CN100594134C - 用于喷墨印刷的墨水循环系统及包括其的喷墨打印设备 - Google Patents

Abstract

适用于喷墨打印设备的一种墨水循环系统(1)，包括喷墨打印头(10)、用于将墨水供应到喷墨打印头(10)的供应路径(24，20)以及用于返回剩余墨水的返回路径(30，34)，所述返回路径(30，34)用于从所述喷墨打印头(10)返回不用于打印的墨水。所述返回路径(30，34)连接到所述供应路径(24，20)以便用从喷墨打印头(10)返回的墨水补充墨水供应路径(24，20)。上述连接形成墨水循环线路。由于墨水通过打印头(10)吸取以便打印，墨水循环线路可用主要筒(70)的新鲜墨水来补充。在循环系统(1)中提供有效的直通流动墨水脱气单元(60)，以在墨水循环系统(1)中控制墨水中的气体溶解水平。

Description

用于喷墨印刷的墨水循环系统及包括其的喷墨打印设备

[说明书]

发明领域

本发明涉及微滴沉积设备，以及具体涉及喷墨打印设备。更具体的本发明涉及用于喷墨打印机的墨水输送系统。

发明背景

打印机用于将来自生成信息的计算机或类似类型的装置的输出打印到诸如纸张的记录介质上。通常可得到的打印机类型包括击打式打印机、激光打印机和喷墨打印机。术语“喷墨”涵盖各种物理程序和硬件，而且这些打印机基本将墨水从墨水供应以微小墨水滴的形式传输到记录介质。喷墨打印头要么连续产生墨水滴或按需产生墨水滴。“连续地”意味着生成连续股的墨水滴，例如通过增压的墨水供应。“按需”与“连续的”不同之处在于墨水滴只通过物理程序处理从打印头喷射出，从而即刻克服将墨水保持在打印头中的表面张力。墨水保持在喷嘴中，形成弯月面。除非一些其它力克服液体中固有的表面张力，否则墨水一直保持在位。最普通的实践是突然升高墨水上的压力，将其从喷嘴中喷射出。一种按需滴液的喷墨打印头利用电致伸缩的物理现象，变换器尺寸的变化相应于施加的电场。电致伸缩在压电材料中最强，并且因而这些打印头称为压电打印头。压电材料非常小的尺寸变化在较大区域上变硬，从而产生足够大的体积变化时的墨水滴从小腔室中挤压出来。压电打印头包括许多小的设置成阵列的墨水腔室，根据电致伸缩的原理，每一具有独立的喷嘴和一定百分比的可变性壁面，以产生将墨水滴从喷嘴喷射出的体积变化。

本发明涉及墨水供应到墨水腔室的方式、墨水的调整以及喷墨打印头运行时调节墨水的影响。

墨水腔室中的内部空气

已知在压电打印头的墨水腔室中存在气泡通常导致打印头的操作失败。如果空气存在于墨水腔室中，由部分墨水腔室壁的压电变形导致的预期压力变化将由空气吸收，使得墨水压力不受影响。喷嘴中墨水的表面张力保持弯月面，并且没有墨水滴从墨水腔室中喷射出。在压电打印头中的压电变换器运行的频率下，也就是在khz到Mhz的范围中，不光是气泡还有墨水中溶解的空气可导致如上述的操作失败。在先前技术中，公开的理念是在墨水腔室的上游即墨水进入墨水腔室之前通过形成气窝而避免墨水腔室中的气泡。在EP-A-0 714 779和US 4,929,963以空气缓冲器或气体分离器的形式提出了解决方案，其中上述空气缓冲器或气体分离器允许气泡在墨水供应到打印头之前从中间筒中的墨水上升和排出。在US 5,771,052中公开了作为喷墨打印头内部部件的脱气管。脱气管式空气可透过的、墨水不可透过的管形薄膜，允许空气经由真空源通过薄膜从墨水中撤出。

在快速扫描应用中在喷嘴处的背压式控制

在墨水供应系统中第二个注意点是在喷嘴处的压力，其对于良好调整和良好操作打印头来说是关键的。喷墨打印头在喷嘴稍微负压或背压下运行得最好。在实践中，上述通常经由在通气墨水供应筒的自由墨水表面和喷嘴中的弯月面之间保持高度差异而实现。也就是，通气墨水供应筒的自由墨水表面重力保持比喷嘴中弯月面的水平低几厘米。高度差异带来流体静压差异，从而控制在喷嘴处的背压。在往复式的打印头构造中，墨水供应筒偏离轴线定位，也就是不扫描，原因是否则的话与打印头相对的墨水供应筒的较低位置会干扰打印介质传输路径。使用柔性管道系统将偏离轴线的墨水供应筒与在线的打印头相连，例如如在US4,929,963中公开的那样。在打印头加速或减速的过程中，在管道中形成压力波，其会明显扰乱在弯月面处的压力平衡，并且会导致在负压降低情形中的喷嘴的滴落，或者在负压增大情形下弯月面的破裂并将空气带入到墨水通道中。在EP-A-1 120 257和US 6,485,137中公开的一些解决方法已经提出控制往复式打印头应用中的背压。为压力缓冲器或风门形式的压力调节机构与打印头一起安装在往复式的承载部分上。为了使得承载部分加速和减速1G以上，这些装置的响应时间是不够的。在EP-A-1 142 713中使用通气的副筒。副筒起到打印头附近的局部墨水储藏室的作用，并且从偏离轴线定位的主要筒间歇填充。上述方案通过在通气副筒的自由墨水表面和弯月面之间保持局部液体静压差异而提供了对喷嘴背压的更好控制。

在打印头中墨水性质随时间的退化(特别是对于长时期没有使用的喷嘴来说)

虽然在制造时可很好地控制墨水性能，以及在运输和存储过程中保持相对好的水平，但是当墨水用于墨水系统或保持在打印头中时，一些墨水性能会退化。例如，包含VOC′s(挥发性有机化合物)的喷墨墨水通常经受一些VOC′s在喷嘴墨水弯月面处的蒸发。墨水的粘度将在喷嘴中局部变化，在其喷射性能上具有负面影响，并潜在地导致喷嘴失败。对于以导致喷嘴失败的方式的墨水退化所花费的时间通常称其为潜伏期。潜在的问题通常由喷嘴的常规维护例如，通过清除喷嘴来防止或恢复，这样“新鲜”的墨水进入喷嘴。紧跟这些问题，已经发现如果墨水在墨水供应系统中保持时间过长，例如，在工作暂停或整晚，会发生类似分散的沉淀、自动固化等结果。在一些情形下，在工作暂停或工作停工之后的喷墨打印机的可靠操作只在外延启动程序之后获得，包括对保持在墨水供应系统整个或部分内的明显量的降解墨水进行清除，以保证打印头墨水腔室中的墨水质量优良，并在打印头中可靠地起到作用。通常这些清除的墨水量在打印机装置中不能再使用。

对于产品类型的喷墨打印装备来说，高印刷速度和可靠性是最重要的，墨水的调整是重要的。在先前技术中提出的方案只能部分解决上述的一些问题。因此本发明的目的是提供一种结合入喷墨打印机的墨水系统，其在启动之后立即使得墨水处于最佳的条件，并且在打印过程中保持其处于最佳的条件。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于喷墨打印机的墨水系统，其提供最佳调整和连续更新的墨水到喷墨打印头。在本发明的一个实施例中，该目的通过在连续的墨水循环系统中有效脱气而实现。

本发明的进一步优势和本发明的进一步实施例从下述说明和附图将变得明了。

附图的简要说明

图1示出根据本发明墨水系统的第一实施例的示意图；

图2A，2B和2C示出在加速或减速副筒中的自由墨水表面以及墨水从副筒进入或流出的位置；

图3示出副筒的一个替换实施例的示意图；

图4示出根据本发明的承载墨水系统实施例的示意图，适于连接终端射出类型的打印头；

图5示出在本发明的一个特定实施例中，通过打印头的墨水流作为返回副筒和供应副筒之间压力差函数；

图6示出在本发明的一个特定实施例中，溶解气体去除效率作为通过有效脱气单元的墨水流的函数；

图7示出在脱气单元的一个替换实施例；

图8示出用新鲜墨水补充墨水系统的一个替换实施例；

图9示出特别适用于多个打印头构造的墨水循环系统的一个替换实施例；

图10示出具有改善操作脱气单元的墨水循环系统的一个替换实施例；

图11示出具有可控真空连接器的脱气单元的一个实施例。

本发明的详细描述

本发明的应用是宽范围的。

关于打印机构造的应用性

本发明可应用于具有往复式打印头构造的打印机中，其从也就是小办公室或家用喷墨打印机的SOHO市场以及例如为了卖点应用、广告等的宽范围市场已知。在这些种类的打印设备中，喷墨打印头在快速扫描方向横过记录介质的第一方向上移动，同时打印墨水滴落到记录介质上。在两个快速扫描操作之间，记录介质在垂直于快速扫描方向的缓慢扫描方向的第二方向上前进，从而在打印头的快速扫描打印刈幅轨迹之下存在记录介质的未打印部分。多个打印头可组装到沿着快速扫描方向来回移动的单一承载部分上。已经描述了包括往复式打印头的各种打印机构造和打印方法，并且其可商购到。

与往复式打印头构造相对，也已知固定式阵列构造。在固定的阵列装置中，打印头是固定的，并且只有记录介质在喂入方向上移动，同时打印头进行打印。固定式打印头可打印记录介质的特定刈幅，例如，适于在预打印形式上的专用区域中打印名字和地址标注的各种数据，或者固定式打印头可排布成阵列，以打印页宽，例如，为了在单向数字印刷上数字打印包装材料或标签。

除了SOHO打印设备之外，几乎所有的喷墨打印设备使用从可置换的墨水供应筒分配到喷墨打印头的墨水系统。根据预定的模式，墨水作为独立的墨水滴从打印头喷嘴喷射出。依赖于应用；该模式可代表广告印刷应用中的图像，适用于印刷电子装置中的传导性结构、在粘合应用中的胶迹等。本发明可在这些喷墨打印设备中任一上执行。

关于打印头技术的应用

喷墨打印是适于若干不同技术的普通术语，所有都在记录介质的方向上从打印头喷嘴喷射墨水滴。目前最重要的喷墨打印头技术包括连续的喷墨、按需滴液的热喷墨以及按需滴液的压电喷墨。在按需滴液的喷墨技术中，依赖于其设计，我们还可分为终端射出类型的打印头、旁侧射出类型的打印头以及直通流动类型的打印头。终端射出类型的打印头具有在墨水腔室的端部具有喷嘴的特征，而旁侧射出的打印头具有在墨水腔室旁侧处具有其喷嘴。终端射出和旁侧射出的打印头需要一个墨水连接器，以便经由墨水多支管将墨水提供到若干独立的墨水腔室，每一腔室具有用于将墨水滴通过其喷嘴喷射出的致动装置。供应到打印头的墨水保持在打印头中直到其从喷嘴喷射出。另一方面，直通流动的打印头具有墨水通过墨水腔室连续流动的特征，也就是墨水经由墨水入口流入供应多支管，通过若干独立的墨水腔室，最终进入收集器多支管，其中墨水经由墨水出口离开打印头。连续流动通过墨水腔室的一小部分例如少于10％的墨水体积用于从喷嘴喷射墨水滴。还已知混合型打印头设计，例如，终端射出类型的打印头，其中墨水多支管具有墨水入口和墨水出口。在此包含在终端射出的墨水腔室中的墨水保持在打印头中直到使用；处于墨水多支管中的墨水可连续更新。

本发明不依赖于喷墨打印头技术或打印头类型。虽然在详细说明中的下述章节中详细描述的实施例将主要用于混合类型的压电打印头，也就是具有直通流动特性的终端射出，但是本发明同样可应用于其它类型的打印头，如从进一步说明中变得明了的那样。

关于喷墨墨水的应用

适用于喷墨过程的“墨水”不再限于适于图像复制的有色打印材料，而是当前还包括用于打印OLED显示的结构性材料，用于打印RFID标签的电导性材料，粘性材料等。特别是压电喷墨技术通常用于喷射出了传统的打印墨水之外的各种液体材料，原因是基于压电喷墨的物理性质即电致伸缩不限制将要喷射的液体材料的化学组成。上述不是适于需要墨水“局部”蒸发的热喷墨技术或者需要墨水滴“静电电荷”的连续喷墨技术。

考虑到化学组成，喷墨墨水通常基于用于承载例如颜料的功能性材料的例如水的载体材料分为族。基于所使用载体的墨水族包括水基墨水、溶剂型墨水、油基墨水、UV或EB可固化墨水、热熔墨水以及最近引入的对环境友好使用的生态溶剂型墨水和生物墨水。

从本发明的论述可知喷墨打印系统的性能和可靠性随着脱气墨水的使用而增长，原因在于在墨水腔室中存在的气泡严重扰乱墨水滴的生成过程，并且甚至会导致墨水喷射过程的失败。

因此优选在打印过程中使用脱气墨水。虽然在下述将参照UV可固化墨水对本发明进行详细描述，但是本发明并不限于UV可固化墨水，而且可以使用改善性能的其它类型墨水。

从本发明的背景还可知当保存相当长的时间而不搅动时，一些分散的墨水容易沉淀。典型的例子是将其作为白色颜料使用的二氧化钛的加入颜料的墨水。这些墨水需要连续循环以保持墨水分散从而适于喷射目的。

第一实施例的说明

图1中示出本发明实施例的墨水系统1的示意图。墨水系统1可分为偏离轴线墨水系统2以及承载墨水系统3。分为两个独立的部分在具有往复式打印头的喷墨打印机中是有利的。承载墨水系统3可与打印头一起定位在单一的往复式承载部分上，并且偏离轴线的墨水系统2可相对于打印头的往复式操作保持固定。在象单向数字印刷的固定阵列的打印头构造中，偏离轴线墨水系统2以及承载墨水系统3都可是固定的。承载墨水系统3包括具有两阵列喷嘴10a和10b的喷墨打印头，两阵列可交错，以便提供为单独阵列喷嘴的固有分辨率两倍的打印分辨率。打印头具有用于接收来自供应副筒20的墨水的墨水入口11，以及用于将墨水返回到返回副筒30的墨水出口30。

打印头可具有通常用图1中附图标记15指示的调整装置，例如用于将墨水加热到升高温度下的加热元件或者用于冷却电子和其他热量驱散部件的散热片。调整装置15其自身具有电或流体连接器，其连接到用附图1中的19指示的单独调整线路。例如，打印头10可连接到流体循环系统，其中处于升高温度下的调整流体循环以便将打印头10(预)加热到其操作温度。流体循环系统可经过墨水系统中的可受益于(预)加热的其它组件，例如，供应副筒20中的墨水在供应到打印头10之前可(预)加热。供应副筒20中墨水的(预)加热具有降低气体在墨水中的溶解度，当后面论述解释有效脱气时上述将成为主题。一个实际的例子可以是包括挤出部件的流体循环系统，处于升高温度下的调整流体流动通过其，并且供应副筒20可安装到其上，以便在调整流体和供应副筒之间形成热交换界面。

供应副筒20包括用于盛装墨水的封闭容器29、用于将墨水补充到容器中的墨水入口21、用于将墨水喂入到打印头的墨水出口22、用于将压力施加到封闭容器的压力连接器23以及一个或多个用于监控容器29中的自由墨水表面的墨水水平传感器25，26，27。这些传感器可输出模拟信号，例如在水平开关的情形下，例如代表连续水平测量或数字信号。在本发明的进一步描述中，可使用两种传感器或传感器种类的组合。参照图1，三个墨水水平传感器可设计成最小水平的传感器25与最大水平的传感器27结合，最小水平的传感器25用于启动墨水更新过程，而最大水平的传感器27用于停止墨水更新过程；可只有一个具有滞后范围的软件或硬件的操作水平传感器26，用于形成类似的功能；可具有下述结合，其中使用单一操作的水平传感器26，以及水平传感器25和27用作下溢和溢出警报指示，或者还可采用另一组合。通常，传感器的目标是监控容器29中的墨水水平并触发墨水补充过程的启动和停止，以及对类似副筒中墨水水平下溢和溢出状况发出信号警报。在EP-A-1 142 713中描述了墨水供应副筒的多个实施例，上述所有都可用于本发明。返回副筒30可以是供应副筒的“复制品”，具有以实现同等功能的类似特征，例如，墨水入口31接收来自打印头的墨水，墨水出口32从返回副筒30排出墨水，墨水传感器35，36和37监控返回副筒30中的自由墨水表面，并控制排出过程。优选副筒的入口和出口定位在封闭容器的底部，并位于容器垂直于快速扫描方向的对称轴上。当容器加速或减速时，从对容器中自由表面进行研究可明了原因。在加速和减速过程中，由于墨水质量的惯性，自由墨水表面倾斜或下降。上述在附图2A、2B和2C中示出。在垂直于加速或减速方向的容器对称平面处，自由墨水表面28的高度保持恒定，导致上述位置处的恒定流体静压力。由于墨水的流体静压力是为了在打印头喷嘴处形成背压的机制的一部分，使得供应副筒20的至少墨水出口22和返回副筒30的墨水入口31定位在上述容器的垂直于快速扫描方向的对称平面处是有利的。为了可靠和稳定的操作，使得副筒中的墨水水平传感器在这些对称平面中进行测量也是有利的。在附图2A至2C中示出在加速或减速过程中的自由墨水表面28的表现。附图2A示出当供应副筒20不加速或减速时自由墨水表面28处于稳定状态。附图2B示出供应副筒20加速过程中的状态以及附图2C示出供应副筒20减速过程中的状态。在所有的三个例子中，在对称平面处指示的自由墨水表面28的高度以及因此流体静压力是恒定的。如附图所示，墨水出口22优选位于对称平面处。另外，在相应副筒的封闭容器29和39中的空气体积也起到降低内部噪音的高频风门的作用。供应副筒20和返回副筒30可以单独的机械部件提供，或可整合到单一组件中，例如，两个副筒的功能可整合到单一模制的塑料部件中。优选副筒正好位于相应的打印头之上。该位置是有利的，因为副筒和打印头之间的管道和其它墨水连接器具有最小的水平墨水传输部分，这是造成在打印头承载部分加速和减速过程中压力变化降低的原因。

继续参照附图1，现在描述偏离轴线的墨水系统2。偏离轴线的墨水系统具有供应侧和返回侧。偏离轴线的墨水系统2在供应侧包括主要的墨水筒70、供应容器40和脱气单元60。偏离轴线的墨水系统2在返回侧包括返回容器50。供应侧和返回侧在返回容器50的墨水出口52和供应容器40的墨水入口之间经由止回阀74、过滤器75以及泵76的一系列连接器水压连接。泵76必须适于泵送喷墨墨水，并且应经受供应容器40中压力和返回容器50中压力之间的压力差导致的相对压力。合适的泵可以是得自KNF Neuberger的NF60微隔膜液体泵。过滤器75优选是阻止返回墨水中的任意阻塞材料再次进入供应路径的过滤器。合适的过滤器可是得自pall的MAC类型的过滤器。优选MACCA0303适用于UV可固化墨水并且指标为3μm的去除速率。该水压连接使得返回墨水重新进入返回到供应链中，从而形成循环墨水系统。具有墨水入口48的供应容器40也经由止回阀71、过滤器72以及泵73的一系列连接器水压连接到主要的墨水筒70，过滤器72用于从墨水中过滤尺寸稍微高于3到5μm的固体粒子，以及泵73可以是适于泵送喷墨墨水的蠕动泵并且经受供应容器40中的相对压力。对供应容器40和返回容器50进行设计，这样它们可以经由各自的压力连接器43、53增压。它们还可以包括一个或多个墨水水平传感器，以便监控容器中的自由墨水表面。图1中所示的实施例使用一个具有相关它们切换水平的滞后的硬件或软件的单一墨水水平传感器46，用于形成触发信号以便相应启动和停止填充和排出操作，也可应用起到触发填充或排出操作的其它水平自动检测方法。在偏离轴线的墨水系统2的供应侧上，提供有有效的直通流动脱气单元60。脱气单元具有从供应容器40的墨水出口42接收墨水的墨水入口61以及将脱气墨水供应到承载墨水系统3的墨水供应侧的墨水出口62。脱气单元还具有用于施加用于对墨水脱气的真空的真空连接器63。脱气单元是直通流动类型的，其在墨水循环过程中将溶解的气体从墨水连续去除，直到达到墨水中气体溶解的渐近线值。上述渐近线值可以是所施加真空、墨水直通流动速率以及当然脱气装置技术指标的函数。适于喷墨墨水的直通流动脱气单元的例子可以是得自Membrana GMbH的小型模件中空纤维薄膜类型的脱气单元。最后，偏离轴线的墨水系统经由两个阀连接到承载墨水系统。补充阀24将偏离轴线的墨水系统2的供应侧与承载墨水系统3的供应副筒20的墨水入口21连接。排出阀34将偏离轴线的墨水系统2的返回侧与承载墨水系统3的返回副筒30的墨水出口32连接。补充阀24和排出阀34可位于例如承载墨水系统3中的承载部分上，或固定在例如偏离轴线的墨水系统2中的打印机上。优选它们位于非常接近副筒的承载部分上，这样它们可以阻止在管道中产生的用于将承载墨水系统3连接到偏离轴线的墨水系统2的动态压力波传播进入副筒中以及进一步进入到打印头中。

通过例子的方式，在图1实施例中的脱气单元60示出为偏离轴线的墨水系统的一部分，但是脱气单元还可位于承载墨水系统上，具有从脱气单元到打印头的墨水路径长度降低的优势，并且降低墨水在达到打印头喷嘴之前的墨水降解的风险。

在图7中示出有效脱气单元的另一更优选的实施例。图7只示出墨水系统1的作为承载墨水系统一部分或作为偏离轴线墨水系统一部分的有效脱气模块，如图1。图7示出除了有效脱气单元本身以及真空压力连接器63之外的真空断开阀门64和过滤器65。当更详细论述有效脱气时还会进一步解释该替换实施例的优势。

打印模式的第一实施例

现在对图1所示实施例的以常规打印模式进行的操作进行描述。通过在供应副筒20中的压力p2和返回副筒30中的压力p3之间建立压力差实现墨水流动通过打印头10。这些压力经由相应的供应副筒20上的压力连接器23和返回副筒30上的压力连接器33施加。为了形成从供应副筒20通过打印头10并进入返回副筒30中的正向流动，供应副筒20中的压力控制在稍高于返回副筒30中压力的压力值。通过打印头的墨水流速可经由压力差p3-p2控制，但是还依赖于传到打印头以及从打印头传的流体管道的流体阻抗、以及通过这些管道的墨水流速以及打印头内部的流体阻抗。在实践中，2.5mbar的压力差可足以提供通过打印头10的超过300ml/h的流速。图5中的图示出当压力差p3-p2增加时，通过打印头10的直通流动增加。图5只是说明性的，因为真正的图依赖于墨水速度、流体阻抗等。

通过使用相同的压力值p2和p 3来建立墨水流动通过打印头10而控制打印头喷嘴处的背压。在承载墨水系统3的优选液压对称的构造中，即在打印头喷嘴之前和之后具有平衡的流体阻力，喷嘴处的背压等于((p2+p3)∶2)+(ρgh)，其中ρgh是副筒中自由墨水表面和喷嘴中弯月面之间的墨水柱的流体静压。在副筒和打印头安装到单一承载部分的实施例中，h值一般在20cm和50cm之间。从承载墨水系统3的该优选对称构造的任何偏移导致不平衡的动态压力下降，以及在与返回路径相对的供应路径中的不平衡的流体静压。上述不平衡可以预先计算或预先校正，这样喷嘴处的最终背压优选由供应副筒20和返回副筒30中的压力进行控制。优势是只用两个压力值即供应副筒20中的压力和返回副筒30中的压力的压力值来控制墨水流速和背压。在副筒和打印头安装到单一承载部分上的实施例中，对压力值p2和p3进行选择，以便在较大程度上补偿副筒中自由墨水表面和喷嘴中弯月面之间的墨水柱的流体压力，并在喷嘴中产生小的背压。在用来验证本发明的特定实施例中，常规打印模式中的压力值为p2是-30mbar以及p3是-33mbar。副筒中自由墨水表面和喷嘴之间的这些压力值和约30cm的高度差导致在喷嘴中的背压为约-1.5mbar以及超过300ml/h的墨水流速。

为了维持墨水通过打印头10的连续流动，供应副筒20需要连续补充以及返回副筒30需要连续排出，以便副筒中的墨水水平保持恒定。总之，喷嘴中的背压在一定程度上依赖于打印头供应侧和返回侧处的墨水柱的流体静压。并且虽然流体静压可预先校正并且在确定适于p2和p3的设定点时进行考虑，但是它们在操作过程中可保持恒定。幸运的是，打印头具有其中可操作喷射程序的背压操作范围。背压操作范围表示为流体压力范围并高达在其工作点周围测量的±10cm水压，以便打印头在具有恒定的打印程序参数的稳定系统中操作。但是打印程序参数很少稳定，并且还在其工作点周围的容许范围内变化，例如打印头制造公差或者墨水管道中的动态压力降低的变化。这些范围消耗掉适于打印头背压的可得到操作范围的一部分。在实践中，副筒中自由墨水表面的变化优选限定到±1cm，更优选为±0.5cm，最优选为±0.1cm。这样该操作范围提供一定空间，用于间歇地开/关补充供应副筒20中的墨水和返回副筒30中的墨水排出。间歇补充的理念可用具有1到10Hz范围内切换速率的并具有小横隔膜的快速转换阀实现。可由具有小滞后的限定目标操作范围的单一操作水平开关触发切换。具有低流速的快速切换接近于连续补充的理念，非常类似接近模拟动力驱动的脉冲宽度调制的动力驱动，但是更便宜和更容易控制。在图1的实施例中，在供应副筒20中的一个或多个水平探测传感器25，26或27的控制下打开和关闭补充阀24。依赖于背压操作范围，供应副筒20中的墨水水平探测传感器可设计为允许±1cm的最小到最大的高度差，更优选为±0.5cm，最优选为±0.1cm。

用于控制墨水通过打印头10的连续流动的一个实施例是保持施加到相应的供应副筒20和返回副筒30的压力值p2和p3平衡，并利用相应副筒的自由墨水表面的液压控制来在供应副筒20的自由墨水表面和相对的返回副筒30之间的流体压力差。流体压力差替代有效的压力差p3-p2。流体压力差可经由墨水水平传感器在相应副筒中的不同位置来实现，上述可行原因是连续的墨水流会控制副筒中的墨水水平朝向那个副筒中的墨水水平传感器的位置，或可经由副筒相对于彼此的高度差来实现。当小压差已经产生通过打印头的所需墨水流速时该实施例是有利的，在该情况下，流体压力差容易实现，因此不需复杂的机械推理来实现该实施例，并且只需选定可用于承载墨水系统的一个压力值p3＝p2。

位于承载墨水系统之上的供应副筒20中的墨水从偏离轴线定位的供应容器40并通过直通流动脱气单元来补充。经由压力连接器43可将压力p4施加到供应容器40。供应容器40中的压力p4设定得高于供应副筒20中的压力p2，因此当补充阀24打开时迫使墨水流从供应容器40流动到供应副筒20。供应容器40和供应副筒20之间的压力差p4-p2作为下述因素的函数进行选定，上述因素为所需的流速、在补充过程中对供应副筒20中的自由墨水表面的允许扰动、从供应容器40到供应副筒20的墨水路径中的已知流动阻抗、脱气单元60中的压力下降、以及供应容器40和供应副筒20之间的水压高度差。压力p4可在从200mbar到1000mbar的范围内进行选择。在实际例子中结合等于-30mbar的p2，压力值p4可为+400mbar。压力差p4-p2优选在供应容器40和供应副筒20之间产生至少1000ml/h的墨水流速。该优选的最小墨水流速有关于有效脱气单元60，其需要最小的直通流动以便正常作用，如将进一步描述的那样。

在墨水系统1的返回侧上，从打印头10返回的墨水进入返回副筒30，在那墨水水平升高。返回副筒30中的墨水水平具有水压分布，以在喷嘴处进行背压调节，并且因此在返回副筒30中需要以与在供应副筒20中需要适当保持墨水水平的类似方式适当保持墨水水平。位于承载墨水系统3上的返回副筒30中的墨水朝向偏离轴线定位的返回容器50排出。经由压力连接器53可将压力p5施加到返回容器50。供应容器50中的压力p5设定得高于返回副筒30中的压力p3，因此当排出阀34打开时迫使墨水流从返回容器30流动到返回容器50。在返回副筒30中的一个或多个水平探测传感器35，36或37的控制下打开和关闭排出阀34。依赖于适于打印头10的背压操作范围，返回副筒30中的墨水水平探测传感器可设计为允许±5cm的最小到最大的高度差，更优选为±1cm，最优选为±0.5cm。返回容器50和返回副筒30之间的压力差p5-p3作为下述因素的函数进行选定，上述因素为所需的流速、在排出过程中对返回副筒30中的自由墨水表面的允许扰动、从返回副筒30到返回容器50的墨水路径中的已知流动阻抗、以及返回容器50和返回副筒30之间的水压高度差。压力p5可在从-100mbar到-950mbar的范围内进行选择。在实际例子中结合等于-40mbar的p3，压力值p5可为-300mbar。压力差p5-p3优选在返回副筒30和返回容器50之间产生至少1000ml/h的墨水流速。返回到返回容器50中的墨水可用于补充供应容器40，如现在所述的那样。

为了保证将墨水恒定供应到承载墨水系统3以及将墨水从承载墨水系统3恒定排出，偏离轴线定位的墨水系统2的供应容器40连续需要可得到的墨水而偏离轴线定位的墨水系统2的返回容器50连续需要可得到的排出能力。上述通过对相应的供应容器40和返回容器50进行填充和排出操作而实现。这些操作相对于维持容器40和50中的精确墨水水平来说不是很重要。供应容器40可经由墨水入口41和48补充，来自下述两个源头：经由墨水出口52与返回容器50的水压连接会用从打印头返回的墨水补充供应容器40，并且与主要墨水筒70连接的水压连接会用新鲜墨水补充供应容器40，以便补偿从打印头喷射出的墨水。一个可能的程序会是供应容器40的补充由墨水水平传感器46触发，并且由从返回容器50出来的墨水开始，按默认状态进行以及如果可能的话。如果在该补充过程中，返回容器50中的墨水水平变得不足以支撑补充过程，即发生下溢状态，经由返回容器50的补充被中断，并且补充由主要的墨水筒70接管，直到返回到容器50中的墨水量再次足以支撑经由返回容器50的补充过程。返回容器50中出现下溢状态的原因是由打印头10消耗造成的。当墨水消耗即打印时，在墨水系统1中循环的墨水总量逐渐减少，并且墨水循环系统的中间幽默存储元件之一中的墨水将出现下溢状态即低于其墨水常规操作水平。优选只允许该下溢状态在返回容器50中发生，因为返回容器50中的墨水水平对于完整循环系统的操作是最不重要的。返回容器50中具有下溢状态或否的管线有些是任意的，但是例如也可进行选择，以保证在主要筒70置换操作的时间期限中将墨水补充到供应容器40，即在供应容器40不能经由主要筒70补充的时间内。返回容器50中的下溢状态可经由墨水水平传感器56探测。

用新鲜墨水经泵73进行补充的过程可在返回容器50中下溢探测的控制下进行操作，在打印机控制器的控制下操作，该控制器可明了由打印头消耗掉的打印墨水量，或者在清空主要筒的情况下在操作者用新的主要筒来置换其之前进行人工操作。

当消耗墨水和由打印头进行打印时，从主要筒70渐进补充供应容器40的替换形式是用主要墨水筒的全容量进行一次补充。该替换形式的可能实施例在图8中示出。在图8中，返回容器50也用作缓冲容器。当墨水筒80水压连接到返回容器50时，处于负压p5下的返回容器50会吸取墨水筒80中的全部墨水，假设返回容器50可存储墨水筒80中的墨水体积。该实施例的优势是在循环系统1中新鲜墨水量的上载是操作者的一次动作，之后操作者具有足够的时间来用新墨水筒置换空的墨水筒80。优选在墨水筒80和返回容器50之间存在阀84，以便控制上载过程的开启和停止。在上载过程中不涉及泵，其也是一个优势；返回容器50中的负压p5建立泵送动作。依赖于墨水系统中的墨水消耗，即打印头打印的墨水量，当墨水消耗增加时，其可有利地由简便筒来置换墨水筒80。墨水筒通常提供高达大约1或2升的墨水总量。另一方面，简便筒可容易提供2升以上的墨水量。

非打印模式的第一实施例

供应副筒20中的压力p2可从至少三个预设值p21，p22和p23进行选择，上述相应于打印头10的不同运行状态。适于供应副筒20的这些预设值与平行设置的预设值p31，p32和p33共同作用形成适于返回副筒30中的压力p3。打印头的第一运行状态相应于前述的常规打印状态。为了该目的，可操作一组值(见图1)使其链接到其相应副筒的预设压力p21和p31。

打印头10的第二运行状态可以是清除操作，其中施加到喷嘴的压力为上述，因此在不致动喷嘴的情况下墨水从喷嘴流出。对于清除操作来说，将同等的正压力施加到供应副筒20和返回副筒30上。在该情况下，在打印头10中不存在直通流动，并且在供应副筒20和返回副筒30中可得到的所有墨水通过打印头喷嘴进行清除。很明显清除状态也可通过两个正压但不相等的压力产生，在情况下，在打印头10中会产生直通流动。在图1的实施例中，相等或不同的预设压力p22和p32可进行选择以产生清除状态。喷墨打印头可用50mbar到500mbar之间的压力处理。适于图1中实施例的实际例子可将p22和p32设定为等于150mbar。

打印头10的第三运行状态是在打印头的维护过程中在擦拭喷嘴盘之前形成润湿的喷嘴盘。润湿的喷嘴盘在用刮水片对喷嘴盘擦拭之前有助于任意污垢在喷嘴盘处浸透或分离。使得喷嘴开始润湿的压力通常比操作背压稍小一些，也就是刚好在正压方向上的背压操作范围之外。在弯月面处保持0mbar到50mbar之间的压力可实现喷嘴盘的润湿，因此稍微正压，而适于常规打印的喷嘴背压是稍微负值。而对于清除操作来说，在相应的供应副筒20和返回副筒30中存在同等的压力值p23和p33可实现喷嘴盘润湿，在该情况下，没有通过打印头10的流动，其不是该操作模式所需的。适于图1中实施例的、在副筒自由墨水表面和喷嘴盘之间具有约为30cm的高度差的实际例子可等于-26mbar，以便在喷嘴处形成稍微正压。

如图1中所示，适于供应副筒和返回副筒中压力的不同预设值可从压力生成子系统中获取，非常示意地示出几个压力调节器图形以及一组数值。上述值可以是它们所属的子系统组件的一部分，并且同样为承载墨水系统3的一部分。在该情况下，每一副筒组件连接到来自可偏离轴线定位的压力调节系统的若干压力管线，在该情况下，在承载部分上的每一副筒组件只具有连接到偏离轴线的阀构造的一条压力管线。其非常依赖于打印机构造来确定用于压力分配的哪一设置是优选的。如果使用多个打印头，每一具有其单独的供应和返回副筒，可使用单一的压力杆来将每一预设压力值分配到多个打印头副筒上的所有应用点。如果打印头构造中的所有打印头通常以相同的模式运行，也就是它们同时打印、同时清除或者同时擦拭，进一步的优化是可能的。在该情形下，压力切换可偏离轴线进行，并且只需要一个压力杆来将所选的预设压力分配到所有的应用点。

有效脱气

从先前技术已知通过对打印头提供脱气，打印头的喷射可靠性可明显增加。在喷墨打印领域中，脱气也称为空气去除或不充气。其是降低墨水中气体溶解量的过程，上述气体例如氧气或氮气或其它气体。在图1中所示的本发明实施例包括有效脱气单元60，以控制墨水中的气体量。术语“有效”指的是能够控制墨水中溶解气体去除水平到通常称为控制设定点的目标值的特性。可获得程序参数来控制溶解气体去除水平，上述程序参数可以是用于脱气单元的真空压力、通过脱气单元的墨水流速、用于脱气单元中的半透过性薄膜的种类等。溶解气体去除水平的有效控制具有下述优势。一方面，墨水中的气体溶解量可控制得尽可能低，以便在打印头墨水腔室中压力快速变化例如适于压电喷墨打印头的MHz范围变化的过程中防止墨水的气穴现象。另一方面，不将墨水中的气体溶解量控制得太低，因为墨水的化学稳定性会成为问题。例如，当墨水中氧气量太低时，UV可固化墨水可开始自发(热)固化。由于有效的脱气，墨水的溶解气体去除水平可控制在最小和最大水平之内。还已经发现墨水中气体溶解水平在其保持在墨水系统过程中容易变化。例如，墨水系统的墨水供应侧可包括一些不是“气密性”的组件，并且因此允许墨水和其环境之间的气体交换。当然这是相当缓慢的过程，但是当墨水停留在墨水系统中若干小时、若干天或若干周而不使用时，该通气过程成为相关的。

因此根据本发明的墨水系统包括活性直通流动的脱气单元60，其控制连续循环的墨水达到目标的气体溶解水平。适于喷墨墨水的直通流动脱气单元的例子是得自Membrana GMbH的小型模件中空纤维薄膜类型的脱气单元。

中空纤维是疏水性的并提供适于液体和气体相彼此直接接触的表面积，而液体不透过上述孔。这些中空纤维不经受成为淤积，多孔性薄膜类型脱气单元具有的一个问题。通常，在直通流动的脱气单元中，溶解气体的去除是墨水直通流动速率、墨水类型、所施加真空压力p6以及当然脱气单元其本身构造的函数。已经发现墨水中的溶解气体去除水平在墨水经过两次或三次脱气单元之后达到渐近线值。作为墨水循环系统一部分的直通流动有效脱气单元允许将良好质量的脱气墨水几乎瞬时和连续地提供到打印头。脱气墨水传输不依赖于打印输出(墨水消耗速率)、维护或清除操作、打印机重启、为了改变介质而停止等。打印机将可靠地从打印介质的第一厘米打印。还已经发现溶解气体的去除过程只在直通流动的最少量墨水时就可有效作用。图6中示出了溶解气体去除测量作为通过脱气单元的直通流动的函数。附图示出脱气单元的最有效操作范围是直通流动在1000ml/h以上。

为了达到适于循环墨水中溶解气体去除水平的目标渐近线值的一个替换例子是使用结合有脱气单元的通气模块。通气模块可在墨水循环线路中在脱气模块之前插入，并且使得墨水的溶解气体水平达到平衡或饱和水平。这种通气模块可包括例如减压阀，其将可得到的施压空气连接器的压力降低到合适压力值，以便将墨水系统中已经施压组件中的空气喷射出。例如，如果通气模块连接到施压到压力p4的墨水供应容器40，空气在超过p4的压力下喷射出。在减压阀和供应容器40之间设置控制阀，以控制空气喷射过程，例如开/关。除了减压阀和控制阀之外，还可存在搅拌装置，以加速气体溶解在墨水中的过程。通气模块下游的脱气单元通常接收具有气体平衡溶解量的墨水并通常输出具有复制的气体溶解去除水平的墨水，上述水平依赖于脱气单元的制造设置或操作设置。通气模块可在返回副筒30之后以及脱气单元之前的位置处插入到墨水循环系统1中，并且优选插入在返回容器50附近。

在图1所示的本发明的优选实施例中，直通流动的脱气单元60是在墨水循环系统1中的独立模块。存在和该构造相关的一些优势。首先通过将脱气单元60提供为墨水系统1中的可置换模块存在有助于维护的优势，该例子与整合在打印头中的脱气单元例子相对。该优势是重要的，因为脱气单元60会具有短于打印机中打印头的寿命，并且会需要诸如清洁、反冲等的常规维护。其次存在有助于相配使用的优势，即可将脱气单元特性作为墨水类型、所希望的直通流动速率或者其它打印机参数的函数来进行选择。所有这些描述使得独立的脱气单元成为有利的。

在图7中示出适于有效脱气模块的一个替换实施例。该替换实施例包括真空断开阀门64和过滤器65。真空断开阀门64在墨水循环不管因为何原因例如机器停机中断的情况下或者当流动通过脱气单元60的墨水在最小值之下时将施加到脱气单元60的真空断开。已经发现当一些类型的墨水保持在操作性的脱气单元中太长时间时会退化。当UV可固化的墨水在真空压力下保持在脱气单元中太长时间时开始固化。在墨水中形成的凝胶体会明显干扰打印头的喷射性能。因此其次应该警惕降低凝胶体进入打印头的危险，即将附加的过滤器65放置在脱气单元60和供应副筒20之间，本身尽可能接近供应副筒20。过滤器65将凝胶体从墨水中去除。

图11示出脱气单元60的另一个优选实施例，其中脱气单元60的真空连接器63连接到控制阀66，允许将施加到脱气单元60的真空控制在目标真空压力值下。控制阀66通过在固定真空p6和大气压力p_atm之间切换而控制真空压力。适于该类型控制的阀可以是3/2-方式的得自于Bürkert Flduid Control Systems(UK)的Rocker阀。对施加到脱气单元60的真空进行控制的优势是真空压力可作为下述因素的函数进行调节，上述因素是墨水循环系统的若干操作参数，例如通过脱气单元60的墨水流动速率、所用的墨水类型、墨水温度、通过循环系统的墨水平均通过量等。图11中的实施例还可以开/关切换模式使用，以便将固定真空p6或大气压力p_atm施加到脱气单元60。3/2-方式阀的开/关使用可通过操作事件来控制，诸如在循环停顿过程中，在非打印阶段过程中等。

可替换的副筒实施例

在第一实施例中，供应副筒20和返回副筒30是具有类似操作模式的独立模块。图3中示出了可替换的设计。其中可能再次使用图1中的附图标记来展示具有类似功能的特征。打印头副筒90具有由固定到打印头副筒90底部的壁91分开的第一隔间I和第二隔间II，从用作从隔间I到隔间II的溢流装置。墨水经由溢流壁连续从隔间I溢流到隔间II。因此隔间I中的墨水水平是恒定的，并且不进行测量，但是隔间II中的墨水水平不是恒定的，并因此用墨水水平传感器35，36或37来进行测量，具有与第一实施例返回副筒30一起描述的那些类似功能。隔间II中的墨水水平测量值会控制补充阀24和/或排出阀34，从而将打印头副筒90隔间II中的墨水水平保持在允许的操作范围内(见前面论述)。可将补充阀24和排出阀34选择为减压阀，其降低全部墨水供应压力和排出压力，例如分别为+400mbar和-300mbar，这样可形成通过打印头副筒90的连续和稳定的墨水流。上述与结合附图1描述的第一实施例不同，其中补充阀和排出阀是切换阀，并且基于高频的开/关而运行。

打印头副筒90具有墨水出口22和墨水入口31，其中墨水出口22连接到打印头的墨水入口11，以便将墨水从隔间I提供到打印头；而墨水入口31连接到打印头的墨水出口12，以便将墨水从打印头返回到打印头副筒90的隔间II中。打印头副筒90的隔间I和隔间II的墨水水平之间的高度差形成墨水出口22和墨水入口31之间的流体压力差Δp，因此自发形成从墨水出口22通过打印头10并返回到墨水入口31的墨水流动。Δp在功能上与本发明第一实施例中的压力差p3-p2相当。

可用压力连接器93将压力施加到经由阀24和34形成的打印墨水压力上，以便用于非打印操作或用于调节打印状态。例如，喷嘴盘的清除操作或被迫的润湿。

如图3中所示的溢流壁91的变化可是从副筒的底部一直延伸到副筒顶部的一壁，并且只具有作为溢流孔的一个孔。该变化静态地等同于图3中的壁92，但是当位于打印头承载部分上的副筒加速和减速时，其在动态上防止大量墨水从隔间I溢流到隔间II，从而破环流体压力平衡。

当副筒90在承载部分上往复运动时，使用隔间II中的用作挡水板的附加隔离物将进一步使得隔间II中的自由墨水表面稳定。

可由连续运转的泵代替阀24，因为其主要保持从隔间I到隔间II的连续溢流状态。可以只用阀34来实现隔间II中的墨水水平控制。

适于特定打印机构造的实施例：固定的打印头

在固定的喷墨打印头构造中，由于没有扫描组件，因此可在一定程度上人为将墨水系统分为偏离轴线的墨水系统和承载墨水系统。但是，将非常接近打印头运行的象供应副筒和返回副筒的组件物理上与打印头组合在一起成为“承载”子组件是有利的。明显的一个优势是在副筒和打印头之间没有静态或动态的压力下降。

特定打印机构造的实施例：多个打印头

虽然图1示出只包括一个打印头的墨水系统，但是对于本领域的那些技术人员来说很明显可以包括多个打印头。不同的墨水系统构造是可能的。

对于所有的打印头来说，偏离轴线的墨水系统可是常规的，但是图1中的承载墨水系统根据构造的打印头数目可增大若干倍。具有专用于每一打印头的独立的供应副筒和返回副筒是有利的，因为上述允许打印头的独立维护、独立的背压控制和直通流动控制，以及墨水上加速或减速惯性力的独立缓冲。使用专用于每一打印头的独立的供应副筒和返回副筒导致的附加墨水管线可以通过将副筒和打印头机械整合成单一功能性和紧凑的子组件而减少。

在固定的打印头应用或较不重要的往复打印头应用中，承载墨水系统中的若干组件可组合在一起。优势就是更简单的墨水系统具有全部小的组件。作为一个例子，对单于的页宽打印头来说，多个触发打印头的返回副筒可结合到单一的返回副筒中，起到在页宽打印头组件中的所有打印头的作用。该装置允许经由独立供应副筒中的压力来控制独立的背压，其中上述供应副筒还分配到每一打印头，但是对于页宽打印头组件中的所有打印头来说，同时进行清除。依赖于本领域的技术人员将整合到墨水系统中的功能性描述及其操作，若干其它组合也是可能的。

往复打印头中承载墨水系统的机械简化也是可能的。专用于每一打印头的若干供应副筒可结合入应用于所有打印头的单一供应副筒中。上述单一的供应副筒还可是承载墨水系统的一部分，并且安装到承载部分上，以便与打印头一起来回往复运动。该实施例具有限定位于承载部分上的副筒数目并且还防止承载墨水系统和偏离轴线的墨水系统之间的墨水管线中的压力波进入打印头的优势。在单一的供应副筒和若干打印头之间，可用若干阀独立切断对打印头的墨水供应。在常规的打印模式中，每一阀将被打开，以允许墨水供应从单一的副筒到达打印头。在非打印模式中关闭上述阀是有利的。例如，如果位于承载部分上的若干打印头中的一个打印头在维护过程中需要清除的话，在单一供应副筒中的压力并且连同喷嘴中的背压升高，并且将墨水从打印头喷嘴中推出。如果相对的打印头不需要清除操作的话，则关闭上述阀，这些打印头从单一供应副筒中的升高墨水压力切断，从而防止它们进行清除操作，并节省大量的墨水。笼统来说，当使用打印相同墨水的多个打印头时，单一的偏离轴线的墨水系统将墨水供应和分配到承载墨水系统中的多个打印头。如果包括n个打印头，每一需要最小量的直通流动以便使得打印头正确运行，那么需要对偏离轴线的墨水系统进行设计，以便将最小量的墨水流供应到承载墨水系统n次，其中在承载墨水系统中墨水流进行分配。

“常规线路”的可替换实施例

参照图9，描述了适于墨水循环系统、特别适于多个打印头构造的一个实施例，以及在此和上述的若干设计替换形式的实施例。可替换实施例包括具有如上所述类似功能的墨水供应副筒20以及墨水返回副筒30。供应副筒20和返回副筒30分别装备有墨水水平传感器26和墨水水平传感器36。墨水水平传感器26和36的优选实施例可包括超声水平传感器，其具有如得自于Hans Turck GmbH &Co(DE)的切换输出或模拟输出或设置在副筒中的具有磁体的浮动元件，以及在副筒的外部沿着垂直壁设置的相关的一组霍尔探测器。装置中的霍尔探测器数目确定有关连续测量的重合程度。可使用水平传感器来保持供应副筒20中的自由墨水表面和返回副筒30中的自由墨水表面之间的高度差。该高度差形成流体压力差Δp，其是使得墨水流动通过打印头的驱动力，如现在将要描述的那样。供应副筒20将墨水20提供到供应收集器杆28，例如上述杆可以是从墨水阻抗材料(例如，不锈钢)挤出的外形。供应收集器杆28具有到多个打印头10的墨水入口的多个连接器。多个打印头10的墨水出口连接到返回收集器杆38，其依次连接到返回副筒30。供应收集器杆28和返回收集器杆38取代副筒和打印头之间的大量墨水管线，并因此提供明显的优势。而且，收集器杆可具有一定的尺寸，以降低从供应副筒20通过打印头10和返回到返回副筒30的墨水路径的流动阻抗，使其几乎降低到零值。打印头30经由制动阀连接到收集器杆28和38，如图9中所示，上述制动阀可将每一单独的打印头10从墨水系统切断。上述阀具有两个主要的优势：(1)在非操作模式的打印机中，打印头必须从墨水系统切断，从而降低墨水经由打印头喷嘴从墨水系统泄漏的危险，例如由于在喷嘴处损失背压；以及(2)在维护操作中，那些不需要清除的打印头可在将增加的清除压力施加到墨水系统之前将不考虑的打印头从墨水系统切断，从而降低用于清除浪费的墨水量。多个打印头喷嘴处的背压经由供应副筒20和返回副筒30的自由墨水表面处施加的压力p0有效控制。墨水系统通过经由泵76、脱气单元60以及过滤器65从返回副筒30返回到供应副筒20的墨水路径而闭合。前面部分已经描述了泵、脱气单元以及过滤器的优选实施例。泵76在返回副筒30的水平传感器36的操作控制下运行，类似于前述实施例中的排出阀34的操作。如到此所述的，图9的墨水循环系统可定位在喷墨印刷装置的承载部分处。上述实施例特别适于工业类型的喷墨印刷装置，其中对粗壮的往复承载部分来说支撑墨水循环系统是没有问题的。供应容器40和泵73偏离轴线定位，以便由打印头10消耗墨水时用新鲜墨水补充供应副筒20。泵73在供应副筒20的水平传感器26的控制下运行。如在前述实施例中的那样，使用泵来代替补充阀，因为供应容器40中的墨水保持在环境压力下。供应容器40包括是与主要墨水筒的对接部分，例如简便筒类型，当对接时其自动清空。例如一个实施例可在对接部分中提供刀，当上述筒对接时，其自动破坏简便筒中的密封，那么上述简便筒通过重力而清空。

如图9中所示的实施例具有多个优势：降低流体连接器和管线的数目，局部(在承载部分)墨水循环和脱气，具有较少组件的墨水循环系统，泵送墨水循环而不是施压墨水循环，泵送墨水循环在出现问题的情况下更安全，在承载墨水供应部分和偏离轴线的墨水供应部分之间的最小相互作用，只有一个适于构造中多个打印头的供应副筒和返回副筒等。

很明显收集器杆的概念不限于所述的墨水循环系统，而是上述概念可应用到其它构造中，其中若干喷墨打印头需要连接到墨水的常规供应或返回。

“优化脱气”的替换实施例

参照图10，描述了一个适于墨水循环系统、特别适于脱气单元改善操作的替换实施例。前面已经陈述为了有效直通流动脱气单元的优化操作，需要最小的墨水流动通过脱气单元。根据图6，该最小的墨水流是大约1000ml/hr。在墨水循环系统的前述实施例中，通过脱气单元的墨水流也是通过打印头的墨水流。在若干应用中，通过脱气单元的最佳墨水流不是通过打印头的最佳墨水流。图10中所示的墨水循环系统提供了解决该问题的方案，因为其允许通过脱气单元的墨水流比通过打印头的墨水流要高。图10中的实施例包括具有如前述类似功能的墨水供应副筒20和墨水返回副筒30。供应副筒20和返回副筒30分别装备有墨水水平传感器26和墨水水平传感器36。墨水水平传感器26和36的优选实施例可包括超声水平传感器，其具有如得自于Hans Turck GmbH & Co(DE)的切换输出或模拟输出或设置在副筒中的具有磁体的浮动元件，以及在副筒的外部沿着垂直壁设置的相关的一组霍尔探测器。装置中的霍尔探测器数目确定有关连续测量的重合程度。可使用图1中的水平传感器，即使用水平传感器28来控制补充阀24以及使用水平传感器38来控制排出阀34。还可使用水平传感器来保持供应副筒20中的自由墨水表面和返回副筒30中的自由墨水表面之间的高度差。该高度差形成流体压力差Δp，其是使得墨水流动通过打印头的驱动力。压力差Δp控制墨水通过打印头10的流速。打印头喷嘴处的背压经由供应副筒20和返回副筒30的自由墨水表面处施加的压力p0有效控制。墨水循环系统还包括返回容器50，以便当排出阀34打开时由压力差p5-p0驱动使得返回副筒30排出。返回容器50可将一定量的新鲜墨水由返回容器50中的负压p5驱动从筒80上载。新鲜墨水量将代替由打印头10打印的墨水量。因此返回容器50中的墨水水平可用水平传感器56进行测量。水平传感器56的优选实施例可以是得自于Fozmula(UK)的T/LL 55水平传感器或者是类似用于副筒中的超声类型的传感器(见上述)。由参照图10到此进行论述的组件提供的即从补充阀24直到返回容器50的墨水路径还成为主要路径。墨水系统经由从返回容器50返回到补充阀24的调整路径关闭，上述调整路径包括循环泵76、脱气单元60以及过滤器65。前面部分已经描述了泵、脱气单元以及过滤器的优选实施例。提供平行于调整路径的旁通路径，包括流动限制器(78)，其允许墨水从过滤器65的输出流动返回到循环泵76的输入，从而通过打印头10旁通主要路径。流动限制器78的实施例可包括限制阀、减压阀、弹簧式止回阀或者处于墨水管线中的简单阻塞物。现在描述旁通路径的操作。循环泵76连续运行并在给定的流速下将墨水泵送通过脱气单元60和过滤器65，以便在主要路径和旁通路径的分支处提供墨水。会产生两种状态。在第一状态下，补充阀24关闭，并且来自调整路径的所有墨水流动通过旁通路径、通过流动限制器78并且抵制由流动限制器78提供的流阻。循环泵76的运行使得在主要路径和旁通路径的分支处的墨水压力增加到一值，其与流动限制器78的压力阻抗相对。循环泵76使得墨水在具有过滤器65和脱气单元60的封闭回路中循环。因此该封闭的回路循环指的是调整循环。在第二状态中，补充阀24打开，并且来自过滤器65的墨水流动进入供应副筒20中，抵制供应副筒20中的反压力p0，其通常比由流动限制器78设定的反压力要低。现在循环泵76将墨水供应到主要路径。通过主要路径的墨水流速由副筒20和30中的自由墨水表面之间的压力差决定，并且还可由副筒20和30中的绝对压力p0来决定。该墨水循环称为打印循环。在打印循环过程中，依赖于用来实现流动限制器78的特定实施例，流动通过流动限制器78的墨水可被忽略，或完全断开。在操作过程中，补充阀24在高频下间歇操作，在打印过程中生成通过主要路径的伪连续的可控墨水流。也就是，在操作过程中，补充阀24在功能上与可控的流动限制器相当。因此补充阀24和流动限制器78允许两个平行的墨水流动，即经由主要路径(包括打印头)的打印流动以及经由旁通路径的调整流动。从这两个墨水流动，打印流动可控，并且调整流动获取来自循环泵的剩余墨水。因此该替换实施例的主要优势是通过脱气单元的墨水流动可不依赖于通过打印头的墨水流动进行设置，并且因此脱气单元可以最佳速率运行，不管怎样的流动约束应用到通过打印头的流速。

在达到相同目的即最佳的脱气状态的替换实施例中，旁通路径设置在脱气单元的出口即补充阀24之前和到返回容器50的墨水入口即排出阀34之后之间。现在返回容器50的墨水含量也包含在调整流动中。

适于打印机构造的实施例：多色

在彩色喷墨打印机中，每一颜色用不同的打印头或一组打印头印刷。每一颜色具有其自己的墨水系统，具有偏离轴线的部分和承载部分。每一墨水系统可支撑打印相同颜色的一个或多个打印头。打印相同颜色的多个打印头可组装到模块中，其横过打印介质往复运动并打印比单一打印头宽度宽的刈幅，或者它们可交错成全页宽的打印头组件。

适于特定打印机构造的实施例：终端射出类型的打印头

到此为止，本发明已经描述了直通流动类型的打印头。具有连续有效脱气的连续墨水循环的优势在真正实质上使用直通流动类型的打印头，原因是打印头中的墨水用新鲜和调整的墨水进行连续更新。先前技术中的适于具有墨水入口的终端射出类型打印头的墨水系统通常具有从主要墨水筒或筒到打印头的单向墨水链供应。这些墨水系统没有墨水循环并因此在打印头、管线和其它组件中的墨水不能连续更新。适于终端射出打印头的本发明实施例非常类似于图1中所示的实施例，除了打印头在供应副筒和返回副筒之间不串联连接，而是平行于供应筒和返回筒之间的捷径。图4示出适于终端射出类型打印头的本发明实施例的承载墨水系统。对于终端射出墨水供应系统来说，本发明具有下述优势。首先，保持在墨水系统中的不经由循环更新的墨水量限制到终端射出打印头中的量。结果，在喷嘴失败或维修的情况下，在喷嘴处得到新鲜墨水之前需要通过打印头清除的墨水“浪费”量减少。而且，由于当存在于墨水系统的供应管线和中间容器中时墨水的脱气性能随着时间会退化，墨水的更新和循环限制了“启动墨水废物”量，其例如在停工一周末之后，不能被更新，并且因而需要通过打印头清除。第二个优势是可提供适于内嵌直通流动脱气单元的恒定和最佳操作点，导致更好地控制墨水中溶解气体去除水平。由于它们不合理的脱气性质，许多脱气单元不适于在低流速下操作，上述是终端射出打印头的单向墨水供应系统中固有的。

详细描述了本发明优选实施例之后，现在对于本领域的那些技术人员来说，在不脱离本发明范围的前提下对本发明进行各种改变是明显的，其中本发明的范围有所附的权利要求进行限定。

附图标记的简要说明

1喷墨循环系统

2偏离轴线的喷墨系统

3承载喷墨系统

10打印头

10a，10b喷嘴阵列

11墨水入口

12墨水出口

13，14电或流体连接器

15调整装置

19调整线路

20供应副筒

30返回副筒

40供应容器

50返回容器

21，31，41，51，61墨水入口

22，32，42，52，62墨水出口

23，33，43，53，63，93压力连接器

24补充阀

34排泄阀

84墨水上载阀

25，35最小水平传感器

26，36，46，56操作水平传感器

27，37最大水平传感器

28无墨水表面

29，39，49，59封闭的容器

48，58新鲜墨水入口

70主要的墨水筒

71，74止回阀

72，75，65过滤器

73，76泵

78流动限制器

60有效的直通流动脱气单元

64真空断开阀门

66真空控制阀

80墨水筒

90打印头副筒

91溢流壁

Claims (9)

1.适用于按需滴液的喷墨打印设备的一种墨水循环系统(1)，包括：

墨水供应副筒(20)，具有第一墨水水平传感器(26)，用于控制供应副筒(20)中的第一自由墨水表面，第一墨水水平传感器控制供应泵(73)以在墨水被消耗时用新鲜墨水补充供应副筒；

墨水返回副筒(30)，具有第二墨水水平传感器(36)，用于控制返回副筒(30)中的第二自由墨水表面；

至少一个打印头(10)，具有液压地连接于供应副筒(20)的墨水入口和液压地连接于返回副筒(30)的墨水出口；

第一自由墨水表面和第二自由墨水表面之间的高度差形成静压差，静压差提供使墨水流动通过打印头的驱动力；

该系统的特征在于，其还包括：

从返回副筒至供应副筒的更新路径，包括循环泵(76)和有效直通流动的脱气单元(60)，其中循环泵(76)由第二水平传感器(36)控制。

2.根据权利要求1所述的墨水循环系统(1)，其中所述墨水中的气体溶解水平可控制在最小水平和最大水平之间。

3.根据权利要求2所述的墨水循环系统(1)，其中所述最小水平或最大水平依赖于墨水参数。

4.根据权利要求1所述的墨水循环系统(1)，其中所述有效直通流动的脱气单元(60)还包括用于接受墨水流的墨水入口(61)、用于分配脱气墨水流的墨水出口(62)、用于施加真空的真空连接器(63)以及半透过性薄膜，所述薄膜用于提供表面积，使得墨水和真空彼此直接接触，而墨水不透过所述半透过性薄膜。

5.根据权利要求4所述的墨水循环系统(1)，还包括阀(66)，用于控制施加到所述脱气单元(60)的真空。

6.根据权利要求4所述的墨水循环系统(1)，其中所述半透过性薄膜是中空纤维类型的薄膜。

7.根据权利要求1所述的墨水循环系统(1)，其中供应副筒(20)通过供应收集器杆液压地连接于打印头的墨水入口。

8.根据权利要求1所述的墨水循环系统(1)，其中返回副筒通过返回收集器杆液压地连接于打印头的墨水出口。

9.包括根据权利要求1至8任一所述的墨水循环系统(1)的喷墨打印设备。

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