TWI429542B - 具有回收墨水及壓力等化上游與下游墨水線的印表機 - Google Patents

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Kent Benjamen Kwan
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Christopher Hibbard
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Description

具有回收墨水及壓力等化上游與下游墨水線的印表機
本發明有關印表機及特別是噴墨印表機。其主要已被發展至提供一流體力學系統，該流體力學系統於正常列印期間控制一墨水靜壓，而且能夠注入(priming)及排墨(depriming)供列印頭替換。
該申請人已開發寬廣範圍之印表機，該等印表機採用頁寬列印頭代替傳統之往復式列印頭設計。頁寬設計增加列印速度，因該列印頭不會來回地橫越該頁面，以沈積一影像線。該頁寬列印頭僅只當其在高速運動通過時將該墨水沈積在該媒體上。此等列印頭已造成其可能在每分鐘約60頁之速率施行每英吋1600點之全彩列印，此速率係以先前之傳統噴墨印表機達不到的。
在這些速率列印迅速地消耗墨水，且這對供給墨水至該列印頭造成問題。不只是該流速較高，同時沿著一頁寬列印頭之整個長度分配該墨水係比將墨水餵入至一相當小之往復式列印頭更複雜的。特別地是，該墨水靜壓需要小心控制，以避免列印頭溢流。該申請人先前已敘述用於控制頁寬列印頭用的墨水供給系統中之墨水靜壓的機構(看2007年2月21日提出之美國申請案第11/677,049號、及2007年10月16日提出之美國申請案第11/872,714號，其內容係以引用的方式併入本文中)。
此外，該申請人之高速A4頁寬印表機設計需要一列印頭卡匣之定期替換，該卡匣包括該列印頭。為了替換一列印頭卡匣，其係需要使一列印頭排墨，由該印表機移去該列印頭，以一新的替換列印頭替換該列印頭，及一旦該替換列印頭被安裝在該印表機中即注入之。因此，該墨水供給系統必需能夠有效率地施行注入及排墨操作，且較佳地是具有最小之墨水損耗。
於第一態樣中，本發明提供一印表機，其包括：一列印頭，其具有一墨水入口及一墨水出口；一調壓室，其包含相對該列印頭在一預定第一位準之墨水，該室包括：一出口通孔；一返回通孔，其被定位在該室之基底中；一通氣管，其由該返回通孔延伸，且終止在一定位於該墨水之第一位準上方的通氣管出口；及一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該墨水上方之頂部空間相通；一上游墨水線，其互連該出口通孔與該墨水入口；及一下游墨水線，其互連該返回通孔與該墨水出口，該下游墨水線具有一在該墨水之第一位準下方的區段循環，其中，於一列印組構中，該通氣管中之墨水的第二位準係等於該室中之墨水的第一位準。
選擇性地，該印表機包括用於維持該室中之墨水的預定第一位準之機構，墨水之該預定第一位準控制被供給至該墨水入口的墨水靜壓。
選擇性地，該相對於大氣壓力之靜壓被界定為ρ gh，其中ρ係墨水之密度，g係由於重力之加速度，且h係該墨水相對該列印頭之預定第一位準的高度。
選擇性地，用於維持墨水之該預定第一位準的機構包括一與浮閥配合之墨水儲存器，該浮閥被包含在該調壓室中。
選擇性地，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭，其中該閥座被定位在該調壓室的一入口通孔。選擇性地，該印表機另包括一與該入口通孔流體相通之墨水儲存器。
選擇性地，該浮閥係在該入口通孔藉由一正墨水壓力偏向一關閉位置，該正墨水壓力係藉由定位在該室上方之墨水儲存器所提供。
選擇性地，該印表機另包括一列印頭注入系統。
選擇性地，該系統包括一定位在該下游墨水線中之墨水泵。
選擇性地，該泵係一蠕動泵。
選擇性地，於一注入組構中，該泵由該出口通孔泵吸墨水朝向該返回通孔，以便注入該列印頭。
選擇性地，該泵係一可逆轉泵。
選擇性地，於一排墨組構中，該泵由該返回通孔泵吸墨水朝向該出口通孔，以便使該列印頭排墨。
選擇性地，該下游墨水線包括定位在該泵的任一側面上之線內過濾器。
選擇性地，該印表機另包括與該下游墨水線相通之第一空氣蓄壓器，該第一空氣蓄壓器被組構用於消除墨水壓力脈衝。
選擇性地，該列印頭包括一或多個與該列印頭中之墨水通道相通的第二空氣蓄壓器，該等第二空氣蓄壓器被組構用於消除墨水壓力脈衝。
選擇性地，該一或多個第二空氣蓄壓器被組構用於消除相當高頻之壓力脈衝，且該第一空氣蓄壓器被組構用於消除相當低頻之壓力脈衝。
選擇性地，該第一空氣蓄壓器比該一或多個第二空氣蓄壓器之每一個具有一較大容量。
選擇性地，該列印頭係可於該印表機中被移去地替換的。
選擇性地，該列印頭包括一入口耦接件及一出口耦接件，該入口耦接件係可分離地連接至一互補之上游墨水線耦接件，且該出口耦接件係可分離地連接至一互補之下游墨水線耦接件。
於第二態樣中，本發明提供一調壓室，用於相對一列印頭將在其中所包含之墨水維持在一預定第一位準，該室包括：一入口通孔，用於經由墨水供給管線連接至一墨水儲存器；一出口通孔，用於經由一上游墨水線連接至該列印頭之墨水入口；一返回通孔，用於經由一下游墨水線連接至該列印頭之墨水出口；一通氣管，其由該返回通孔延伸，且終止在一定位於該墨水之第一位準上方的通氣管出口；一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該墨水上方之頂部空間相通；及一浮閥，用於藉由控制墨水進入該入口通孔之流量維持墨水之該預定第一位準。
選擇性地，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭，其中該閥座被定位在該調壓室的入口通孔。
選擇性地，該閥頭包括一用於關閉該閥座之傘狀蓋子。
選擇性地，該室之基底的外表面包括該閥座。
選擇性地，該浮閥被組構成使得該閥桿之往下運動使該傘狀蓋子由該閥座移位。
選擇性地，在該入口通孔的一正墨水壓力驅策該傘狀蓋子抵靠著該閥座。
選擇性地，該正墨水壓力係藉由一定位在該室上方及與該入口通孔流體相通之墨水儲存器所提供。
選擇性地，該閥桿係定位於該樞軸及該浮球之間。
選擇性地，該入口通孔及該出口通孔被定位朝向該室之基底。
選擇性地，該返回通孔被定位在該室之基底。
選擇性地，該排氣孔包括一透氣的隔膜，其係不能讓墨水透過的。
選擇性地，該調壓室包括一頂壁孔腔，且其中該通氣管具有一定位在該頂壁孔腔中之通氣管出口。
選擇性地，該返回通孔包括一線內墨水過濾器。
於第三態樣中，本發明提供一印表機，其包括：一列印頭，其具有一墨水入口及一墨水出口；一墨水室，用於供給墨水至該列印頭，該室具有一出口通孔；一上游墨水線，其互連該出口通孔與該墨水入口；一下游墨水線，其連接至該墨水出口；及一第一空氣蓄壓器，其與該下游墨水線相通，該第一空氣蓄壓器被組構用於在列印期間消除該列印頭中之墨水壓力脈衝。
選擇性地，該列印頭包括一或多個與該列印頭中之墨水通道相通的第二空氣蓄壓器，該等第二空氣蓄壓器被組構用於在列印期間消除該列印頭中之墨水壓力脈衝。
選擇性地，該一或多個第二空氣蓄壓器被組構用於消除相當高頻之壓力脈衝，且該第一空氣蓄壓器被組構用於消除相當低頻之壓力脈衝。
選擇性地，該第一空氣蓄壓器比該一或多個第二空氣蓄壓器之每一個具有一較大容量。
選擇性地，該下游墨水線包括一線內墨水泵，用於注入該列印頭及/或使該列印頭排墨。
選擇性地，該第一空氣蓄壓器被定位於該墨水出口及該泵之間。
選擇性地，該泵係一可逆轉之蠕動泵。
選擇性地，該下游墨水線包括定位在該泵的任一側面上之線內過濾器。
選擇性地，該下游墨水線互連該墨水出口及該室中之返回通孔，用於回收進入該室之墨水。
選擇性地，該室包括由該返回通孔延伸至高於該室中之墨水的一位準之通氣管。
選擇性地，該室包括一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該墨水上方之頂部空間相通，以便等化該上游及下游墨水線中之靜壓。
選擇性地，該室係一調壓室，用於控制供給至該列印頭的墨水之靜壓。
選擇性地，該室包括用於相對該列印頭維持該室中之墨水的預定第一位準之機構。
選擇性地，該相對於大氣壓力之靜壓被界定為ρgh，其中ρ係墨水之密度，g係由於重力之加速度，且h係該墨水相對該列印頭之預定第一位準的高度。
選擇性地，用於維持墨水之該預定第一位準的機構包括一與浮閥配合之墨水儲存器，該浮閥被包含在該調壓室中。
選擇性地，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭，其中該閥座被定位在該調壓室的一入口通孔。選擇性地，該調壓室之該入口通孔及該出口通孔被定位朝向該室之基底。
選擇性地，該印表機另包括一與該入口通孔流體相通之墨水儲存器。
選擇性地，該列印頭係於該印表機中可移去地替換。
選擇性地，該列印頭包括一入口耦接件及一出口耦接件，該入口耦接件係可分離地連接至一互補之上游墨水線耦接件，且該出口耦接件係可分離地連接至一互補之下游墨水線耦接件。
於第四態樣中，本發明提供一注入列印頭之方法，該方法包括以下步驟：
(i)提供一列印頭，其具有複數用於射出墨水的噴嘴、一墨水入口及一墨水出口；
(ii)提供一墨水室，其具有一經由上游墨水線連接至該墨水入口之出口通孔，該墨水室具有藉由一閥所控制之入口通孔；
(iii)藉由從該墨水室泵吸墨水、經過該列印頭、及進入一連接至該墨水出口之下游墨水線注入該列印頭；及
(iv)如果該室中之墨水的位準掉落至低於一預定第一位準，打開該閥，且當該閥被打開時，以來自墨水儲存器之墨水補充。
選擇性地，該列印頭係一頁寬噴墨式列印頭。
選擇性地，該閥係一定位在該室中之浮閥。
選擇性地，當該室中之浮球掉落至低於該預定之第一位準時，該閥被打開。
選擇性地，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭，其中該閥座被定位在該室的入口通孔。
選擇性地，該室包括一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該墨水上方之頂部空間相通。
選擇性地，該泵吸係藉著一線內墨水泵。
選擇性地，該墨水泵被定位在該下游墨水線中。
選擇性地，該墨水泵係一蠕動泵。
選擇性地，該泵係可逆轉的。
選擇性地，墨水係於注入期間由該下游墨水線回收退入該室。
選擇性地，該室包括一連接至該下游墨水線之返回通孔，及一由該返回通孔延伸至該室中之墨水上方的通氣管。
選擇性地，該墨水係在被回收退入該室之前過濾。
選擇性地，墨水在重力之下由該墨水儲存器排入該墨水室。
選擇性地，該墨水室於正常列印期間用作一調壓室，該室控制供給至該列印頭之墨水的靜壓。
選擇性地，墨水之該注入及該補充伴隨地發生。
選擇性地，該列印頭包括：一墨水分佈集管，其具有該墨水入口與該墨水出口；及一或多個列印頭集成環路，其被安裝在該集管上，每一列印頭集成環路包括複數噴嘴。
選擇性地，該注入包括以墨水充填該集管及藉由毛細管作用注入該列印頭集成環路。
於第五態樣中，本發明提供使一列印頭排墨之方法，該方法包括以下步驟：
(i)提供一列印頭，其具有複數用於射出墨水的噴嘴、一墨水入口及一墨水出口；
(ii)提供一墨水室，其具有一經由上游墨水線連接至該墨水入口之出口通孔，該墨水室具有藉由一閥所控制之入口通孔；
(iii)藉由從一連接至該墨水出口之下游墨水線泵吸墨水、經過該列印頭、及進入該墨水室而使該列印頭排墨；及
(iv)當該室中之墨水的位準抵達一預定第一位準時，關閉該閥，藉此由一與該入口通孔流體相通之墨水儲存器隔離該墨水室。
選擇性地，該列印頭係一頁寬噴墨式列印頭。
選擇性地，該閥係一定位在該室中之浮閥。
選擇性地，當該室中之浮球抵達該預定第一位準時，該閥被關上。
選擇性地，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭，其中該閥座被定位在該室的入口通孔。
選擇性地，該室包括一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該墨水上方之頂部空間相通。
選擇性地，該泵吸係藉著一線內墨水泵。
選擇性地，該墨水泵被定位在該下游墨水線中。
選擇性地，該墨水泵係一蠕動泵。
選擇性地，該泵係可逆轉的。
選擇性地，該室包括一連接至該下游墨水線之返回通孔，及一由該返回通孔延伸至該室中之墨水上方的通氣管。
選擇性地，該下游墨水線包括定位在該泵的任一側面上之線內過濾器。
選擇性地，該墨水室於正常列印期間用作一調壓室，該室控制供給至該列印頭之墨水的靜壓。
選擇性地，用於至少該排墨之時期，該閥係組構成關上。
選擇性地，該方法另包括以下步驟：
(v)移去該經排墨之列印頭；及
(vi)以一替換列印頭替換該經排墨之列印頭。
選擇性地，該方法另包括該步驟：
(vii)藉由從該墨水室泵吸墨水、經過該列印頭、及進入該下游墨水線而注入該替換列印頭。
於第六態樣中，本發明提供一調壓室，用於相對一列印頭將在其中所包含之墨水維持在一預定第一位準，該室包括：一入口通孔，用於經由墨水供給管線連接至一墨水儲存器；一出口通孔，用於經由一上游墨水線連接至該列印頭之墨水入口；一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該墨水上方之頂部空間相通；及一浮閥，用於藉由控制墨水進入該入口通孔之流量維持墨水之該預定第一位準，其中該浮閥係藉由一正墨水壓力在該入口通孔偏向一關閉位置。
選擇性地，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭，其中該閥座被定位在該調壓室的入口通孔。
選擇性地，該閥頭包括一用於關閉該閥座之傘狀密封蓋子。
選擇性地，該室之基底的外表面包括該閥座。
選擇性地，該浮閥被組構成使得該閥桿之往下運動朝向該基底使該傘狀蓋子由該閥座移位。
選擇性地，在該入口通孔之正墨水壓力驅策該傘狀密封蓋子抵靠著該閥座。
選擇性地，該正墨水壓力係藉由定位在該室上方之墨水儲存器所提供。
選擇性地，該閥桿被定位在該樞軸及該浮球之間。選擇性地，該入口通孔及該出口通孔被定位朝向該室之基底。
選擇性地，該調壓室包含括一定位在該室之基底的返回通孔。
選擇性地，該調壓室包含括一由該返回通孔延伸及終止在一通氣管出口之通氣管，該通氣管出口定位在該墨水之第一位準上方。
選擇性地，該調壓室包括一頂壁孔腔，且其中該通氣管具有一定位在該頂壁孔腔中之通氣管出口。
選擇性地，該排氣孔包括一透氣的隔膜，該隔膜係不能讓墨水透過的。
選擇性地，該返回通孔包括一線內墨水過濾器。
 列印引擎及列印頭卡匣概觀
圖1顯示一安裝在列印引擎3中之列印頭卡匣2。該列印引擎3係一印表機之機械核心，其可具有很多不同之外部殼體形狀、墨水槽位置及容量、以及媒體餵入與收集盤。該列印頭卡匣2能被插入該列印引擎3及由該列印引擎3移去，而能夠定期地替換。為移去該列印頭卡匣2，使用者舉起一閂扣27，及由該列印引擎3舉出該卡匣。圖2使該列印頭卡匣2移去地顯示該列印引擎3。
當把該列印頭卡匣2插入該列印引擎3時，在該卡匣及該列印引擎之間造成電及流體的連接。該列印頭卡匣2上之接點33(看圖4)與該列印引擎3上之互補接點(未示出)嚙合。此外，該列印頭卡匣2上之墨水入口集管48及墨水出口集管50與該列印引擎3上之互補插座20咬合。該墨水入口集管耦接件48提供複數用於該列印頭卡匣2之墨水入口，每一入口對應於一不同色彩之通道。同樣地，該墨水出口集管耦接件50提供複數用於該列印頭卡匣2之墨水出口，每一出口對應於一不同色彩之通道。如將在下面更詳細地說明，本發明之流體力學系統典型需要墨水由一墨水入口至一墨水出口流經該列印頭卡匣2，以便達成該列印頭之注入及排墨。
再次參考圖2，使該列印頭卡匣2被移去，在每一插座20中顯露孔口22。每一孔口22分別承納該入口及出口集管48及50上之互補之嘴管52及54(看圖5)。
墨水被由調壓室106供給至一入口插座20B之後面，該等調壓室通常被安裝朝向該列印引擎3的基底(看圖7)。該等調壓室藉由重力從安裝在該列印引擎3上之其他地方的墨水槽128承接墨水。
墨水由一出口插座20A之後面離開，該出口插座係經由導管連接至一氣泡-爆裂盒(在圖2中未示出)。流體系統及其零組件之細節將在下面更為詳細地敘述。
圖3係由該列印引擎3移去之整個列印頭卡匣2的透視圖。該列印頭卡匣2具有一頂部模製件44及一可移去之保護蓋42。該頂部模製件44具有一用於結構剛性之中心腹板，且提供具有特定結構的抓握表面58，用於在插入及移去期間操縱該卡匣。在安裝於該印表機中之前，該保護蓋42之基底部份保護列印頭積體電路(ICs)30及該列接點33(看圖4)。蓋子56係與該基底部份一體成形及蓋住墨水入口嘴管52及出口嘴管54(看圖5)。
圖4使其保護蓋42被移去地顯示該列印頭卡匣2，以暴露一底部表面上之列印頭ICs(在圖4中未示出)、及該列印頭卡匣的一側表面上之該列接點33。該保護蓋42可為被拋棄或裝至一待替換之列印頭卡匣，以便裝盛任何來自剩餘墨水之滲漏。
圖5係該列印頭卡匣2之局部分解透視圖。該頂蓋模製件44已被移去，以顯露該入口集管耦接件48及該出口集管耦接件50。入口及出口護罩46及47亦已被移去，以暴露該五個入口嘴管52及五個出口嘴管54。該等入口及出口嘴管52及54與一附接至該入口及出口集管48及50的液晶高分子(LCP)孔腔模製件72中之對應墨水入口60及墨水出口61連接。該等墨水入口60及墨水出口61之每一個係與一LCP通道模製件68中之對應主要通道24流體相通(看圖6)。
現在參考圖6，該五個主要通道24延伸該LCP通道模製件68之長度及餵入該LCP模製件68的底側上之一系列精細通道。具有複數界定在其中之空氣孔腔26的LCP孔腔模製件72與該LCP通道模製件68之頂側咬合，使得該等空氣孔腔與該等主要通道24流體地相通。藉由壓縮該等孔腔中之空氣，該空氣孔腔26具有消除沿著該主要通道24被供給的墨水中之震波或壓力脈衝的作用。
一晶片黏著薄膜66具有一接合至該LCP通道模製件68之底側的表面及一接合至複數列印頭ICs 30之相反表面。該薄膜66中之複數雷射燒蝕孔洞67提供該等列印頭ICs 30及該等主要通道24間之流體連通。可在美國專利公告第2007/0206056號中發現該等列印頭ICs 30、該薄膜66、及該LCP通道模製件68之配置的進一步細節，其內容係以引用的方式併入本文中。可譬如在2008年1月16日提出之美國專利申請案第12/014,769號中發現該入口集管48及出口集管50之進一步細節，其內容係以引用的方式併入本文中。
藉由一撓性印刷電路板(PCB)70提供至該列印頭ICs 30之電連接，該PCB捲繞著該LCP模製件72及68，且與由每一列印頭IC 30上之接合墊片(未示出)延伸的銲線64連接。該等銲線64被銲線保護裝置62所保護。如上面所述，該撓性PCB 70包括該等接點33，當該列印頭卡匣2被安裝供使用時，該等接點與該列印引擎3中之互補接點連接。
流體力學系統
由前文，應了解該列印頭卡匣2具有複數墨水入口60及墨水出口61，該卡匣能經過附接該等列印頭ICs 30的LCP通道模製件68中之主要通道24餵入墨水。現在將詳細地敘述供給墨水至該列印頭及由該列印頭供給墨水之流體力學系統。用於避免懷疑，一“列印頭”可包括譬如隨同附接至其上之列印頭ICs 30的LCP通道模製件68。如此，具有至少一墨水入口及選擇性地至少一墨水出口之任何列印頭組件可在此被稱為“列印頭”。
參考圖7，概要地顯示有一按照本發明之流體系統100。該系統100之每一零組件的相對定位將在此參考該等概要圖面敘述。然而，應了解該列印引擎3中之每一零組件的正確定位對於熟諳此技藝者將為一種設計之選擇。
為單純故，該流體力學系統100被顯示用於一色彩通道。單一色彩通道列印頭當然係在本發明之範圍內。然而，該流體力學系統100更通常被使用於有關一具有複數色彩通道(例如五個色彩通道，如圖5及6所示)之全彩噴墨式列印頭。雖然以下之討論大致上有關一色彩通道，熟練之人士將輕易地了解多數色彩通道亦可對應於流體力學系統使用。
正常列印
於正常列印期間，其典型係需要在該流體力學系統中維持一恆定之墨水靜壓，該靜壓相對大氣壓力係負的。一負的墨水靜壓係需要的，以當列印中止時防止列印頭面部溢流。事實上，大部分市售噴墨式列印頭在負的墨水靜壓下操作，其通常係經過墨水槽中之毛細管泡沫的使用所達成。
於該流體的系統100中，調壓室106經由一上游墨水線134供給墨水104至該列印頭之墨水入口108。該調壓室106被定位在該列印頭102下方，且在其中維持墨水的一預定之設定位準110。該列印頭102在此設定位準110上方之高度h控制被供給至該列印頭的墨水104之靜壓。該實際之靜壓係藉由該熟知之方程式所決定：p=ρgh，在此p係該墨水靜壓，ρ係該墨水密度，g係由於重力之加速度，且h係該墨水相對該列印頭102之設定位準110的高度。該列印頭102典型被定位在墨水的設定位準110上方之大約10至300毫米之高度，選擇性地在該設定位準上方之大約50至200毫米、選擇性地大約80至150毫米、或選擇性地大約90至120毫米。
重力提供一很可靠及穩定之用於控制該墨水靜壓的機構。倘若該設定位準110保持恆定，則該墨水靜壓將亦保持恆定的。
該調壓室106包括一用於在正常列印期間維持該設定位準110之浮閥。該浮閥包括一槓桿支臂112，其係樞轉地安裝繞著定位在該支臂之一端部的樞軸114；及一浮球116，其安裝在該支臂112之另一端部。一閥桿118係在該樞軸114及該浮球116之間連接至該支臂112，以提供第二型槓桿。該閥桿118具有呈傘狀蓋子119之形式的閥頭，相對該支臂112被固定至該閥桿的一遠側端部。該閥桿118係可滑動地承接在一閥導套中，以致該傘狀蓋子119可密封地嚙合一閥座122。此閥門配置控制墨水經過該調壓室106的入口通孔124之流動。該入口通孔124被定位朝向該室106之基底。
該設定位準110係藉由該墨水104中之浮球116的浮力(以及該室106相對該列印頭102之位置)所決定。該傘狀蓋子119將在該設定位準110密封抵靠著該底座122，但將於該浮球116(與藉此該閥桿118)之任何往下運動時開啟。較佳地是，於該浮閥中應有最小磁滯現象，以便使靜壓中之變化減至最小。
當該浮閥被關上時，該傘狀蓋子119藉由來自該墨水儲存器128之正墨水壓力被驅策抵靠著該底座122(藉由該室的基底之外表面所界定)。當該閥被關上時，此正密封壓力使經由該入口通孔124來自該室106之任何墨水滲漏減至最小。圖8A於一關閉位置中顯示該閥，使該傘狀蓋子119與該閥座122嚙合。
因墨水104於正常列印期間係抽自該室106的一出口通孔126，該浮球116增量地往下運動，其移位該傘狀蓋子119及打開該入口通孔124，藉此允許墨水由定位在該室上方之墨水儲存器128再充填該室。這樣一來，該設定位準110被維持及該列印頭102中之墨水靜壓保持恆定。圖8B於一打開位置中顯示該閥，使該傘狀蓋子119由該閥座122移位。
該浮球116較佳地是佔有該室106之一相當大容量，以便提供最大之閥門關閉力量。此關閉力量被該槓桿支臂112所放大。然而，該浮球116應被組構，以致其不會接觸該室106之側壁，以便避免黏著。
墨水104係藉由定位在該設定位準110上方之任何高度的墨水儲存器128供給至該調壓室106。該墨水儲存器128典型係一使用者-可替換的墨水槽或墨水匣，其當被安裝在該印表機中時與一墨水供給管線130連接。該墨水供給管線130提供該墨水儲存器128及該調壓室106的入口通孔124間之流體的連通。
該墨水儲存器128經由第一排氣孔132排氣至大氣，其通入該墨水儲存器之頂部空間。據此，該墨水104可僅只當該浮閥打開該入口通孔124時排入該調壓室106。該排氣孔132包括一疏水性蜿蜒的通道135，其當該墨水卡匣被翻倒時使經過該排氣孔之墨水損失減至最小。該排氣孔132亦可被只使用一次的密封條(未示出)所覆蓋，其係於該印表機中之墨水匣的安裝之前移去。
該列印頭102具有一墨水入口108，其經由一上游墨水線134連接至該出口通孔126。該列印頭102係可藉著該入口及出口耦接件48及50所移去。
將了解如上述之壓力調節能以'關閉'具有一墨水入口、但沒有墨水出口之列印頭所達成。然而，為著要注入之目的(在下面敘述)，圖7所示列印頭102亦具有一墨水出口136，其經由該出口耦接件50被連接至一下游墨水線138。該下游墨水線138係連接至該室106之返回通孔152，且包括一線內蠕動墨水泵140。該泵140將該下游墨水線分成一泵入口線149及一泵出口線150。
該返回通孔152被定位在該室之基底，且係連接至一通氣管160，其延伸朝向在墨水104的位準上方之室的頂壁。該泵出口線150具有一於該泵140及該返回通孔152間之線內過濾器154。該室106及通氣管160被組構成致使一通氣管出口161總是在墨水104的位準上方，縱使墨水之位準抵達該室之頂壁。譬如，該通氣管出口161可被定位在該室106之頂壁孔腔中。將了解該通氣管160可被該室的側壁中之通道或孔腔所界定，以便使該室106內側之空間最大化。
於正常列印期間，該泵140被保持打開，且該流體力學系統100中之墨水的靜壓被該調壓室106中之墨水的設定位準110獨自地控制。第二排氣孔162被提供於該室106之頂壁中，且經由透氣的隔膜163(例如Goretex)與一頂部空間相通。既然該上游墨水線134及該下游墨水線138中之墨水104係經由該第二排氣孔164通至大氣，此墨水被保持在相同之靜壓。因此，於正常列印期間，當該泵140被保持打開時，該通氣管160中之墨水在該設定位準110平衡。為此目的，其重要的是該下游墨水線138具有一“迴路區段”137，其通過該設定位準110之位準下方，允許該列印頭102之上游及下游側面平衡至該設定位準110。定位在該調壓室106的基底中之返回通孔152、及該通氣管160有效地確保事實為此。
墨水壓力顫動之消除
如上述，該列印頭102係設有複數空氣孔腔26，該等空氣孔腔被組構成消除當墨水被供給至列印頭噴嘴時之流體的壓力脈衝。墨水壓力顫動於高速頁寬列印中係有問題的，且較佳地是當墨水係在大體上恆定之靜壓下供給時達成高品質列印。該等空氣孔腔26被組構及設計尺寸，以藉由壓縮該等孔腔中所誘捕之空氣消除該流體力學系統中之高頻壓力脈衝。
為了消除低頻墨水壓力脈衝，該泵入口線149(其係該下游墨水線138的一區段)與一空氣蓄壓器139相通，該空氣蓄壓器具有一比每一空氣孔腔26較大之容量。藉由壓縮該空氣蓄壓器139所誘捕之空氣消除低頻墨水壓力脈衝。
雖然定位於該下游墨水線138中係較佳的，既然該列印頭中之過度阻尼可不利地影響該列印頭之注入能力，該空氣蓄壓器139可另一選擇地形成該列印頭102的一部份。
該等空氣孔腔26及該空氣蓄壓器139之結合於正常列印期間提供高頻及低頻墨水壓力脈衝兩者之優異的消除。再者，來自該調壓室106之墨水的重力控制下之供給於列印期間在該流體力學系統100中提供一穩定及精確之靜壓。
列印頭注入
當一印表機被第一次設定時、或當一印表機已被長時期保持閒置時，在替換一列印頭102之後可為需要列印頭注入。經由該上游墨水線134、經過該列印頭102、及再次經由連接至該下游墨水線138之墨水出口136離開，列印頭注入需要墨水104被餵入該列印頭102之墨水入口108。一旦該墨水104被餵入經過該列印頭102的LCP通道模製件68中之主要通道24，該等列印頭ICs 30係藉由毛細管作用注入。
參考圖7，該可逆轉蠕動泵係在一向前(亦即注入方向)中被打開，以便由該出口通孔126泵吸墨水、經過該列印頭102、及回至該返回通孔152。於此注入組構中，該泵140具有一任意之泵出口144及一泵入口146。不證自明地，既然該泵係可逆轉的，該泵出口144及入口146可被顛倒。然而，為了清楚之故，該系統100係參考在上面所界定之任意泵出口及入口標示作敘述。
泵吸係定時的，且可被持續達一需要充分注入該列印頭102及/或由該流體力學系統100泵吸出所有氣泡之時期。因此，縱使該列印頭102已經被注入，可仍然需要一注入操作，以消除氣泡，該等氣泡可能已自該最後之注入操作累積(譬如，藉由大氣壓力變化、大氣溫度波動、列印頭冷卻等)。應注意的是於注入期間，墨水經由該返回通孔152之回收確保沒有墨水被浪費，縱使墨水被泵吸經過該系統達一相當長之時期、例如5-30秒。
一線內過濾器154被定位於該返回通孔152及該泵出口144之間，以保護該列印頭102在注入期間免於遭受任何潛在泵碎物。該過濾器154可為該調壓室106的一零組件，如圖7所概要地顯示。
當墨水104係由該室106泵吸至一被排墨之列印頭時，墨水104於該室中之位準最初下降，因該墨水裝滿該LCP通道24及下游墨水線138。當該室106中之墨水位準下降時，該浮閥打開該入口通孔124，允許將待由該墨水儲存器128補充該室中之墨水(藉由類似該浮閥於正常列印期間之操作)。因此，該浮閥能於最初之注入期間維持該設定位準110。在短時期的泵吸之後，抵達平衡，藉此墨水由該通氣管出口161在與被由該出口通孔126所泵吸之墨水相同的速率下流涎。既然該室中之墨水位準係在該設定位準110，一旦墨水開始由該通氣管出口161流動，該入口通孔被該浮閥所關上。用於任何時期，於此平衡狀態中，墨水可被循環繞著該系統，而足以確保氣泡之移除，且不會浪費任何墨水。
於注入(或排墨)期間，該墨水儲存器128係藉由一線內止回閥170保護免於來自該室106之墨水的任何逆流。該止回閥170被定位在互連該墨水儲存器128及該入口通孔124之墨水供給管線130中，典型作為至該墨水儲存器之耦接件172的一部份。該止回閥170允許墨水由該墨水儲存器128排入該室106，但不允許墨水流動於該相反方向中。
列印頭排墨
為了替換一列印頭102，該舊的列印頭必需首先被排墨。沒有此排墨，列印頭之替換將是一無法忍受地麻煩操作。於排墨期間，該蠕動泵140係顛倒，且墨水係經由該出口通孔126從該下游墨水線138抽出、經過該列印頭102、及退入該調壓室106。
既然該調壓室106中之墨水104的位準現在上昇，該浮閥關閉該入口通孔124，藉此由該墨水儲存器128隔離該室106。因此，該浮閥不只於正常列印期間調節該墨水靜壓，同時亦具有在排墨期間由該墨水儲存器128隔離該調壓室106之作用。當然，該調壓室將具有充分之容量，以於排墨期間容納在其中所承接之墨水。
顯著地，於排墨期間有最小或沒有墨水損耗，因為該列印頭102及下游導管138中之墨水係全部回收退入該調壓室106供重複利用。
一過濾器系統180在排墨期間保護該列印頭102免於潛在之泵碎物。該過濾器系統180包括該泵入口線149中之線內過濾器182及一選擇性的止回閥迴路184，其確保墨水在排墨期間、但不會於注入期間被強制經過該過濾器182。因此，任何泵碎物被局限於該二過濾器154及182間之下游墨水線138的區段中，且因此不能污染該列印頭102。
一旦該下游墨水線138、該列印頭102、及該上游墨水線134中之所有墨水已被抽入該調壓室106，該泵140被關掉。該泵140典型在預定時期(例如2-30秒)之後被關掉。當該泵被關掉時，一些來自該調壓室106之墨水104流入該上游線134，直至其與該室106中之墨水的位準等化。在此排墨之階段，既然該調壓室中之墨水104的體積係相當高，該墨水在一高於該設定位準110之位準等化，且該浮閥保持該入口通孔124關閉。因此，防止墨水104由該墨水儲存器128排入該上游墨水線134，因為該浮閥由該室106隔離該墨水儲存器。
在該排墨操作及使該泵被關掉之後，該列印頭102可被移去及以一替換列印頭替換。既然該列印頭102係藉由該排墨操作排出墨水，該替換操作可被相當乾淨地執行。一旦被安裝，該替換(未注入)列印頭可藉由上述該注入操作注入。
當然，應了解本發明已純粹地被敘述當作範例，且可在本發明之範圍內作成細部之修改，其被所附申請專利範圍所界定。
2．．．列印頭卡匣
3．．．列印引擎
20．．．插座
20A．．．出口插座
20B．．．入口插座
22．．．孔口
24．．．主要通道
26．．．空氣孔腔
27．．．閂扣
30．．．積體電路
33．．．接點
42．．．保護蓋
44．．．頂部模製件
46．．．護罩
47．．．護罩
48．．．墨水入口集管
50．．．墨水出口集管
52．．．嘴管
54．．．嘴管
56．．．蓋子
58．．．抓握表面
60．．．墨水入口
61．．．墨水出口
62．．．銲線保護裝置
64．．．銲線
66．．．晶片黏著薄膜
67．．．雷射燒蝕孔洞
68．．．通道模製件
70．．．印刷電路板
72．．．孔腔模製件
100．．．流體系統
102．．．列印頭
104．．．墨水
106．．．調壓室
108．．．墨水入口
110．．．設定位準
112．．．槓桿支臂
114．．．樞軸
116．．．浮球
118．．．閥桿
119．．．傘狀蓋子
122．．．閥座
124．．．入口通孔
126．．．出口通孔
128．．．墨水槽
130．．．墨水供給管線
132．．．排氣孔
134．．．上游墨水線
135．．．蜿蜒的通道
136．．．墨水出口
137．．．迴路區段
138．．．下游墨水線
139．．．空氣蓄壓器
140．．．泵
144．．．泵出口
146．．．泵入口
149．．．泵入口線
150．．．泵出口線
152．．．返回通孔
154．．．線內過濾器
160．．．通氣管
161．．．通氣管出口
162．．．排氣孔
163．．．隔膜
164．．．排氣孔
170．．．止回閥
172．．．耦接件
180．．．過濾器系統
182．．．線內過濾器
184．．．止回閥迴路
圖1顯示一安裝在印表機的列印引擎中之列印頭卡匣；
圖2顯示沒有安裝該列印頭卡匣之列印引擎，以暴露入口及出口墨水集管；
圖3係該整個列印頭卡匣之透視圖；
圖4使該保護蓋移去地顯示圖3之列印頭卡匣；
圖5係圖3所示列印頭卡匣之分解透視圖；
圖6係一列印頭之分解透視圖，該列印頭形成圖3所示列印頭卡匣的一部份；
圖7係根據本發明之流體力學系統的概要圖；
圖8A顯示一在關閉位置中之閥門配置；及
圖8B顯示圖8A之閥門配置於一打開位置中。
100．．．流體系統
102．．．列印頭
104．．．墨水
106．．．調壓室
108．．．墨水入口
110．．．設定位準
112．．．槓桿支臂
114．．．樞軸
116．．．浮球
118．．．閥桿
119．．．傘狀蓋子
122．．．閥座
124．．．入口通孔
126．．．出口通孔
128．．．墨水槽
130．．．墨水供給管線
132．．．排氣孔
134．．．上游墨水線
135．．．蜿蜒的通道
136．．．墨水出口
137．．．迴路區段
138．．．下游墨水線
139．．．空氣蓄壓器
140．．．泵
144．．．泵出口
146．．．泵入口
149．．．泵入口線
150．．．泵出口線
152．．．返回通孔
154．．．線內過濾器
160．．．通氣管
161．．．通氣管出口
162．．．排氣孔
163．．．隔膜
170．．．止回閥
172．．．耦接件
180．．．過濾器系統
182．．．線內過濾器
184．．．止回閥迴路

Claims (14)

  1. 一種印表機，包括：一列印頭，其具有一墨水入口及一墨水出口；一調壓室，其被定位在該列印頭下方的一高度，該調壓室係配置來包含墨水，且包括：一入口通孔；一出口通孔；一返回通孔，其被定位在該調壓室之基底中；一通氣管，其由該返回通孔延伸，且終止在定位於該調壓室的一頂部空間的一通氣管出口；及一通至大氣之排氣孔，該排氣孔與該調壓室的該頂部空間相通；一上游墨水線，其互連該出口通孔與該墨水入口；一下游墨水線，其互連該返回通孔與該墨水出口，該下游墨水線具有在該調壓室下方的一循環區段；以及一墨水儲存器，其被定位在該調壓室上方的一高度且與該入口通孔流體相通；其中，該調壓室包括用於維持該調壓室中之墨水的一預定第一位準之浮閥，該浮閥包括：一支臂，其繞著一樞軸樞轉地安裝；一浮球，其被安裝在該支臂的一端部；及一閥桿，其附接至該支臂，該閥桿具有用於關閉一閥座之閥頭， 其中，該閥座被定位在該調壓室的該入口通孔，該入口通孔被定位在該調壓室的基底，且該閥頭在該入口通孔藉由一正墨水壓力偏向一關閉位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之印表機，另包括一列印頭注入系統。
  3. 如申請專利範圍第2項之印表機，其中該注入系統包括一定位在該下游墨水線中之墨水泵。
  4. 如申請專利範圍第3項之印表機，其中該泵係一蠕動泵。
  5. 如申請專利範圍第2項之印表機，其中，於一主要注入組構中，該泵由該出口通孔泵吸墨水朝向該返回通孔，以便注入該列印頭。
  6. 如申請專利範圍第3項之印表機，其中該泵係一可逆轉泵。
  7. 如申請專利範圍第6項之印表機，其中，於一排墨之組構中，該泵由該返回通孔泵吸墨水朝向該出口通孔，以便使該列印頭排墨。
  8. 如申請專利範圍第6項之印表機，其中該下游墨水線包括定位在該泵的任一側面上之線內過濾器。
  9. 如申請專利範圍第1項之印表機，另包括與該下游墨水線相通之第一空氣蓄壓器，該第一空氣蓄壓器被組構用於消除墨水壓力脈衝。
  10. 如申請專利範圍第9項之印表機，其中該列印頭包括一或多個與該列印頭中之墨水通道相通的第二空氣蓄 壓器，該等第二空氣蓄壓器被組構用於消除墨水壓力脈衝。
  11. 如申請專利範圍第10項之印表機，其中該一或多個第二空氣蓄壓器被消除相對高頻之壓力脈衝，且該第一空氣蓄壓器被組構用於消除相對低頻之壓力脈衝。
  12. 如申請專利範圍第11項之印表機，其中該第一空氣蓄壓器比該一或多個第二空氣蓄壓器之每一個具有一較大容量。
  13. 如申請專利範圍第1項之印表機，其中該列印頭係可於該印表機中被移去地替換的。
  14. 如申請專利範圍第13項之印表機，其中該列印頭包括一入口耦接件及一出口耦接件，該入口耦接件係可分離地連接至一互補之上游墨水線耦接件，且該出口耦接件係可分離地連接至一互補之下游墨水線耦接件。
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