Сдвоенный последовательный регулятор давления для струйной печати
Изобретение относится к струйной печати, а более конкретно к системам для содержания и подачи чернил. Система включает источник чернил с первым, расположенным выше по ходу потока, регулятором давления, который поддерживает отрицательное давление чернил внутри источника чернил. Второй, расположенный ниже по ходу потока, регулятор давления в печатающей головке поддерживает отрицательное давление чернил в этой печатающей головке и обеспечивает податливость вблизи точки установки. Система для содержания и подачи чернил обеспечивает возможность отделения источника чернил и печатающей головки друг от друга без просачивания чернил. Система обеспечивает высокие поддерживаемые расходы чернил, позволяет достигать более «импульсных» (поддерживаемых на коротком интервале времени) расходов и позволяет осуществлять перемещение пузырьков воздуха по каналам системы в печатающую головку, и все это - при одновременном поддержании давления чернил в печатающей головке в диапазоне, требуемом для оптимальной работы печатающей головки. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.
Предпосылки создания изобретения
Изобретение относится к струйной печати, а более конкретно к системам для содержания и подачи чернил.
В системах струйной печати часто используется печатающая головка для струйной печати, установленная на каретке, которая совершает возвратно-поступательные перемещения поперек носителя печатаемой информации, такого как бумага. Когда печатающая головка перемещается поперек носителя печатаемой информации, электронный блок активизирует эжекторную часть печатающей головки для выброса или выпуска под напором капель чернил из эжекторных сопел на носитель печатаемой информации для формирования изображений и символов. Источник чернил обеспечивает пополнение чернил для эжекторной части печатающей головки.
В некоторых печатающих системах используется источник чернил, который выполнен с возможностью замены отдельно от печатающей головки. Когда источник чернил истощается, этот источник чернил вынимают и заменяют новым источником чернил. Печатающую головку затем сменяют в конце или незадолго до конца срока ее службы, но не тогда, когда чернила полностью исчерпаны. Когда сменная печатающая головка выполнена с возможностью использования с несколькими источниками чернил, ее можно назвать «полупостоянной» печатающей головкой. Этим подчеркивают отличие от сменной печатающей головки, которую заменяют вместе с каждым контейнером для чернил.
Для обеспечения надлежащей работы многие печатающие головки приходится устанавливать в пределах узкого диапазона небольшого отрицательного манометрического давления, величина которого обычно находится между 3 и 12 миллиметрами водяного столба. Манометрическим давлением называется давление, измеряемое относительно атмосферного давления. Все измерения давления, о которых идет речь в данной заявке, будут манометрическими давлениями. Если давление становится положительным, это может негативно повлиять на печать и содержание чернил внутри печатающей головки. Во время операции печати положительное давление может вызвать просачивание или прекращение выброса капель. Во время хранения положительное давление может вызвать просачивание из печатающей головки. Чернила, которые просачиваются во время хранения, могут накапливаться и коагулировать на печатающих головках и деталях принтера. Эти скоагулировавшие чернила могут постоянно ослаблять выброс капель из печатающей головки, в результате чего понадобится дорогостоящий ремонт принтера. Чтобы избежать положительного давления, в печатающей головке используют внутренний механизм для поддержания отрицательного давления. Поддержанию отрицательного давления может помешать воздух, присутствующий в печатающей головке. Когда печатающую головку сначала наполняют чернилами, при этом часто присутствуют пузырьки воздуха. Кроме того, воздух накапливается в течение срока службы печатающей головки из множества источников, включая диффузию из внешней атмосферы в печатающую головку и выделение растворенного воздуха из чернил, называемое дегазацией. При изменениях в окружающей среде, например при увеличении температуры или уменьшении давления, воздух внутри печатающей головки будет расширяться пропорционально суммарному количеству содержащегося в ней воздуха. Это расширение противодействует внутреннему механизму, который поддерживает отрицательное давление. Внутренний механизм, находящийся внутри печатающей головки, может компенсировать эти изменения окружающей среды в ограниченном диапазоне отклонений окружающей среды. Вне этого диапазона давление в печатающей головке будет становиться положительным.
Кроме того, если в печатающую головку попадает избыточный воздух, этот воздух может заблокировать приток воздуха в сопла, мешая выбросу капель и тем самым, ухудшая качество печати.
Сущность изобретения
Система для содержания и подачи чернил в соответствии с аспектами изобретения обеспечивает высокие поддерживаемые нормы расхода чернил, позволяет реализовать более «импульсные» (поддерживаемые на коротком интервале времени) расходы чернил и допускает перемещение пузырьков по каналам системы к печатающей головке, поддерживая при этом давление чернил в печатающей головке в диапазоне, необходимом для оптимальной работы печатающей головки. Система для содержания и подачи чернил обеспечивает возможность отделения источника чернил и печатающей головки друг от друга без просачивания.
Краткое описание чертежей
Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными по прочтении нижеследующего подробного описания возможного варианта его осуществления, проиллюстрированного на сопроводительных чертежах, на которых:
на фиг.1 представлена условная схема сдвоенного регулятора системы для подачи чернил, в которой два регулятора давления соединены последовательно;
на фиг.2 - график, иллюстрирующий податливость регулятора для осуществляемого ниже по ходу регулирования давления в печатающей головке для струйной печати;
на фиг.3 - один возможный вариант осуществления печатающей системы для струйной печати согласно настоящему изобретению, показанный с открытой крышкой, чтобы было видно множество сменных контейнеров для чернил, и в которой можно использовать представляющую собой сдвоенный регулятор давления систему для подачи чернил в соответствии с аспектами этого изобретения;
на фиг.4 - условное изображение печатающей системы для струйной печати по фиг.3;
на фиг.5 - в значительно увеличенном масштабе вид в изометрии части сканирующей каретки, на котором показаны сменные контейнеры для чернил согласно настоящему изобретению, расположенные в приемной секции, которая обеспечивает сообщение по текучей среде между сменными контейнерами для чернил и одной или более печатающими головками;
на фиг.6 - вид сбоку в плане части сканирующей каретки; и
на фиг.7 - вид с вырезом, иллюстрирующий аспекты возможного внутреннего регулятора давления для картриджа печатающей головки.
Подробное описание возможных вариантов осуществления
На фиг.1 условно изображена представляющая собой сдвоенный регулятор система 50 для подачи чернил, в которой два регулятора давления соединены последовательно. Первый регулятор 60 давления находится в сменном источнике 70 чернил, который гидравлически соединен с печатающей головкой 80 через гидравлический соединитель 90 для создания канала чернил, идущего к печатающей головке 80. Второй регулятор давления расположен в печатающей головке 80. Второй регулятор 100 давления точно поддерживает диапазон давления в печатающей головке для оптимизации работы печатающей головки. Второй регулятор давления также имеет функцию аккумулятора «в двух направлениях», первое направление - для предотвращения просачивания из печатающей головки, а второе направление - для обеспечения резервного запаса чернил при «импульсной» печати с высокими нормами расхода чернил.
Эта система для подачи чернил не может быть отнесена к активной или пассивной, потому что в ней не используются активные насосы для всасывания чернил из источника чернил в печатающую головку; для всасывания чернил из источника чернил используется только отрицательное давление, обеспечиваемое печатающей головкой.
В возможном варианте осуществления второй регулятор 100 давления представляет собой механическое устройство с подпружиненными выступообразными надувными оболочками, которые поддерживают заданное давление в печатающей головке, т.е. манометрическое давление минус «х», где х, например, равно 5 дюймов водяного столба. Регуляторы печатающих головок, пригодные в качестве второго регулятора 100 давления, описаны в патенте США № 6137513 и в патенте США № 6164742, содержание которых полностью включено, таким образом, в состав данного описания.
На фиг.7 изображена печатающая головка или печатающий картридж 80, включающий регулятор 100 (фиг.7 в основном соответствует фиг.18 в патенте США № 6137513). Печатающая головка 80 включает корпус 80А. Внутри корпуса расположены элементы регулятора 100, включающие рычаг 100В регулятора давления, рычаг 100А аккумулятора и гибкую оболочку 100С. Рычаги прижаты друг к другу пружиной (не показана на фиг.7). Противодействуя пружине по мере надувания с выпучиванием наружу, оболочка отводит два рычага друг от друга. Рычаг регулятора управляет состоянием клапана, который управляет протеканием чернил во внутренний резервуар чернил из взаимосвязывающего канала текучей среды. Дополнительные подробности относительно регулятора 100 можно найти в патенте США № 6137513.
При отсутствии податливости «ниже точки установки» регулятора 100 увеличение температуры могло бы вызвать расширение пузырька воздуха в печатающей головке, проявляющееся в росте давления в печатающей головке до положительного манометрического давления, составляющего, например, 7 дюймов водяного столба, при котором происходит выталкивание чернил из эжекторных сопел. Встроенная податливость, основанная на наличии выступообразной оболочки 100С расположенного ниже по ходу процесса регулятора 100, обеспечивает поглощение воздействия таких расширяющихся пузырьков и поддерживает давление в печатающей головке отрицательным, так что давление вследствие этого будет опускаться, например, до -2 дюймов водяного столба, что предотвращает просачивание чернил из сопел.
Податливость «выше точки установки» регулятора 100 предполагает, что, когда задание на печать требует большого расхода чернил из сопел, который не может быть поддержан источником чернил в течение длительных интервалов времени, например, 6 см3/мин для возможного приложения, такие расходы можно за счет податливости в подпружиненных оболочках регулятора поддерживать в течение коротких интервалов времени, не превышая пределы противодавления, если в печатающей головке не создаются неприемлемо низкие давления (например, менее чем около -12 дюймов водяного столба). Эта «гидравлическая податливость» аналогична электрической емкости, которая обеспечивает большие токи малой длительности, когда источник питания не может поддерживать такие большие токи. Кривая «давление - объем» второго регулятора характеризует конечную податливость для давлений выше и ниже его «точки установки». Эта «точка установки» отображает манометрическое давление, к которому стремится второй регулятор после прохождения через остановы печатающей головки, при условии, что ко второму регулятору прикладывается достаточное давление.
Возможный период повторения импульсов для высокоскоростной импульсной печати в одном варианте осуществления составляет 0,24 секунды - это время, требуемое для одного прохода каретки печатающей головки над носителем печатаемой информации в возможной печатающей системе. Например, во время этого короткого импульса из печатающей головки выбрасывается 0,03 см3 чернил. Результирующий импульсный расход эквивалентен величине 0,03 см3, деленной на 0,24 секунды, или 0,12 см3/с. Для этого возможного импульса расход составляет 7,2 см3/мин.
На фиг.2 представлен график «давление - объем» регулятора, иллюстрирующий податливость регулятора, находящегося ниже по ходу потока, относительно точки установки регулятора. Для возможного регулятора давления с подпружиненными выступообразными надувными оболочками, которые поддерживают заданное давление в печатающей головке, точка установки может находиться на уровне -4,5 дюйма водяного столба. На фиг.2 показана зависимость объема (см3) оболочки регулятора от давления снаружи оболочки и внутри печатающей головки, которое равно давлению внутри оболочки (нулевому манометрическому давлению) за вычетом давления снаружи оболочки и внутри печатающей головки. Отличный регулятор давления должен иметь своей характеристикой вертикальную линию, т.е. должен поддерживать постоянное давление, когда объем оболочки регулятора изменяется, воспринимая пузырьки воздуха и обеспечивая соответствие потребностям использования в тяжелом режиме. Петля С1 иллюстрирует полезную податливость регулятора в окрестности точки установки, находящейся на уровне -4,5 дюйма водяного столба. В этом возможном варианте осуществления изобретения средний наклон петли С1 представляет собой податливость регулятора и для этого примера равен 0,15 см3 на дюйм водяного столба. В реальной системе будет существовать некоторый гистерезис зависимости «объем-давление» при возрастании и последующем убывании отрицательного давления, и это проиллюстрировано в петле С1. Линия С2 иллюстрирует гипотетическую зависимость «давление-объем» при низкой податливости, при этом малое изменение объема полости регулятора приводит к большому изменению давления в печатающей головке. Линия С3 иллюстрирует гипотетическую зависимость «давление - объем» при высокой податливости регулятора, более близкой к податливости идеального регулятора, чем даже податливость С1, при этом относительно большое изменение объема полости регулятора приводит лишь к относительно малому изменению давления.
Первый регулятор 60 давления в источнике 70 чернил поддерживает отрицательное манометрическое давление в источнике чернил, чтобы предотвратить просачивание из источника чернил, но это давление имеет не настолько большую отрицательную величину, чтобы второй регулятор давления не смог обеспечить всасывание чернил из источника чернил в соответствии с расходами, необходимыми для печатающей головки. В возможном варианте осуществления первый регулятор 60 давления представляет собой тело из капиллярного материала, такого как связанное полиэстровое волокно. Первый регулятор давления в типичном случае будет обеспечивать отрицательное давление в выпускном отверстии для текучей среды, имеющемся в источнике чернил, находящееся между примерно -1 дюймом водяного столба и -10 дюймами водяного столба, а более предпочтительно в диапазоне между примерно -1 дюймом водяного столба и -10 дюймами водяного столба.
В возможном варианте осуществления изобретения гидравлический соединитель 90 является жестким трубочным узлом или трубопроводом. Конечно, в качестве гидравлического соединителя можно также применять и другие приспособления, например гибкие трубки. Соединения между источником чернил и гидравлическим соединителем могут быть реализованы с помощью самоуплотняющегося взаимосвязывающего элемента, описанного в патенте США № 5777646, содержание которого полностью введено в состав данного описания посредством ссылки.
Расположение первого регулятора 60 над вторым регулятором 100 в поле тяготения создает рабочее преимущество избыточного гидростатического давления, гарантирующего повышенные нормы расхода чернил в рамках заданных ограничений давления в печатающей головке. Это происходит потому, что избыточное давление ускоряет течение во второй (расположенный ниже по потоку) регулятор давления, помогая ему поддерживать выброс капель; уменьшение степени запаздывания такого притока относительно оттока через сопла уменьшает динамический диапазон давления в печатающей головке. Минимизация этого диапазона давления оптимизирует выброс капель и качество печати. Относительное взаиморасположение этих двух регуляторов по высоте обеспечивает настройку давления в печатающей головке.
В возможном варианте осуществления изобретения, когда чернила имеют вязкость порядка 3 сП (сантипуаз) и менее, податливость для второго регулятора вблизи точки установки составляет приблизительно 0,15 см3 на дюйм водяного столба, а величина точки установки составляет приблизительно -5 дюймов водяного столба. Точка установки для первого регулятора составляет приблизительно - 4 дюйма водяного столба. В возможном варианте осуществления первый регулятор расположен приблизительно в 2,5 дюймах над соплами, предусмотренными на печатающей головке. Гидравлическое сопротивление всей системы для содержания и подачи таково, что она может выдержать расходы чернил до 1,5 см3/мин и «импульсное» течение, которое может быть в пять раз интенсивнее, в случае чернил, вязкости которых составляют 3 сП или менее. Чтобы обеспечить оптимальную работоспособность, система должна поддерживать давление печатающей головки в диапазоне между приблизительно -3 и -12 дюймами водяного столба. Конечно, изобретение не сводится к системе для подачи чернил, имеющей вышеупомянутые значения параметров, а применимо также для систем, имеющих отличающиеся значения давления, вязкости, податливости и другие параметры.
Для систем с регулированием давления только в источнике чернил, когда источник чернил вынимают и в печатающей головке при этом улавливается немного воздуха, изменения окружающей среды могут вызвать просачивание чернил из печатающей головки. В соответствии с аспектами этого изобретения по сравнению с системами, в которых применяется только регулятор давления в источнике чернил, предотвращается просачивание из печатающей головки, когда отсоединяют первый регулятор. Обеспечивается более точное регулирование давления в печатающей головке, поскольку давление регулируется насколько можно близко к печатающей головке и при минимальном внесении гидравлических сопротивлений. Кроме того, первый регулятор может быть расходуемым изделием, которое не должно обеспечивать значительную податливость или точное управление давлением.
В соответствии с другими аспектами изобретения по сравнению с системами, имеющими только регулятор давления в печатающей головке, предотвращается просачивание из печатающей головки, когда отсоединяют источник чернил. Регулирование давления в этом источнике обеспечивает менее дорогой гидравлический соединитель, который не должен быть самоуплотняющимся. Если бы регулирование в источнике не было предусмотрено, а давление в этом источнике становилось бы положительным, то извлечение источника из системы приводило бы к загрязнению чернилами. Менее дорогой и менее сложный способ выкачивания из источника чернил в атмосферу может быть обеспечен, например, с помощью системы, описанной в патенте США № 5010354, содержание которой полностью включено в состав данного описания в качестве ссылки.
Если бы второй регулятор 100 давления не имел податливости выше точки установки, то диапазон давления в печатающей головке во время импульсной печати оказался бы неприемлемо высоким. Если бы второй регулятор имел минимальный внутренний объем, то регулирование воздуха оказалось бы затрудненным, поскольку для заключения воздуха в регуляторе имелось бы маленькое пространство.
В других системах для подачи чернил не под давлением могут потребоваться заливочные насосы или насосы, находящиеся ниже по ходу процесса от печатающей головки, для перемещения пузырьков через систему в положение, в котором они становятся безвредными. По сравнению с такими системами система для подачи чернил, включающая гидравлический соединитель в соответствии с аспектами этого изобретения, может быть сконструирована таким образом, что печатающая головка сможет прикладывать достаточное давление для перемещения пузырьков в печатающую головку, в которой и оказывается заключенным воздух. Дополнительный насос при этом не требуется. Таким образом, разности давлений между вторым (расположенным ниже по ходу) регулятором давления и первым (расположенным выше по ходу) регулятором давления достаточно велики, чтобы пузырьки перемещались вниз по ходу потока. В такой системе пузырьки в конце концов оказываются «заключенными» в печатающей головке.
В возможном варианте осуществления изобретения печатающей системы, воплощающей аспекты этого изобретения, первый (расположенный выше по ходу) регулятор давления снабжен капиллярной средой, такой как связанное полиэстровое волокно (СПВ), упомянутое выше. Второй (расположенный выше по ходу) регулятор 100 давления представляет собой регулятор «грейферного» типа, описанный в патенте США № 6137513. На фиг.3 представлено изображение в изометрии одного такого возможного варианта осуществления печатающей системы 10, которая показана с открытой крышкой системы и включает, по меньшей мере, один сменный контейнер 12 для чернил, который установлен в приемной секции 14. Если сменный контейнер 12 для чернил должным образом установлен в приемную секцию 14, то чернила поступают из сменного контейнера 12 для чернил, по меньшей мере, в одну печатающую головку 16 для струйной печати. Картридж 16 для струйной печати включает малый резервуар для чернил и набор 17 струйных сопел (фиг.4), который реагирует на сигналы активации из печатающей части 18, обеспечивая осаждение чернил на носителе печатаемой информации. Когда происходит выброс чернил из набора 17 сопел, печатающая головка пополняется чернилами из контейнера 12 для чернил.
Печатающая головка 16 также включает второй регулятор 100 давления, описанный выше в связи с фиг.1. В возможном варианте осуществления изобретения этот регулятор давления представляет собой регулятор «грейферного» типа, описанный в патенте США № 6137513.
В иллюстрируемом варианте осуществления изобретения каждый из таких конструктивных элементов, как сменный контейнер 12 для чернил, приемная секция 14 и печатающая головка 16 для струйной печати, представляет собой часть сканирующей каретки 20, которая перемещается относительно носителя 22 печатаемой информации для осуществления печати. В альтернативном варианте осуществления изобретения печатающая головка для струйной печати неподвижна, а носитель печатаемой информации перемещается мимо печатающей головки для осуществления печати. Печатающая часть 18 включает лоток носителя печатаемой информации, предназначенный для приема носителя 22 печатаемой информации. При осуществлении шаговой подачи листов носителя 22 печатаемой информации через зону печати сканирующая каретка перемещает печатающую головку относительно носителя 22 печатаемой информации. Печатающая часть 18 селективно активирует печатающую головку 16 для осаждения чернил на носителе 22 печатаемой информации и тем самым осуществления печати.
Сканирующая каретка 20 перемещается через зону печати на сканирующем механизме, который включает стержень 26 скольжения, по которому сканирующая каретка 20 скользит вдоль оси сканирования. Для точного позиционирования сканирующей каретки 20 используется позиционирующее средство (не показано). Кроме того, по мере перемещения сканирующей каретки 20 вдоль оси сканирования для шагового перемещения носителя 22 печатаемой информации через зону печати используется механизм подачи бумаги (не показан). В сканирующую каретку 20 подаются электрические сигналы для селективной активации печатающей головки 16 посредством электрической линии связи, такой как плоский кабель 28.
Предложены способ и устройство для вставления контейнера 12 для чернил в принимающую секцию 14 таким образом, что контейнер 12 образует надлежащую гидравлическую и электрическую взаимосвязь с печатающей частью 18. Гидравлическая взаимосвязь обеспечивает подачу чернил внутри сменного контейнера 12 для чернил, гидравлически связываемого с печатающей головкой 16 для выполнения функции источника чернил, в головку 16. Электрическая взаимосвязь обеспечивает прохождение информации между сменным контейнером 12 для чернил и печатающей частью 18. Информация, проходящая между сменным контейнером 12 для чернил и печатающей частью 18, может включать информацию относительно совместимости сменного контейнера 12 для чернил с печатающей частью 18 и информацию о рабочем состоянии, такую как информацию об уровне чернил, чему можно привести несколько примеров.
На фиг.4 представлено упрощенное условное изображение печатающей системы 10 для струйной печати, показанной на фиг.3. Изображение, представленное на фиг.4, упрощено с целью иллюстрации единственной печатающей головки 16, соединенной с единственным контейнером 12 для чернил. Печатающая система 10 для струйной печати включает печатающую часть 18 и контейнер 12 для чернил, конфигурация которого обеспечивает возможность его размещения в печатающей части 18. Печатающая часть 18 включает печатающую головку 16 для струйной печати и контроллер 29. Когда контейнер 12 для чернил надлежащим образом установлен в печатающую часть 18, между контейнером 12 для чернил и печатающей частью 18 устанавливается электрическая и гидравлическая связь. Гидравлическая связь обеспечивает подачу чернил, хранящихся в контейнере 12 для чернил, в печатающую головку 16. Электрическая связь обеспечивает прохождение информации между электрическим запоминающим устройством 15, расположенным на контейнере 12 для чернил, и печатающей частью 18. Обмен информацией между контейнером 12 для чернил и печатающей частью 18 предназначен для гарантии совместимости работы печатающей части 18 с теми чернилами, которые содержатся внутри сменного контейнера 12 для чернил, обеспечивая таким образом достижение высококачественной печати и надежной работы печатающей системы 10.
Контроллер 29, помимо выполнения прочих функций, управляет передачей информации между печатающей частью 18 и сменным контейнером 12 для чернил. Кроме того, контроллер 29 управляет передачей информации между печатающей головкой 16 и контроллером 29 для активации печатающего картриджа с целью селективного осаждения чернил на носителе печатаемой информации. Кроме того, контроллер 29 управляет относительным перемещением печатающей головки 16 и носителя печатаемой информации. Контроллер 29 выполняет и дополнительные функции, такие как управление передачей информации между печатающей системой 10 и главным устройством, таким как главный компьютер (не показан).
На фиг.5 представлен вид в изометрии части сканирующей каретки 20, показывающий пару сменных контейнеров 12 для чернил, надлежащим образом установленных в приемной секции 14. Печатающая головка 16 для струйной печати гидравлически сообщается с приемной секцией 14. В возможном варианте осуществления изобретения печатающая система 10 для струйной печати включает контейнер для чернил трех цветов, содержащий отдельно чернила трех цветов, и второй контейнер для чернил, содержащий чернила одного цвета. В этом варианте осуществления изобретения контейнер для чернил трех цветов содержит светло-голубые (бирюзовые), ярко-красные (пурпурные) и желтые чернила, а контейнер для чернил одного цвета содержит черные чернила, и оба они обеспечивают осуществление четырехцветной печати. Сменные контейнеры 12 для чернил могут быть по-разному перегорожены для содержания чернил меньшего количества цветов, чем три, или чернил большего количества цветов, чем три, если требуется больше цветов. Например, в случае печати с высококачественным воспроизведением зачастую используют шесть и более цветов для осуществления печати.
В возможном варианте осуществления изобретения каждая из четырех печатающих головок 16 для струйной печати, одна из которых установлена на картридж для печати черными чернилами, а три установлены на картридж для чернил трех цветов для печати светло-голубыми, ярко-красными и желтыми чернилами, гидравлически связана с приемной секцией 14. В этом возможном варианте осуществления изобретения каждая из четырех печатающих головок гидравлически связана с одними из четырех цветных чернил, содержащихся в сменных контейнерах для чернил. Таким образом, каждая из печатающих головок 16 для печати светло-голубыми, ярко-красными, желтыми и черными чернилами гидравлически связана с источниками светло-голубых, ярко-красных, желтых и черных чернил соответственно. Возможны также и другие конфигурации, при наличии которых используется меньше четырех печатающих головок. Например, печатающие головки 16 могут быть конфигурированы с обеспечением возможности печати чернилами более одного цвета путем надлежащего разделения набора 17 сопел, позволяющего чернилам первого цвета попадать в первую группу сопел для чернил, а чернилам второго цвета - во вторую группу сопел для чернил, при этом вторая группа сопел для чернил отличается от первой группы. Таким образом, единственную печатающую головку 16 можно использовать для печати чернилами более одного цвета, что позволяет использовать менее четырех печатающих головок для осуществления четырехцветной печати.
В еще одном возможном варианте осуществления изобретения можно применять четыре печатающие головки, каждая из которых имеет набор сопел, при этом каждый картридж гидравлически связан с чернилами одного из четырех цветов, содержащихся в сменных контейнерах для чернил. Таким образом, для этого альтернативного варианта осуществления изобретения каждая из печатающих головок для печати светло-голубыми, ярко-красными, желтыми и черными чернилами гидравлически связана со своими источниками светло-голубых, ярко-красных, желтых и черных чернил соответственно.
Сканирующая каретка 20, изображенная на фиг.5, для простоты показана гидравлически связанной с единственной печатающей головкой 16. Каждый из сменных контейнеров 12 для чернил включает защелку 30 для крепления сменного контейнера 12 для чернил к приемной секции 14. Приемная секция 14 в предпочтительном варианте осуществления изобретения включает набор шпоночных выступов 32, которые взаимодействуют со шпоночными элементами (не показаны) на сменном контейнере 12 для чернил. Шпоночные элементы на сменном контейнере 12 для чернил взаимодействуют со шпоночными выступами 32 на приемной секции 14 для обеспечения совместимости сменного контейнера 12 для чернил с приемной секцией 14.
На фиг.6 представлен вид сбоку в плане сканирующей каретки 20, показанной на фиг.5. Часть 20 сканирующей каретки включает контейнер 12 для чернил, показанный надлежащим образом установленным в приемную секцию 14, вследствие чего устанавливается гидравлическое сообщение между сменным контейнером 12 для чернил и печатающей головкой 16.
Сменный контейнер 12 для чернил включает резервуарную часть 34 для содержания в ней одних или нескольких чернил. В предпочтительном варианте осуществления изобретения сменный контейнер 12 для чернил трех цветов имеет три отдельных резервуара для содержания чернил, каждый из которых содержит чернила разного цвета. В этом предпочтительном варианте осуществления изобретения сменный контейнер 12 для чернил одного цвета представляет собой единственный резервуар 34 для чернил, содержащий чернила одного цвета.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения резервуар 34 имеет находящийся в нем капиллярный сохраняющий элемент, который действует как первый регулятор 60 давления. Капиллярный сохраняющий элемент имеет свойства, описанные выше применительно к регулятору 60 и фиг.1. Предпочтительный капиллярный сохраняющий элемент представляет собой сеть термосвязанных полимерных волокон. В альтернативных вариантах осуществления изобретения можно использовать другие типы капиллярного материала, например вспененные материалы.
Сразу же после того, как контейнер 12 для чернил надлежащим образом установлен в приемную секцию 14, контейнер 12 для чернил оказывается гидравлически связанным с печатающей головкой 16 посредством гидравлического взаимосвязывающего элемента 36. После активации печатающей головки 16, чернила выбрасываются из печатающей головки 16, создавая отрицательное манометрическое давление, иногда называемое противодавлением, внутри печатающей головки 16. Это отрицательное манометрическое давление внутри печатающей головки 16 является достаточным, чтобы преодолеть капиллярную силу, создаваемую капиллярным элементом, расположенным внутри резервуара 34 для чернил. За счет этого противодавления чернила всасываются из сменного контейнера 12 для чернил в набор 17 сопел. Таким образом, набор 17 сопел пополняется чернилами, поступающими из сменного контейнера 12 для чернил. Гидравлический взаимосвязывающий элемент 36 предпочтительно представляет собой вертикально стоящую трубку для чернил, которая проходит вверх в контейнер 12 для чернил и вниз в печатающую головку 16 для струйной печати. Гидравлический взаимосвязывающий элемент 36 показан на фиг.6 в значительно упрощенном виде. В предпочтительном варианте осуществления изобретения гидравлический взаимосвязывающий элемент 36 представляет собой трубопровод, который обеспечивает смещение при расположении печатающих головок 16 вдоль оси сканирования, тем самым обеспечивая расположение печатающей головки 16 со смещением от соответствующего сменного контейнера 12 для чернил. В предпочтительном варианте осуществления изобретения гидравлический взаимосвязывающий элемент 36 проходит в резервуар 34, сжимая капиллярный элемент и таким образом формируя область повышенной капиллярности рядом с гидравлическим взаимосвязывающим элементом 36. Эта область повышенной капиллярности проявляет тенденцию к направлению чернил к гидравлическому взаимосвязывающему элементу 36, тем самым обеспечивая протекание чернил через гидравлический взаимосвязывающий элемент 36 в печатающую головку 16. Контейнер 12 для чернил надлежащим образом распложен внутри приемной секции 14, вследствие чего достигается надлежащее сжатие капиллярного элемента, когда контейнер 12 для чернил вставляют в приемную секцию. Надлежащее сжатие капиллярного элемента устанавливает стабильное течение чернил из контейнера 12 для чернил в печатающую головку 16. Контейнер 12 для чернил включает сетчатый фильтр, расположенный поперек выпускного отверстия для текучей среды. Когда гидравлический элемент 36 вставляют в выпускное отверстие для текучей среды, он взаимодействует с этим сетчатым фильтром.
Сменный контейнер 12 для чернил также включает направляющий элемент 40, сцепляемый элемент 42, ручку 44 и защелочный элемент 30, которые обеспечивают вставление контейнера 12 для чернил в приемную секцию 14 для достижения надежной гидравлической взаимосвязи с печатающей головкой 16, а также образование надежной электрической взаимосвязи между сменным контейнером 12 для чернил и сканирующей кареткой 20.
В этом возможном варианте осуществления изобретения приемная секция 14 включает направляющую 46, сцепляемый элемент 48 и защелочный сцепляемый элемент 45. Направляющая 46 взаимодействует с направляющим элементом 40, контактирующим с направляющей, и сменным контейнером 12 для чернил, направляя контейнер 12 для чернил в приемную секцию 14. Как только сменный контейнер для чернил оказывается полностью вставленным в приемную секцию 14, сцепляемый элемент 42, связанный со сменным контейнером 12 для чернил, взаимодействует со сцепляемым элементом 48, связанным с приемной секцией 14, скрепляя передний конец или ведущий конец сменного контейнера 12 для чернил с приемной секцией 14. Затем на контейнер 12 для чернил оказывают нажим вниз для сжатия пружинного отклоняющего элемента 47, связанного с приемной секцией 14, до тех пор, пока защелочный сцепляющий элемент 45, связанный с приемной секцией 14, не сцепится с крюковым элементом 54, связанным с защелочным элементом 30, для скрепления заднего конца или хвостового конца элементом 30, для скрепления заднего конца или хвостового конца контейнера 12 для чернил с приемной секцией 14.
В еще одном варианте осуществления изобретения с использованием аспектов этого изобретения первый (расположенный выше по ходу) регулятор 60 в источнике 70 чернил, а также второй (расположенный ниже по ходу) регулятор 100 давления изготовлены в виде регуляторов грейферного типа. В третьем, менее желательном, варианте осуществления изобретения в качестве обоих регуляторов 60 и 100 давления используются регуляторы давления в форме капиллярных материалов на основе СПВ. Этот третий вариант осуществления изобретения менее желателен потому, что второй регулятор должен иметь минимальную податливость выше точки установки, а не должен обладать способностью быть заключенным в печатающей головке.
Следует понять, что вышеописанные варианты осуществления изобретения просто иллюстрируют возможные варианты осуществления, которые могут отображать принципы настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники легко смогут в соответствии с этими принципами разработать другие компоновки, находящиеся в рамках объема патентных притязаний.
1. Система для содержания и подачи чернил, содержащая сменный источник (70) чернил, имеющий первый регулятор (60) давления для поддержания отрицательного манометрического давления внутри источника чернил для предотвращения просачивания из источника чернил, и печатающую головку (80), включающую эжектор (82) чернил и второй регулятор (100) давления для поддержания давления чернил в печатающей головке в пределах диапазона отрицательного давления для предотвращения просачивания чернил из эжектора чернил и для обеспечения резервного запаса чернил для импульсной печати с большим расходом чернил.
2. Система по п.1, в которой второй регулятор (100) давления имеет уставочную точку манометрического давления, при которой второй регулятор давления выполнен с возможностью прекращения своего воздействия после прекращения прохождения потока через печатающую головку, причем второй регулятор давления имеет зависимость «давление-объем», обуславливающую ограниченную податливость при давлениях выше и ниже уставочной точки манометрического давления.
3. Система по п.2, в которой ограниченная податливость второго регулятора давления при давлениях выше уставочной точки манометрического давления обеспечивает высокие импульсные расходы чернил при печати в течение коротких интервалов, при этом большие расходы чернил в печатающей головке из сопел печатающей головки, находящиеся на уровнях расхода, которые источник чернил не в состоянии обеспечить в течение длительных интервалов времени, являются допустимыми, не вызывая отрицательного противодавления в печатающей головке, превышающего заданный предел.
4. Система по любому из пп.1-3, в которой второй регулятор давления представляет собой механическое устройство с подпружиненными выступообразными надувными оболочками (100С), которые выполнены с возможностью поддерживания уставочного давления в печатающей головке.
5. Система по любому из пп.1-4, в которой источник (70) чернил расположен над печатающей головкой (80).
6. Система по любому из пп.1-5, дополнительно содержащая чернила, находящиеся в источнике чернил.
7. Система по любому из пп.1-6, в которой источник (70) чернил включает резервуар для чернил, а первый регулятор (60) давления включает капиллярную структуру, расположенную в резервуаре для создания капиллярной силы, воздействующей на чернила в резервуаре, причем структура включает, по меньшей мере, одно непрерывное волокно, определяющее трехмерный пористый элемент, причем, по меньшей мере, одно непрерывное волокно связано с самим собой в точках контакта, для формирования автономной структуры с сохранением в ней чернил.
8. Система по любому из пп.1-7, в которой первый регулятор давления выполнен с возможностью поддерживания отрицательного манометрического давления внутри источника чернил для предотвращения просачивания из источника чернил, причем отрицательная величина давления достаточно мала для обеспечения вторым регулятором давления всасывания чернил из источника чернил на уровнях расходов чернил, необходимых для печатающей головки во время операций печати.
9. Система по любому из пп.1-8, в которой печатающая система (10) для струйной печати включает источник (70) чернил и печатающую головку (80), при этом печатающая система (10) для струйной печати содержит приемную секцию (14) для установки печатающей головки и контейнера для чернил; гидравлическую взаимосвязывающую структуру (90) для установления канала текучей среды между контейнером для чернил и печатающей головкой при установлении контейнера для чернил и печатающей головки в приемной секции.
10. Система по любому из пп.1-9, в которой первый регулятор давления выполнен с возможностью поддерживания отрицательного манометрического давления внутри источника чернил в выпускном отверстии этого источника в диапазоне давления между -2 дюймами водяного столба и -10 дюймами водяного столба.
11. Способ пополнения чернил в печатающей системе для струйной печати, согласно которому обеспечивают сменный контейнер (70) для чернил, имеющий расположенный выше по ходу потока регулятор (60) давления для поддержания жидких чернил внутри контейнера под отрицательным давлением с предотвращением просачивания чернил из выпускного отверстия; обеспечивают печатающую головку (80) для струйной печати, включающую набор (82) сопел для выброса капель чернил и расположенный ниже по ходу потока регулятор (100) давления для поддержания давления чернил в печатающей головке в пределах диапазона отрицательного давления для предотвращения просачивания чернил из набора сопел и для обеспечения резервного запаса чернил для импульсной печати с большим расходом чернил; устанавливают печатающую головку и сменный контейнер для чернил в печатающей системе (10) для струйной печати с установлением канала пополнения чернил между выпускным отверстием контейнера для чернил и картриджем печатающей головки, активируют печатающую головку во время операции печати для выброса капель чернил из набора сопел, регулируют давление чернил в печатающей головке внутри картриджа струйной печати посредством расположенного ниже по ходу потока регулятора давления для поддержания давления чернил в печатающей головке в пределах диапазона отрицательного давления для достижения печати хорошего качества.
12. Способ по п.11, в котором при активации печатающей головки осуществляют активацию печатающей головки на интервале времени для достижения импульсной печати с большими расходами чернил, предусматривающей использование относительно большого количества чернил, превышающего темп пополнения контейнера с чернилами, а при регулировании давления чернил в печатающей головке обеспечивают податливость, предотвращающую превышение отрицательным давлением предела отрицательного давления.
13. Способ по любому из пп.11 и 12, в котором второй регулятор давления имеет уставочную точку манометрического давления, при котором второй регулятор давления прекращает свое воздействие после прекращения прохождения потока через печатающую головку, причем второй регулятор давления имеет зависимость «давление - объем», обуславливающую ограниченную податливость при давлениях выше и ниже уставочной точки манометрического давления.
14. Способ по любому из пп.12 и 13, в котором установка печатающей головки и сменного контейнера для чернил в печатающей системе для струйной печати включает
расположение сменного контейнера (70) для чернил над печатающей головкой (80).
15. Способ по любому из пп.11-14, в котором в сменном контейнере для чернил или в канале пополнения чернил образуется пузырек воздуха и в котором дополнительно всасывают пузырек воздуха по каналу в печатающую головку (80), и при этом регулирование давления чернил в печатающей головке посредством расположенного ниже по ходу потока регулятора давления заключается в размещении в регуляторе пузырька воздуха с одновременным поддерживанием давления в печатающей головке в диапазоне отрицательного давления.
16. Способ по любому из пп.12-17, в котором дополнительно обеспечивают источник жидких чернил в сменном контейнере для чернил.
17. Источник (12) чернил для использования в струйном принтере (10), включающем сканирующую каретку (20) и печатающую головку (16), установленную на каретке для перемещения поперек зоны печати для осаждения чернил на носителе, при этом печатающая головка встроена в картридж, имеющий внутренний регулятор давления, который выполнен с возможностью обеспечения подачи чернил в печатающую головку и с возможностью поддерживания давления чернил в печатающей головке в пределах диапазона отрицательного давления для предотвращения просачивания чернил из печатающей головки и для обеспечения резервного запаса чернил для импульсной печати с большим расходом чернил, при этом источник чернил содержит корпус источника чернил для его установки с возможностью снятия на сканирующей каретке, резервуар (34) для чернил в корпусе источника чернил, гидравлически связанный с выпускным отверстием источника, чернила, содержащиеся в резервуаре для чернил, которые при установлении источника чернил на каретке в гидравлическом сообщении с печатающей головкой проходят из выпускного отверстия во внутренний регулятор давления печатающей головки благодаря отрицательной разнице давлений между выпускным отверстием источника и внутренним регулятором давления, и капиллярную структуру, расположенную внутри резервуара для чернил, для поддержания внутри резервуара для чернил достаточного отрицательного давления для предотвращения просачивания чернил из выпускного отверстия при отсоединении источника чернил от печатающей головки, при этом отрицательная величина давления достаточно мала для обеспечения внутренним регулятором давления всасывания чернил из резервуара на уровнях расхода чернил, требуемых печатающей головкой для печати хорошего качества.
18. Источник чернил по п.17, в котором капиллярная структура выполнена с возможностью поддерживания отрицательного давления внутри резервуара для чернил в диапазоне между -1 дюймом водяного столба и -10 дюймами водяного столба у выпускного отверстия.
19. Источник чернил по любому из пп.1-18, в котором капиллярная структура включает, по меньшей мере, одно непрерывное волокно, определяющее трехмерный пористый элемент, причем, по меньшей мере, одно непрерывное волокно связано с самим собой в точках контакта для формирования автономной структуры с сохранением в ней чернил.
