TWI415749B - 具有儲器頂部空間壓力控制的印表機 - Google Patents

Description

具有儲器頂部空間壓力控制的印表機

本發明係有關一種印表機，尤指噴墨印表機的流體架構。

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，故列印速率高。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不同顏色的噴嘴之間的混色困擾。在拖長的靜止(或「待命模式」)期間，各墨水顏色的個別流體管線相互之間會有稍微的壓力變化。在不同的墨水管線內的不同的加熱率及釋氣會產生一輕微的壓力差。如果紙塵(paper dust)或殘留在噴嘴表面上的墨水在不同墨水管線的噴嘴之間延伸的話，紙塵或殘留的墨水會在兩墨水管線之間構成一流體連接。該等 墨水管線會試圖使其等之間的壓力差變成相等，而此將驅使墨水由較高壓力管線流至較低壓力管線。如果不加理會的話，在較低壓力墨水管線內的墨水污染會延伸到墨水槽。在此情形下，受污染的墨水供應是無法挽救的，而必需在墨水管線注入噴嘴前加以更換。

墨水槽可藉在列印頭上游的關斷閥而與列印頭相隔開。此可保護墨水槽在待命期間免受污染，但是墨水槽及列印頭可能會有在待命期間產生一壓力差的風險。若此情形發生的話，忽然的壓力平衡將導致墨水管線中發生一脈衝，而淹沒(flood)噴嘴板。

因此，本發明提供一噴墨印表機，其包含：一列印頭，用以列印至一介質基底上；一儲器，用以容裝一墨水量，該儲器具有一下部位，用以容納墨水的，及一上部位，用以界定一在墨水上方之空氣的頂部空間；一流體連接件(fluid connection)，在該列印頭及儲器之間延伸；及一泵，用以自該頂部空間將空氣抽引入大氣中。

本發明使用一可控制墨水儲器頂部空間內的空氣壓力的流體系統，以沿墨水管線的關鍵點處控制墨水的液體靜壓。控制其中一墨水儲器(供應列印頭的墨水槽或是收集廢墨水的墨水液池的任一)內的墨水壓力可在列印頭噴嘴 處維持較一致的負壓力(即液體靜壓小於大氣)。在列印頭噴嘴處的負壓力，藉確保在各噴嘴處的墨水彎月面係被向內抽引，而防止或至少減少混色。被向內抽引的彎月面顯著的減少紙塵或殘留的墨水可能在不同顏色的噴嘴之間形成流體連接的機率。自液池內的頂部空間抽引空氣有助於使在不同墨水管線內的壓力相等，因為液池頂部空間係與所有的顏色槽路共通的。因此，可簡單的使用單一的泵來連接各墨水槽的個別頂部空間。藉此方式，各墨水槽內的空氣壓力是相等的，故在噴嘴處的墨水液體靜壓將只有因為墨水槽的墨水水位內的變化而改變。在一正常使用型態中，各墨水槽的墨水水位是大致維持相同的。欲進一步減少變化，可將墨水槽設成具有寬廣及矮胖的形狀，以減少由裝滿至清空時液體靜壓的改變。由於在各墨水管線內具有相等壓力(或至少近乎相等的壓力)，故除了擴散之外，沒有會促成混色作業的壓力差。由於橫跨噴嘴的流體連接甚小，故因擴散而造成的混合是可忽略不計的。

較佳者，該儲器是一可收集自該列印頭排洩的廢墨水的液池。

較佳者，該儲器是一用以供應墨水至該列印頭的墨水槽。在另一較佳型態中，該印表機是一可列印複數不同著色的墨水的彩色印表機，各不同著色的墨水係儲存於個別墨水槽內，以供應該列印頭，各墨水槽的頂部空間係連接至該泵，使得其等是相互成流體連通的。

較佳者，該儲器具有一通氣孔，以將該頂部空間通氣 至大氣，且當該泵將空氣自該頂部空間抽引出時，可允許受阻塞的空氣流進入該頂部空間內。在另一較佳型態中，該通氣孔具有一過濾器，可用以自流入該頂部空間內的受阻塞空氣內移除顆粒污染物。

較佳者，印表機另包含一設於該列印頭上游的上游閥。在另一較佳型態中，該印表機另包含一設於該列印頭下游的下游閥。

較佳者，該泵係可逆的，使得其可提升在該頂部空間內的空氣壓力，而將墨水驅離向該列印頭。在另一較佳型態中，該泵係用以啟動注給列印頭。在另一較佳型態中，該泵係用以沖洗來自噴嘴的墨水，及淹沒該列印頭。

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，使得以墨水啟動注給該分配歧管時，也啟動注給該等列印頭積體電路。在一些具體實施例中，該印表機另包含一維護站，具有提供給該等列印頭積體電路的覆蓋器(capper)及吸墨器(blotter)。在特定具體實施例中，該泵係與該維護站及液池成流體連通，使得藉使該泵沿一方向運轉時，可將該維護站所收集的墨水傳送至該液池，而藉使該泵沿另一方向運轉時，可自該頂部空間抽引空氣。在一特別佳的型態中，該列印頭係以一使用者可卸除及置換的卡匣來供應的，且其可經該上游閥及下游閥自該印表機流體式的卸除。

較佳具體實施例的詳盡說明

參見圖1，為了說明起見，印表機流體系統在此圖以概意的方式顯示。此圖完整的顯示提供一顏色的單一墨水管線。提供其他顏色的墨水槽10及12係以虛線顯示。一彩色印表機對各墨水顏色會有完整的墨水管線。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所示的流體系統具有一列印頭2，墨水14經一上游墨水管線20自墨水槽8提供給列印頭2。廢墨水經下游墨水管線24由列印頭2排洩至一液池28。上游墨水管線20具有一關斷閥18，而下游墨水管線具有關斷閥26。該等閥可用以啟動注給及沖洗墨水(詳下文)且充當可卸除的流體連接件，列印頭係以使用者可卸除及置換的卡匣型態來提供，例如上述於2007年3月21日申請的USSN 11/688863號申請案所示者。

列印頭具有一維護站22，用以覆蓋及吸乾噴嘴。一排洩管線16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，饋送較小槽路的網路，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啟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。

在待命模式中，氣泵30由墨水槽8內的頂部空間(headspace)32抽引空氣。在頂部空間內的空氣壓力下降，而空氣經過濾的通氣孔40被抽引回到頂部空間32內。將來自通氣孔40的空氣收縮被小心地控制，以產生一預定的負空氣壓力。管路38流體的連接墨水槽10及12內的頂部空間34及36，使得所有的頂部空間係在相同的空氣壓力下。墨水槽10及12可具有本身的通氣孔通氣至大氣(未示)，但是系統將以單一通氣孔運作。

由於頂部空間32,34及36是在相同的壓力下，故墨水內的液體靜壓是近乎相等的。在噴嘴處的墨水液體靜壓將僅因墨水槽的墨水水位的變化而改變。正常使用時是將在各墨水槽內的墨水水位設計成大致相同。為了進一步減少變化，墨水槽可具有寬廣及矮胖形狀，以減少由全滿至全空其液體靜壓的改變。由於各墨水管線中是在相等壓力 (或至少是在近乎相等壓力)下，故除了擴散之外，沒有壓力差可促成混色作業。由於跨越噴嘴的流體連接甚小，故因擴散而造成的混合是可忽略不計的。

泵30是可逆的，故其可用以加壓頂部空間32,34及36，以啟動注給列印頭2或藉列印頭IC 6來沖洗墨水。啟動注給時，需將上游及下游關斷閥18及26打開。來自墨水槽8,10及12的墨水經分配歧管4被迫使沿上游墨水管線20下流，經下游墨水管線24流入液池28內。列印頭IC 6藉分配歧管內的墨水的毛細管作用啟動注給。

如欲沖洗列印頭IC 6(恢復弄乾的噴嘴、氣泡阻塞的釋氣等)，在泵30加壓頂部空間32時，將下游閥26關閉。墨水由噴嘴被迫出，而所造成噴嘴板上的氾濫即在維護站22處清除之。

需一提者，泵30是在插電的待命模式下運作的。即是，在列印工作之間的靜止期間，印表機仍然是插上電且連接至電源的。在切斷電源的待命時，關斷閥18及26被關閉，以隔離列印頭及防止混合。當印表機再次接上電時，泵30可如上文述及般，藉啟動注給或沖洗(如有必要)來使列印頭待命。

圖2顯示泵30係作用於液池28的頂部空間32，而非墨水槽8的頂部空間。此外，該圖顯示單一墨水管線，但是彩色印表機具有數個顏色管線，全排洩至相同的液池28。只要是各顏色的所有下游墨水管線24係連接至液池頂部空間，單一的泵可用以改變墨水在噴嘴處的液體靜 壓。

在泵30連接至液池28的情形下，在電源關閉的待命期間，上游關斷閥18是閉合的。在頂部空間32內的負空氣壓力對由列印頭2垂下的墨水柱進行抽引作用。此確保在噴嘴處維持有一足夠的負壓力。更重要的，各顏色的噴嘴內的負壓力是相同的。如上文述及者，此移除了驅促混色作業的機制。

泵30是較複雜的，因為其必須能處理一墨水/空氣混合物。其是在由維護總成22至液池28的排洩管線16內，以協助將染污的墨水傳送至液池28，且需能經由過濾器42自頂部空間32或大氣抽引空氣。

在此具體實施例中，啟動注給需要上游閥18打開，而泵30需在液池28內產生一低壓力，以沿上游墨水管線20，自墨水槽8將墨水向下抽引，經分配歧管4而進入下游墨水管線24。列印頭IC 6再次藉毛細管現象而啟動注給。

欲沖洗時，將上游閥18關閉，而泵30在頂部空間32內產生一正壓力，以迫使在下游墨水管線24及分配歧管4內的墨水淹沒列印頭IC 6。

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‧‧‧墨水槽

12‧‧‧墨水槽

14‧‧‧墨水

16‧‧‧排洩管線

18‧‧‧關斷閥

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‧‧‧頂部空間

34‧‧‧頂部空間

36‧‧‧頂部空間

38‧‧‧管路

40‧‧‧通氣孔

42‧‧‧過濾器

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顯示依據本發明一印表機流體系統的概意圖式。

圖2顯示依據本發明另一印表機流體系統的概意圖式。

2‧‧‧列印頭

4‧‧‧墨水分配歧管

6‧‧‧列印頭積體電路

8‧‧‧墨水槽

10‧‧‧墨水槽

12‧‧‧墨水槽

14‧‧‧墨水

16‧‧‧排洩管線

18‧‧‧關斷閥

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‧‧‧氣泵

32‧‧‧頂部空間

34‧‧‧頂部空間

36‧‧‧頂部空間

38‧‧‧管路

40‧‧‧通氣孔

42‧‧‧過濾器

Claims (10)

1. 一種噴墨印表機，包含：一列印頭，用以列印至一介質基底上，該列印頭界定出複數個噴嘴，而墨水從該噴嘴被驅離；一液池，設於該列印頭之下游以收集來自該列印頭的未用過的墨水，該液池具有一下部位，用以容納該未用過的墨水，及一上部位，在該未用過的墨水上方界定出空氣的頂部空間；一第一流體連接件，在該列印頭及該液池之間延伸以將來自該液池之未用過的墨水連通至該液池，該第一流體連接件將該液池連接於該列印頭中的一位置，其位於該複數個噴嘴之上游；以及一泵，連接於該液池，該泵用以將空氣從該液池之該頂部空間抽引入大氣中並在該噴嘴之上游的該列印頭中產生負壓。
2. 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，其中該液池具有一通氣孔，當該泵將空氣從該頂部空間抽引出時，使得受阻塞的空氣流入該頂部空間內。
3. 如申請專利範圍第2項的噴墨印表機，其中該通氣孔具有一過濾器，用以從流入該頂部空間內的受阻塞空氣內移除顆粒污染物。
4. 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，另包含一維護站，其設於該噴嘴之下游，該維護站用以接收從該噴嘴被排洩的墨水。
5. 如申請專利範圍第4項的噴墨印表機，另包含一第二流體連接件，其在該維護站及該液池之間延伸，該第二流體連接件將墨水從該維護站連通至該液池。
6. 如申請專利範圍第5項的噴墨印表機，其中該泵介於該維護站及該液池之間沿著該第二流體連接件而設。
7. 如申請專利範圍第6項的噴墨印表機，其中該泵在第一方向運轉，以將空氣從該液池的該頂部空間抽引入大氣，且在相對於該第一方向的第二方向運轉，以將墨水從該維護站連通至該液池。
8. 如申請專利範圍第1項的噴墨印表機，另包含一一設於該列印頭之上游的墨水供應儲器，該墨水供應儲器儲存一體積的墨水，其為該列印頭所用。
9. 如申請專利範圍第8項的噴墨印表機，其中該列印頭包含一墨水分配歧管，該墨水分配歧管透過一第三流體連接件在該墨水分配歧管的第一端連接於該墨水供應儲器。
10. 如申請專利範圍第9項的噴墨印表機，其中該第一流體連接件在相對於該第一端之該墨水分配歧管的第二端將該液池連接於該墨水分配歧管。