СИСТЕМА ПОДАЧИ ДЛЯ СТРУЙНОГО ПРИНТЕРА
INK JET PRINTER SUPPLY SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе подачи, к струйному принтеру и к способу печати.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области керамических плиток и плит для полов и стен используется декоративная печать с помощью пьезоэлектрических струйных головок.
Эта технология обладает достаточной степенью гибкости (практически неограниченное количество печатаемых объектов) и стабильности изготовления, и позволяет получать хорошее разрешение печати и изображение высокого качества.
Чернила, используемые в области керамического производства, имеют характерную особенность, отличающую их от обычных чернил для цифровых приложений на промышленных изделиях (бумага, дерево, текстиль и т.д.): они должны выдерживать высокие температуры обжига, которым подвергается керамическое изделие после декорирования. Для достижения этого к чернилам добавляют большие удельные количества неорганических пигментов (смеси хромофорных оксидов металлов), достигающие до 40% по весу. Эти пигменты в виде тонкоизмельченных порошков имеют гораздо более высокую плотность, чем связующее, в котором их диспергируют (органический растворитель или растворитель на водной основе), и поэтому имеют тенденцию к осаждению, т.е. выпадению в осадок в жидкой части. Таким образом, в печатных машинах должны быть приняты надлежащие контрмеры для предотвращения риска осаждения. Этот риск в частности заметен на головках, являющихся наиболее дорогой и чувствительной частью всей системы.
Совсем недавно производители струйных головок разработали специальные модели головки для использования в керамическом производстве (т.е. с чернилами с неорганическими пигментами), используя подходящие материалы и выполняя в головках внутренние каналы для рециркуляции чернил.
В патентной заявке с номером WO 2013/150396 описана (в частности со ссылкой на фиг. 1 - упомянутые в данном документе номера позиций приведены ниже в скобках) система подачи чернил, содержащая подающий элемент (31), с которым соединены с возможностью передачи текучей среды печатающие головки (1). Они также имеют накопительный коллектор (41), также соединенный с печатающими головками (1) и снабженный насосом (43); и подающий канал (3), имеющий соответствующий насос (32) и выполненный с возможностью подачи чернил из резервуара (5) в подающий элемент (31).
В патентной заявке с номером US2010/214334 описана струйная печатающая головка. Такая головка (для которой не указано применение для керамических подложек) содержит: напорную камеру; привод, расширяющий и сжимающий объем напорной камеры; отдельный подающий канал потока для направления чернил в напорную камеру; сопло, выпускающее чернила; канал потока для направления чернил из напорной камеры в сопло; и канал возвратного потока чернил, соединенный с соплом.
Однако известные принтеры и системы подачи чернил имеют различные недостатки, среди которых следующие: они относительно сложны; они не обеспечивают правильного управления внутренним давлением головок для предотвращения нежелательного стока и для обеспечения статуса готовности выпуска ("впрыск"), когда это необходимо; они не гарантируют, что сопла печатающих головок выпускают большое количество чернил (следует иметь в виду, что керамические подложки, на которые были нанесены чернила, обрабатываются при высоких температурах и что эти условия могут привести к частичному разложению нанесенных чернил); они не всегда обеспечивают достаточного ограничения осаждения частиц чернил.
Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи, струйного принтера и способа печати, которые могут устранить, по меньшей мере частично, недостатки предшествующего уровня техники и в то же время легки и экономичны при изготовлении.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению заявлены система подачи, струйный принтер и способ печати, как указано в независимых пунктах приведенной ниже формулы изобретения, и, предпочтительно, в любом пункте формулы изобретения, непосредственно или опосредованно зависящем от независимых пунктов формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие не ограничивающий вариант его осуществления, на которых:
- фиг. 1 - схематичный вид сбоку принтера согласно настоящему изобретению;
- фиг. 2 схематично иллюстрирует систему подачи согласно настоящему изобретению и часть принтера с фиг. 1; и
- фиг. 3 - схематичный вид в поперечном сечении детали с фиг. 2.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, на фиг. 2 номер позиции 1 обозначает в целом систему подачи для струйного принтера 2 (показанного в целом на фиг. 1) (в частности для керамических подложек), содержащего по меньшей мере две (множество) печатающие головки 3 (в частности, пьезоэлектрические), каждая из которых имеет по меньшей мере одно соответствующее выпускное сопло 4 (фиг. 3).
Система 1 (фиг. 2) содержит подающий элемент (в частности, коллектор) 5, выполненный с возможностью вмещения чернил (обозначенные на фиг. 2 номером позиции 55), с которым сопла 4 соединены с возможностью передачи текучей среды; множество соединительных каналов 6, каждый из которых расположен между подающим элементом 5 и (соответствующим) соплом 4; накопительный коллектор 7, соединенный с возможностью передачи текучей среды с упомянутыми выпускными соплами 4; множество соединительных каналов 8, каждый из которых расположен между (соответствующим) соплом 4 и накопительным коллектором 7; и всасывающий узел 9 для уменьшения давления в подающем элементе 5.
В частности, каждое сопло 4 выполнено с возможностью выпускать небольшие количества чернил в виде капель.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления всасывающий узел 9 содержит вакуумный генератор 9а и клапан 9b, соединяющий вакуумный генератор 9а с подающим элементом 5. Предпочтительно, вакуумный генератор 9а содержит (точнее, представляет собой) трубку Вентури. Такой вариант осуществления обладает тем преимуществом, что он является двухходовым по отношению к атмосфере и автоматически компенсирует изменение уровня текучей среды в подающем элементе 5.
Альтернативно, вакуумный генератор 9а содержит (точнее, представляет собой) вытеснительный насос (например, лопаточного типа) с регулируемым байпасом по направлению к атмосфере с функциями демпфирования вакуумного выключателя.
В частности, каждый соединительный канал 6 соединяет с возможностью передач текучей среды подающий элемент 5 и соответствующее сопло 4; при этом каждый соединительный канал 8 соединяет с возможностью передачи текучей среды соответствующее сопло 4 и накопительный коллектор 7.
Согласно некоторым вариантам осуществления каждый соединительный канал 6 проходит от подающего элемента 5 к соответствующему соплу 4. Дополнительно или альтернативно, каждый соединительный канал 8 проходит от соответствующего сопла 4 к накопительному коллектору 7.
В частности, всасывающий узел 9 соединен с верхней областью подающего элемента 5 (точнее, через верхнюю стенку самого накопительного блока 5).
Предпочтительно, подающий элемент 5 (только) частично наполнен чернилами, причем всасывающий узел 9 соединен в области над свободной поверхностью (верхней поверхностью) чернил внутри подающего элемента 5.
Накопительный коллектор 7 имеет два конца 10 и 11, соединенные с возможностью передачи текучей среды с соответствующими различными положениями подающего элемента 5. В частности, два конца 10 и 11 непосредственно (т.е. без пересечения любой печатающей головки 3, в частности, любого сопла 4) соединены с возможностью передачи текучей среды с соответствующими различными положениями подающего элемента 5.
Система 1 дополнительно содержит передающее устройство 12 (в частности, насос) для передачи (проталкивания) чернил от конца 11 через (от одного конца к другому) подающий элемент 5.
Таким образом, можно добиться значительного уменьшения осаждения твердой части чернил (при этом можно поддерживать чернила в состоянии движения) с помощью относительно простой и недорогой конструкции.
В этом отношении следует отметить, что скорость потока, необходимая для печатающих головок 3, в общем случае является слишком низкой для обеспечения достаточной скорости в подающем элементе 5 (чтобы твердые компоненты не выпадали в осадок). Прохождение части чернил, содержащихся внутри подающего элемента 5, также через накопительный коллектор 7 позволяет увеличить общую скорость чернил внутри подающего элемента 5.
В частности, система 1 также содержит соединительный канал 13 (проходящий от конца 10 к подающему элементу 5) для соединения конца 10 и подающего элемента 5 с возможностью передачи текучей среды; и соединительный канал 14 (проходящий от конца 11 к подающему элементу 5) для соединения конца 11 и подающего элемента 5.
Точнее, передающее устройство 12 выполнено с возможностью передачи чернил через подающий элемент 5 и накопительный коллектор 7 (и соединительные каналы 13 и 14). При использовании передающее устройство 12 работает непрерывно для получения непрерывного движения чернил.
Предпочтительно, подающий элемент 5 имеет больший внутренний объем, чем внутренний объем накопительного коллектора 7 (точнее, больше суммы внутренних объемов накопительного коллектора 7 и соединительных каналов 13 и 14).
В частности, поперечное сечение подающего элемента 5 в 3-10 раз больше поперечного сечения накопительного коллектора 7.
Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления передающее устройство 12 расположено между концом 11 и подающим элементом 5 (на соединительном канале 14). Таким образом, можно достичь очень низких колебаний потока в подающем элементе 5, улучшая при этом стабильность давления в соплах 4 и уменьшая возможность осаждения твердых компонентов чернил (это преимущество в частности важно, когда подающий элемент 5 имеет особенно большой внутренний объем, что подразумевает относительно медленную скорость потока внутри подающего элемента 5).
Предпочтительно система 1 дополнительно содержит датчик 15 давления для определения давления внутри подающего элемента 5 (в частности, в области над подающим элементом 5, более точно над чернилами внутри подающего элемента 5); и управляющее устройство 16 для управления всасывающим узлом 9 на основе того, что определено датчиком 15 давления (и для поддержания давления в заданном диапазоне).
Согласно некоторым вариантам осуществления всасывающий узел выполнен с возможностью уменьшения давления в области над подающим элементом 5 в соответствии со следующим соотношением:
v
p=-(ρgh+Δp),
v
где p - давление (отрицательное, т.е. разность по отношению к атмосферному давлению), измеренное датчиком 15, ρ - плотность чернил, g - ускорение силы тяжести, h - расстояние по высоте между свободной поверхностью чернил и соплами 4.
Величина Δр обозначает дополнительное снижение, необходимое для надлежащей работы выпуска, обычно в диапазоне от 2,5 до 10 мбар.
v
Согласно некоторым вариантам осуществления давление, прилагаемое всасывающим узлом 9 (p), составляет от -20 до -50 мбар (точнее от -27 до -33 мбар, еще более точно приблизительно -30 мбар).
Таким образом, компенсируется давление, создаваемое пьезометрическим напором колонны чернил, давящей на печатающие головки 3.
v
Предпочтительно, при использовании регулировка всасывающего узла 9 с помощью датчика 15 поддерживает постоянное давление p в пределах ± 50 Па (± 0,5 мбар или ± 5 мм водяного столба) для лучшей работы печатающих головок 3.
Предпочтительно, система 1 содержит регулирующее устройство 17, выполненное с возможностью регулировки потока чернил из подающего элемента 5 в накопительный коллектор 7 и расположенное между подающим элементом 5 и концом 10 накопительного коллектора (точнее, на соединительном канале 13). В частности, регулирующее устройство 17 содержит (точнее, представляет собой) клапан.
Согласно различным вариантам осуществления регулирующее устройство 17 относится к ручному или автоматическому типу для непрерывной и динамической компенсации давления внутри печатающих головок 3 (в зависимости от количества чернил, подаваемых печатающими головками 3).
Согласно некоторым вариантам осуществления система 1 содержит группу 18 обработки для обработки чернил. В частности, такая группа 18 обработки размещена между передающим устройством 12 и подающим элементом 5 (вдоль соединительного канала 14) и предназначена для очистки чернил (подаваемых в подающий элемент 5).
Следует отметить, что конкретное размещение группы 18 обработки позволяет передающему устройству 12 надлежащим образом преодолевать потери давления вследствие прохождения чернил через упомянутую группу 18 обработки.
В частности, группа 18 обработки содержит по меньшей мере один фильтр 19. Задача фильтра 19 заключается в удержании твердых частиц, являющихся слишком большими (обычно больше 5 мкм), которые могут засорить внутренние контуры и/или сопла 4, что ухудшает качество печати. Дополнительно или альтернативно, группа 18 обработки содержит дегазатор 20. Задача дегазатора 20 заключается в удалении любых воздушных пузырьков или других газов, растворенных в чернилах. Возможное накопление этих маленьких пузырьков могло бы снизить эффективность "впрыска" одного или более сопел 4. Точнее, также используется насос 21, соединенный с дегазатором 20 и выполненный с возможностью поддержания соответствующего вакуума в упомянутом дегазаторе 20 (в частности, давление -700 мбар относительно атмосферного давления).
Предпочтительно, система 1 содержит узел 22 подачи, предназначенный для подачи ("свежих") чернил в подающий элемент 5. В частности, система 1 также содержит детекторное устройство 23 для определения уровня чернил внутри подающего элемента 5; и управляющее устройство 24 для активации узла 22 подачи на основании того, что было определено детекторным устройством 23. Точнее, при использовании узел 22 подачи работает так, чтобы поддерживать уровень чернил внутри подающего элемента 5 ниже максимального уровня и выше минимального уровня, в частности по существу постоянным.
Другими словами, на практике узел 22 подачи имеет функцию поддержания количества чернил постоянным и, таким образом, уменьшения флуктуаций давления внутри подающего элемента 5, когда сами чернила используются печатающими головками 3.
В показанном варианте осуществления управляющие устройства 24 и 16 совпадают. Следует, однако, понимать, что согласно альтернативным вариантам осуществления управляющие устройства 24 и 16 являются отдельными и независимыми друг от друга.
Предпочтительно, узел 22 подачи расположен между накопительным коллектором 7 и передающим устройством 12 (вдоль соединительного канала 14). Другими словами, передающее устройство 12 расположено между узлом 22 подачи и подающим элементом 5. Таким образом, управляют скоростью потока чернил в подающий элемент 5 (она стабильна), при этом она не подвергается неконтролируемым колебаниям вследствие поступления чернил из узла 22 подачи.
Согласно некоторым вариантам осуществления узел 22 подачи содержит резервуар 25 и передающее устройство (в частности, насос) 26 для подачи чернил в подающий элемент 5 (точнее, в соединительный канал 14). Предпочтительно, внутри резервуара 25 расположена мешалка 27 для уменьшения возможности образования твердых отложений материала внутри упомянутого резервуара 25.
Предпочтительно, система 1 также содержит регулирующее устройство (клапан) 28, расположенное вдоль канала 29 и проходящее от резервуара 25 к соединительному каналу 14 (и вдоль которого расположено передающее устройство 26). При использовании регулирующее устройство 28 открывают, когда к подающему элементу 5 требуется подать новые чернила (и, таким образом, активируют передающее устройство 26). Как правило, узел 22 подачи выполнен с возможностью подачи (через регулирующее устройство 28) потока чернил, составляющего от 0 до 0,50 л/мин (в частности, приблизительно 0,15-0,25 л/мин, точнее приблизительно 0,20 л/мин).
В некоторых случаях регулирующее устройство 28 представляет собой трехходовой клапан, соединенный с дополнительным каналом 30, ведущим к резервуару 25. Таким образом, можно достичь (обеспечивая постоянную активность передающего устройства 26) непрерывной рециркуляции чернил резервуара 25 (даже если наполнение не выполняется). Таким образом, риск осаждения в канале 29 уменьшается.
Согласно некоторым вариантам осуществления система 1 также содержит трехходовой клапан 31 (размещенный на соединительном канале 14). При нормальных условиях клапан 31 обеспечивает сообщение передающего устройства 12 с подающим элементом 5 для обычных операций печати. При использовании, в случае внепланового технического обслуживания или замены чернил, клапан 31 переключают для обеспечения сообщения передающего устройства 12 с резервуаром 25 через канал 31а, обеспечивая возможность дренажного потока и, таким образом, опорожняя контур. Канал 31а проходит от клапана 31 к резервуару 25 (точнее, к каналу 30).
Предпочтительно, система 1 дополнительно содержит насос 32, используемый для приведения печатающих головок 3 в исходное состояние посредством операции продувки, обычно выполняемой при включении принтера 2 или после замены чернил. При использовании для осуществления приведения в исходное состояние открывают клапан 33, соединяющий насос 32 с подающим элементом 5 (одновременно закрывая клапан 9b), устанавливая, таким образом, внутри герметичного элемента внутреннее давление (положительное), составляющее приблизительно 200 мбар. Таким образом, обеспечивают принудительное поступление чернил в печатающие головки 3, вызывая принудительное стекание каплями и полностью заполняя внутренние контуры. После приведения в исходное состояние клапан 33 закрывают, открывают клапан 9b и выключают насос 32.
Согласно некоторым вариантам осуществления подающий элемент 5 имеет продолговатую форму. В частности, печатающие головки 3 расположены последовательно вдоль подающего элемента 5.
Предпочтительно, система 1 дополнительно содержит датчик 34 давления для оценки давления внутри накопительного коллектора 7.
Согласно некоторым вариантам осуществления датчик 34 (определяющий давление) расположен ниже по потоку, с учетом направления потока чернил, от регулирующего устройства 17 (в накопительном коллекторе 7 и/или в соединительном канале 14, и/или в соединительном канале 13).
В частности, передающее устройство 12 пригодно для активации в зависимости от того, что определено датчиком 34. Точнее, управляющее устройство 41 (например, совпадающее с управляющими устройствами 16 и/или 24, или управляющее устройство, отдельное и независимое от них) управляет передающим устройством 12 на основании того, что определено датчиком 34 (так, чтобы поддерживать внутри накопительного коллектора 7 заданное давление - и, таким образом, заданный поток).
Согласно некоторым вариантам осуществления управляющее устройство 41 предназначено для управления передающим устройством 12 в соответствии с тем, что определено датчиком 34, чтобы поддерживать давление внутри накопительного коллектора 7 между минимальным значением и максимальным значением.
В некоторых случаях при использовании передающее устройство 12 и регулирующее устройство 17 (и всасывающий узел 9) регулируют так, что разность между давлениями, определенными датчиками 15 и 34, больше заданного давления (или приблизительно равно ему). Согласно конкретным вариантам осуществления разность между давлениями, определенными датчиками 15 и 34, составляет приблизительно 47-53 мбар (в частности, приблизительно 50 мбар).
Обычно на практике минимальные (и максимальные или оптимальные) значения скорости потока чернил через подающий элемент 5 и накопительный коллектор 7 определяют так, чтобы по существу предотвратить образование осаждений. Сумма этих двух потоков определяет давление, которое должно быть применено с использованием передающего устройства 12 (и, таким образом, определено датчиком 34). Передающее устройство 12 выполнено для работы в зависимости от этого параметра (с управлением с обратной связью датчика 34), и, таким образом, управляющим устройством 17 управляют так, чтобы достичь требуемых потоков через подающий элемент 5 и накопительный коллектор 7.
Как только система 1 установлена таким образом, приводят в действие всасывающий узел 9, и когда передающее устройство 12 работает по существу непрерывно (для уменьшения осаждения), печатающие головки 3 могут быть активированы для выполнения печати.
На фиг.3 схематично показана конструкция не ограничивающего варианта осуществления печатающей головки 3 с соответствующим множеством сопел 4. Как видно, каждое сопло 4 соединено с общими соединительными каналами 6 и 8.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения заявлен способ подачи чернил в печатающие головки 3. Способ предусматривает использование системы 1 подачи согласно первому аспекту настоящего изобретения и обеспечение движения чернил в подающем элементе 5 и в накопительном коллекторе 7 посредством передающего устройства 12. В частности, согласно способу сохраняют пространство внутри подающего элемента 5 между чернилами и верхним концом подающего элемента 5.
Предпочтительно, давление, производимое передающим устройством 12, больше снижения давления, которое создается всасывающим узлом 9.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения (фиг. 1) заявлен струйный принтер 2. Принтер содержит по меньшей мере две печатающие головки 3, каждая из которых имеет по меньшей мере одно соответствующее выпускное сопло 4, и систему 1 подачи согласно первому аспекту настоящего изобретения.
Согласно показанному варианту осуществления принтер 2 содержит конвейер 35 для подложек (в частности, керамических, точнее, плиток) 36, причем указанный конвейер 35 проходит под печатающими головками 3.
Предпочтительно, принтер 2 также включает в себя датчик 37 для определения наличия подложки 36 на входе.
Как правило, принтер 2 имеет одну или более (в данном случае четыре) печатающих штанг 38, каждая из которых имеет множество печатающих головок 3. Каждая печатающая штанга 38 выполнена с возможностью нанесения отличного цвета. Печатающие головки 3 установлены на заданном расстоянии от поверхности подложки, которая должна быть декорирована и которая проходит под ними для предотвращения контакта.
Предпочтительно, принтер 2 дополнительно содержит управляющую систему 39 с интерфейсом 40 оператора для управления принтером 2 и выбора изображений для печати. Согласно некоторым вариантам осуществления управляющая система 39 содержит управляющие устройства 16, 24 и 41.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения заявлен способ печати, предусматривающий использование принтера 2 согласно третьему аспекту настоящего изобретения и обеспечение движения чернил (по существу непрерывно) в подающем элементе 5 и в накопительном коллекторе 7 посредством передающего устройства 12. В частности, способ реализуют таким образом, что внутри подающего элемента 5 между чернилами и верхним концом упомянутого подающего элемента 5 имеется пространство. Способ содержит этап нанесения, в течение которого чернила наносят на подложку 36, в частности на плитку, посредством печатающих головок 3.
Предпочтительно, давление, производимое передающим устройством 12, больше вакуума, производимого всасывающим узлом 9.
Согласно некоторым вариантам осуществления принтер 2 содержит узел 22 подачи, выполненный с возможностью подачи чернил в подающий элемент 5; и детекторное устройство 23 для определения уровня чернил внутри подающего элемента 5. В течение этапа нанесения, чернила непрерывно подают в подающий элемент 5, в частности так, чтобы компенсировать количество чернил, выпускаемых каждым выпускным соплом 4.