中示出，这两副图是沿图8的线9A-9A的断开横剖视图，它仅包括所述流体连接。图9A表示在流体连接之前的流体出口28和导管入口26。

与油墨源14连接的流体出口28包括一个空心的筒状管84，它由一个供墨底盘86向下延伸。空心管84具有一个与容器82呈流体连通状态的上部末端，和一个支撑预先开口的隔膜88的下部末端，该隔膜通过卷边盖90固定在管84上。通过弹簧94将密封件92压在隔膜88上。

导管入口26包括一个向上延伸的空心针头96，该针头具有一个封闭的、平的上部末端，一个盲孔(未示出)和一个侧孔98。所述盲孔与侧孔98形成流体连接。与侧孔98相反的针头96的末端与导管16形成流体连接，以便为打印头12提供油墨。由一个滑动环100环绕针头96，并包括一个障碍部分102。由弹簧104向上偏压滑动环100，以保持由障碍部分102密封侧孔98和外部环境的状态。

导管出口26还包括一个向上延伸的环绕滑动环100的管105。由向上延伸的管105为针头96提供保护，保留滑动环100，并具有对流体出口28的对齐作用。

图9B表示流体出口28和导管入口26之间的流体连接。当油墨源14被安装到接受装置36上时，流体出口28的下端或远端接合管105的锥形部分105a和内表面105b，并被引导与针头96对齐。然后导管出口28的下部末端向下滑动环100。与此同时，针头96进入隔膜88，并穿过隔膜88将密封件92向上移动到筒状管84。因此，在完全插入的状态，油墨能从供墨容器82通过管84，环绕密封件92进入侧孔98，到达流体通道16和打印头12。

在去掉油墨源14之后，隔膜88从空心针头96上缩回，使流体出口28和导管入口26恢复图9A所示的状态。

流体出口28的大小能够可靠地接合流体入口26，以避免将空气导入导管16。流体出口28应当足够长，以便适当接合滑动环100并将滑动环推到离突缘105c足够远的地方，以确保侧孔98和空心管84内部的连接。流体出口28的下端应当具有足够小的直径，以便纳入管105，但又大到足于在管105的锥形部分105a和内表面105b接合时控制针头96和隔膜88之间的对齐变化。

由于有多个油墨源与导管入口26连接和断开，十分重要的是导管入口26和流体出口28之间的流通断开和重新连接将最少数量的空气导入导管16，当油墨源14与导管16断开时，有可能在导管16中存在小的负压，这会将空气吸入导管入口26。为了避免这种现象当油墨源14断开时，滑动环马上密封侧孔98。在流体出口一侧，隔膜88和密封件92马上进行自行密封，避免空气被吸入油墨源14。如果油墨容器14被取出和重新安装的话，这对于防止空气导入来说是重要的。表1的空气预算仅容许在打印头12的寿命期间内油墨源14的连接可导入0.1cc的空气。

第六个空气来源是“油墨源(容器)游离空气”，或油墨源14中的气泡，该气泡通过导管16从油墨源14中吸入打印头12。该游离空气最初存在于容器82和/或流体出口28中。在一种优选实施方案中，油墨源14以图8所示方式沿大体上垂直的方向安装，所有游离空气都倾向于浮伸到油墨源14的上部。由于这种结构，“油墨源游离空气”造成的空气预算为0.1cc。

不过，如果油墨源14中存在足够的游离空气的话，当油墨源14的油墨快要用完时，它仍然会输送到导管16。因此，需要限制可以存储在油墨容器14中的空气气泡的总体积。

油墨源游离空气主要受供墨材料和生产工艺的影响。图10和11表示油墨源14的一种优选实施方案的分解的和完全组装的示意图，略去了与本发明无关的细节。参见图10，油墨源14的组装包括以下步骤：

1.提供包括向上延伸的流体出口管84和周向密封表面106的底盘86。

2.将薄膜片材108连接并密封在周向密封表面106上，以形成容器82。薄膜片材是高空气扩散阻挡多层结构。在一种优选实施方案中，所述层包括尼龙，金属化(银)PET，和LDPE。

3.将弹簧94、密封件92、预先开口的隔膜88，和卷边盖90组装到管84上，以形成流体出口28。

4.通过将二氧化碳补入填充口110并通过填充口110抽真空用二氧化碳冲洗油墨源。所述注入二氧化碳和抽真空的过程可以重复进行，直到容器82基本上没有残留的空气。

5.在通过填充口110抽真空之后，通过填充口110用脱气油墨填充油墨源。

6.立即密封填充口110。

7.将油墨源密封在盖112和外壳114中。所得到的组装好的油墨源14如图11所示。

上述方法从两个主要方面减少了原始的和积累的游离空气。首先，如接合打印头12所进行的讨论，二氧化碳冲洗和脱气油墨填充过程能有效消除存在于油墨源14中的原始游离空气。其次，薄膜片材108中的材料选择可减少扩散到流体容器82中的空气，保持积累的空气低于阈值，其中，空气在达到所述阈值时将要开始向导管16输送。

积累在打印头12中的空气的第七个来源是排气。这种排气的机制是当油墨通过打印头12的加压室38时的溶解度变化。当油墨进入加压室38时，溶解在油墨中的空气溶解度降低，导致空气从油墨中扩散到存在于加压室38中的气泡里。这种溶解度的降低主要是由温度引起的，如下面将要讨论的。

图12表示水的溶解度曲线，它是空气在水中的溶解度与水温的曲线。从该曲线可以看出，随着温度的升高水的溶解度降低。与本发明相关的热喷墨油墨至少部分是水基的。因此，很多油墨都具有类似于图12所示形状的空气溶解度曲线。

当打印头12工作时，喷射器部分18加热加压室38中的油墨。这会导致靠近喷射器部分18的油墨被空气过饱和，导致空气从油墨中扩散到加压室38里的气泡中。其结果是气泡的体积变大。

减少排气量的一种方法是添加具有降低所述溶解度曲线的斜率的某些抗排气添加剂，从而将少排气量。具有这种作用的优选添加剂是乙氧基化甘油。不过，适用于本发明的其它抗排气添加剂包括2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、2-丙醇、1-丙醇、环己醇、EHPD。下面列举的是更多的添加剂：

(a)酮或酮醇，如丙酮、甲基乙基酮、和双丙酮醚。

(b)醚，如二恶烷。

(c)酯，如乙酸乙酯、乳酸乙酯、碳酸亚乙酯、和碳酸亚丙酯。

(d)二醇，如1，4丁二醇，1，2戊二醇，1，5戊二醇和1，2己二醇。

(e)多原醇，如乙二醇，二乙二醇，三乙二醇，新戊二醇，聚乙二醇，四乙二醇，丙二醇，二丙二醇，三丙二醇，甘油和硫二甘醇。(f)源于亚烷基二醇的低级一或二醚，如二乙二醇一甲基(或乙基)醚，和四乙二醇一甲基(或乙基)醚。

优选地，所述抗排气添加剂可以是上述成分之一或其混合物，其添加量为重量百分比至少为2％，优选12％或更高。具有空气的排气特性的示例性油墨如下：

成分	重量％
		抗排气添加剂(乙氧基化甘油等)	12
着色剂(C.I.DirectBlack52)	6
		油墨载体(水+添加的溶剂)	80
组合添加剂(例如，杀生物剂、表面活性剂、逸出控制剂、缓冲剂等)	2

上述示例性黑色油墨所具有的与所述溶解度曲线相切的平均斜率降低到水的斜率的大约1/2或更低，为大约25-60℃。在另一方面，在25-60℃下空气在油墨中的溶解度变化降低到为添加添加剂所预期的水的变化的大约一半。结果，具有所述添加剂的所述示例性黑色油墨具有降低了的排气量，该量低于水的排气量的1/2。这导致了1.6cc的空气预算量。

油墨源14会增加排气量的一个方面是油墨加压。加压通常被用于需要高流量打印的打印系统，以消除容器82和打印头12之间压力降的影响。参见图11，油墨源14的一种优选实施方案包括一个与油墨源14连接的加压装置116。加压装置116可以是一个与油墨源14一体化的泵。另外，加压装置116可以是一个空气入口，它与环绕容器部位呈流体连通状态。然后可以将一个高压气体源连接到加压装置116上，以便对装在流体容器82中的油墨加压。在任何情况下，在加压装置可以在流体出口28处提供加压油墨。

加压可以通过亨利定律提高气体在装在油墨源14中的油墨中的溶解度。如果施加稳定的压力，随着时间的延长所述油墨可能被空气过饱和，增加当油墨通过打印头12输送时的排气量。减少溶解空气的一种方式是让加压装置116成为一种不连续的压力源，它仅会在必须打印时对输送到导管16中的油墨进行加压，而当打印系统10停机时通常会解除对流体出口28的压力。由于大部分时间是闲置不打印的，这样尽量减少了由加压产生的排气比例。

空气积累的各种来源和用于将其保持在一定预算范围内的技术前面业已披露。对于一个示例性的打印系统来说，以上内容归纳在表1中。该示例性系统的所述空气来源的总量为大约4.5cc。如果所述空气来源的总量提高到超过4.5cc，则有可能发生压力调节的失败，导致打印头12流出到打印系统中。

业已披露了打印系统10，其中，由一个流体导管16将流入口22和流体出口28流体连接在一起并将二者分开。图13表示另一种油墨源14’，它可以插入形式直接安装到打印头12’，其结构为“打印架携带”形式。油墨源14’包括流体出口28’，它直接连接在与打印头12’连接的流体入口22’，没有必要在它们之间使用流体导管16，这样可以消除某些主要空气来源，包括导管或加压室启动，导管或加压室扩散，和所述流体连接之一，这将具有增加打印头使用寿命的作用或者降低所需要的空气存储能力的作用。

另一种方案是赋予油墨源14’而不是打印头12’压力调节和/或存储能力。这将可以简化整个流体输送系统，其代价是不能在打印头12’中进行精确的压力空气。

Claims (21)

1.一种喷墨打印系统，具有可更换的油墨源，用于向一个打印头提供油墨，所述的喷墨打印系统包括：

一个半永久性的喷墨打印头，具有一个流体入口，用于接受油墨，以及一个喷射部分，用于响应控制信号而选择性地选择性地喷射油墨，所述喷墨打印头能够打印多个油墨体积；

一个可更换的油墨源，用于储存所述多个油墨体积之一，所述可更换的油墨源被设计成用于为所述喷墨头提供油墨，并具有不超过名义数量的游离空气；和

一个存储器部分，其与喷墨打印头流体连通，所述存储器部分补偿被引入到喷墨打印头之中的空气，从而将所述打印头压力范围维持在工作范围之内，允许所述打印头不需从所述喷墨打印头中驱除空气而可打印多个油墨体积，所述存储器部分尺寸具有一种存储能力，用于当维持所述负的内部压力时存储在打印头内达到空气存储容积的膨胀和收缩，所述的空气存储容积包括在所述可更换油墨源中所述不超过名义数量的游离空气，并且其中所述存储器部分的所述存储能力是足够大至可存储所述可更换油墨源的所述的不超过名义数量的游离空气和从所述打印头以及从带有其他可更换油墨源的可更换油墨源的移动和更换中被引入的名义数量的游离空气，从而打印多个油墨体积。

2.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述打印头还包括：

一个与所述喷射部分呈流体连通状态的内部加压室；

和一个调节阀，该调节阀接收来自所述流体入口的油墨，并向所述加压室提供油墨，该调节阀响应所述加压室中的压力变化打开和关闭，以便在所述加压室中维持特定的负压。

3.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述打印头包括一个与所述喷射部分呈流体连通状态的内部加压室，所述流体存储器包括一个具有第一和第二表面的柔性件，所述第一表面与外部环境连通，所述第二表面与所述内部加压室中的油墨连通，所述柔性件响应气泡的膨胀而收缩，以维持所述加压室中的负的内部压力。

4.如权利要求1的喷墨打印系统，还包括一个流体导管，该流体导管在一端与所述打印头呈流体连通状态，而在另一端具有所述流体入口。

5.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述半永久性的打印头能够在至少5个油墨源的寿命期间打印。

6.如权利要求2的喷墨打印系统，其中，所述阀包括一个用于允许油墨进入所述加压室的喷嘴，以及一个用于密封所述喷嘴的阀座，用于阻止油墨流入所述加压室。

7.如权利要求6的喷墨打印系统，其中，所述阀座被安装在一个可转动地安装的杠杆上。

8.如权利要求2的喷墨打印系统，其中，所述流体存储器包括一个具有第一和第二表面的柔性件，所述第一表面与外部环境连通，所述第二表面与所述内部加压室里的油墨连通，所述柔性件响应气泡膨胀而收缩，以便在所述加压室中维持负的内部压力。

9.如权利要求8的喷墨打印系统，其中，所述加压室具有一个负的内部压力，由该压力对所述柔性件产生一个偏压力，当所述偏压力超过一定阈值时，该偏压力将所述阀打开。

10.如权利要求4的喷墨打印系统，其中，所述流体导管包括一个由高空气阻挡材料制成的部分，该材料在23℃和0％Rh条件下氧气渗透性特征为小于100cc.mil/(11平方英寸.天.atm)。

11.如权利要求10的喷墨打印系统，其中，所述高空气阻挡材料是选自下列一组的聚合物：聚偏二氯乙烯共聚物，聚氯三氟乙烯和氯乙烯三氟乙烯。

12.如权利要求4的喷墨打印系统，其中，可更换的油墨源包括一个可分离地连接于流体管道的流体入口的流体出口，并且其中所述流体出口适于在其与所述流体入口连接和断开时将低于0.02cc的空气导入打印系统。

13.如权利要求12的喷墨打印系统，其中，所述流体入口包括一个具有一个出口孔的针头，所述针头由一个滑动套管环绕，所述流体出口适于接合所述针头和所述滑动套管，以便将所述滑动套管从密封位置移动到非密封位置，其中在密封位置所述滑动套管密封所述出口孔，而在非密封位置所述出口孔与所述流体出口呈流体连接状态。

14.如权利要求13的喷墨打印系统，其中，所述针头和所述滑动套管由一个筒状管环绕，所述流体出口的大小可以纳入所述筒状管中，同时在所述针头和所述流体出口的远端之间提供对齐和正确的流体连接。

15.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述油墨包括一种能减少所述油墨的排气量到低于水的排气量的添加剂。

16.如权利要求15的喷墨打印系统，其中，所述添加剂的浓度为所述油墨重量的至少2％。

17.如权利要求16的喷墨打印系统，其中，所述添加剂的浓度为所述油墨重量的至少10％。

18.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述存储器部分与所述打印头是一体的。

19.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述存储器与所述可更换油墨源是一体的。

20.如权利要求19的喷墨打印系统，其中，所述存储器部分可提供精确的压力调节，以确保油墨输送到具有一工作压力范围的所述喷射器部分，此工作压力范围能够使所述喷射器部分正常工作。

21.如权利要求1的喷墨打印系统，其中，所述可更换油墨源装有10-100cc的可输送油墨源。

Images