CN101124094A - 用于为喷墨打印设备中的往复运动的打印头供给墨水的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于喷墨打印设备的墨水系统(1)，包括喷墨打印头(10)，用于包含供给至喷墨打印头(10)的墨水源的供给子储池(20)，以及用于包含不被喷墨打印头(10)使用的过剩墨水的回收子储池(30)。第一流体路径将所述供给子储池(20)与所述喷墨打印头(10)和所述回收子储池(30)联接起来，并提供从所述供给子储池(20)至所述喷墨打印头(10)以及至所述回收子储池(30)的墨水流。第二流体路径将回收子储池(30)与供给子储池(20)联接起来，并将墨水从回收子储池(30)供回至供给子储池(20)。这种墨水系统的特征在于，供给子储池(20)、回收子储池(30)和第一流体路径被支撑在支架上，以便与喷墨打印头(10)一起在打印介质上进行往复运动。

Description

用于为喷墨打印设备中的往复运动的打印头供给墨水的系统和方法

发明领域

本发明涉及液滴沉积设备，尤其喷墨打印设备。更具体地说，本发明涉及用于喷墨打印机的墨水(ink)输送系统。

发明背景

打印机用于将产生信息的计算机或相似类型的设备的输出打印到记录介质例如纸张上。通常可用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。用语″喷墨″涵盖了各种物理过程和硬件，但基本上这些打印机将墨水以精细墨滴的图案样式从墨水源传送到记录介质上。喷墨打印头连续地或者按需地产生墨滴。″连续地″意味着通过例如墨水源加压而产生连续的墨滴流。″按需″不同于″连续地″，因为墨滴只是通过操作物理过程，短暂地克服将墨水保持在打印头中的表面张力，从而从打印头中喷射出来的。墨水保持在喷嘴中，形成弯月面。墨水保持在原位，直到某些其它力克服液体中固有的表面张力时为止。最通用的实践是突然升高墨水上的压力，将其喷射出喷嘴。一类按需滴墨的喷墨打印头使用电致伸缩的物理现象，响应于所应用的电场而引起的转换器尺寸上的变化。电致伸缩材料在压电材料中是最为结实可靠的，并因此将这些打印头称为压电打印头。非常小的压电材料的尺寸变化在大的区域上获得控制，以发生体积变化，其足够大以致于可将墨滴挤出小室。根据电致伸缩原理，压电打印头包括多个设置成阵列的小的墨水室，各个墨水室具有单独的喷嘴和百分数可变形的壁区域，以产生从喷嘴喷射出墨滴所需要的体积变化。

本发明处理将墨水供给墨水室的方式，墨水的调节和墨水调节对喷墨打印头操作的影响。

墨水室中的夹带空气

已经知道在压电打印头的墨水室中的气泡的存在时常造成打印头的运转故障。如果空气存在于墨水室中，由于墨水室壁的部分的压电变形所引起的预期的气压变化将被空气吸收，保持墨水压力未受影响。喷嘴中的墨水的表面张力保持弯月面，并且将没有墨滴从墨水室中喷射出来。在压电打印头中的压电转换器操作的频率下，即在千赫至兆赫的范围内，不仅墨水中的气泡而且溶解的空气都可造成上述操作故障。在现有技术中，已经公开了通过在墨水室上游，即在墨水进入墨水室之前产生气阱，以避免墨水室中的气泡的构思。在EP-A-0714779和US 4,929,963中已经提出了采用空气缓冲器或气体分离器形式的方法，其允许在墨水供给到打印头之前，使气泡升高，并从中间储池的墨水中排出。在US 5,771,052中，公开了一种作为喷墨打印头内部一部分的脱气管。脱气管是透气的，墨水不可渗透的管状的隔膜，其允许通过隔膜，经由真空源而从墨水中抽出空气。

在快速扫描应用中的喷嘴的背压力控制

墨水供给系统中的第二注意点是喷嘴处的压力，其对于良好调节且良好操作的打印头是很关键的。喷墨打印头最好在略负的喷嘴压力或背压力下操作。在实践中，这时常通过在通风的供给储池中的自由墨水液面和喷嘴中的弯月面之间保持高度差来实现。也就是说，通风的供给储池中的自由墨水液面通过重力方式保持在喷嘴中的弯月面水平两厘米以下。这种高度差建立了流体静压力差，以控制喷嘴处的背压力。在往复运动的打印头配置中，墨水供给储池是离轴定位的，即非扫描定位的，因为否则墨水供给储池对打印头的降低位置将干涉打印介质输送路径。如US 4,929,963中所公开的那样，柔性管道用于将离轴的墨水供给储池与轴上的打印头连接起来。在打印头加速和减速期间，在管道中产生压力波，其可显著地扰乱弯月面上的压力平衡，并可能导致在负压降低的情况下的喷嘴泄露，或者在负压增加的情况下的弯月面阻断，并将空气带入到墨水通道中。已经提出了许多方法来控制往复运动打印头的应用中的背压力。在EP-A-1120257和US 6,485,137中公开了一种采用压力缓冲器或减震器形式的背压力调节机构，其与打印头一起安装在往复运动的支架上。对于高于1G的支架加速度和减速度，这些设备的响应时间是不够的。在EP-A-1142713中使用一种通风的子储池。子储池用作靠近打印头的局部的墨水储槽，并且间歇地从离轴定位的主储池中填充墨水。这种方法通过在通风的子储池的自由墨水液面和弯月面之间保持局部的流体静压力差而对喷嘴背压力提供较好的控制。

打印头中的墨水性能随时间的劣化(尤其对于在较长时期内未启用的喷嘴)

虽然喷墨墨水的性能可在制造时进行控制，并在输送和存储期间保持在合理的水平，但是当在墨水系统中使用墨水或将墨水保持在打印头中时，某些墨水性能可能劣化。例如，包含VOC(挥发性的有机化合物)的喷墨墨水，其时常受到某些VOC在喷嘴的墨水弯月面上的蒸发的困扰。墨水的粘度将在喷嘴中发生局部变化，具有对其喷射性能产生负面影响，并可能导致喷嘴脱落。使墨水在某种程度上劣化，从而导致喷嘴故障所花费的时间，其通常被称为其潜伏期。时常通过喷嘴的定期维护，例如通过冲洗喷嘴，从而使′新鲜的′墨水进入喷嘴中而防止或弥补潜伏问题。紧接于这些问题的是，已经发现，如果墨水在墨水供给系统中的保存时间太长，例如在生产中断或整夜期间，可能发生像悬浮液沉积、自动固化等等。在许多情况下，喷墨打印机在生产中断或生产停机之后的可靠操作只有在外延的启动程序之后获得，包括冲洗保留在整个或部分墨水供给系统中的大量劣化的墨水，以保证打印头墨水室中的墨水具有良好的品质，并且将在打印头中执行可靠操作。通常这些量的冲洗墨水是不能再次在打印机设置中使用的。

对于生产类型的喷墨打印设备，高的打印速度和可靠度是最重要的，在这种情况下，墨水的调节是至关重要的。现有技术所提出的方法只是部分地解决了上述某些问题。因此本发明的一个目的是提供一种包含在喷墨打印机中的墨水系统，其在启动之后立即使墨水处于最佳状态，并且在打印期间将其保持在最佳状态。

发明概要

控制往复运动的打印头构造中的墨水系统的操作状态的其中一个挑战是与在打印头进行打印和在支架上来回移动时控制打印头处的背压力相关的，这已经在″发明背景″部分中讨论过了。本发明通过将所有直接为打印头供给和/或从打印头回收墨水的墨水系统构件定位在与打印头一起往复运动的支架上，而提供了对这种挑战的答案。在本发明的一个实施例中，这通过提供供喷墨打印设备使用的墨水循环系统来实现，其包括喷墨打印头，用于包含供给喷墨打印头的墨水源的供给子储池，以及用于包含没有被喷墨打印头使用的过剩墨水的回收子储池。第一流体路径将供给子储池与喷墨打印头和回收子储池联接起来，并且提供从供给子储池至喷墨打印头以及至回收子储池的墨水流。第一流体路径与供给子储池、回收子储池以及打印头一起都被支撑在来回运动的支架上。第二流体路径将回收子储池与供给子储池联接起来，并将墨水从回收子储池供回至供给子储池。第二流体路径可离轴定位，并且具有与支架上的墨水系统构件相连的柔性连接器，或者可定位在支架上。

本发明的一个优点是最大程度地减小了通向打印头的管道数量，其通常已知是由于支架的加速和减速而在墨水中引起压力波的其中一个构件。

在从属权利要求中阐述了本发明的甚至更为优选的实施例的特定特征。从以下描述和附图中将清楚本发明的其它优点和实施例。

附图简介

图1显示了根据本发明的墨水系统的第一实施例的示意图。

图2A，2B和2C显示了加速或减速的子储池中的自由墨水液面和子储池墨水入口和出口的优选位置。

图3显示了用于子储池的一个备选实施例的示意图。

图4显示了根据本发明的支架墨水系统的一个实施例的示意图，其适合于连接端射器(end-shooter)类型的打印头。

图5显示了在本发明的一个特定实施例中的流过打印头的墨水流量，其是在回收子储池和供给子储池之间的压差的函数。

图6显示了在本发明的一个特定实施例中的溶解气体的除去率，其是流过启用的脱气单元的墨水流量的函数。

图7显示了脱气单元的一个备选实施例。

图8显示了用新鲜墨水补充墨水系统的一个备选实施例。

图9显示了墨水循环系统的一个备选实施例，其特别适用于多个打印头构造。

图10显示了带有改进的脱气单元操作的墨水循环系统的一个备选实施例。

图11显示了带有可控的真空连接的脱气单元的一个实施例。

本发明的详细描述

本发明的适用性是很广泛的。

与打印机构造相关的适用性

本发明可应用于带有往复运动的打印头构造的打印机，其已知来自SOHO市场，即小型办公室和家庭喷墨打印机，以及高规格市场，例如用于高端销售应用、广告等等。在这类打印设备中，喷墨打印头在第一方向，即快速扫描方向上越过记录介质，同时将墨滴打印到记录介质上。在两个快速扫描操作之间，记录介质在第二方向上，即在垂直于快速扫描方向的慢速扫描方向上前进，从而在打印头的快速扫描打印刈幅(swath)轨迹的下面存在未打印的记录介质部分。多个打印头可装配在沿着快速扫描方向来回移动的单个支架上。上面已经描述了许多包括往复运动的打印头的打印机构造和打印方法，并且是在商业上可获得的。

与往复运动的打印头构造相反，固定的阵列构造也是已知的。在固定的阵列配置中，当打印头进行打印时，打印头是固定的，并且只有记录介质在供给方向上移动。固定的打印头可打印特定刈幅的记录介质，例如用于预打印形式上的专用区域中的名称和地址标签的可变数据打印，或者固定的打印头可设置成阵列，以打印页宽，例如用于单向数字印刷机上的包装材料或标签的数字打印。

除了SOHO打印设备以外，几乎所有的喷墨打印设备都使用墨水系统，其从可更换的墨水供给储池中将墨水传送至喷墨打印头。墨水根据预定图案以单个墨滴形式从打印头喷嘴中喷射出来。根据应用，这种图案可代表广告打印应用中的图像，印刷电子线路应用中的导电结构，粘接应用中的胶水轨迹等等。本发明可在这些喷墨打印设备的任何一种设备中实现。

与打印头技术相关的适用性

喷墨打印是所有在记录介质的方向上从打印头喷嘴中喷射出墨滴的许多不同的打印技术的总称。现今最重要的喷墨打印头技术包括连续喷墨，按需滴墨的热喷墨和按需滴墨的压电喷墨。在按需滴墨的喷墨技术中，我们可根据其设计而进一步区分端射器类型的打印头，侧射器类型的打印头和通流类型的打印头。端射器打印头特征在于在墨水室的末端具有喷嘴，而侧射器打印头特征在于其具有位于墨水室侧面的喷嘴。端射器和侧射器打印头需要一个墨水连接器，其用于通过墨水歧管将墨水提供给多个单独的墨水室中，各个墨水室具有通过其喷嘴喷射出墨滴的致动装置。供给打印头的墨水保持在打印头中，直到将其喷射出喷嘴时为止。另一方面，通流打印头特征在于其具有连续的墨水流过墨水室，即墨水通过墨水入口流入供给歧管，穿过多个单独的墨水室，最终流入到收集歧管中，在此处墨水通过墨水出口而离开打印头。只有一小部分连续地流过墨水室的墨水体积，例如小于10％，其用于从喷嘴中喷射出墨滴。混合打印头设计也是已知的，例如端射器类型的打印头，其中墨水歧管具有墨水入口和墨水出口。这里，包含在端射器墨水室中的墨水保持在打印头中直到使用；墨水歧管中的墨水可连续地更新。

本发明与喷墨打印头技术或打印头类型无关。虽然在以下详细描述部分中详述的实施例将主要涉及混合类型的压电打印头，即带通流特征的端射器，但是，本发明同样适用于其它类型的打印头，这将从进一步的描述中看到。

与喷墨墨水相关的适用性

用于喷墨打印过程的′墨水′不再局限于用于图像复印的彩色打印材料，而且现今还包括用于OLED显示器打印的结构化材料，用于打印RFID标签的电子传导材料，粘接材料等等。尤其是压电喷墨技术通常用于喷射除了传统墨水以外的各种液体材料，因为支持压电喷墨的物理学原理，即电致伸缩不会对有待喷射的液体材料的化学成分形成约束。这对于需要墨水局部′蒸发′的热喷墨技术，或需要墨滴′静电充电′的连续喷墨技术而言，则不是这样。

从化学成分观点来看，喷墨墨水通常基于用于携带功能材料如颜料的载体材料，例如水，而分类成几个系列。基于所使用的载体进行分类的墨水系列的示例包括水基墨水，溶剂墨水，油基墨水，UV或EB可固化的墨水，热熔融墨水，以及最近引入的致力于环保利用的环保溶剂墨水和生物墨水。

从本发明背景的讨论中可以知道，喷墨打印系统的性能和可靠度会随着脱气墨水的使用而增加，因为墨水室中形成的不合适宜的气泡会严重扰乱墨滴产生过程，并且甚至可能导致墨水喷射过程的故障。因此在打印过程中优选使用脱气的墨水。虽然本发明将更详细地参照UV可固化的墨水进行描述，但是本发明并不局限于UV可固化的墨水，而且还可用于提高其它类型的墨水的性能。

从本发明的背景中还知道，某些墨水悬浮液当保持太长时间而没有搅拌时，很容易沉积。典型的示例是利用二氧化钛作为白色颜料的颜料墨水。这些墨水需要连续的循环，以保持墨水悬浮液适合喷射目的。

第一实施例-描述

在图1中，显示了体现本发明的墨水系统1的简图。墨水系统1可分成离轴的墨水系统2和支架墨水系统3。分成两个分开的部分对于带往复运动的打印头的喷墨打印机是有利的。这里支架墨水系统3可与打印头一起定位在单个往复运动的支架上，并且离轴的墨水系统2可相对于打印头的往复运动操作是固定的。在固定的阵列打印头配置中，如单向数字印刷机中，这两部分都可以是固定的。支架墨水系统3包括具有两个喷嘴阵列10a和10b的喷墨打印头，这两个阵列可以是交织的，从而提供为单个喷嘴阵列的固有分辨率两倍的打印分辨率。打印头具有用于从供给子储池20接收墨水的墨水入口11，以及用于使墨水返回回收子储池30中的墨水出口12。

打印头可具有在图1中总体上用标号15指示的调节装置，例如用于在高温下操作墨水的加热元件，或用于冷却电子线路和其它耗热部件的散热器。调节装置15具有连接到调节回路上的其自身的电连接或流体连接，调节回路在图1中总体上用标号19表示。例如，打印头10可连接在流体循环系统上，其中高温下的调节流体进行循环，将打印头(预)加热到其操作温度。流体循环系统可经过可能受益于(预)加热的墨水系统的其它构件，例如在供给到打印头10之前可将墨水进行(预)加热的供给子储池20。供给子储池20中的墨水的(预)加热具有降低气体在墨水中的溶解度的优点，这是有待在后文中当解释主动脱气时进行论述的专题。一个实际示例可以是流体循环系统包括挤压部件，高温下的调节流体流过该挤压部分，并且供给子储池20可安装在该挤压部件上，从而在调节流体和供给子储池之间产生热交换界面。

供给子储池20包括用于包含墨水的封闭容器29，用于补充容器中的墨水的墨水入口21，用于将墨水供给打印头的墨水出口22，用于将压力施加到封闭容器上的压力连接器23，以及一个或多个用于监测容器29中的自由墨水液面的墨水液面传感器25，26，27。这些传感器可输出例如代表连续液面测量值的模拟信号，或例如电平开关的数字信号。在本发明的进一步描述中，可使用这两种传感器类型，或组合的传感器类型。参见图1，三个墨水液面传感器可配置为用于起动墨水补充过程的最小液面传感器25以及用于停止补充过程的最大液面传感器27；可以只有一个操作的液面传感器26，其带有用于产生相似功能的硬件或软件迟滞范围；还可以有使用单个操作的液面传感器26，并且将液面传感器25和27用作下溢和溢流警告指示的组合，或或者另一组合。总地说来，传感器的目标是监测容器29中的墨水液面，并触发墨水补充过程的起动和停止，以及发出类似子储池中的墨水液面溢出或下溢的警报状态信号。在EP-A-1142713中已经描述了墨水供给子储池的多个实施例，所有这些实施例都可供本发明使用。回收子储池30可以是供给子储池20的″复制品″，具有用于实现等效功能的相似特征，例如墨水入口31从打印头接收墨水，墨水出口32将墨水排出回收子储池30，墨水液面传感器35，36和37监测回收子储池30中的自由墨水液面，并控制排出墨水的过程。子储池的入口和出口优选定位在封闭容器的底部，并且位于垂直于快速扫描方向的容器对称轴线上。当容器存在加速或减速时，此中原因通过调查容器中的自由墨水液面而变得清楚。在加速和减速期间，自由墨水液面由于墨水质量的惯性而倾斜或下倾。这在图2A，2B和2C中有所显示。在垂直于加速或减速方向的容器的对称平面上，自由墨水液面28的高度是恒定的，导致在该位置的恒定的流体静压力。因为墨水静压力是在打印头喷嘴处产生背压力的机制的一部分，所以有利的是使至少供给子储池20的墨水出口22和回收子储池30的墨水入口31定位在其容器的对称平面上，该对称平面垂直于快速扫描方向。为了可靠和稳定的操作，还有利的是，在这些对称平面中设有测量子储池的墨水液面传感器。自由墨水液面28在加速或减速期间的行为如图2A至2C中所示。图2A显示了当供给子储池20没有加速也没有减速时的稳定状态的自由墨水液面28。图2B显示了使供给子储池20加速的情形，而图2C显示了使供给子储池20减速的情形。在所有三个示例中，对称平面上所指示的自由墨水液面28的高度以及流体静压力是恒定的。如图中所示，墨水出口22优选定位在对称平面上。另外，相应子储池的封闭容器29和39中的空气体积还用作减少外部噪音的高频减震器。供给子储池20和回收子储池30可作为分开的机械部件来提供，或者可以集成到单个组件中，即，这两个子储池的功能可集成在单个模制的塑料部件中。子储池优选定位在相应的打印头的右上面。这个位置是有利的，因为在子储池和打印头之间的管道和其它墨水连接器将具有最小的水平的墨水输送截面，其可能是在打印头支架的加速和减速期间引起压力变化的原因。

继续参见图1，现在将描述离轴的墨水系统2。离轴的墨水系统具有供给侧和返回侧。在供给侧，离轴的墨水系统包括主墨水储池70，供给器皿(vessel)40和脱气单元60。在返回侧，离轴的墨水系统包括回收器皿50。供给侧和返回侧通过在回收器皿50的墨水出口52和供给器皿40的墨水入口41之间串联的止回阀74、过滤器75和泵76而液压连接起来。泵76必须适用于抽吸喷墨墨水，并且应该承受由于在供给器皿40中的压力和回收器皿50中的压力之间的压差而引起的反压力。合适的泵可以是来自KNF Neuberger的NF60微隔膜液体泵。过滤器75优选是防止返回墨水中的任何堵塞材料重新进入供给路径的过滤器。合适的过滤器可以是来自Pall的MAC类型的过滤器。对于UV可固化的墨水，优选使用MACCA0303，并且目标是3μm的除去额定值。这种液压连接可使返回的墨水重新进入到供给链中，从而形成循环的墨水系统。带墨水入口48的供给器皿40还液压连接在主墨水储池70上，用于将新鲜墨水通过止回阀71，过滤器72和泵73的串联而供给到循环系统中，过滤器72用于从墨水中过滤掉尺寸大于大约3至5μm的固体粒子，泵73可以是适用于抽吸喷墨墨水，并可承受供给器皿40中的反压力的蠕动泵。供给器皿40和回收器皿50设计成可分别通过压力连接器43和53进行加压。它们还可包含一个或多个用于监测器皿中的自由墨水液面的墨水液面传感器。图1中所显示的实施例分别使用单个墨水液面传感器46和56，其带有围绕其电平开关的硬件或软件迟滞，用于产生分别起动和停止填充和排放操作的触发信号，但也可应用其它可用于触发填充或排放操作的液面检测方法。在离轴的墨水系统2的供给侧，其提供一种主动通流脱气单元60。脱气单元具有从供给器皿40的墨水出口42接收墨水的墨水入口61，以及将脱气的墨水供给支架墨水系统3的墨水供给侧的墨水出口62。脱气单元还具有真空连接器63，其用于施加真空，以用于使墨水脱气。脱气单元是在墨水循环期间从墨水中连续地除去溶解气体直到墨水中的溶解气体极限值的通流类型。极限值可以是所施加的真空，墨水通流率率以及脱气器规格的函数。适合于喷墨墨水的通流脱气单元的一个示例可以是小型模件的空心纤维隔膜类型的脱气单元，其可从Membrana GmbH得到。最后，离轴的墨水系统通过两个阀而连接在支架墨水系统上。补充阀24将离轴的墨水系统2的供给侧与支架墨水系统3的供给子储池20的墨水入口21连接起来。排泄阀34将离轴的墨水系统2的返回侧和支架墨水系统3的回收子储池30的墨水出口32连接起来。补充阀24和排泄阀34可设置在支架上，即处于支架墨水系统3中，或者可以固定在打印机上，即处于离轴的墨水系统2中。它们优选设置在支架上，非常靠近子储池，使其可抑制用于将支架墨水系统3与离轴的墨水系统2连接起来的管道中所产生动态压力波，避免扩散到子储池和进一步扩散到打印头中。

作为示例，图1实施例中的脱气单元60显示为离轴的墨水系统的一部分，但脱气单元还可设置在支架墨水系统中，其具有减少从脱气单元至打印头的墨水路径长度的优点，从而减少墨水在墨水达到打印头的喷嘴之前劣化的风险。

在图7中，显示了一个甚至更优选的主动性脱气单元的实施例。图7只显示了墨水系统1的主动性脱气模块，其可集成在图1所示的墨水系统中，作为支架墨水系统的一部分或作为离轴的墨水系统的一部分。除了主动性脱气单元本身以外，图7还显示了真空压力连接器63，真空破坏阀(vacuum break valve)64和过滤器65。这个备选实施例的优点将在论述主动性脱气时进行更详细的论述。

第一实施例-打印模式

现在将描述根据图1的实施例在正常打印模式下的操作。墨水流过打印头10通过在供给子储池20中的压力P2和回收子储池30中的压力P3之间建立压力差来实现。这些压力分别通过供给子储池20上的压力连接器23和回收子储池30上的压力连接器33来施加。为了产生从供给子储池20通过打印头10并流入回收子储池30中的正向流动，将供给子储池20中的压力控制在比回收子储池30中的压力略高的值下。墨水流过打印头的速率可通过压力差P3-P2来控制，但还依赖于打印头至流体导管的液压阻力，以及墨水穿过这些导管的流率，和打印头内部的液压阻力。在实践中，2.5毫巴的压力差可提供流过打印头10的超过300ml/h的流率。在图5中，图表显示了流过打印头10的流量随着压力差P3-P2的增加而增加的图示。图5只是说明性的，这是因为精确的图表依赖于墨水粘度、液压阻力等等。

通过使用相同压力值P2和P3来建立通过打印头10的墨水流，而控制打印头喷嘴处的背压力。在优选的支架墨水系统3的液压对称构造中，即在打印头喷嘴前后的液压阻力平衡的条件下，喷嘴处的背压力等于((P2+P3)/2)+(ρgh)，其中ρgh是在子储池中的自由墨水液面和喷嘴中的弯月面之间的墨水柱的流体静压力。在子储池和打印头安装在单个支架上的实施例中，h值通常在20cm和50cm之间的范围内。这个优选的支架墨水系统3的对称构造的任何偏差导致了供给路径对返回路径的失衡的动态压力降和失衡的流体静压力。这种不平衡可预先计算或预先校准，从而可利用供给子储池20和回收子储池30中的压力而完美地控制最后喷嘴处的背压力。有利的是，墨水流率和背压力可利用仅仅两个压力值，即供给子储池20中的压力和回收子储池30中的压力来控制。在子储池和打印头安装在单个支架上的实施例中，压力值P2和P3选择成可较大程度地补偿在子储池中的自由墨水液面和喷嘴中的弯月面之间的墨水柱的流体静压力，并在喷嘴中产生较小的背压力。在用于校验本发明的特定实施例中，正常打印模式中的压力值是-30毫巴(对于P2)和-33毫巴(对于P3)。这些压力值以及在子储池中的自由墨水液面与喷嘴之间为大约30cm的高度差导致了喷嘴中大约-1.5毫巴的背压力，以及300ml/h以上的墨水流率。

为了维持连续的通过打印头10的墨水流，供给子储池20需要连续地补充墨水，并且回收子储池30需要连续地排泄墨水，从而将子储池中的墨水液面保持恒定。归根到底，喷嘴中的背压力在一定程度上依赖于打印头的供给侧和返回侧的墨水柱的流体静压力。虽然当确定P2和P3的设定值时可预先校准流体静压力，并且考虑进去，但是它们在操作期间将保持恒定。幸运的是，打印头具有背压力操作窗口，喷射过程可在该窗口中操作。背压力操作窗口被表示为流体静压力范围，并且可高达使打印头在带有恒定的打印过程参数的固定系统中进行操作的工作点附近±10cm的液位标准。但打印过程参数很少是恒定的，并且还在公差窗口中围绕其工作点，例如打印头制造公差而变化，或者改变墨水管中的动态压力降。这些公差窗口消耗了可获得的用于打印头背压力的操作窗口的一部分。在实践中，子储池中的自由墨水液面变化优选限制在±1cm，更优选±0.5cm，最优选±0.1cm。这个操作窗口因而提供了用于间歇启动/停止供给子储池20中的墨水补充和回收子储池30中的墨水排泄的空间。间歇补充的构思可利用切换速率在1至10Hz范围内，并具有小隔膜的快速开关阀来实现。切换可通过单个操作电平开关来触发，其具有限定目标操作窗口的细微迟滞现象。低流率下的快速切换接近于连续补充的构思，非常类似于脉宽调制的电力传动接近于模拟的电力传动，但更为便宜而且更易于控制。在图1的实施例中，补充阀24在一个或多个供给子储池20的液面检测传感器25，26或27的控制下打开和关闭。根据背压力操作窗口，供给子储池20中的墨水液面检测传感器可配置成允许±1cm的最小与最大高度之间的高度差，更优选±0.5cm，最优选±0.1cm。一个用于控制连续通过打印头10的墨水流的备选实施例是将分别作用于供给子储池20和回收子储池30上的压力值P2和P3保持相等的，并使用相应的子储池的自由墨水液面的流体静压力控制来产生供给子储池20中的自由墨水液面对回收子储池30之间的流体静压力差。流体静压力差替代了主动的压力差P3-P2。流体静压力差可通过墨水液面传感器在相应子储池中的不同位置来实现，因为连续的墨水流将控制子储池中的墨水液面朝着该子储池中的墨水液面传感器的位置移动，或者可通过子储池彼此相对的高度差来实现。这个实施例在细微的压力差已经产生了所需的通过打印头的墨水流率时是有利的，在这种情况下，流体静力差异易于在没有对实施例的实现形式造成严重的机械后果的条件下实现，并且是有利的，因为对于支架墨水系统只有一个压力值P2＝P3可用得到。

支架墨水系统上的供给子储池20中的墨水从离轴定位的供给器皿40中，并穿过通流脱气单元而获得补充。压力P4可通过压力连接器43而施加于供给器皿40。供给器皿40中的压力P4设定为高于供给子储池20中的压力P2，从而迫使墨水在补充阀24打开时供给器皿40流向供给子储池20。根据所需的流率，在补充期间可允许的对供给子储池20中的自由墨水液面的扰动，已知的从供给器皿40至供给子储池20的墨水路径中的流动阻力，脱气单元60中的压力降，以及在供给器皿40和供给子储池20之间的流体静力高度差，来选择供给器皿40和供给子储池20之间的压力差P4-P2。压力P4可在200毫巴至1000毫巴的范围进行选择。压力值P4结合等于-30毫巴的P2的一个实际示例可以是+400毫巴。压力差P4-P2优选可在供给器皿40和供给子储池20之间产生至少1000ml/h的墨水流率。这个优选的最小墨水流率与主动性脱气单元60相关，如以下将进一步所述，其需要最小的通流正确地起作用。

在墨水系统1的返回侧，从打印头10返回的墨水进入墨水液面升高的回收子储池30中。回收子储池30中的墨水液面有助于喷嘴处的背压力调节，并因此需要，按照与供给子储池20中的墨水液面需要保持适度相似的方式，将回收子储池30中的墨水液面保持适度。支架墨水系统3上的回收子储池30中的墨水朝着离轴定位的回收器皿50排泄。压力P5可通过压力连接器53而施加于回收器皿50。回收器皿50中的压力P5被设定成低于回收子储池30中的压力P3，从而迫使墨水在补充阀34打开时从回收子储池40流向回收器皿50。排泄阀34在一个或多个回收子储池30的液面检测传感器35，36或37的控制下打开和关闭。依赖于打印头10的背压力操作窗口，回收子储池30中的墨水液面检测传感器可配置成允许±5cm的最小至最大高度之间的高度差，其更优选是±1cm，最优选是±0.5cm。根据所需流率，在排泄期间可允许的回收子储池30中的自由墨水液面的扰动，已知的从回收子储池30至回收器皿50的墨水路径中的流动阻力，以及在回收器皿50和回收子储池30之间的流体静力高度差，来选择回收器皿50和回收子储池30之间的压力差P5-P3。压力P5可在-100毫巴至-950毫巴的范围进行选择。压力值P5结合等于-40毫巴的P3的一个实际示例可以是-300毫巴。压力差P5-P3优选可在回收子储池30和回收器皿50之间产生至少1000ml/h的墨水流率。现在将描述返回到回收器皿50中的墨水用于补充供给器皿40。

为了保证恒定的至支架墨水系统3的墨水供给，以及从支架墨水系统3的墨水排泄，离轴的墨水系统2的供给器皿40需要连续地具有可用墨水，而离轴的墨水系统2的回收器皿50需要连续地具有可用的排泄容量。这通过分别用于供给器皿40和回收器皿50的填充和排泄操作来获得。这些操作相对于维持器皿40和50中的精确的墨水液面不是至关重要的。供给器皿40可通过墨水入口41和48从两个墨水源中获得补充：通过墨水出口52而与回收器皿50的液压连接器将来自打印头的返回墨水补充给供给器皿40，并且与主墨水储池70相连的液压连接器将用新鲜墨水补充给供给器皿40，以补偿从打印头喷射出的墨水。其中一个可能的过程是通过墨水液面传感器46触发供给器皿40的补充，并且缺省和如果可能的话，以来自回收器皿50中的墨水开始。如果在这个补充过程中，回收器皿50中的墨水液面变得不足以进一步支撑补充过程，即发生下溢状况，那么通过回收器皿50的补充将被中断，并且由主墨水储池70接管补充，直到返回到器皿50中的墨水量再次足以进一步支撑通过回收器皿50的补充过程时为止。在回收器皿50中发生下溢状况的原因是打印头10的墨水消耗。随着墨水被消耗，即打印，在墨水系统1中循环的墨水总量逐渐地减少，并且墨水循环系统的其中一个中间墨水存储元件，即其中一个子储池或其中一个器皿中的墨水将发生下溢情况，即低于其正常操作的墨水液面。优选的是允许这种下溢情况只发生在回收容器50中，因为回收容器50中的墨水液面是对整个循环系统的操作最不紧要的。在回收器皿50中发生下溢情况或不发生下溢情况之间的界线是有些任意的，但例如可选择成可在主储池更换操作的时间范围内，即在供给器皿40不能通过主储池70补充的时间期间，保证对供给器皿40的墨水补充。回收器皿50中的下溢情况可通过墨水液面传感器56来检测。

通过泵73补充新鲜墨水的过程，可在检测回收器皿50中发生下溢状况的控制下，在跟踪打印头打印所消耗的墨水量的打印机控制器的控制下进行操作，或者在用新的主储池替代它之前在腾空主储池的情况下通过操作员手动地操作。

当墨水被打印头消耗和打印时，从主墨水储池70渐进补充供给器皿40的一种备选方案是主墨水储池的完全容量的一次性补充。图8中显示了这种备选方案的一个可能的实施例。在图8中，回收器皿50还用作缓冲器皿。倘若回收器皿50可存储墨盒80中的墨水体积，那么当墨盒80液压联接在回收器皿50上时，处于负压P5下的回收器皿50可从满墨盒80中吸出墨水。这个实施例的优点是，在循环系统1中上载一定量的新鲜墨水是操作员的一次性动作，之后操作员具有充足的时间用新的墨盒更换空的墨盒80。在墨盒80和回收器皿50之间优选设置阀84来控制上载过程的起动和停止。在上载过程中，没有涉及到泵，这也是一个优点；回收器皿50中的负压P5确立了抽吸作用。根据墨水系统中的墨水消耗，即打印头所打印的墨水量，当墨水消耗较高时，可有利地用扁平罐来替换墨盒80。墨盒通常提供高达大约1或2升的墨水量。另一方面，扁平罐可轻易地提供2升以上的墨水量。

第一实施例-非打印模式

供给子储池20中的压力P2可从至少三个预设值P21，P22和P23中选择，其对应于不同的打印头10的操作状态。这些用于供给子储池20的预设的压力值与并列的一组用于回收子储池30中的压力P3的预设值P31，P32，P33协同。打印头的第一操作状态与之前所述的正常打印状态相对应。为此目的，可操作一组阀(见图1)使预设值P21和P31与其相应的子储池联接起来。打印头的第二操作状态可以是冲洗操作，其中应用到喷嘴上的压力使得墨水流出喷嘴，而没有促动喷嘴。对于冲洗操作，相等的正压力施加于供给子储池20和回收子储池30。在这种情况下，打印头10中是不流通的，并且供给子储池20和回收子储池30中可用的所有墨水都冲洗通过打印头喷嘴。应该明白，冲洗状态还可通过两个不相等的正压力来产生，在这种情况下，将在打印头10中产生通流。在图1的实施例中，可选择相等或不同的预设压力P22和P32来创造冲洗状态。喷墨打印头的冲洗可在50毫巴和500毫巴之间的压力下完成。用于图1实施例的一个实际示例可以是设置P22和P32等于150毫巴。

打印头10的第三操作状态用于在打印头维护期间，在擦拭喷嘴板之前使喷嘴板产生润湿(sweating)。喷嘴板润湿可有助于在利用刮水片擦拭喷嘴板之前浸湿或分开喷嘴板上的任何灰尘。使喷嘴开始润湿所需要的压力通常是比操作背压力稍大一些的负压力，即刚好在正压力方向上的背压力操作窗口之外。喷嘴板的润湿可利用弯月面处的0毫巴和50毫巴之间的略正的压力来实现，而用于正常打印的喷嘴背压力是略负的。至于冲洗操作，喷嘴板的润湿可利用分别在供给子储池20和回收子储池30中相等的压力值P23和P33来实现，在这种情况下，没有通过打印头10的流动，这不是这种操作模式的必需条件。对于图1中的实施例的一个实际示例，并且在子储池的自由墨水液面墨水和喷嘴板之间的高度差h为大约30cm的条件下，P32和P33可等于-26毫巴，从而在喷嘴处产生略正的压力。

如图1中所示，用于供给和回收子储池中的压力的不同预设值可由非常概略地显示为几个压力调节器图和一组阀的压力发生子系统来提供。这些阀可以是其所属的子储池组件的一部分，并且同样是支架墨水系统3的一部分。在这种情况下，各个子储池组件连接在多个来自可离轴定位的压力调节系统的压力管道上。或者，这些阀可以是离轴定位的，在这种情况下，支架上的各个子储池组件只具有一个至离轴阀构造的压力管道连接器。其极大程度地依赖于打印机配置，以确定压力分布的哪种设置是优选的。如果使用多个打印头，各个打印头带有其单独的供给和回收子储池，那么可使用单独的压力棒将各个预设的压力值分布到多个打印头子储池上的所有作用点上。如果打印头构造中的所有打印头始终在相同的模式下操作，即它们同时打印，同时冲洗或同时擦拭，那么进一步的优化是可行的。在这种情况下，压力切换可离轴进行，并且只需要一个压力棒将所选择的预设压力分布到所有施加点上。

主动性脱气

从现有技术中已经知道，通过将脱气墨水提供给打印头可显著地增加打印头的喷射可靠性。在喷墨打印领域，脱气也被称为如气体除去或去充气。它是减少气体，例如溶解在墨水中的氧气或氮气或其它气体量的工艺。图1中所示的本发明的实施例包括控制墨水中气体量的主动性脱气单元60。用语″主动性″指能够控制墨水的溶解气体除去水平朝向目标值(常被称为控制设定值)靠拢的性能。可用于控制溶解气体除去水平的过程参数，其可以是供脱气单元使用的真空压力，穿过脱气单元的墨水流率，用于脱气单元的半透膜类型等等。溶解气体除去水平的主动控制具有以下优点。一方面，可控制溶解在墨水中的空气量尽可能低，以便在打印头墨水室中发生快速压力变化，例如对于压电喷墨打印头的兆赫范围变化期间防止墨水空穴形成的现象。另一方面，可控制溶解在墨水中的空气量不至于太低，因为墨水的化学稳定性可能成为一个问题。例如当墨水中的氧气量太低时，UV可固化的墨水可开始自动(热)固化。利用主动性脱气，可将墨水的溶解气体除去水平控制在最小和最大水平内。还已经发现，墨水的溶解气体水平在其夹带在墨水系统期间是易于变化的。例如墨水系统的墨水供给侧可包括几个′气密性′构件，并因此允许气体在墨水和其环境之间进行交换。这当然是相对较缓慢的过程，但当墨水在墨水系统中滞留几个小时、几天或几个星期墨水而不使用时，这个充气过程就变得有关了。根据本发明的墨水系统因此包括主动性通流脱气单元60，其控制连续循环的墨水朝着目标溶解气体水平进行脱气。适合于喷墨墨水的通流脱气单元的示例是小型模件的空心纤维隔膜类型的脱气单元，其可从MembranaGmbH得到。Celgard^空心纤维是疏水性的，并且提供了在液体不渗透气孔的条件下，使液相和气相彼此直接接触的表面区域。这些空心纤维不会受到淤塞的困扰，其是多孔隔膜类型的脱气单元可能具有的问题。总地说来，在通流脱气单元中，溶解气体的除去相关于墨水流率、墨水类型、所施加的真空压力P6以及脱气单元本身结构。已经发现，墨水的溶解气体除去水平在墨水两次或三次穿过脱气单元之后达到渐近值。作为墨水循环系统一部分的通流主动性脱气单元允许墨水系统几乎可瞬间地和连续地为打印头提供高品质的脱气墨水。脱气墨水的输送与打印吞吐量(墨水消耗率)，维护或清除操作，打印机为介质切换而重启、停止等等无关。打印机将能够可靠地从打印介质上面第一厘米处进行打印。还已经发现，溶解气体除去过程只是在最小的墨水通流流量下有效地起作用。图6中已经显示了作为穿过脱气单元的通流流量的函数的溶解气体除去测量值。图中显示了脱气单元的最有效的操作窗口是1000ml/h的通流流量以上。

使循环墨水的溶解气体除去水平达到目标极限值的一种备选方案是，使用与脱气单元结合的充气模块。充气模块可插入到脱气模块之前的墨水循环回路中，并且使墨水中的溶解气体水平回到平衡水平或饱和水平。这种充气模块可包括例如减压阀，将可用的压缩空气连接器的压力减少到合适的压力值，以便将空气注入到墨水系统中已经加压的构件中。例如，如果充气模块连接在加压至压力P4的墨水供给器皿40上，那么应该在P4以上的压力下注入空气。定位在减压阀和供给器皿40之间的控制阀可控制空气喷射过程，例如打开/关闭。除了减压阀和控制阀以外，可以有搅动装置来加速气体在墨水中的溶解过程。位于充气模块下游的脱气单元始终接收带有平衡的溶解气体量的墨水，并且始终输出带有可重复的溶解气体除去水平的墨水，该水平依赖于脱气单元的制造设置或操作设置。充气模块可在回收子储池30之后和脱气单元60之前的某个位置插入墨水循环系统1中，并且优选在回收器皿50附近插入。

在图1中所示的本发明的实施例中，通流脱气单元60是墨水循环系统1中的单独模块。这种配置有几个相关联的优点。首先，存在通过在墨水系统1中提供脱气单元60作为可置换的模块的维护优点，这与例如集成在打印头中的脱气单元形成对比。这个优点是很重要的，因为脱气单元60可能具有比打印机中的打印头更短的寿命，并且可能需要定期维护例如清洗、逆流冲洗等等。其次，存在适合使用的优点，即脱气单元的特征可根据墨水类型、预期的通流流率或其它打印机参数的函数进行选择。所有这些因素使得单独的脱气单元较为有利。

在图7中，显示了一个用于主动性脱气模块的备选实施例。这个备选实施例包括真空破坏阀64和过滤器65。在墨水循环出于某种理由、例如机器停止的情况下而停止时，或者当穿过脱气单元60的墨水流量低于最小值时，真空破坏阀64打破施加于脱气单元60上的真空。已经发现，当保留在操作的脱气单元中太长时间时，某些墨水类型会劣化。例如当在真空压力下保留在脱气单元中太长时间时，UV可固化的墨水开始固化。在墨水中开始形成凝胶，其可能显著地干扰打印头的喷射性能。因此采取了第二预防措施来减少凝胶进入打印头中的风险，即将额外的过滤器65放置在脱气单元60和供给子储池20之间，物理地定位在尽可能靠近供给子储池20的位置。过滤器65从墨水中过滤出凝胶。

图11显示了一个甚至更优选的脱气单元60的实施例，其中脱气单元60的真空连接器63连接在控制阀66上，以允许将应用到脱气单元60上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之间的切换来控制真空压力。适合这类控制的阀可以是可从

Flduid控制系统公司(UK)得到的3/2路摆动阀。控制施加于脱气单元60上的真空的优点是，真空压力可根据墨水循环系统的许多操作参数的函数进行调整，例如穿过脱气单元60的墨水流率、所使用的墨水类型、墨水温度、通过循环系统的墨水平均量等等。图11的实施例还可在接通/关闭切换模式下使用，以便将固定的真空P6或大气压力P_atm施加于脱气单元60。例如在循环停止期间，在非打印周期期间等等，可通过操作事项来控制打开/关闭3/2路阀的使用。

备选的子储池实施例

在第一实施例中，供给子储池20和回收子储池30是带相似的操作方式的分开的模块。图3中显示了一个备选设计。在可能的情况下，再次使用图1中的标号来表示带相似功能的特征。打印头子储池90设有通过壁91分开的第一隔室I和第二隔室II，壁91固定在打印头子储池90的底部，并且用作隔室I至隔室II的溢流壁。墨水通过溢流壁91连续地从隔室I溢流到隔室II中。所以隔室I中的墨水液面是恒定的，且是不测量的，而隔室II中的墨水液面不是恒定的，并因此利用墨水液面传感器35，36或37进行测量，这些传感器具有与第一实施例的回收子储池30一起所描述的传感器相似的功能。隔室II中的墨水液面测量值可控制补充阀24和/或排泄阀34，以便将打印头子储池90的隔室II中的墨水液面保持在可允许的操作窗口内(见之前论述)。补充阀24和排泄阀34可选择为减压阀，其减少例如分别为+400毫巴和-300毫巴的最大墨水供给压力和排泄压力，从而可建立通过打印头子储池90的连续且稳定的墨水流。这不同于结合图1所述的第一实施例，其中补充阀和排泄阀是开关阀，并且是基于高频打开/关闭基础上进行操作的。

打印头子储池90具有联接在打印头的墨水入口11上以用于将墨水从隔室I提供给打印头的墨水出口22，以及联接在打印头的墨水出口12上以用于使墨水从打印头返回到打印头子储池90的隔室II中的墨水入口31。在打印头子储池90的隔室I和隔室II的墨水液面之间的高度差产生了在墨水出口22和墨水入口31之间的流体静压力差ΔP，从而自然地建立起从墨水出口22通过打印头10并返回到墨水入口31的墨水流。ΔP在功能上可与本发明第一实施例中的压力差P3-P2相当。压力连接器93可用于将压力叠加到经由阀24和34建立的墨水压力上，用于非打印操作或用于调整打印状态，例如冲洗操作或喷嘴板的被迫润湿。图3中所显示的溢流壁91的一种变型可以是从子储池的底部一直延伸到子储池顶部的壁，并且只具有一个开口用作溢流开口。在静态方面而言，这个变型与图3中的壁91相等效，但在动态方面，它防止了当打印头支架上的子储池加速和减速时，大量墨水从隔室I溢流到隔室II中，从而使流体静压力平衡破坏。

当子储池90在支架上往复运动时，在隔室II中用作挡水板的额外的分隔物的使用将进一步使隔室II中的自由墨水液面稳定。当其主要用于保持从隔室I至隔室II的连续溢流状态时，阀24可由连续运转的泵替代。墨水隔室II中的墨水液面的控制可以只用阀34来实现。

用于特定打印机配置的实施例：固定的打印头

在固定的喷墨打印头配置中，将墨水系统划分成离轴的墨水系统和支架墨水系统可能有些人为化，因为没有扫描构件。然而，有利的是，将与打印头非常接近操作的构件，如供给子储池和回收子储池，物理地和′支架′子组件中的打印头组合在一起。其中一个明显的优点是在子储池和打印头之间存在较少的静态或动态压力降。

用于特定打印机配置的实施例：多个打印头

虽然图1显示了墨水系统只包括一个打印头，但是本领域中的技术人员应该明白，也可包含多个打印头。不同的墨水系统配置是可行的。

离轴的墨水系统对于所有打印头可以是共用的，而图1的支架墨水系统根据该配置中的打印头的数量复制多个。有利的是使单独的供给子储池和回收子储池专用于各个打印头，因为这将允许实现单独的打印头维护，单独的背压力控制和通流控制，以及对作用在墨水上的加速或减速惯性力的单独的缓冲。由于为各个打印头使用单独的供给和回收子储池所导致的附加的墨水管道系统，可通过将子储池和打印头机械地集成到单个功能性的且紧凑的子组件而减少。

在固定的打印头应用或不太重要的往复运动打印头的应用中，可将支架墨水系统中的许多构件组合在一起。这个优点是带有总体上较少构件的更为简单的墨水系统。作为多个交错的打印头的回收子储池的一个示例，被认作单个页宽的打印头，可组合到为该页宽打印头组件的所有打印头服务的单个回收子储池中。这种设置允许通过单独的供给子储池中的压力进行单独的背压力控制，这些单独的供给子储池仍分配给各个单独的打印头，但同时将对页宽打印头组件中的所有打印头进行的冲洗组织起来。根据本领域中的技术人员集成到墨水系统和其操作中的功能规格，许多其它的组合也是可行的。

在往复运动的打印头配置中，支架墨水系统的机械简化也是可行的。多个供给子储池可组合到为所有打印头服务的单独的供给子储池中，各个打印头各用一个供给子储池。单独的供给子储池仍可以是支架墨水系统的一部分，并且与打印头一起安装在用于来回运动的支架上。这个实施例的优点在于限制支架上的子储池的数量，并且还可防止支架墨水系统和离轴的墨水系统之间的墨水管道中的压力波进入打印头的优点。在单个供给子储池和多个打印头之间，可单独地使用多个阀来切断打印头和墨水供给。在正常打印模式下，各个阀将打开，以允许墨水从单个子储池供给至打印头。阀的关闭在非打印模式下是有利的。例如，如果在维护期间，来自支架上的多个打印头的一个打印头需要冲洗，单个供给子储池中的压力，以及喷嘴中的背压力升高，并将墨水推出打印头喷嘴。如果与不需要冲洗操作的打印头相对应的阀关闭，那么切断这些打印头与单个供给子储池中的升高出的墨水压力的联系，从而排除它们进行冲洗操作，并节省极大的墨水量。总地说来，当使用多个打印头打印相同的墨水时，单个离轴的墨水系统将墨水供给和分布到支架墨水系统中的多个打印头上。如果涉及n个打印头，其中各个打印头要求最小的墨水通流流量，以便打印头正确操作，那么离轴的墨水系统需要设计成可将n倍的最小墨水流量供给支架墨水系统，该墨水流量将在此处进行分布。

备选实施例″COMMON RAIL″(公共轨道)

参见图9，现在将描述用于墨水循环系统、尤其适合于多个打印头配置，并且体现了上面提到的许多设计备选方案的一个实施例。这个备选实施例包括墨水供给子储池20和墨水回收子储池30，其具有与之前所述相似的功能。供给子储池20和回收子储池30分别装备有墨水液面传感器26和墨水液面传感器36。液面传感器26和36的优选实施例可包括可从Hans Turck GmbH&Co(DE)得到的带有开关输出或模拟输出的超声波液面传感器或设置在子储池中的具有磁铁的浮动部件，以及与之相关的沿着垂直壁而设置在子储池外部的一组霍尔传感器。该组中霍尔传感器的数量确定了二元的连续测量。液面传感器可用于保持在供给子储池20中的自由墨水液面和回收子储池30中的自由墨水液面之间的高度差。这个高度差产生了流体静压力差ΔP，其是使墨水流过打印头的驱动力，现在将对此进行解释。供给子储池20将墨水提供给供给收集棒28，其可以是例如由墨水防腐剂材料(例如不锈钢)挤压而成的剖面。供给收集棒28具有与多个打印头10的墨水入口相连的多个连接器。多个打印头10的墨水出口连接在回收收集棒38上，其则连接在回收子储池30上。供给收集棒28和回收收集棒38替代了子储池和打印头之间极大量的墨水管道，并因此提供极大的优点。此外，可设置收集棒的尺寸，以便将从供给子储池20通过打印头10和返回回收子储池30的墨水路径的流动阻力减小至几乎为零。打印头10通过促动的阀而连接在收集棒28和38上，该阀可切断各个单独的打印头10与墨水系统的联系，如图9中所示。该阀具有两个主要的优点：(1)在打印机的非操作模式下，可切断打印头与墨水系统的联系，从而减少墨水通过打印头喷嘴，由于例如喷嘴处的背压力损失而从墨水系统中泄漏出来的风险，以及(2)在维护操作中，不需要冲洗的那些打印头可通过在将提高的冲洗压力施加于墨水系统上之前切断其与墨水系统的联系而被排除在外，从而减少了冲洗所浪费的墨水量。在多个打印头的喷嘴处的背压力通过施加于供给子储池20和回收子储池30的自由墨水液面上的压力P0而主动地进行控制。墨水系统通过从回收子储池30经由泵76，脱气单元60和过滤器65而返回至供给子储池20的墨水路径而关闭。在之前章节中已经描述了泵，脱气单元和过滤器的优选实施例。泵76在回收子储池30的液面传感器36的控制下进行操作，与之前论述的实施例中的排泄阀34的操作相似。如迄今为止所述，图9的墨水循环系统可定位在喷墨打印设备的支架上。该实施例特别适合于工业类型的喷墨打印设备，在这类打印设备中，使坚固可靠的往复运动的支架支撑墨水循环系统不是问题。其中存在离轴定位的供给器皿40和泵73，以便当打印头10消耗的墨水为0时，为供给子储池20补充新鲜墨水。泵73在供给子储池20的液面传感器26的控制下进行操作。如之前实施例使用泵替代补充阀，因为供给器皿40中的墨水保持在环境压力下。供给器皿40包括用于例如扁平罐类型的主墨水储池的入坞部位，主墨水储池在入坞时会自动地清空。一个实施例例如可在入坞部位提供刀具，当扁平罐入坞时，刀具会自动地打破扁平罐的密封；扁平罐可通过重力而腾空。

如图9中所显示的实施例具有多个优点：减少流体连接和管道的数量，局部的(支架上的)墨水循环和脱气，带较少构件的墨水循环系统，在有问题的情况下更为安全的泵吸的墨水循环替代加压的墨水循环，在支架上的墨水供给元件和离轴的墨水供给元件之间的最小的相互作用，用于该配置中的多个打印头的仅仅一个供给子储池和回收子储池等等。

明显的是，收集棒的构思并不局限于所述的墨水循环系统，而是，该构思可应用于其中需要将多个喷墨打印头连接在公共的墨水供给或回收上的其它配置中。

备选实施例″OPTIGASS″

参见图10，其描述了一个用于墨水循环系统、尤其是适合改进的脱气单元操作的备选实施例。前面已经陈述了为了主动性通流脱气单元的最佳操作，需要最少量的墨水流过脱气单元。根据图6，这个最小的墨水流量大约为1000ml/hr。在之前的墨水循环系统的实施例中，穿过脱气单元的墨水流量也是通过打印头的墨水流量。在许多应用中，穿过脱气单元的最佳墨水流量可能不是通过打印头的最佳墨水流量。图10中所示的墨水循环系统，提供了对这个问题的解决方法，这在于其允许穿过脱气单元的流量比通过打印头的流量更高。图10中的实施例包括墨水供给子储池20和墨水回收子储池30，其具有与之前所述相似的功能。供给子储池20和回收子储池30分别装备有墨水液面传感器26和墨水液面传感器36。液面传感器26和36的优选实施例可包括可从Hans Turck GmbH&Co(DE)得到的带有开关输出或模拟输出的超声波液面传感器或设置在子储池中的具有磁铁的浮动部件，以及与之相关的沿着垂直壁而设置在子储池外部的一组霍尔传感器。该组中霍尔传感器的数量确定了二元的连续测量。液面传感器可在图1中使用，即液面传感器28用于控制补充阀24，并且液面传感器38用于控制排泄阀34。液面传感器还可用于保持在供给子储池20中的自由墨水液面和回收子储池30中的自由墨水液面之间的高度差。这个高度差产生了流体静压力差Δp，其是使墨水流过打印头10的驱动力。压力差ΔP控制墨水通过打印头10的流率。在打印头10的喷嘴处的背压力通过施加于供给子储池20和回收子储池30的自由墨水液面上的压力P0而主动地进行控制。墨水循环系统还包括当排泄阀34由于负压力差P5-P0驱动而打开时，用于排泄回收子储池30的回收器皿50。回收器皿50可通过回收器皿50中的负压P5的驱动而从墨盒80中上载许多新鲜的墨水。新鲜墨水的量将替代打印头10所打印的墨水量。因此可利用液面传感器56来测量回收器皿50中的墨水液面。液面传感器56的优选实施例可以是可从Fozmula(UK)得到的T/LL55液面传感器或与用于子储池相似的超声波类型的液面传感器(参见上述)。由至目前为止参见图10所论述的构件、即从补充阀24直至回收器皿50所提供的墨水路径，还被称为主要路径。墨水系统通过从回收器皿50返回补充阀24的调节路径而关闭，调节路径包括循环泵76，脱气单元60和过滤器65。在之前章节中已经描述了泵、脱气单元和过滤器的优选实施例。提供了平行于调节路径的旁路路径，其包括允许墨水从过滤器65输出流回到循环泵76的输入中的节流器78，从而提供通过打印头10的主路径的旁路。节流器78的实施例可包括节流阀，减压阀，弹簧加载止回阀或简单的墨水管道中的缩窄部分。现在解释旁路路径的操作。循环泵76连续地操作，并且在给定的流率下抽吸墨水，使其穿过脱气单元60和过滤器65，从而为主路径的分支和旁路路径提供墨水。两种情形可能发生。在第一种情形下，补充阀24关闭，并且所有来自调节路径的墨水流入到旁路路径中，穿过节流器78，并且克服由节流器78提供的流动阻力。循环泵76的操作将主路径的分支和旁路路径处的墨水压力提高到克服节流器78的压力阻力的值。循环泵76连续地使墨水在带有过滤器65和脱气单元60的闭合环路中循环。这个闭合环路循环因此被称为调节循环。在第二种情形下，补充阀24打开，并且来自来过滤器65的墨水流入供给子储池20，克服供给子储池20中的背压力P0，其通常低于节流器78所设定的背压力。循环泵76现在将墨水供给主路径。墨水穿过主路径的流率由在子储池20和30中的自由墨水液面之间的压力差来确定，并且还可由子储池20和30中的绝对压力P0来确定。这种墨水循环被称为打印循环。根据用于实现节流器78的特定实施例，在打印循环期间，穿过节流器78的墨水流量是可忽略不计的或完全地切断的。在操作过程中，补充阀24高频地间歇地操作，从而在打印期间产生可控制的穿过主路径的伪连续的墨水流。也就是说，在操作过程中，补充阀24在功能上可与可控制的节流器相当。补充阀24和节流器78因此允许两个平行的墨水流，即通过主路径(包括打印头)的打印流和通过旁路路径的调节流。从这两个墨水流中，打印流是可控制的，并且调节流从来自循环泵的墨水中获得过剩墨水。因此这个备选实施例的主要优点是，穿过脱气单元的墨水流可以与通过打印头的墨水流独立地进行调节，因此，无论适用于通过打印头的流率的流动约束如何，都可在最佳速率下操作脱气单元。在一个用于相同目的的备选实施例中，即最佳的脱气状态下，旁路路径设置在脱气单元60的出口和回收器皿50的墨水入口之间，即在补充阀24之前并且处在排泄阀34之后。回收器皿50的墨水容量现在还包含在调节流墨水中。

用于特定打印机配置的实施例：多种色彩

在彩色喷墨打印机中，各种色彩通过不同的打印头或一组打印头来打印。各种色彩具有其自身的带离轴部分和支架部分的墨水系统。各个墨水系统可支撑一个或多个打印相同色彩的打印头。该多个打印相同色彩的打印头可装配在一个在比单个打印头宽度更宽的打印介质和打印刈幅上往复运动的模块中，或者可交错设置在整个页宽的打印头组件中。

用于特定打印机配置的实施例：端射器类型的打印头

到现在为止，已经利用通流类型打印头描述了本发明。在连续主动脱气下的连续的墨水循环通过使用供通流类型的打印头而具有较大优点，因为打印头中的墨水连续地被新鲜且调节的墨水复原。现有技术用于端射器类型打印头的只有一个墨水入口的墨水系统通常具有从主墨水储池或墨盒至打印头的单向墨水供给链。这些墨水系统并不具有墨水循环，因此打印头、管道以及其它构件中的墨水不能被连续地复原。本发明用于端射器打印头的一个实施例非常类似于图1中所示的实施例，不同之处在于，打印头不是串联地连接在供给子储池和回收子储池之间，但与在供给储池和回收储池之间的捷径平行。图4显示了本发明一个用于端射器类型的打印头的实施例的支架墨水系统。对于端射器墨水供给系统，本发明可具有以下优点。首先，保持在墨水系统中的不通过循环复原的墨水量在端射器打印头中是有限的。因此，在喷嘴故障或维护的情况下，需要在喷嘴可得到新鲜的墨水之前冲洗通过打印头的′浪费′墨水的量也减少了。而且，因为墨水的脱气性能在滞留在墨水系统的供给管道和中间储槽中过长时间时会劣化，所以墨水的复原和循环限制了′启动墨水浪费′的量，例如在周末生产停止之后，不能复原，并因此需要通过打印头进行冲洗。第二个优点是对于倾斜的流通脱气单元，可提供恒定且最佳的操作点，导致对墨水的溶解气体除去水平进行更好的控制。因为其陡峭的脱气特性曲线，所以，许多脱气单元不适合于在低流率下操作，这对用于端射器打印头的单向墨水供给系统是固有的。

上面已经详细描述了本发明的优选实施例，现在本领域中的技术人员应该明白在没有脱离所附权利要求所限定的本发明的范围内，可以作出许多修改。

标号的简要描述

1墨水系统

2离轴的墨水系统

3支架墨水系统

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调节装置

19调节回路

20供给子储池

30回收子储池

40供给器皿

50回收器皿

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最低液面传感器

26，36，46，56操作液面传感器

27，37最大液面传感器

28自由墨水液面

29，39，49，59封闭容器

48，58新鲜的墨水入口

70主墨水储池

71，74止回阀

72，75，65过滤器

73，76泵

78节流器

60主动性通流脱气单元

64真空破坏阀

66真空控制阀

80墨盒

90打印头子储池

91溢流壁

Claims (11)

1.一种供喷墨打印设备使用的墨水循环系统(1)，包括：

-喷墨打印头(10)；

-用于包含供给至所述喷墨打印头(10)的墨水源的供给子储池(20)；

-用于包含未被所述喷墨打印头(10)使用的过剩墨水的回收子储池(30)；

-第一流体路径，其将所述供给子储池(20)与所述喷墨打印头(10)和所述回收子储池(30)联接起来，以便提供从所述供给子储池(20)至所述喷墨打印头(10)以及至所述回收子储池(30)的墨水流；

-第二流体路径，其将所述回收子储池(30)与所述供给子储池(20)联接起来，以便将墨水从所述回收子储池(30)供给回所述供给子储池(20)；

其特征在于，所述供给子储池(20)、所述喷墨打印头(10)、所述回收子储池(30)以及所述第一流体路径都被支撑于在打印介质上往复运动的支架上。

2.根据权利要求1所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，所述第二流体路径被支撑于在所述打印介质上往复运动的所述支架上。

3.根据权利要求1或2所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，还包括装置(70，73)，所述装置(70，73)用于为所述供给子储池(20)补充一定量的墨水，以补偿由所述喷墨打印头(10)打印所用去的墨水。

4.根据前述权利要求的其中任一权项所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，所述供给子储池(20)和所述回收子储池(30)定位在所述喷墨打印头(10)的上面。

5.根据前述权利要求的其中任一权项所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，还包括用于控制从所述供给子储池(20)至所述喷墨打印头(10)以及至所述回收子储池(30)的墨水流量的控制装置(P1，P2，ΔP)，其中，所述控制装置被支撑在所述支架上。

6.根据前述权利要求的其中任一权项所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，还包括用于控制所述打印头(10)处的背压力的主动性压力控制装置(P1，P2)，其中，所述主动性压力控制装置(P1，P2)被支撑在所述支架上。

7.根据前述权利要求的其中任一权项所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，所述供给子储池(20)和所述回收子储池(30)集成为打印头子储池(90)。

8.根据权利要求1至7的其中任一权项所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，还包括多个喷墨打印头(10)，其中，所述第一流体路径包括用于将所述供给子储池(20)与所述多个喷墨打印头(10)联接起来的供给收集棒(28)，以及用于将所述多个喷墨打印头(10)与所述回收子储池(30)联接起来的回收收集棒(38)。

9.根据权利要求1至7的其中任一权项所述的墨水循环系统(1)，其特征在于，还包括多个打印头(10)，各个打印头(10)具有相应的供给子储池(20)、相应的回收子储池(30)以及相应的第一流体路径，并且所述第二流体路径是将所述多个回收子储池(30)与所述多个供给子储池(20)联接起来以便将墨水从所述多个回收子储池(30)供给至所述多个供给子储池(20)中的公共流体路径。

10.一种利用根据权利要求1至9中任一权项所限定的墨水循环系统而为喷墨打印头(10)提供墨水流的方法。

11.一种喷墨打印系统，其包括根据权利要求1至9中任一权项所限定的墨水循环系统(1)。

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