[发明专利]用于为喷墨打印设备中的往复运动的打印头供给墨水的系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及液滴沉积设备，尤其喷墨打印设备。更具体地说，本发明涉及用于喷墨打印机的墨水(ink)输送系统。

发明背景

打印机用于将产生信息的计算机或相似类型的设备的输出打印到记录介质例如纸张上。通常可用的打印机类型包括击打式打印机、激光打印机和喷墨打印机。用语″喷墨″涵盖了各种物理过程和硬件，但基本上这些打印机将墨水以精细墨滴的图案样式从墨水源传送到记录介质上。喷墨打印头连续地或者按需地产生墨滴。″连续地″意味着通过例如墨水源加压而产生连续的墨滴流。″按需″不同于″连续地″，因为墨滴只是通过操作物理过程，短暂地克服将墨水保持在打印头中的表面张力，从而从打印头中喷射出来的。墨水保持在喷嘴中，形成弯月面。墨水保持在原位，直到某些其它力克服液体中固有的表面张力时为止。最通用的实践是突然升高墨水上的压力，将其喷射出喷嘴。一类按需滴墨的喷墨打印头使用电致伸缩的物理现象，响应于所应用的电场而引起的转换器尺寸上的变化。电致伸缩材料在压电材料中是最为结实可靠的，并因此将这些打印头称为压电打印头。非常小的压电材料的尺寸变化在大的区域上获得控制，以发生体积变化，其足够大以致于可将墨滴挤出小室。根据电致伸缩原理，压电打印头包括多个设置成阵列的小的墨水室，各个墨水室具有单独的喷嘴和百分数可变形的壁区域，以产生从喷嘴喷射出墨滴所需要的体积变化。

本发明处理将墨水供给墨水室的方式，墨水的调节和墨水调节对喷墨打印头操作的影响。

墨水室中的夹带空气

已经知道在压电打印头的墨水室中的气泡的存在时常造成打印头的运转故障。如果空气存在于墨水室中，由于墨水室壁的部分的压电变形所引起的预期的气压变化将被空气吸收，保持墨水压力未受影响。喷嘴中的墨水的表面张力保持弯月面，并且将没有墨滴从墨水室中喷射出来。在压电打印头中的压电转换器操作的频率下，即在千赫至兆赫的范围内，不仅墨水中的气泡而且溶解的空气都可造成上述操作故障。在现有技术中，已经公开了通过在墨水室上游，即在墨水进入墨水室之前产生气阱，以避免墨水室中的气泡的构思。在EP-A-0714779和US 4,929,963中已经提出了采用空气缓冲器或气体分离器形式的方法，其允许在墨水供给到打印头之前，使气泡升高，并从中间储池的墨水中排出。在US 5,771,052中，公开了一种作为喷墨打印头内部一部分的脱气管。脱气管是透气的，墨水不可渗透的管状的隔膜，其允许通过隔膜，经由真空源而从墨水中抽出空气。

在快速扫描应用中的喷嘴的背压力控制

墨水供给系统中的第二注意点是喷嘴处的压力，其对于良好调节且良好操作的打印头是很关键的。喷墨打印头最好在略负的喷嘴压力或背压力下操作。在实践中，这时常通过在通风的供给储池中的自由墨水液面和喷嘴中的弯月面之间保持高度差来实现。也就是说，通风的供给储池中的自由墨水液面通过重力方式保持在喷嘴中的弯月面水平两厘米以下。这种高度差建立了流体静压力差，以控制喷嘴处的背压力。在往复运动的打印头配置中，墨水供给储池是离轴定位的，即非扫描定位的，因为否则墨水供给储池对打印头的降低位置将干涉打印介质输送路径。如US 4,929,963中所公开的那样，柔性管道用于将离轴的墨水供给储池与轴上的打印头连接起来。在打印头加速和减速期间，在管道中产生压力波，其可显著地扰乱弯月面上的压力平衡，并可能导致在负压降低的情况下的喷嘴泄露，或者在负压增加的情况下的弯月面阻断，并将空气带入到墨水通道中。已经提出了许多方法来控制往复运动打印头的应用中的背压力。在EP-A-1120257和US 6,485,137中公开了一种采用压力缓冲器或减震器形式的背压力调节机构，其与打印头一起安装在往复运动的支架上。对于高于1G的支架加速度和减速度，这些设备的响应时间是不够的。在EP-A-1142713中使用一种通风的子储池。子储池用作靠近打印头的局部的墨水储槽，并且间歇地从离轴定位的主储池中填充墨水。这种方法通过在通风的子储池的自由墨水液面和弯月面之间保持局部的流体静压力差而对喷嘴背压力提供较好的控制。

打印头中的墨水性能随时间的劣化(尤其对于在较长时期内未启用的喷嘴)