САМОУПЛОТНЯЮЩИЙСЯ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ
SELF-PACKING FILTRATION MODULE FOR JET PRINTING

Область техники, к которой относится изобретение
[01] Настоящее изобретение относится к струйной печати и, более конкретно, к фильтрации чернил, подаваемых к печатающей головке струйного печатающего устройства с непрерывной подачей чернил.
Предпосылки создания изобретения
[02] В системах струйной печати отпечаток составляется из отдельных капель чернил, образованных у сопла и поданных к подложке. Существуют две принципиальные системы: система подачи по требованию, в которой капли чернил для печати образуются по требованию; и система струйной печати с непрерывной подачей чернил, в которой капли образуются непрерывно, и только выбранные капли направляются к подложке, тогда как другие возвращаются к источнику чернил.
[03] Струйные печатающие устройства с непрерывной подачей чернил подают чернила под давлением к генератору капель печатающей головки, где непрерывный поток чернил, подаваемый из сопла, разбивается на отдельные одинаковые капли, например, посредством колеблющегося пьезоэлектрического элемента. Капли направляются мимо зарядного электрода, у которого им выборочно и отдельно придается заданный заряд перед их прохождением через поперечное электрическое поле, обеспеченное между парой отклоняющих пластин. Каждая заряженная капля отклоняется посредством поля на величину, которая зависит от величины ее заряда, перед попаданием на подложку, тогда как незаряженные капли продвигаются без отклонения и собираются в желобе, из которого они возвращаются к источнику чернил для повторного использования. Заряженные капли обходят желоб и попадают в подложку в положении, определенном зарядом капли и положением подложки относительно печатающей головки. Обычно подложка перемещается относительно печатающей головки в одном направлении, а капли отклоняются в направлении, в целом перпендикулярном этому направлению, несмотря на то, что отклоняющие пластины могут быть ориентированы под наклоном к перпендикуляру для компенсации скорости подложки (перемещение подложки относительно печатающей головки между прибытием капель означает, что в ином случае линия капель не проходит достаточно перпендикулярно направлению перемещения подложки).
[04] В струйной печати с непрерывной подачей чернил знак печатается из матрицы, включающей в себя эквидистантный массив возможных положений капли. Каждая матрица содержит множество колонн (штрихов), каждая из которых образована линией, включающей в себя множество возможных положений капли (например, семь), образованных зарядом, сообщенным каплям. Таким образом, каждая используемая капля заряжается согласно ее заданному положению в штрихе. Если какая-то капля не используется, то эта капля не заряжается и захватывается в желобе для рециркуляции. Этот цикл повторяется для всех штрихов в матрице и затем снова начинается для матрицы следующего знака.
[05] Чернила подаются под давлением к печатающей головке посредством системы источника чернил, которая в целом расположена внутри отсека шкафа, который включает в себя отдельный отсек для схемы управления и панели интерфейса пользователя. Система включает в себя основной насос, который засасывает чернила из резервуара или резервуара и подает их под давлением к печатающей головке. По мере потребления чернил резервуар по необходимости пополняется из сменного картриджа с чернилами, который соединен с возможностью снятия с резервуаром посредством питающего трубопровода. Чернила подаются из резервуара через гибкий подающий трубопровод к печатающей головке. Неиспользуемые капли чернил, захваченные желобом, возвращаются к резервуару через возвратный трубопровод посредством насоса или насоса Вентури. Управление потоком чернил в каждом из трубопроводов в целом осуществляется посредством соленоидных клапанов и/или других подобных компонентов.
[06] Фильтрация чернил предусмотрена для захвата или ограничения количества твердых частиц в чернилах, которые подаются к печатающей головке для печати. Более конкретно, фильтрующий модуль обеспечивает наличие фильтрующего материала в канале для чернил от источника чернил к печатающей головке. Фильтры, используемые в этих системах, имеют известный эффективный срок службы, так что через межсервисные промежутки времени выполняется замена фильтров. Замена фильтров может быть затратной по времени, что означает, что струйное печатающее устройство с непрерывной подачей чернил не работает, что является нежелательным для выполнения печати и маркировки в производственной линии. Более того, когда фильтрующий модуль заменяется, он часто содержит некоторое количество чернил, при котором они считаются опасными отходами, и при утилизации фильтрующего модуля должны быть предприняты специальные меры предосторожности.
Краткое изложение сущности изобретения
[07] В настоящем изобретении разработан фильтрующий модуль с самоуплотняющимися клапанами в сборе, который выполнен с возможностью оставления минимального количества печатающей жидкости в модуле после использования.
[08] Согласно одному аспекту, фильтрующий модуль для струйного печатающего устройства с непрерывной подачей чернил включает в себя корпус фильтра, фильтрующий материал, закрепленный внутри корпуса, и впускное отверстие, через которое чернила текут в корпус под давлением. Первый самоуплотняющийся клапан в сборе расположен внутри впускного отверстия. Чернила вытекают из корпуса под давлением через выпускное отверстие. Второй самоуплотняющийся клапан в сборе расположен внутри выпускного отверстия. Первый и второй клапаны в сборе открыты при механическом соединении с каналом для чернил от резервуара чернил к печатающей головке, и первый и второй клапаны в сборе плотно закрыты при механическом отсоединении от канала для чернил.
[09] Согласно другому аспекту, струйное печатающее устройство с непрерывной подачей чернил включает в себя резервуар чернил для удерживания чернил, печатающую головку, сообщающуюся по текучей среде с резервуаром чернил, причем печатающая головка имеет сопло для чернил для выбрасывания капель чернил на подложку для печати изображения, канал для чернил, обеспечивающий сообщение по текучей среде от резервуара чернил к печатающей головке, и насос, расположенный в канале для чернил и сообщающийся по текучей среде с резервуаром чернил и печатающей головкой для доставки чернил из резервуара чернил к печатающей головке под давлением. Фильтрующий модуль расположен в канале для чернил между насосом и печатающей головкой.
[010] Предшествующие параграфы даны в качестве введения и не предназначены для ограничения объема последующей формулы изобретения. Варианты осуществления, являющиеся в настоящее время предпочтительными, вместе с другими преимуществами, будут лучше поняты из последующего подробного описания при его рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
[O11] Изобретение описано далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
[012] Фиг.1 представляет собой схематичную иллюстрацию схемы подачи чернил для струйного печатающего устройства с непрерывной подачей чернил.
[013] Фиг.2 представляет собой вид снизу в перспективе фильтрующего модуля согласно вариантам осуществления изобретения.
[014] Фиг.3 представляет собой вид в разрезе фильтрующего модуля с Фиг.2.
[015] Фиг.4 представляет собой вид в разрезе самоуплотняющегося клапана в сборе согласно вариантам осуществления изобретения.
[016] Фиг.5 представляет собой вид в разрезе самоуплотняющегося клапана с Фиг.4, приведенного в открытое положение.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
[017] Изобретатели поняли, что во время обслуживания струйного печатающего устройства с непрерывной подачей чернил, фильтрующие модули, которые нужно заменить, часто содержат достаточный объем чернил, чтобы этот компонент рассматривался как опасный материал, вследствие чего требуется соблюдение мер предосторожности в отношении утилизации фильтрующего модуля. Иногда фильтрующие модули имеют склонность к утечке во время замены, в результате этого загрязняя рабочую зону и части струйного печатающего устройства. К тому же, извлечение фильтрующих модулей часто является сложной задачей, которая может занимать много времени и может быть грязной. Соответственно, изобретатели разработали "самоуплотняющийся" фильтрующий модуль, который сводит к минимуму или исключает утечку чернил при извлечении из канала для чернил системы с непрерывной подачей чернил. Для этого, фильтр выполнен с возможностью сведения к максимуму удаления чернил из фильтрующего модуля при сбросе давления в линиях чернил и в фильтрующем модуле. Соответственно, предусмотрен фильтрующий модуль согласно вариантам осуществления изобретения, в котором из фильтрующего модуля выпускаются чернила, чтобы их количество было меньше определенной величины (например, 30 мл), посредством чего исключается необходимость в выполнении мер предосторожности при утилизации опасных материалов.
[018] Далее со ссылкой на Фиг.1, проиллюстрирована схема подачи чернил для струйного печатающего устройства 10 с непрерывной подачей чернил. Струйное печатающее устройство 10 включает в себя систему 12 с текучей средой, печатающую головку 14 и конденсатор 16. Система 12 с текучей средой включает в себя резервуар для чернил или резервуар-смеситель 18 для содержания чернил, резервуар 20 вспомогательного вещества 20 для содержания растворителя и источник 22 чернил. Источник 22 чернил и резервуар 20 вспомогательного вещества подают текучие среды к резервуару-смесителю 18. Растворитель добавляется в резервуар для чернил или резервуар-смеситель 18 во время работы струйного печатающего устройства для восполнения потери растворителя из-за испарения и для должного управления вязкостью чернил. Чернила для струйных печатающих устройств с непрерывной подачей чернил обычно представляют собой сложные смеси множества веществ с большой частью летучих органических растворителей. Обычные органические растворители включают в себя метилэтилкетон (МЕК), ацетон, и этанол. Печатающая головка 14 включает в себя сопло 26, сообщающееся по текучей среде с резервуаром 18 для чернил для выбрасывания капель чернил, и желоб 30 для принятия, через его уловитель чернил, капель чернил, которые не используются для печати. Канал 32 желоба начинается у уловителя чернил или устья желоба 30 и обеспечивает сообщение по текучей среде с резервуаром чернил, для чернил и воздуха, которые попадают в желоб 30 через уловитель чернил. Обратная линия (не показана) может быть расположена в сообщении по текучей среде с желобом 30 для передачи воздуха из конденсатора 16 к желобу 30 и для вхождения в канал 32 желоба, который возвращает чернила к резервуару-смесителю 18.
[019] Чернила подаются к печатающему модулю или печатающей головке 14 через канал 34 для чернил. В канале 34 для чернил предусмотрен насос 36 для подачи чернил под давлением к печатающей головке 14 для печати. К тому же, в канале 34 для чернил между насосом 36 и печатающей головкой 14 предусмотрен фильтрующий модуль 38 для фильтрации твердых частиц из чернил перед попаданием чернил в печатающую головку 14. Фильтрующий модуль 38 более подробно показан на Фиг.2 и 3 и включает в себя корпус 40 с верхней частью 40A и нижней частью 40B. Фильтрующая среда 42 установлена внутри корпуса 40 для фильтрации чернил, подаваемых к модулю 38 под давлением. Фильтр может представлять собой полипропиленовый фильтр с пропускной способностью 5 мкм, выполненный с возможностью фильтрации чернил, подаваемых к модулю под давлением около 2,5-3,5 бар.
[020] Модуль 38 включает в себя впускное отверстие 44 и выпускное отверстие 46, на нижней части 40B модуля 38, через которые чернила входят в модуль 38 и выходят из него. Также может быть предусмотрено второе выпускное отверстие 48 для возврата чернил в модуле 38 к резервуару-смесителю 18 через обратную линию 52. Для поддерживания давления в модуле 38 на требуемом уровне или в требуемом диапазоне, некоторые чернила в модуле 38 периодически сбрасываются через второе выпускное отверстие 48 посредством работы насоса 51 Вентури и возвращаются в резервуар-смеситель 18, в то время как чернила продолжают течь к печатающей головке 14. К тому же, или в качестве альтернативы, второе выпускное отверстие 48 и/или дополнительные отверстия могут быть встроены в модуль 38 для циркуляции пигментированных чернил через модуль (и необязательно через фильтрующий материал 42), чтобы пигмент из чернил не накапливался или не осаждался в резервуаре 18 для чернил.
[021] Модуль может быть предусмотрен с электронным устройством хранения информации, таким как микросхема 45 памяти с установленными на поверхности электрическими контактами для соединения с соответствующими контактами, предусмотренными на струйном печатающем устройстве. Микросхема 45 памяти может представлять собой любое подходящее электронное устройство хранения информации, может поддерживаться на любой подходящей подложке и может быть соединено с подходящими электронными контактами (или контактом) любым удобным образом, при условии, что эти контакты доступны для соединения с печатающим устройством, когда фильтрующий модуль 38 вставлен в струйное печатающее устройство. Микросхема 45 памяти включает в себя по меньшей мере Постоянное Запоминающее Устройство (ПЗУ). Информация на микросхеме памяти может представлять собой любую подходящую информацию и обычно может включать в себя такую информацию, как серийный номер фильтрующего модуля, дату изготовления, номер модели, дату истечения срока годности, и тому подобное. Микросхема памяти может включать в себя информацию для безопасности, для того, чтобы только подходящие и распознанные фильтрующие модули могли быть использованы с печатающим устройством. Другая информация на микросхеме 45 памяти может включать в себя тип текучей среды (такой как тип растворителя, чернил, или выполнены ли чернила на основе красителя или пигментированы), срок службы, и так далее. Микросхема памяти также может включать в себя часть информации с возможностью перезаписи. Струйное печатающее устройство может вносить запись на микросхему памяти для обозначения, что фильтрующий модуль достиг конца своего срока службы, для того, чтобы фильтрующий модуль больше не мог быть использован в этом струйном печатающем устройстве или в любом другом струйном печатающем устройстве.
[022] Самоуплотняющиеся клапаны 54, 56 в сборе установлены внутри впускного отверстия 44 и выпускного отверстия 46, соответственно. Подобный клапан в сборе также может быть установлен во втором выпускном отверстии 48. Поскольку клапаны 54, 56 в сборе имеют идентичную конструкцию и функцию, приведенное ниже описание клапана 54 в сборе применимо к клапанам 54, 56 в сборе обоих выпускных отверстий 46, 48. Эти самоуплотняющиеся клапаны 54, 56 в сборе обеспечивают механическое соединение модуля 38 с каналом для чернил, и при отсоединении модуля 38 от канала для чернил, обеспечивают сведение к минимуму или исключение утечки чернил.
[023] На Фиг.4 и 5 более подробно показан клапан 54 в сборе, включающий в себя корпус 60 клапана, имеющий верхний конец 62 и первое отверстие 64 у нижней части клапана 54 в сборе, удаленной от верхнего конца 62. В частности, клапан в сборе показан как зацепляющийся со штырем 70 обеспечения потока чернил, который установлен на верхней части резервуара чернил. Резервуар чернил может включать в себя по меньшей мере два штыря 70 для обеспечения потока чернил для зацепления или открывания клапанов 54, 56 в сборе. Как видно на Фиг.4, поджимающий механизм 76, такой как пружина, поджимает шарик 66 ко второму отверстию 64 и к уплотнению 71, находясь в закрытом положении. Когда фильтрующий модуль 38 прикреплен к резервуару чернил, штырь 70 обеспечения потока чернил проходит через первое отверстие 64 и уплотнение 71 для перемещения шарика 66 к верхнему концу 62 корпуса 60 клапана. Более конкретно, как видно на Фиг.5, когда клапаны 54, 56 в сборе, или фильтрующий модуль 38, механически соединяются с каналом для чернил и контейнером чернил, штырь (штыри) 70 толкает шарик 66 к верхнему концу 62 для открывания клапанов 54, 56 в сборе. Штырь 70 обеспечения потока чернил включает в себя канал 72 и окна 74, через которые чернила текут в модуль 38 через боковые отверстия 82 в клапане 54 в сборе. Когда модуль 38 соединяется с каналом 33 для чернил, клапаны 54, 56 в сборе автоматически открываются для обеспечения потока чернил через модуль 38, фильтрующий материал 42 и к печатающей головке 14. Термины "механически соединяться" и "механически отсоединяться" относятся к механическому взаимодействию между компонентами фильтрующего модуля 38 и частями и/или компонентами, соединенными с путем потока чернил или резервуаром чернил струйного печатающего устройства, причем механическое взаимодействие предназначено для открывания и закрывания клапанов для управления потоком чернил через фильтрующий модуль.
[024] Как можно дополнительно видеть на Фиг.4 и 5, в варианте осуществления изобретения, штырь 70 обеспечения потока чернил содержит контурную наружную поверхность, включающую в себя верхнее плечо 83, которое сходится на конус внутрь относительно вала 88 штыря 70. К тому же, внутренняя поверхность 84 уплотнения 71 выполнена контурной так, чтобы в целом соответствовать форме штыря 70 у плеча 83. Соответственно, когда клапан 54 в сборе и фильтрующий модуль 38 прикрепляются к резервуару чернил, наклонная поверхность 84 уплотнения 71 упирается в плечо 83 штыря 70. Эта уплотненная граница соприкосновения между штырем 70 и уплотнением 71 предотвращает возникновение какого-либо обратного потока чернил, вытекающего из клапана 54 в сборе во время работы системы 10 печати. Для этого, учитывая, что клапан 56 в сборе выполнен идентично клапану 54 в сборе, такая же уплотненная граница соприкосновения у клапана 56 в сборе предотвращает утечку из фильтрующего модуля 38 и клапана 26 в сборе чернил, выходящих из фильтрующего модуля 38. К тому же, уплотнение 71 выполнено так и имеет такие размеры у первого отверстия 64 и внутри основания 86 корпуса 60, чтобы обеспечивать уплотнение с валом 88 для дополнительного предотвращения утечки чернил из клапана 54 в сборе, а также для поддерживания фильтрующего модуля 38 на резервуаре чернил. Как опять же видно на Фиг.2, у нижней части корпуса 60 могут быть предусмотрены фланцы 90 с отверстиями 92 под болт для прикрепления модуля 38 к резервуару чернил посредством болтов или других крепежных элементов.
[025] При обслуживании струйного печатающего устройства 10, насос 36 чернил выключается, в результате чего спускается давление во внутреннем объеме модуля 38, и чернила сбрасываются через второе выпускное отверстие 48 через обратную линию 52 и насос 51 Вентури, и возвращаются в резервуар 22 чернил. Тем не менее, поскольку клапаны 54, 56 в сборе и такой же клапан в сборе второго выпускного отверстия 48 остаются открытыми, штырь 70 для обеспечения потока чернил упирается в уплотнение 71, как описано выше, предотвращая или сводя к минимуму утечку чернил. Когда модуль 38 отсоединяется от канала 33 для чернил, поджимающий механизм 76 прижимает шарик 66 к уплотнению 71, автоматически закрывая клапаны 54, 56 в сборе, предотвращая выход каких-либо чернил, оставшихся в модуле 38.
[026] Несмотря на то, что в описанных в этом документе вариантах осуществления изобретения клапаны 54, 56 в сборе зависят от нижней части 40B корпуса 40, изобретение не ограничено такой конфигурацией. Например, клапаны 54, 56 в сборе могут быть расположены полностью внутри корпуса 40, чтобы второе отверстие 64 было выполнено в целом заподлицо с нижней частью корпуса 40 или было расположено полностью внутри корпуса 40.
[027] В варианте осуществления, показанном на Фиг.3, модуль 38 также может содержать компенсатор 58 давления потока чернил, который используется для управления колебаниями давления в канале 33 для чернил или для сведения их к минимуму. Как описано подробнее далее, компенсатор 58 также может способствовать выведению чернил из модуля 38. Компенсатор содержит диафрагму 78, функционально соединенную с верхней частью 40A корпуса 40 и подвешенную внутри модуля 38 и внутренней окружности фильтрующего материала 42. Поджимающий механизм 80, такой как спиральная пружина, также функционально соединен с верхней частью 40A корпуса 40 и расположен внутри диафрагмы 78 для поджимания диафрагмы 78 к нижней част 40B корпуса 40 и клапанов 54, 56 в сборе.
[028] Когда чернила подаются к модулю 38 под давлением, поток чернил прижимает поджимающий механизм 80 и диафрагму 78 к верхней части 40A корпуса 40. Поджимающий механизм 80 и диафрагма 78 прилагают противодействующую силу к потоку чернил под давлением, чтобы поглощать колебания давления в потоке чернил. Когда давление спускается из модуля 38 посредством выключения насоса 36, поджимающий механизм 80 прижимает диафрагму к клапанам 54, 56 в сборе и к клапану в сборе второго выпускного отверстия 48, посредством этого заставляя чернила выходить из камеры модуля 38. Таким образом, когда модуль 38 отсоединяется от канала 33 для чернил, в нем остается только номинальное количество чернил, и модуль 38 может быть выброшен в поток нормальных отходов без необходимости принятия мер предосторожности при утилизации токсичных отходов. Предпочтительно, после использования и последующего извлечения из струйного печатающего устройства, израсходованный модуль содержит менее 30 мл, менее 20 мл, или менее 10 мл печатающей жидкости.
[029] Несмотря на то что в этом документе показаны и описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что эти варианты осуществления предоставлены только для примера. Множество модификаций, изменений и замен может быть выполнено без отхода от изобретения, описанного в этом документе. Соответственно, изобретение ограничено только сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения.