TWI419796B - 具有可選擇性隔離的泵的噴墨印表機 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種印表機，尤指噴墨印表機的流體建構。
噴墨列印是一種普遍且多功能型態的印刷成像。申請人經發展出經MEMS列印頭IC噴出墨水的印表機。該等列印頭IC(積體電路)是使用用以製造半導體的微影蝕刻及沈積技術來形成的。
在MEMS列印頭IC內的微尺寸噴嘴結構可允許高噴嘴密度(每一單位IC表面積所有的噴嘴)、高列印析像度、低電源消耗量、自身冷卻作業，故而高列印速。此種列印頭經詳細的敘述在申請人於2002年6月4日提出申請的USSN 10/160273號申請案，及於2003年12月8日提出申請的USSN 10/728804號申請案中。該等文獻的內容併入本文以供參考。
微小的噴嘴結構及高噴嘴密度會產生噴嘴阻塞、反起動注給、噴嘴乾化(decap)、混色、噴嘴氾濫、在墨水股流內的氣泡污染等的困擾。該等事件對列印品質會產生不利的影響。印表機的構件係設計成可減少該等問題發生的機率。最理想的情況是，印表機構件本身的功能即可排除該等問題的發生。事實上，許多不同種類的運作條件、及在運送或日常作業時的災難或不適當的粗魯處理，使得不
可能藉由「被動的」控制構件設計、材料選擇等即可克服上述困擾。
針對此問題，申請人經發展出可主動的控制流體系統的印表機。此種主動流體系統經敘述在申請人提出申請的USSN 11/482982；11/482983；11/482984；11/495818；11/495819；11/677049；11/677050；11/677051等申請案中。該等文獻的內容併入本文以供參考。雖然該等系統提供使用者可主動處理整體印表機內的靜態及動態流體條件，但經發現在印表機內的主動構件卻是造成大部分墨水攜帶的污染物的主因。尤其是泵易散佈顆粒進入墨水流中，而會對噴嘴的運轉產生不利的影響。相互作用的表面的磨耗及摩擦終究會產生直接困陷在墨水流內的顆粒。許多上述流體設計使用蠕動式的泵，而導入額外的問題。在泵內的撓性管路終究會裂開及逸漏，管路失去彈性而不再恢復完全敞開的條件，且泵需具備高扭矩規定，因為其需充分的壓縮管路以形成一密封。為符合扭矩需求，泵需相當的大，而此對整體印表機需要精簡形狀的要求而言是相違背的。
墨水攜帶的污染物可藉在列印頭上游的過濾器來移除。然而，由於顆粒的尺寸而使得過濾器的細孔尺寸必須是微小的。為了維持高速、頁寬列印頭所要求的墨水流率，過濾器表面積必須是不切實際的巨大，而無法達到市場所要求的精簡度。
因此，本發明提供一種噴墨印表機，包含：一列印頭，用以列印至一介質基底上；一儲器，用以供應墨水至該列印頭；一泵，用以自該儲器抽引墨水，及泵送墨水進入該列印頭；及一閥配置，用以在打開該儲器及列印頭之間的流體連通的同時，選擇性的打開該泵及列印頭之間的流體連通，及選擇性的關閉該泵及列印頭之間的流體連通。
本發明的實現是基於認知泵的沖洗及起動注給功能可在與列印頭成流體連通時執行，然後在列印時與列印頭成流體的相隔離。藉將泵自儲器及列印頭之間的直接流體管線移除，閥配置在只有需要時可允許其連接至儲器或列印頭。沖洗及起動注給作業經變成兩階段作業，其中泵首先自儲器抽引墨水，然後將其輸送到列印頭。可令來自泵的墨水通過一精微的過濾器以移除任何顆粒污染物，使得在正常列印作業時不致壓縮來自儲器的墨水。
較佳者，印表機另包含一過濾器，以提供由該泵流至該列印頭的墨水使用，該過濾器係設置成使得，當該閥配置係建構成可提供該儲器及列印頭之間的流體連通時，該過濾器並非與該列印頭成流體連通的。
較佳者，該閥配置係建構成使得，當該泵係與該列印頭成流體連通時，該泵是並非與該儲器成流體連通的。
較佳者，該閥配置係建構成使得，當該儲器係與該列
印頭成流體連通時，該泵是並非與該儲器成流體連通的。
較佳者，印表機另包含一上游管線，用以建立該儲器及列印頭之間的流體連通，其中該閥配置係一在該上游管線內的三通閥，且該泵藉一支線連接至該三通閥，該三通閥具有三項設定；第一設定是在關閉該支線的同時，將至該儲器的上游管線與至該列印頭的上游管線相連接，第二設定是在將至該列印頭的上游管線加以關閉的同時，將至上游管線的該支線與該儲器相連接，而第三設定是在將至該儲器的上游管線加以關閉的同時，將至上游管線的該支線與該列印頭相連接。
較佳者，該泵具有一配設有往復柱塞的室。在另一具體實施例，該泵是由彈性材料製成的球狀體，用以固持一容積的墨水及一可選擇性地壓縮該球狀體的引動器。
較佳者，該儲器具有一壓力調節器，用以建立一位在該儲器內，在墨水上方的頂部空間內的預定壓力，該預定壓力係小於大氣壓者。在另一較佳型態中，該泵自該儲器抽引墨水，以將在該頂部空間內的壓力減小至成為準備列印用的預定壓力。
較佳者，經由該泵自該儲器抽引的墨水係泵送入該準備好可列印的列印頭內。較佳者，該列印頭具有一分配歧管及複數安裝至該分配歧管的列印頭積體電路，使得以墨水起動注給該分配歧管時，也起動注給該等列印頭積體電路。
參見圖1至3，為了說明起見，印表機流體系統在此以概意的方式顯示。該等圖式顯示的流體建構僅是提供一顏色的單一墨水管線。一彩色印表機對各墨水顏色會有個別的管線及墨水槽。在系統內的大部分構件經詳細的敘述在申請人於2007年3月21日提出申請，且正在審查中的USSN 11/688863號申請案，該案的內容併入本文以供參考。本系統的構件，如未見示於該參考案者，是可在市場上取得的。
圖1至3所示的流體系統具有一列印頭2，墨水46經一上游墨水管線20自墨水槽8提供給列印頭2。上游墨水管線20具有三通閥18，其經一過濾器32連接至泵30。下游管線24經一關斷閥26連接列印頭2至液池28。列印頭具有一維護站22，用以覆蓋(capping)、吸乾(blotting)及擦拭噴嘴。一排洩管線34將維護站22連接至液池28。
列印頭2是墨水分配歧管4的組件，一系列的列印頭積體電路(IC)6安裝於墨水分配歧管4上。列印頭IC 6界定出將墨水噴至介質基底的噴嘴陣列。噴嘴係可熱引動的MEMS裝置，例如於2006年7月10日申請的USSN 11/482953號申請案所揭示者，或是可機械式引動者，例如於2002年6月4日申請的USSN 10/160273號申請案所示者。
墨水分配歧管4是一LCP塑模，具有一巨大槽路系統
，供養較小槽路的網路，以將墨水供應至在各列印頭IC 6長度上的許多點。分配歧管4及列印頭IC 6的一具體實施例經詳細的揭示於前述在2007年3月21日提出申請的USSN 11/688863號申請案中。此文獻也詳細的敘述如何以墨水起動注給列印頭的方式，或是如有需要的話，如何沖洗墨水以修正任何槽路相跨越的顏色污染及/或泡沫消除的方式。
墨水槽8及起泡點壓力調節器10揭示於申請人在2007年10月16日提出申請的USSN 11/872714號申請案中，該案的內容併入本文以供參考。然而，為了方便敘述起見，調節器10係以在墨水槽頂部空間(headspace)12內的氣泡出口76，且藉延伸至一空氣入口78的微槽路74通氣至大氣來顯示。墨水藉毛細管作用而固持在微槽路74內。由於列印頭IC 6會消耗墨水，故墨水槽8內的壓力下降，直到在氣泡出口76處的壓力差將空氣吸入墨水槽內為止。空氣經由一空氣濾清器16抽引以移除可能會阻塞或妨礙微槽路74的污染物。經過濾的空氣在微槽路74內的墨水內形成一氣泡，而該氣泡移至出口76。此壓力差是起泡點壓力，且依據微槽路74的直徑(或最小的尺寸)及墨水彎月面(meniscus)的拉普拉斯(Laplace)壓力而改變。此在頂部空間12內維持一不變的負壓力。在出口至墨水槽8的墨水內的液體靜壓會因墨水水位下降而改變。為減少此變化，可將墨水槽8設計成短小且矮胖。
圖1顯示在待命模式下的印表機。列印頭2係藉三通閥
18與墨水槽8成流體的相隔離。此可防止在列印頭IC 6的噴嘴上相互混合的任何墨水向上擴散入墨水槽8內。閥18經支線36將墨水槽8連接至泵30。泵30是在一室40內往復運動的活塞38。雖然可使用一蠕動式泵，但會面臨在上文中本發明背景所述及的問題。該等問題是：管路會有故障的潛在危機、因管路無法恢復其原始的未壓縮形狀及高扭矩需求而會有不精確的情事。較適當的泵是圖5所示的。
支線36進水給彈性材料製成的球狀體30。引動器38壓縮或鬆開球狀體30，以泵送墨水至列印頭或自墨水槽抽引墨水。
在長待命期間，頂部空間12內的壓力可升高而大於起泡點壓力。已溶解氣體的放氣(釋氣)，及每日的溫度變化可造成壓力增加。最壞的情況是頂部空間12的壓力相對於大氣而言不再是負值。
圖2顯示經脫離待命而準備執行一列印工作的印表機。活塞38在室40內縮回，以將墨水46自墨水槽8抽出。該墨水移置使得在頂部空間12內的空氣壓力下降，直到起泡點調節器10允許空氣進入墨水槽8為止。在頂部空間是在起泡點壓力下，墨水的負液體靜壓是在列印頭2所需要的期待運作範圍內。
圖3顯示列印頭2準備進行列印前的起動注給(priming)或沖洗(purging)。閥18重新建構以關閉泵30及墨水槽8之間的流體連通，及打開泵30及列印頭2之間的流體連通。在泵內的墨水藉由壓下活塞38而自室40被驅迫出。墨水被
驅迫經過濾器32，以移除任何由泵脫落的顆粒污染物。欲起動注給列印頭2時，墨水被驅迫進入墨水分配歧管4的主槽路，而自該處，毛細管作用起動注給在各列印頭IC 6內的小導管及噴嘴。此是在將下游管線24內的關斷閥26加以打開的情形下為之，以使任何過量的墨水可直接餵送至液池28。
如果當列印頭2脫離待命時容裝有墨水，可能需要移除空氣氣泡或混合的墨水。墨水混合的問題經詳細的敘述在上述於2007年3月21日提出申請的USSN 11/688863號申請案中。簡言之，來自一顏色的噴嘴的墨水可能會跨越列印頭IC 6的表面，而擴散入另一顏色的噴嘴及供應管線內的墨水。此乃藉列印頭的沖洗來修正之。將下游關斷閥26加以關閉，及將來自泵30的過濾墨水驅迫通過分配歧管4，以淹沒列印頭IC 6。維護站22則將該淹沒的墨水清除。
圖4顯示在列印模式下的印表機。三通閥18是建構成將墨水槽8流體的連接至列印頭2。閉塞端44將連至泵30的支線36封鎖。列印頭IC 6上的噴嘴噴出的墨水係自墨水槽8抽引墨水為之。上游墨水管線20並沒有受到過濾器32或任何泵30的結構性元件的壓縮。2007年3月21日提出申請的USSN 11/688873號申請案中所顯示的的具體實施例中，列印頭2是一以照相品質析像度列印全顏色的頁寬(pagewidth)列印頭，其速率大於每秒一頁。其需要高墨水供應流率，不能受在上游墨水管線20內任何不必要的元件所阻塞。
列印工作完成後，印表機可回到如圖1所示的待命模式。閥18使閉塞端44在上游墨水管線20上移動，以使列印頭2與墨水槽8之間相密閉。此可防止任何在列印頭處混合的墨水流至墨水槽。在墨水槽內的墨水污染是無法恢復的，而必須加以更換。為了防止混色，進一步的防護機制是，在待命期間將關斷閥26維持在打開的狀態。液池28是處在比列印頭IC 6為低的水平。此允許在下游墨水管線24內的墨水柱得以自分配歧管4「垂懸」，以在列印頭IC 6處產生一負液體靜壓。在噴嘴處的負壓力會將墨水彎月面(meniscus)抽引向內，而防止混色。
在待命期間密封噴嘴的維護站22，可避免列印頭IC 6 脫水，及使噴嘴板避開紙屑及其他顆粒。維護站22也建構成可擦拭噴嘴板以移除乾化的墨水及其他污染物。列印頭IC 6的脫水是當墨水溶劑、一般上是水，蒸發而提升墨水的黏性時發生的。若墨水的黏性太高，墨水噴出引動器無法噴出墨水滴。在電源關閉或待命期間之後，欲重啟動印表機時，脫水的噴嘴常會形成困擾。
上述問題在印表機的運作壽命中是極普遍的，但可有效的藉圖式所示的相當簡單的流體建構來修正之。其也允許使用者使用簡單的故障排除協定，即可初始的起動注給印表機、在移動印表機前將其排空(deprime)、或將印表機恢復到習知的準備列印狀態。該等情況的數個範例經詳細的敘述在上述於2007年2月21日提出申請的USSN 11/677049號申請案中。
本發明僅藉一些範例來敘述。精於本技藝的人士應了解任何變化及修飾均應視為在本發明的精神及範疇內。
2‧‧‧列印頭
4‧‧‧墨水分配歧管
6‧‧‧列印頭積體電路
8‧‧‧墨水槽
10‧‧‧起泡點壓力調節器
12‧‧‧墨水槽頂部空間
16‧‧‧空氣濾清器
18‧‧‧三通閥
20‧‧‧上游墨水管線
22‧‧‧維護站
24‧‧‧下游墨水管線
26‧‧‧關斷閥
28‧‧‧液池
30‧‧‧泵
32‧‧‧過濾器
34‧‧‧排洩管線
36‧‧‧支線
38‧‧‧活塞
40‧‧‧室
44‧‧‧閉塞端
46‧‧‧墨水
74‧‧‧微槽路
76‧‧‧氣泡出口
78‧‧‧空氣入口
本發明的較佳具體實施例將在參照附圖及針對範例來敘述之。
圖1顯示依據本發明的印表機流體系統在待命模式下的概意圖式；圖2顯示圖1的流體系統，其在墨水槽加壓模式下；圖3顯示圖1的流體系統，其在列印頭起動注給/沖洗(priming/purging)模式下；圖4顯示圖1的流體系統，其在列印模式下；及圖5概意的顯示流體系統的另一墨水泵配置。
2‧‧‧列印頭
4‧‧‧墨水分配歧管
6‧‧‧列印頭積體電路
8‧‧‧墨水槽
10‧‧‧起泡點壓力調節器
12‧‧‧墨水槽頂部空間
16‧‧‧空氣濾清器
18‧‧‧三通閥
20‧‧‧上游墨水管線
22‧‧‧維護站
24‧‧‧下游墨水管線
26‧‧‧關斷閥
28‧‧‧液池
30‧‧‧泵
32‧‧‧過濾器
34‧‧‧排洩管線
36‧‧‧支線
38‧‧‧活塞
40‧‧‧室
44‧‧‧閉塞端
46‧‧‧墨水
74‧‧‧微槽路
76‧‧‧氣泡出口
78‧‧‧空氣入口
Claims (10)
- 一種噴墨印表機，包含：一列印頭，用以列印至一介質基底上；一儲器，用以供應墨水至該列印頭；一泵，用以自該儲器抽引墨水，及泵送墨水進入該列印頭；及一閥配置，用以在打開該儲器及列印頭之間的流體連通的同時，選擇性地打開該泵及列印頭之間的流體連通，及選擇性地關閉該泵及列印頭之間的流體連通；其中該閥配置被建構成，當該泵與該列印頭形成流體連通時，該泵不與該儲器形成流體連通。
- 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，另包含一過濾器，以提供由該泵流至該列印頭的墨水使用，該過濾器係設置成使得，當該閥配置係建構成可提供該儲器及列印頭之間的流體連通時，該過濾器並非與該列印頭成流體連通。
- 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，其中該閥配置被建構成，當該儲器與該列印頭成流體連通時，該泵不與該儲器成流體連通。
- 如申請專利範圍第3項的噴墨印表機，另包含一上游管線，用以建立該儲器及列印頭之間的流體連通，其中該閥配置係一在該上游管線內的三通閥，且該泵藉一支線連接至該三通閥，該三通閥具有三項設定；第一設定是在 關閉該支線的同時，將至該儲器的上游管線與至該列印頭的上游管線相連接，第二設定是在將至該列印頭的上游管線加以關閉的同時，將至上游管線的該支線與該儲器相連接，而第三設定是在將至該儲器的上游管線加以關閉的同時，將至上游管線的該支線與該列印頭相連接。
- 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，其中該泵具有一配設有往復柱塞的室。
- 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，其中該泵是由彈性材料製成的球狀體，用以固持一容積的墨水及一可選擇性地壓縮該球狀體的引動器。
- 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，其中該儲器具有一壓力調節器，用以建立一位在該儲器內，在墨水上方的頂部空間內的預定壓力，該預定壓力係小於大氣壓。
- 如申請專利範圍第7項的噴墨印表機，其中該泵自該儲器抽引墨水，以將在該頂部空間內的壓力減小至成為準備列印用的預定壓力。
- 如申請專利範圍第8項的噴墨印表機，其中經由該泵自該儲器抽引的墨水係泵送入該準備好可列印的列印頭內。
- 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，其中該列印頭具有一分配歧管及複數安裝至該分配歧管的列印頭積體電路，使得以墨水起動注給該分配歧管時，也起動注給該等列印頭積體電路。
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