CN111300989A - 用于减弱来自印刷头的油墨的干燥的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于减弱来自印刷头的油墨的干燥的系统和方法”。本发明提供了一种喷墨印刷机的油墨递送系统中的油墨贮存器，该油墨贮存器被选择性地加压和减压以在连接到油墨贮存器的印刷头中的每个不活动喷墨的喷嘴处使油墨弯月面波动。加压和减压的循环重复预定次数以补充喷嘴处的油墨并且减少喷嘴处的油墨获得高粘度的可能性。

Description

用于减弱来自印刷头的油墨的干燥的系统和方法

本公开整体涉及在介质上产生油墨图像的装置，并且更具体地讲，涉及从喷墨中喷射快干油墨以形成油墨图像的装置。

喷墨成像装置从印刷头喷射液体油墨以在图像接收表面上形成图像。印刷头包括被布置成某种类型阵列的多个喷墨。每个喷墨具有耦接到印刷头控制器的热致动器或压电致动器。印刷头控制器生成对应于图像的数字数据的击发信号。印刷头中的致动器通过膨胀到油墨室中以将墨滴喷射到图像接收构件上来响应击发信号，并且形成对应于用于生成击发信号的数字图像的油墨图像。

用于喷墨成像装置的现有技术油墨递送系统20示于图6中。油墨递送系统20包括油墨供应贮存器604，该油墨供应贮存器连接到印刷头608并且定位在印刷头的下方，使得油墨位准可维持在印刷头下方的预定距离D处，以在印刷头中的油墨上提供足够的背压。该背压有助于确保良好的墨滴喷射性能。油墨贮存器可操作地连接到将油墨保持在维持距离D的位准下的油墨源(未示出)。印刷头608具有歧管，该歧管存储油墨直到喷墨从歧管中拉出油墨。印刷头歧管的容量通常是所有喷墨的容量的五倍。歧管的入口通过导管618连接到油墨贮存器604，并且导管634将歧管的出口连接到废墨槽638。阀门642安装在导管634中以选择性地阻塞导管634。在导管614中还提供了阀门612，该阀门将空气压力泵616连接到油墨贮存器604，并且该阀门在除了吹扫操作期间之外保持打开。

当安装新的印刷头或者需要冲洗其歧管以移除导管618中的空气时，执行歧管吹扫。在歧管吹扫中，控制器80操作阀门642以允许流体从歧管出口流至废墨槽638，启动空气压力泵616，并且操作阀门612以关闭油墨贮存器至大气压，使得泵616可对油墨贮存器604中的油墨加压。加压油墨流过导管618至印刷头608的歧管入口。因为阀门642也被打开，所以从歧管流向喷墨的流体的气动阻抗大于通过歧管的气动阻抗。因此，油墨从歧管出口流至废槽。压力泵616在预定压力下操作预定时间段以推送一定体积的油墨通过导管618和印刷头608的歧管，该体积的油墨足以填充印刷头608中的歧管和导管634而不完全排出贮存器中的油墨供应。然后，控制器操作阀门642以关闭导管634并且操作阀门612以将油墨贮存器排放至大气压。因此，歧管吹扫将导管618从油墨贮存器填充到印刷头、歧管和导管634，使得歧管和油墨递送系统20由于导管或印刷头中不存在空气而被填装。然后重新供应油墨贮存器，以使油墨的高度达到其中如前所述贮存器中的位准与印刷头喷墨之间的距离为D的位准。

为了在歧管填装之后填装喷墨头608中的喷墨，控制器80关闭阀门612并且启动空气压力泵616以对贮存器604的顶部空间加压以将油墨发送到印刷头。因为阀门642是关闭的，所以填装系统通过歧管的气动阻抗大于通过喷墨的气动阻抗，因此油墨被推入到喷墨中。同样，在预定压力下施加吹扫压力预定时间段，以将足以填充喷墨的一定体积的油墨推入印刷头中。喷墨中先前的任何油墨均从印刷头608的面板624中的喷嘴射出。这种油墨吹扫会填装喷墨，并且还可帮助将堵塞的且无法操作的喷墨恢复到其操作状态。在施加压力之后，控制器80操作阀门612以打开和释放来自油墨贮存器的压力。压力传感器620也可操作地连接到压力供应导管622，并且该传感器生成指示贮存器中的压力的信号。该信号被提供给控制器80以用于调节空气压力泵的操作。如果吹扫期间贮存器中的压力超过预定阈值，那么控制器80操作阀门612以释放压力。如果在吹扫期间贮存器中的压力下降至预定阈值以下，那么控制器80操作压力源616以升高压力。两个预定阈值是不同的，因此控制器可在吹扫期间而不是在一个特定压力下将贮存器中的压力保持在预定范围中。

一些喷墨成像装置使用相对快速地从低粘度状态变化至高粘度状态的油墨。当阀门612打开并且油墨贮存器604在印刷期间处于大气压时，每个不活动喷墨的喷嘴630处的油墨中的弯月面获得图7所示的形状。当印刷作业之间的时间或一些喷墨操作之间的时间超过某个持续时间时，诸如水的溶剂会从油墨中蒸发。这种蒸发最早发生在位于图7中的虚线圆圈中的喷嘴的边缘处，因为油墨在这些位置处是最薄的。当油墨的粘度因为这种蒸发而增加时，油墨开始粘附到喷嘴630的孔并且喷墨可能被堵塞。虽然控制器80可执行吹扫操作以从喷墨吹扫高粘度油墨并且将新鲜油墨引入印刷头的喷墨中，但是这种吹扫操作会浪费可另外用于印刷的油墨。减少用快速干燥的油墨频繁吹扫的需要将是有益的。

喷墨印刷机操作的方法允许印刷头的喷嘴处的油墨维持低粘度状态。该方法包括：用控制器操作阀门，该阀门操作地连接在空气压力泵和连接到印刷头的油墨贮存器之间，以将空气压力泵连接到油墨贮存器；用控制器启用空气压力泵以向油墨贮存器中的油墨施加压力，从而在印刷头中的不活动喷墨处延伸油墨弯月面而不破坏该墨弯月面；以及用控制器操作阀门以从油墨贮存器断开空气压力泵，并且将油墨贮存器排放至大气压以使油墨弯月面在不活动喷墨处回缩。

喷墨印刷机实现允许印刷头的喷嘴处的油墨维持低粘度状态的方法。该印刷机包括：印刷头；油墨贮存器，该油墨贮存器可操作地连接到印刷头以向印刷头提供油墨；空气压力泵，该空气压力泵可操作地连接到油墨贮存器，该空气压力泵被配置成向油墨贮存器和印刷头中的油墨施加压力；阀门，该阀门可操作地连接在油墨贮存器和空气压力泵之间，该阀门被配置成移动到第一位置和第二位置，在该第一位置，油墨贮存器被排放至大气压，在该第二位置，气压泵将压力施加到油墨贮存器；以及控制器，该控制器可操作地连接到阀门和空气压力泵。该控制器被配置成操作阀门以连接空气压力泵，从而施加足以在印刷头中的不活动喷墨处延伸油墨弯月面的压力而不破坏该油墨弯月面，并且被配置成操作阀门以从油墨贮存器断开空气压力泵，并且将油墨贮存器排放至大气压以使油墨弯月面在不活动喷墨处回缩。

图1是水性喷墨印刷机的示意图，该水性喷墨印刷机将油墨图像直接印刷到介质网并且减弱快速干燥油墨自印刷机的印刷头的蒸发。

图2是用于图1所示的印刷机中以减弱快速干燥油墨自印刷机的印刷头的蒸发的油墨递送系统的示意图。

图3是用于操作图1和图2的印刷机的油墨递送系统以使快速干燥油墨自印刷机的印刷头的蒸发减少的过程的流程图。

图4是在执行图3的过程时油墨贮存器中的压力的曲线图。

图5示出了当图3的过程期间压力抬高时，印刷头的喷嘴处的油墨弯月面。

图6是现有技术印刷机中仅用于吹扫的现有技术油墨递送系统的示意图。

图7示出了吹扫操作期间之外现有技术印刷头中的不活动喷墨的喷嘴处的油墨弯月面。

图1示出了高速水性油墨图像产生机器或印刷机10，其中控制器80'已被配置为执行下文所述过程400以操作油墨递送系统20'(图2)，使得印刷头34A、34B、34C和34D的喷嘴处的油墨在不活动时段期间维持低粘度状态。如图所示，印刷机10是在被控制器80’操作致动器40中的一个致动器牵拉通过印刷机10的介质网W的表面上直接形成油墨图像的印刷机，该致动器40操作地连接到围绕其安装有卷取辊46的轴42。在一个实施方案中，每个印刷头模块仅具有一个印刷头，该印刷头具有的宽度对应于印刷机可在横向处理方向上印刷的最宽介质的宽度。在其他实施方案中，印刷头模块具有多个印刷头，其中每个印刷头具有的宽度小于印刷机可在横向处理方向上印刷的最宽介质的宽度。在这些模块中，印刷头被布置成错开的印刷头阵列，这允许印刷比单个印刷头更宽的介质。另外，印刷头也可交错，使得印刷头在横向处理方向上喷射的液滴的密度可大于印刷头中在横向处理方向上的喷墨之间的最小间距。

水性油墨递送子系统20'具有包含一种颜色的水性油墨的至少一个油墨贮存器。由于所示印刷机10是多色图像产生机器，因此油墨递送系统20'包括四(4)个油墨贮存器，表示含水性油墨的四(4)种不同颜色的CYMK(青色、黄色、品红色、黑色)。每个油墨贮存器连接到印刷头模块中的印刷头或多个印刷头，以向模块中的印刷头供应油墨。如参考以下过程400所述，吹扫系统24的压力源和排放孔也可操作地连接在油墨贮存器和印刷头模块内的印刷头之间，以减弱来自印刷头的油墨的蒸发。此外，虽然在图1中未示出，但是印刷头模块中的每个印刷头用如先前参考图6所述的阀门连接到对应的废墨槽，以允许先前所述的歧管和喷墨吹扫操作。印刷头模块34A-34D可包括相关联的电子设备以用于由控制器80'操作一个或多个印刷头，尽管为了简化该图未示出这些连接。虽然印刷机10包括四个印刷头模块34A-34D，但是每个印刷头模块具有两个印刷头阵列，替代配置包括不同数量的印刷头模块或模块内有不同数量的阵列。

在将油墨图像印刷在网W上之后，图像在图像干燥器30下方通过。图像干燥器30可包括红外加热器、加热鼓风机、空气回路，或这些部件的组合以加热油墨图像并且至少部分地将图像固定到网。红外加热器将红外线热施加到网表面上的印刷图像，以蒸发油墨中的水或溶剂。加热鼓风机将受热空气导引到油墨上方，以增加水或溶剂自油墨的蒸发。然后通过空气回路来收集并且排出空气，以减少气流对印刷机中的其他部件的干扰。

如图进一步所示，通过控制器80'操作一个或多个致动器40以旋转在其上放置卷取辊46的轴42以在介质辊38绕轴36旋转时从介质辊38中牵拉网而视需要从介质38的辊中展开介质网W。当网被完全印刷时，可从轴42移除卷取辊供额外处理。另选地，可将印刷的网导引至执行诸如切割、整理、装订和缝合介质的任务的其他处理站(未示出)。

借助于控制器或电子子系统(ESS)80'来执行机器或印刷机10的各种子系统、部件和功能的操作与控制。ESS或控制器80'可操作地连接到以下项的部件：油墨递送系统20'、吹扫系统24、印刷头模块34A-34D(并因此为印刷头)、致动器40和加热器30。例如，ESS或控制器80'是独立的专用微型计算机，该独立的专用微型计算机具有带电子数据存储的中央处理器单元(CPU)和显示器或用户界面(UI)50。例如，ESS或控制器80'包括传感器输入和控制电路以及像素放置和控制电路。此外，CPU读取、捕获、准备和管理图像输入源(诸如扫描系统或在线或工作站连接)与印刷头模块34A-34D之间的图像数据流。因此，ESS或控制器80'是用于操作和控制所有其他机器子系统和功能(包括印刷过程)的主要的多任务处理器。

控制器80'可利用实行编程指令的通用或专用可编程处理器来实现。执行编程功能所需的指令和数据可存储在与处理器或控制器相关联的存储器中。处理器、其存储器和接口电路配置控制器以执行下述操作。这些部件可被设置在印刷电路板上或作为电路提供在专用集成电路(ASIC)中。电路中的每一个可以用单独的处理器来实现，或者可以在同一处理器上实现多个电路。另选地，电路可利用以超大规模集成(VLSI)电路中提供的分立部件或电路来实现。此外，本文所述的电路可利用处理器、ASIC、分立部件或VLSI电路的组合来实现。

在操作中，将要产生的图像的图像数据从扫描系统或在线或工作站连接发送到控制器80'，以用于处理和生成输出到印刷头模块34A-34D的印刷头控制信号。另外，控制器80'例如经由用户界面50从操作员输入来确定和接受相关子系统和部件控件，并因此实行此类控件。因此，将适当颜色的水性油墨递送至印刷头模块34A-34D。另外，相对于网的表面实行像素放置控制以形成对应于图像数据的油墨图像，并且可将介质卷绕在卷取辊上或以其他方式处理。

对于类似的部件使用类似的数字，图2中示出了可减弱快速干燥的油墨从印刷头蒸发的油墨递送系统。该系统20’不同于图6中所示的系统之处在于控制器80'被配置成在印刷作业期间以及在印刷作业之间执行图3所示的过程400，以减少由油墨贮存器604供应的印刷头的喷嘴处的油墨干燥。图3描绘了用于过程400的流程图，该过程操作油墨递送系统20’以使印刷头608中的喷头处的油墨的弯月面波动以将喷嘴中的油墨的粘度保持为其低粘度。在以下讨论中，对执行功能或动作的过程400的参考是指控制器(诸如控制器80')实行存储的程序指令以执行与印刷机中的其他部件相关联的功能或动作的操作。出于说明性目的，过程400被描述为由图1的印刷机10中的油墨递送系统20’执行。

在印刷操作期间，油墨递送系统20'和印刷头608被完全填装，这意味着油墨填充了废槽和印刷头的歧管出口之间的导管，印刷头的歧管和喷墨都充满了油墨，并且歧管入口和油墨贮存器之间的导管618充满了油墨。当印刷机10将要进入不活动的时段或者印刷头608中的喷墨已经不活动一定时间段，使得在喷嘴处可能生成更高粘度的油墨时，进行过程400。该过程以控制器验证油墨贮存器中的压力处于大气压(方框404)而开始。控制器可通过检查阀门612的状态或通过将来自传感器620的信号与参考大气压进行比较来执行该验证。然后该过程致动阀门612以将空气压力泵616连接到油墨贮存器604(方框408)。当执行这两个方框的处理时，油墨贮存器中的压力由图4所示的图形的区段504表示，并且水性油墨在不活动喷墨处的弯月面呈现为如图7所示。该过程继续进行，控制器80'操作空气压力泵以向油墨贮存器604中的油墨施加正气压(方框412)。然后控制器监测来自传感器620的信号，直到压力达到预定阈值(方框416)。因此，油墨贮存器中的压力发生变化，直到其达到如由图4的曲线中的区段508所指示的阈值。在该压力下，印刷头中的不活动喷嘴处的水性油墨的油墨弯月面呈现为如图5所示。对应于预定阈值的压力足以将弯月面延伸超过喷嘴开口630，但是压力不足以使弯月面断裂。在一个实施方案中，此类压力在约？？Ps i至约？？Ps i的范围内，但是该范围取决于多个因素，诸如例如连接油墨贮存器和印刷头的管的直径、连接到油墨贮存器的印刷头的数量、油墨贮存器和印刷头中的歧管的尺寸，以及印刷头或多个印刷头中的喷墨的数量。控制器80'等待预定时间段(方框420)，并且然后操作阀门以将油墨贮存器604再次连接到大气(方框424)。预定时间段的持续时间需要足以允许新鲜油墨达到喷嘴开口630以帮助补充油墨弯月面处的油墨中的溶剂。在一个实施方案中，预定时间段在约毫秒至约毫秒的范围内，但是该时间段的长度又取决于例如印刷头配置和相关因素。压力就保持在由图4的曲线图中的区段512指示的预定压力下，直到如图4的区段516所示，一旦阀门被打开时，压力开始下降。如图4中的区段520所指示，控制器80”监测来自压力传感器的信号以验证油墨贮存器604中的压力是否返回至大气压并且保持在大气压下达预定时间段(方框428)。将方框408至428的处理重复预定次数，以在印刷头624中的不活动喷墨处使弯月面波动。在一个实施方案中，用于执行循环的预定次数为约X次至约Y次，但是次数取决于各种因素，诸如例如油墨的粘度、重复循环的效能之间的时间等。弯月面的波动补充了喷嘴630处的油墨中的溶剂，这减少了喷嘴处的油墨蒸发量。因此，不需要很频繁的吹扫，并且保留油墨用于印刷而不是喷墨更新。

虽然已将图4的过程描述为解决在不活动喷嘴的喷嘴处由水性油墨生成的蒸发问题，但是该过程还可应用于在喷嘴处呈现凸面弯月面的油墨，诸如UV可固化油墨。例如，如果UV可固化油墨的凸面弯月面在可存在于印刷机中的UV辐射的存在下保持相对静止，那么其可部分固化。对UV油墨贮存器执行图4的过程以在不活动喷墨处使油墨的弯月面波动与在喷嘴开口处重装油墨具有类似效果。该动作防止油墨在喷嘴处的部分固化并且保留喷墨的操作能力。

图2示出了被配置成向单个印刷头供应油墨的一个油墨递送系统20'。在此类实施方案中，可为印刷机中的每个印刷头提供油墨递送系统。在其他实施方案中，油墨递送系统20'可被配置成向多个印刷头供应相同颜色油墨。因此，一个油墨递送系统可被配置成向印刷头模块34A、34B、34C和34D中的一者内的所有印刷头供应油墨，或者多个油墨递送系统可被配置成以一对一的对应方式向印刷头模块中的不同印刷头供应油墨。油墨递送系统在印刷作业期间操作以使弯月面在不活动喷墨处波动，使其在其喷嘴处不会被高粘度油墨堵塞。波动的弯月面不会干扰印刷作业期间用于印刷的喷墨处的墨滴的喷射。在印刷作业之间或在不活动时段期间，油墨递送系统20'继续执行过程400以在喷嘴处使油墨弯月面波动，从而减少在喷嘴处的蒸发并且保留喷墨的操作能力。

Claims (20)

1.一种印刷机中的油墨递送系统，所述油墨递送系统包括：

印刷头；

油墨贮存器，所述油墨贮存器可操作地连接到所述印刷头以向所述印刷头提供油墨；

空气压力泵，所述空气压力泵可操作地连接到所述油墨贮存器，所述空气压力泵被配置成向所述油墨贮存器和所述印刷头中的油墨施加压力；

阀门，所述阀门可操作地连接在所述油墨贮存器和所述空气压力泵之间，所述阀门被配置成移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述油墨贮存器被排放至大气压，在所述第二位置，所述空气压力泵将压力施加到所述油墨贮存器；和

控制器，所述控制器可操作地连接到所述阀门和所述空气压力泵，所述控制器被配置成操作所述阀门以连接所述空气压力泵，从而施加足以在所述印刷头中的不活动喷墨处延伸油墨弯月面的压力而不破坏所述油墨弯月面，并且被配置成操作所述阀门以从所述油墨贮存器断开所述空气压力泵，并且将所述油墨贮存器排放至大气压以使所述油墨弯月面在所述不活动喷墨处回缩。

2.根据权利要求1所述的油墨递送系统，其中所述控制器被进一步配置成操作所述空气压力泵以向所述油墨贮存器施加预定压力。

3.根据权利要求2所述的油墨递送系统，其中所述控制器被进一步配置成在操作所述阀门时停用所述空气压力泵，以使所述空气压力泵保持连接到所述油墨贮存器。

4.根据权利要求3所述的油墨递送系统，其中所述控制器被进一步配置成操作所述阀门以从所述油墨贮存器断开所述空气压力泵，并且将所述油墨贮存器连接到大气压。

5.根据权利要求4所述的油墨递送系统，其中所述控制器被进一步配置成操作所述阀门以断开所述空气压力泵，并且在自从所述空气压力泵被停用以来的预定时间段到期之后将所述油墨贮存器连接到大气压。

6.根据权利要求5所述的油墨递送系统，还包括：

传感器，所述传感器可操作地连接到所述油墨贮存器，所述传感器被配置成生成指示所述油墨贮存器中的压力的信号；并且

所述控制器可操作地连接到所述传感器以接收由所述传感器生成的信号，所述控制器被进一步配置成将由来自所述传感器的所述信号指示的压力与参考大气压进行比较，并且等待操作所述阀门以将所述空气压力泵连接到所述油墨贮存器，直到由来自所述传感器的所述信号指示的所述压力对应于所述参考大气压。

7.根据权利要求6所述的油墨递送系统，所述控制器被进一步配置成在由来自所述传感器的所述信号所指示的所述压力对应于所述预定压力时停用所述空气压力泵。

8.根据权利要求7所述的油墨递送系统，其中所述控制器被进一步配置成操作所述阀门以将所述空气压力泵重新连接到所述油墨贮存器，并且在自从来自所述传感器的所述信号对应于所述参考大气压以来的另一预定时间段到期之后启用所述空气压力泵。

9.根据权利要求8所述的油墨递送系统，其中所述控制器被进一步配置成重复向所述油墨贮存器施加压力的循环，以在所述印刷头中的所述不活动喷墨的所述喷嘴处延伸所述油墨弯月面，并且将所施加的压力释放到大气以使所述油墨弯月面在所述印刷头中的所述不活动喷墨的所述喷嘴处回缩预定次数。

10.根据权利要求9所述的油墨递送系统，其中所述油墨贮存器可操作地连接到多个印刷头。

11.一种减少来自印刷机中印刷头的油墨的蒸发的方法，所述方法包括：

用控制器操作阀门，所述阀门操作地连接在空气压力泵和连接到印刷头的油墨贮存器之间，以将所述空气压力泵连接到所述油墨贮存器；

用所述控制器启用所述空气压力泵以向所述油墨贮存器中的油墨施加压力，从而在所述印刷头中的不活动喷墨处延伸油墨弯月面而不破坏所述墨弯月面；以及

用所述控制器操作所述阀门以从所述油墨贮存器断开所述空气压力泵，并且将所述油墨贮存器排放至大气压以使所述油墨弯月面在所述不活动喷墨处回缩。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

用所述控制器操作所述空气压力泵，以向所述油墨贮存器施加预定压力。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

在操作所述阀门时，用所述控制器停用所述空气压力泵，以使所述空气压力泵保持连接到所述油墨贮存器。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

用所述控制器操作所述阀门以从所述油墨贮存器断开所述空气压力泵，并且将所述油墨贮存器连接到大气压。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制器操作所述阀门以断开所述空气压力泵，并且在自从所述空气压力泵被停用以来的预定时间段到期之后将所述油墨贮存器连接到大气压。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

用可操作地连接到所述油墨贮存器的传感器来生成指示所述油墨贮存器中的压力的信号；以及

用所述控制器将由来自所述传感器的所述信号指示的压力与参考大气压进行比较；以及

当所述控制器确定由来自所述传感器的所述信号所指示的所述压力对应于所述参考大气压时，用所述控制器操作所述阀门以将所述空气压力泵连接到所述油墨贮存器。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

当由来自所述传感器的所述信号所指示的压力对应于所述预定压力时，用所述控制器停用所述空气压力泵。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

用所述控制器操作所述阀门以将所述空气压力泵重新连接到所述油墨贮存器；以及

在自从来自所述传感器的所述信号对应于所述参考大气压之后的另一预定时间段期满之后用所述控制器启用所述空气压力泵。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

用所述控制器重复向所述油墨贮存器施加压力的循环，以在所述印刷头中的所述不活动喷墨的所述喷嘴处延伸所述油墨弯月面，并且将所施加的压力释放到大气以使所述油墨弯月面在所述印刷头中的所述不活动喷墨的所述喷嘴处回缩预定次数。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述油墨贮存器连接到多个印刷头。

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