CN105034604A - 压力调整单元、液体供给设备以及液体喷出设备 - Google Patents

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Abstract

提供压力调整单元、液体供给设备以及液体喷出设备，该压力调整单元能够适当地调整待施加给液体的压力。墨连通路径使得与墨流入口连通的墨导入室和与墨流出口连通的压力室彼此连通。压力室的一部分由柔性膜形成。包括阀体和阀座的阀调节墨流通路径的打开程度。施力构件对阀施加作用在使墨流通路径关闭的方向上的第一施力。施力构件对膜施加比第一施力大的且作用在使压力室的体积缩小的移位方向上的第二施力。

Description

压力调整单元、液体供给设备以及液体喷出设备
技术领域
本发明涉及用于调整待施加给液体的压力的压力调整单元、设置有该压力调整单元的液体供给设备和液体喷出设备。
背景技术
通过用于喷出从墨罐(即，液体容纳部)供给的墨(即，液体)的喷墨打印设备来举例说明液体喷出设备，墨从喷墨打印头(即，液体喷出头)喷出以便在打印介质上打印图像。例如，在作为打印设备的要求改善打印速度的商业级打印设备中，会从打印头喷出大量的墨。鉴于此，需要向打印头供给大量的墨。为了这个目的，通过泵等对容纳在墨罐中的墨加压，然后，需要供给(加压供给)被加压了的墨。同时，需要向用于从喷出口喷出墨的打印头供给被施加了负压的墨，以便抑制墨从喷出口漏出。
日本特许第3606282号公开了一种用于调整墨的压力的设备，该设备包括设置于向打印头供给墨的供给通道的压力调整单元。该压力调整单元适用于调整待被加压供给的墨的压力、对墨施加负压并接着向打印头供给墨。向待被供给至打印头的墨施加负压，以便在喷出口处形成墨的弯液面。为了使打印头内的墨的负压稳定，该压力调整单元根据打印头内的负压来打开或关闭布置于墨供给通道的阀，打印头内的负压根据墨的喷出而发生变化。
特别地，在商业级打印设备中，打印头的尺寸在近些年中变得更大以便进一步提高打印速度，因此，墨喷出频率已经变得更高。因此，增大了相对于打印头的墨供给量。
随着墨供给量的增大，压力调整单元和打印头之间的墨供给通道中的压力损失也变大。该压力损失会产生打印头内的墨不能维持在适当的负压下的可能性。例如，存在如下可能性：压力损失会使被压力调整单元调整了的预定的墨负压和打印头内的墨的负压之间产生差，由此使打印头内的墨的负压不充足，导致墨喷出不良。
发明内容
本发明提供能够适当地调整待施加给液体的压力的压力调整单元、液体供给设备和液体喷出设备。
在本发明的第一方面中，提供一种压力调整单元，其包括：
第一压力室，其内能够导入液体；
第二压力室，其内部的液体能够被导出，所述第二压力室的至少一部分由根据内部压力而移位的移位构件限定；
连通路径，其使得所述第一压力室与所述第二压力室彼此连通；
阀，其能够根据所述移位构件的移位来调节所述连通路径的打开程度；
第一施力单元，其被构造成对所述阀施加施力，所述第一施力单元的所述施力作用在使所述连通路径关闭的方向上；以及
第二施力单元，其被构造成对所述移位构件施加施力，所述第二施力单元的所述施力作用在使所述第二压力室的体积缩小的移位方向上，
其中，所述第二施力单元的弹簧常数比所述第一施力单元的弹簧常数大。
在本发明的第二方面中，提供一种液体供给设备，其用于通过液体供给通道向能够喷出液体的液体喷出头供给容纳在液体容纳部中的液体，其中，在所述液体供给通道中设置有本发明第一方面中的压力调整单元。
在本发明的第三方面中，提供一种液体喷出设备，其包括：
本发明第二方面中的液体供给设备；以及
液体喷出头，其能够喷出待从所述液体供给设备供给的液体。
在本发明的第四方面中，提供一种喷墨打印设备，其包括：
本发明第二方面中的液体供给设备，所述液体供给设备将墨作为所述液体来进行供给；
喷墨打印头，其被构造成喷出待从所述液体供给设备供给的墨；以及
移动单元，其被构造成使所述喷墨打印头和打印介质相对移动。
根据本发明，用于调节第一压力室和第二压力室之间的连通路径的打开程度的阀与根据第二压力室的压力而移位的移位构件彼此相关联，然后，对移位构件施加作用在使第二压力室的体积缩小的移位方向上的施力。以这种方式，能够通过利用第二压力室的体积变化而对液体施加适当的负压，并且能够供给该液体。
通过下面(参照附图)对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式中的墨供给设备的构造的图；
图2是示出图1中的压力调整单元的截面图；
图3A和图3B是示出图2中示出的压力调整单元的操作的截面图；
图4是用于解释图2中示出的压力调整单元内的压力的截面图；
图5是说明本发明实施例1和比较例1的压力变化的曲线图；
图6是示出比较例1中的压力调整单元的截面图；
图7是说明本发明实施例2中的压力变化的曲线图；
图8是示意性地示出能够设置有图1中示出的墨供给设备的喷墨打印设备的构造的图；
图9是示出本发明第二实施方式的实施例3中的压力调整单元的截面图；以及
图10是说明本发明实施例3中的压力变化的曲线图。
具体实施方式
[第一实施方式]
将参照附图来说明本发明的实施方式。通过用于向能够喷出墨(即，液体)的喷墨打印头(即，液体喷出头)供给墨的墨供给设备来举例说明本实施方式中的液体供给设备。本实施方式中的墨供给设备是为喷墨打印设备(即，液体喷出设备)提供的。图1是用于解释墨供给设备的基本构造的图。
本实施方式中的墨供给设备包括能够喷出墨的打印头1、墨罐(即，液体容纳部)2和压力调整单元3。这些构件经由墨管5(5A、5B和5C)彼此连接。压力调整单元3设置于打印头1和墨罐2之间的墨供给通道(即，液体供给通道)。打印头1设置有打印元件基板7，该打印元件基板7包括多个喷出能量产生元件和用于喷出墨滴的多个喷出口，因而打印头1被构造成通过利用由各喷出能量产生元件产生的喷出能量来从喷出口喷出墨滴(即，液滴)6。可以将电热转换器(即，加热器)、压电元件等用作喷出能量产生元件。在使用电热转换器的情况下，通过产生的热使墨发泡，因而能够通过利用发泡能量来从喷出口喷出墨滴6。
设置有上述墨供给设备的喷墨打印设备包括：移动机构，其用于使打印头1和打印介质相对移动；和控制单元，其用于根据图像数据来从打印头1喷出墨滴6。该打印设备在从打印头1喷出墨滴6的同时使打印头1和打印介质相对移动，以便在打印介质上打印图像。上述打印设备可以为整行型或串行扫描型。整行型的打印设备在从打印头喷出墨的同时依次地输送打印介质，以便打印图像。同时，串行扫描型的打印设备通过重复如下操作来打印图像：在喷出墨的同时使打印头沿主扫描方向移动所用的操作，以及沿与主扫描方向交叉的副扫描方向输送打印介质所用的操作。
图8是用于解释整行型的喷墨打印设备的具体构成例的示意性立体图。本实施方式中的打印设备设置有用于喷出黑色(BK)墨、青色(C)墨、品红色(M)墨和黄色(Y)墨的打印头1(1BK、1C、1M和1Y)。通过使用输送带51A的输送机构50沿箭头A指示的方向输送打印介质P。为了分别向对应的打印头1供给墨，各打印头1均设置有图1中示出的墨供给设备。各打印头1均形成有能够喷出墨的多个喷出口。喷出口形成沿与打印介质P的输送方向(即，箭头A指示的方向)交叉(在本实施方式中为垂直)的方向延伸的喷出口列。当通过输送机构50沿箭头A指示的方向输送打印介质P时，从打印头1喷出墨，从而能够将彩色图像打印在打印介质P上。
在图1中，墨罐2与压力调整单元3经由墨管5A彼此连通。驱动加压泵4A使得容纳在墨罐2中的墨被给送至压力调整单元3。压力调整单元3与打印头1经由墨管5B彼此连通。因此，在压力调整单元3中调整了压力的墨被供给至打印头1。墨管5B的一端与形成于打印头1的墨流入口11连通，因而如上所述被施加了负压的墨从压力调整单元3给送至打印头1中的墨通道9。留在墨通道9中的墨被给送至打印元件基板7，然后，通过诸如电热转换器等的喷出能量产生元件以墨滴6的形式将墨从喷出口喷出。墨通道9与经由墨管5C和墨罐2连通的墨流出口12连通。驱动抽吸泵4B使得留在打印头1中的墨被抽吸并且给送至墨罐2。
在本实施方式的打印头1中，多个打印元件基板7以锯齿状的形式配置于基板8，因而构造了用于所谓的整行型的喷墨打印设备的长形(elongate)打印头。上述打印头1适于要求在高速下打印宽幅图像的商业级打印设备。所配置的打印元件基板7的数量不限于类似本实施方式的六个。能够通过增加所配置的打印元件基板7的数量来打印宽幅图像。根据上述打印头1，能够在高速下打印幅宽为4英寸至12英寸的图像。
基板8安装有由树脂形成的多个隔热构件13，该多个隔热构件13作为用于支撑其各自的打印元件基板7的支撑构件。各隔热构件13的内部均形成有独立液室10，该独立液室10用于使打印元件基板7与基板8中的墨通道9彼此连通。因此，供给至基板8处的墨流入口11的墨通过墨通道9和独立液室10供给至打印元件基板7，从而将墨以墨滴6的形式从喷出口喷出。
图2是示出压力调整单元3的截面图。压力室21的一部分由根据压力室21内的压力而移位的移位构件形成。在本实施方式中，将由柔性膜形成的膜(即，柔性构件)23用作移位构件。膜23可以形成为诸如圆形、椭圆形和矩形等的各种平面形状。可以使用任意的移位构件并且不限于柔性构件，只要它们能够根据压力室21内的压力而移位即可。在压力调整单元3的主体处，形成有与墨管5A连通的墨流入口24以及与墨管5B连通的墨流出口25。墨流入口24与能够将墨导入压力调整单元3的内部的墨导入室(即，第一压力室)22连通。同时，墨流出口25与能够将墨从压力调整单元3的内部导出的压力室(即，第二压力室)21连通。通过墨管5A从墨罐2给送的墨通过墨流入口24、墨导入室22、墨连通路径29、压力室21和墨流出口25供给至打印头1。
墨连通路径29布置有能够调节其打开程度的阀。该阀包括形成于墨连通路径29的开口部的阀座26和能够与阀座26接触或分离的阀体27。通过施力构件28沿使阀体27与阀座26接触的方向(图2中的向左方向)对阀体27施力。在阀体27与阀座26紧密接触的情况下，阀体27使墨连通路径29关闭。施力构件(即，第一施力构件)28沿使墨连通路径29关闭的方向对阀座26施力。除了诸如类似本实施方式的螺旋弹簧等的弹簧外，还可以将诸如隔膜等的各种弹性构件用作施力构件28。膜23的移位传递至阀体27，因而这使墨连通路径29根据膜23的移位而打开或关闭。
压力板31布置于膜23的位于压力室21外侧的外表面。通过施力构件(即，第二施力构件)30沿图2中的向右方向对压力板31、膜23和阀体27一起施力。施力构件30沿图2中的向右方向，即、使压力室21的体积缩小的移位方向经由压力板31对膜23施力，由此对压力室21的内部加压。此外，施力构件30用于沿使墨连通路径29打开的方向对阀体27施力。除了诸如类似本实施方式的螺旋弹簧等的弹簧外，还可以将诸如隔膜等的各种弹性构件用作施力构件30。施力构件30的弹簧常数比施力构件28的弹簧常数大。
接下来，以下将说明压力调整单元3的操作。
在压力室21内的负压低的情况下，如图3A所示，阀体27与阀座26紧密接触，因而使墨连通路径29关闭。压力室21内的负压根据墨从打印头1的喷出、即根据墨的消耗而增大。在压力室21内的负压为预定值或更高的情况下，如图3B所示，膜23与压力板31和阀体27一起沿使压力室21的体积缩小的方向移位。阀体27根据移位量而与阀座26分离，因而使墨连通路径29打开。以这种方式，由加压泵4A加压了的墨通过墨流入口24、墨导入室22、墨连通路径29、压力室21和墨流出口25供给至打印头1。
能够通过下面的式(1)来表达留在打印头1中的墨的压力P3。这里，P2表示留在压力室21中的墨的压力；R1表示压力室21和打印头1之间的通道流阻(channelresistance)；Q表示从压力调整单元3流向打印头1的墨的流量。
P3＝P2–(R1×Q)...式(1)
随着从压力调整单元3流向打印头1中的墨的流量Q的增加，留在打印头1中的墨的压力P3下降，即留在打印头中的墨的负压增大。因此，在打印头1中的每单位时间的墨喷出量大的情况下，喷出口附近的墨的负压变高，由此可能引起墨喷出不良。为了抑制墨喷出不良，增大压力室21内的压力P2是有效的，即、使压力室21内的负压随着墨的流量Q的增加而减小，使得将喷出口附近的墨的负压抑制在不发生墨喷出不良的范围内。
在将由加压泵4A加压了的墨供给至压力室21内的状态下，在阀体27的用于使墨连通路径29打开的力与阀体27的用于使墨连通路径29关闭的力彼此平衡的情况下，下面的式(2)成立。
-(P2×S2)+F2＝(P1×S1)+F1...式(2)
这里，P1表示留在墨导入室22中的墨的压力。S2表示膜23的与压力板31接触的面积，即膜23的位于压力室21内且由压力板31限制的面积。S1表示阀体27的位于墨导入室22内且与压力板31平行的表面的面积。F1表示施力构件28的作用在使墨连通路径29关闭的方向上的施力。F2表示施力构件30的作用在使墨连通路径29打开的方向上的施力。如图4所示，留在压力室21中的墨的压力为负压。
可以将上述式(2)变换成下面的式(3)。
P2＝-(P1×S1)/S2–(F1/S2)+(F2/S2)...式(3)
因为本实施方式中的施力构件30的弹簧常数比施力构件28的弹簧常数大，所以随着从压力调整单元3流向打印头1中的墨的流量Q的增加使得墨连通路径29的打开程度增大，压力室21的体积变小。因而，随着墨流量Q的增加，压力室21内的压力P2增大，即压力室21内的负压变低。因此，能够将喷出口附近的墨的负压抑制在不发生墨喷出不良的范围内。
[实施例1]
在实施例1中，在下面的表(1)中示出的条件下制造图2中示出的压力调整单元3，因而构造了图1中示出的墨供给设备。在下面的表(2)中示出的条件下驱动打印头1。图5示出了留在压力室21中的墨的压力P2和此时打印元件基板7中的墨的压力P3。
表(1)
阀体的面积S1(mm2) 4.5
压力板的面积S2(mm2) 530
施力构件(28)的弹簧常数(gf/mm) 5
施力构件(28)的初始施力(gf) 0
施力构件(30)的弹簧常数(gf/mm) 805
施力构件(30)的初始施力(gf) 0
表(2)
打印速度(ips) 6
驱动频率(kHz) 7.2
墨循环量(mL/min) 0-80
加压泵(4A)的压力(kPa) 100
在比较例1中，制造了图6中示出的压力调整单元，然后，为图1中示出的墨供给设备提供该压力调整单元。比较例1中示出的压力调整单元是这样构造的：从图2中示出的压力调整单元3卸下施力构件30，并且在下面的表(3)中示出的条件下进行制造。在图6中，当阀体27的用于使墨连通路径29打开的力与阀体27的用于使墨连通路径29关闭的力彼此平衡时，下面的式(4)成立。
-(P2×S2)＝(P1×S1)+F1...式(4)
这里，各符号均与上面的式(2)中的符号相同。
可以将上述式(4)变换成下面的式(5)。
P2＝-(P1×S1)/S2–(F1/S2)...式(5)
在表(2)中示出的条件下驱动打印头1。图5示出了留在压力室21中的墨的压力P2(1)和此时打印元件基板7中的墨的压力P3(1)。
表(3)
阀体的面积S1(mm2) 4.5
压力板的面积S2(mm2) 530
施力构件(28)的弹簧常数(gf/mm) 5
施力构件(28)的初始施力(gf) 0
如图5表明的，在实施例1的压力调整单元3中，留在压力室21中的墨的压力P2随着墨喷出量的增加而增大。因而，能够将压力P3的根据墨的流量Q的增加的变化抑制到低水平。因此，能够稳定地保持喷出口附近的墨的压力(即，负压)，以便即使在高速打印期间也能打印高品质的图像。以这种方式，施力构件30的功能产生了本实施方式中的上述效果。具体地，如从本实施方式中的式(3)和比较例1中的式(5)之间的比较所发现的，式(3)中F2/S2的作用，即施力构件30的作用产生了上述效果。
相反地，在比较例1的压力调整单元3中，留在压力室21中的墨的压力P2(1)在墨的流量Q增加的情况下是小的。因此，压力P3(1)根据墨的流量Q的增加通过压力室21和打印元件基板7之间的压力损失而发生大地变化，由此使打印元件基板7中的墨的负压增大。因此，尽管能够均匀地保持留在压力调整单元3的压力室21中的墨的压力P2(1)，但是喷出口附近的负压随着压力室21和打印头1之间的压力损失而变高，由此可能会引起墨喷出不良。[实施例2]
在实施例2中，在下面的表(4)中示出的条件下制造图2中示出的压力调整单元3，因而构造了图1中示出的墨供给设备。在表(2)中示出的条件下驱动打印头1。图7示出了留在压力室21中的墨的压力P2和此时打印元件基板7中的墨的压力P3。
表(4)
阀体的面积S1(mm2) 4.5
压力板的面积S2(mm2) 530
施力构件(28)的弹簧常数(gf/mm) 212.5
施力构件(28)的初始施力(gf) 637.5
施力构件(30)的弹簧常数(gf/mm) 562.5
施力构件(30)的初始施力(gf) 562.5
以与实施例1相同的方式，留在压力室21中的墨的压力P2根据墨的流量Q的增加而增大，使得能够将打印元件基板7中的墨的压力P3的变化抑制到低水平。
在实施例2中，如表(4)所示，将施力构件28的初始施力设定成比施力构件30的初始施力大。因此，无论留在墨导入室22中的墨的压力如何，留在压力室21中的墨的压力P2在使墨连通路径29关闭的情况下始终为负压。因此，墨在墨供给设备的停止期间不可能从打印头1的喷出口漏出，因而增强了墨供给设备和喷墨打印设备的可靠性。
[第二实施方式]
将参照图9和图10来说明第二实施方式。省略对与第一实施方式中的构成元件相同的构成元件的解释，以下将仅解释不同构造。图9示出了本实施方式中的压力调整单元3的构造。与第一实施方式不同的特征是在本实施方式中的压力室21内设置了施力构件32(即，第三施力构件)。与施力构件28类似，施力构件32沿使墨连通路径29关闭的方向对阀座26施力(换言之，施力构件32沿施力构件32展开的方向对阀座26施力)。
无论施力构件28(即，第一施力构件)的弹簧常数和施力构件32(即，第三施力构件)的弹簧常数之间的大小关系如何，本实施方式中的施力构件均具有如下内在关系：施力构件28(即，第一施力构件)的弹簧常数和施力构件32(即，第三施力构件)的弹簧常数之和比施力构件30(即，第二施力构件)的弹簧常数小。除了诸如类似本实施方式的螺旋弹簧等的弹簧外，还可以将诸如隔膜等的各种弹性构件用作施力构件32。施力构件32能够补强用于使墨连通路径29关闭的施力。此外，施力构件32产生了通过重力等的影响来抑制压力板31的任意倾斜的效果。
[实施例3]
在实施例3中，在下面的表(5)中示出的条件下制造图9中示出的压力调整单元3。图10示出了在表(2)中示出的条件下驱动打印头1的情况下打印元件基板7中的墨的压力P3和留在压力室21中的墨的压力P2。
表(5)
阀体的面积S1(mm2) 4.5
压力板的面积S2(mm2) 530
施力构件(28)的弹簧常数(gf/mm) 212.5
施力构件(28)的初始施力(gf) 212.5
施力构件(30)的弹簧常数(gf/mm) 562.5
施力构件(30)的初始施力(gf) 562.5
施力构件(32)的弹簧常数(gf/mm) 220
施力构件(32)的初始施力(gf) 440
以与实施例1相同的方式，留在压力室21中的墨的压力P2根据墨的流量Q的增加而增大，使得能够将打印元件基板7中的墨的压力P3的变化抑制到低水平。因此，能够稳定地保持喷出口附近的墨的压力(即，负压)，以便即使在高速打印期间也能打印高品质的图像。
[产业上的可应用性]
本发明能够广泛地应用于：压力调整单元，其用于调整各种液体的压力；液体供给设备，其用于供给各种液体；和液体喷出设备，其能够喷出各种液体。此外，本发明能够应用于如下液体喷出设备：该液体喷出设备用于通过使用能够喷出液体的液体喷出头向各种介质(例如，片材)施加各种处理(诸如打印、加工、涂布、照射、读取和检查等的处理)。无论是何种材料，均能被涂覆诸如墨等的液体的介质(包括打印介质)的示例包括诸如纸、塑料、膜、织物、金属和柔性板等的各种介质。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有的这些变型、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种压力调整单元，其包括：
第一压力室，其内能够导入液体；
第二压力室，其内部的液体能够被导出，所述第二压力室的至少一部分由根据内部压力而移位的移位构件限定；
连通路径，其使得所述第一压力室与所述第二压力室彼此连通；
阀，其能够根据所述移位构件的移位来调节所述连通路径的打开程度；
第一施力单元，其被构造成对所述阀施加施力，所述第一施力单元的所述施力作用在使所述连通路径关闭的方向上；以及
第二施力单元，其被构造成对所述移位构件施加施力，所述第二施力单元的所述施力作用在使所述第二压力室的体积缩小的移位方向上，
其中，所述第二施力单元的弹簧常数比所述第一施力单元的弹簧常数大。
2.根据权利要求1所述的压力调整单元，其中，所述阀根据所述移位构件的在使所述第二压力室的体积缩小的移位方向上的移位量而增大所述连通路径的打开程度。
3.根据权利要求1所述的压力调整单元，其中，所述第一施力单元的初始施力比所述第二施力单元的初始施力大。
4.根据权利要求1所述的压力调整单元，其中，所述移位构件为柔性构件。
5.根据权利要求1所述的压力调整单元，其中，所述阀包括阀座和阀体，所述阀座形成于所述连通路径的开口部，所述阀体与所述移位构件的移位连动而与所述阀座接触或分离。
6.一种液体供给设备，其用于通过液体供给通道向能够喷出液体的液体喷出头供给容纳在液体容纳部中的液体，其中，在所述液体供给通道中设置有根据权利要求1所述的压力调整单元。
7.根据权利要求6所述的液体供给设备，其包括：
加压泵，其定位在所述液体供给通道的位于所述液体容纳部和所述压力调整单元中的所述第一压力室之间的位置处，并且所述加压泵被构造成使容纳在所述液体容纳部中的液体加压，以便向所述第一压力室给送液体。
8.根据权利要求6所述的液体供给设备，其包括：
抽吸泵，其被构造成抽吸留在所述液体喷出头中的液体，以便使所述液体返回所述液体容纳部。
9.一种液体喷出设备，其包括：
根据权利要求6所述的液体供给设备；以及
液体喷出头，其能够喷出待从所述液体供给设备供给的液体。
10.一种喷墨打印设备，其包括：
根据权利要求6所述的液体供给设备，所述液体供给设备将墨作为所述液体来进行供给；
喷墨打印头，其被构造成喷出待从所述液体供给设备供给的墨；以及
移动单元，其被构造成使所述喷墨打印头和打印介质相对移动。
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