CN101817266B - 用于保护印刷机免于印刷头中的过热状态的系统和方法 - Google Patents

Abstract

响应印刷头中的过热状态的方法。该方法包括产生与印刷头中的温度对应的第一电信号，使用第一电子电路监控该第一电信号以响应检测到的安全事件而终止到印刷头的电力输送，以及使用第二电子电路监控该第一电信号以调节被输送给该印刷头的电力的量。

Description

用于保护印刷机免于印刷头中的过热状态的系统和方法

技术领域

本揭示大体涉及喷墨印刷机，特别涉及有具有用于对墨水进行热处理的加热器的印刷头的喷墨印刷机。背景技术

固体墨水或相态变换墨水印刷机通常接收固态的墨水，或者是药丸状的，或者是墨块。固体墨水药丸或墨块通常通过该印刷机的墨水装载器的开口被插入，而墨块被供给机构沿供给通道推动和/或在重力作用下向下朝加热设备中的加热板移动。加热板将碰到(imping)该板的固体墨水融化为液体，该液体被传送到融化储液槽。该融化储液槽被配置为保存一定量的液体或熔融形式的融化的墨水并被配置为在需要时将该融化的墨水传递到一个或多个印刷头中的储液槽。

在印刷头中，加热器将墨水以液态形式保存在印刷头储液槽和喷嘴堆叠(jetstack)中。这些加热器通常是由来自设备电网的115/230伏交流RMS干线(main)供能的。使用三端双向可控硅开关(triac switches)调节该交流电力。因为加热器连接于输入交流电力干线，它们的建造通常满足UL、CSA和制造商安全要求。在出现故障的情况下，制造商通常要求加热器的结构能够通过适当的安全标准，例如针对单一隔离结构的加热器的1,500VRMS hi-pot耐压试验或针对双倍隔离结构的加热器的3,000VRMS hi-pot耐压试验，在“热失控(thermal runaway)”故障情况下持续一分钟的时间间隔。热失控被称为对输入交流电力的调节的丧失，会导致交流功率被持续地施加到该加热器上。对输入交流电力的调节的丧失通常是响应失效的半导体三端双向可控硅开关短路(方式是将交流电力直接耦合于该加热器)而出现。持续施加输入电力导致该加热器被加热直到它们烧断或内联的热熔丝将交流电力从该加热器断开。

该内联的热熔丝通过感应该加热器的温度，并对该加热器的温度升高到超过该熔丝的阈值温度作出响应而将输入电力从该加热器断开，而解决热失控的状况。制造商通常要求加热器在发生热失控事件之后能够通过其中一个耐压试验。为了实现这个目标，热熔丝会在加热器通过该耐压试验的能力被降低之前作出响应。对热失控事件提供及时响应是固体墨水印刷机的一个期望目标。发明内容

开发了一种参考用于调节对印刷头的电力的输送的相同的信号，检测和响应印刷头中的过热状态以保护印刷机免于失控热状态的方法。该方法包括产生与印刷头中的温度对应的第一电信号，使用第一电子电路监控该第一电信号以响应检测到的安全事件而终止到印刷头的电力输送，以及使用第二电子电路监控该第一电信号以调节被输送给该印刷头的电力的量。

一种系统，参考用于调节对印刷机中的印刷头的电力的输送的相同的信号，检测并响应过热状态。该系统包括第一电子电路，其被配置为监控第一电信号并对该第一电子电路检测到安全事件作出响应，终止对印刷头的电力输送，以及第二电子电路，其被配置为监控该第一电信号并调节被输送给该印刷头的电力的量。附图说明

图1是产生相态变换墨水图像的机器的方框图。

图2是一个电路的电学示意图，该电路感应固体墨水印刷机的印刷头中的温度状态，并响应过热状态以从电力解除该印刷头中的加热器的耦合。

图3是，通过从电力解除该印刷头中的加热器的耦合而响应图1中的成像装置的印刷头中的过热状态的过程的流程图。具体实施方式

为了对此处揭示的系统提供大体的理解并提供该系统和方法的细节，参考附图。在附图中，始终使用类似的参考标号代表类似的元件。此处所用的词汇“印刷机”、“成像装置”、“产生图像的机器”包括为了任何目的而执行印刷品输出功能的设备，比如数码复印机、制书机、传真机、多功能机等等。

现在参考图1，描绘了一种产生图像的机器(比如高速相态变换墨水图像产生机或印刷机10)的实施方式。如图所示，机器10包括框架11，它所有的子系统和元件都直接或间接地安装在该框架11上，如下所述。开始时，高速相态变换墨水图像产生机或印刷机10包括成像构件12(在图中是鼓的形式，但是同样可以是被支撑起来的循环带的形式)。成像构件12具有成像表面14，成像表面14可在方向16上移动，并在成像表面14上形成相态变换墨水图像。可在方向17上旋转的加热过的转印辊(transfix roller)19面对鼓12的表面14装载以形成转印辊隙18，在其内在表面14上形成的墨水图像在转印辊隙18中被转印到加热过的复印纸49上。

该高速相态变换墨水图像产生机或印刷机10还包括相态变换墨水输送子系统20，其具有固态形式的单色相态变换墨水的至少一个源22。因为该相态变换墨水图像产生机或印刷机10是产生多色图像的机器，所以墨水输送系统20包括四(4)个源22、24、26、28，代表相态变换墨水的四(4)种不同的颜色CYMK(青、黄、品红、黑)。该相态变换墨水输送系统还包括融化和控制设备(未示)，以融化或将相态变换墨水的固态形式改变为液态形式。然后该相态变换墨水输送系统适于将该液态形式供应到印刷头系统30，印刷头系统30包括至少一个印刷头组件32。因为相态变换墨水图像产生机或印刷机10是高速的(或高处理量的)多色图像产生机，所以印刷头系统30包括多色墨水印刷头组件和多个(例如，四(4)个)独立的印刷头组件32、34、36和38，如图所示。

图中进一步显示，该相态变换墨水图像产生机或印刷机10包括基底供应和处置系统40。例如，基底供应和处置系统40可包括纸张或基底供应源42、44、46、48，其中例如供应源48是高性能纸页供应或供给器，以存储和供应接收图像的基底，该基底的形式例如是切割纸张49。基底供应和处置系统40还包括基底处置和处理系统50，基底处置和处理系统50具有基底加热器或预加热组件52。如图所示，相态变换墨水图像产生机或印刷机10也可包括原始文件供给器70，原始文件供给器70具有文件容纳托盘72、文件页面供给和取回设备74和文件曝光和扫描系统76。

各子系统、元件的操作和控制以及该机器或印刷机10的功能是在控制器或电子子系统(ESS)80的帮助下执行的。例如，ESS或控制器80是一种完备的、专用的迷你计算机，其具有中央处理单元(CPU)82、电子存储器84和显示器或用户界面(UI)86。例如，ESS或控制器80包括传感器输入和控制电路88以及像素放置和控制电路89。另外，CPU 82读取、捕获、加工和管理图像输入源(比如扫描系统76或联机连接或工作站连接90)和印刷头组件32、34、36、38之间的图像数据流。同样地，ESS或控制器80是多任务处理器，用于操作和控制所有的其它机器子系统和功能，包括下面讨论的印刷头清洁装置和方法。

在操作中，待产生图像的图像数据被从扫描系统76或经由联机连接或工作站连接90发送到控制器80以处理或输出到印刷头组件32、34、36、38。而且，该控制器确定和/或接收对相关的子系统和元件的控制(例如，来自操作者通过用户界面86输入的)并相应地执行这些控制。因此，适当颜色的固体形式的相态变换墨水被融化并输送到该印刷头组件。而且，相对于成像表面14实行对像素放置的控制从而针对每个这样的图像数据形成期望的图像，并且接收基底是由源42、44、46、48的任何一个供应的并由基底系统50处理，该基底系统50与表面14上的图像形成定时套准。最终，在转印辊隙18中，图像被从表面14转印并固定地定影到复印页上。

图2显示了电路200，其协助保护印刷头免于失控的热状态。电路200是由左侧喷嘴堆叠电路204、右侧喷嘴堆叠电路304和墨水储液槽404电路组成的。这些电路中的每一个都有和另外两个电路基本相同的结构。因此，这里只描述左侧喷嘴堆叠电路204以简化描述。在每个电路中，类似元件的参考标号的后两位是相同的。

左侧喷嘴堆叠热敏电阻210被安装在印刷机的印刷头中，其位置对应于印刷头的喷嘴堆叠的左侧的温度。在图示实施方式中，该热敏电阻是一种负系数热敏电阻，这意味着该热敏电阻的电阻随着温度的增加而减小。电压源(未示)提供跨越电阻214并跨越热敏电阻210到地下降的电压。因而，节点212处的电压对应于该印刷头的左侧喷嘴堆叠的温度。当通过改变左侧喷嘴堆叠的温度而改变热敏电阻210的电阻时，这个信号发生变化。

该信号可以被模数转换器(ADC)218转换为数字值，该数字值可以被输入到该印刷机的控制器350。ADC 318和418的数字输出可以与ADC 218的输出多路复用(multiplexed)以向控制器提供三个温度数据的通道，或者每个数字信号可以被不断地提供到一个控制器。在图2的实施方式中，来自单一传感器(即热敏电阻210、310或410之一)的信号可被控制器350用作温度调节控制信号并被电路200用作安全状态信号。控制器350利用与从热敏电阻接收到的电压的数字值响应的温度来执行温度调节控制以产生三端双向可控硅开关356的控制信号。该控制信号使用一个不断变化地信号选择性地操作三端双向可控硅开关356，以调节通过开关292从源290接收到该印刷头中的一个或多个加热器的电力值。因此，该模拟信号被转变为数字信号，该数字信号由控制器350进行处理以调节操作模式期间对印刷头的电力输送。这个模拟信号还由电路200进行处理以在出现安全事件时(像现在所解释的那样)操作开关292终止对印刷头的电力输送。

来自热敏电阻210的模拟信号通过输入电阻220、224、228和230被提供到四个电子电路，这四个电子电路在图2中是由四个比较器232、236、240和244实现的。该信号被提供到比较器232和236的倒相输入和比较器240和244的非倒相输入。比较器232和236的非倒相输入耦合于由，例如，分压器(比如分压器248和252)提供的参考信号。比较器240和244的倒相输入耦合于由，例如，分压器(比如分压器256和260)提供的参考信号。分压器248和252的电阻被调整为产生大于由分压器256和260提供的参考信号的参考信号。在所示实施方式中，来自分压器248和252的参考信号对应于断路阈值，而来自分压器256和260的参考信号对应于代表过热状态的温度阈值。尽管来自分压器248和252的信号彼此大体相等，而来自分压器256和260的信号彼此大体相等，但是到冗余比较器的参考信号不必相等。

比较器232和236的输出通过二极管264和272耦合于节点280，而比较器240和244的输出通过二极管268和276耦合于节点280。如图2所示，比较器232、236、240和244的输出是开路集电极输出。因此，这些比较器的输出晶体管对节点212处的信号大于来自分压器248和252的参考信号作出响应，并对节点212处的信号小于来自分压器256和260的参考信号作出响应，而被激活。当这些比较器中的一个的输出晶体管被开启时，节点280处的电压(其跨越电阻284和288下降)通过激活的比较器的输出级被拉到地。另外，此电压被提供到开关292。只要节点280处出现正电压，开关292将来自交流电力源290的电力提供到印刷头中的加热器。对节点280处的电压通过比较器的输出级被拉到地作出响应，该开关从该印刷头中的加热器解除电力的耦合。

在图2中所示的电路中，比较器232、236、240和244在不同的基底上。也就是说，每个比较器是一个与用于实现其它比较器的集成电路(IC)独立封装的集成电路。这使得左侧喷嘴堆叠的电子电路可以彼此电性独立。因此，比较器232和236是用于产生断路信号的冗余电子电路，而比较器240和244是用于产生过热信号的冗余电子电路。在图2的电路中，图中所示的与比较器232、236、240和244中的一个在一栏的那些比较器是用与左侧喷嘴堆叠电路中的比较器相同的基底上的集成电子电路实现的。比较器294、296、298和300中的每一个位于四块基板(电子电路在其上面实现)中的一个上。它们被配置为产生表示该基底上的集成电路的灾难性故障的信号，并开启晶体管302以将节点280处的电压通过晶体管302接地，并从该印刷头中的加热器解除电力的耦合。

在操作中，电路200被加电以产生与该印刷头中安装热敏电阻的每个位置的温度相对应的信号。这些信号被提供到四个比较器，其中每一对比较器作为该对比较器中另一电路的冗余电路运行。由这些比较器中的两个将该温度信号与断路参考电信号进行比较，并由这些比较器中的另外两个将该温度信号与过热参考电信号进行比较。假使该温度信号等于或低于该过热参考信号，那么该比较器的输出级被激活，节点280的电压被接地，而开关292从电力解除该印刷头中的加热器的耦合。假使该温度信号等于或超过该断路参考信号，那么该比较器的输出级被激活，节点280的电压被接地，而开关292从电力解除该印刷头中的加热器的耦合。

该组比较器294、296、298和300被配置为检测用于实现电路200的集成电路(基底)上的接地脚故障。在实现电路200中的那些电子电路的集成电路之一不再电性接地的情况下，该不再接地的集成电路中的比较器294、296、298或300中的非倒相输入上出现电压。这个电压是断路接地信号并且是跨越电阻304下降的以开启晶体管302。晶体管302作出响应，将节点280的电压接地并使得开关292从该印刷头中的加热器解除电力的耦合。

对使来自单一温度传感器的信号能够用于安全和温度调节功能的电路的描述与图2中所示的实施方式一致。也可以使用其它的电路实施方式。例如，如果使用正温度系数热敏电阻来产生温度信号的话，该比较器的输入和该参考信号可以被相应地修改以检测过热和断路状态并将电力从印刷头中的加热器解除耦合。

图3显示了由图2中的电路实现的一种示例性的处理过程。该处理过程700监控印刷头的温度并通过从电力源解除印刷头中的加热器的耦合而对过热状态作出响应。该处理过程开始于响应印刷头中的一个位置而产生温度电信号(块704)。将该温度信号与过热参考信号(块708)、断路参考信号(块712)和灾难性故障阈值(块716)进行比较。如果这些状态中的任何一个是有效的，就从该印刷头中的加热器解除电力的耦合(块720)。否则，该处理过程继续产生温度信号并将该信号与那些参考信号和阈值进行比较以检测需要从该印刷头中的加热器解除电力的耦合的状态。

该温度信号与这两个参考信号的比较还可以包括使用电子电路以帮助确保对过热或断路状态的检测的冗余比较，与上面描述的那些类似。术语“电子电路”指的是用有源半导体元件(比如晶体管和比较器)和无源元件(比如电阻、电感和电容)实现的电路。

上述系统和方法提供一种电路，该电路监控与温度对应的信号以确保安全和进行功率调节。尽管该系统和方法是参考印刷头中的加热器进行描述的，该电路可以与其它类型的加热器一起使用。通常，对于大多数加热器来说，标准的热断流器(比如保险丝、热熔环等)是最合算的。在加热器位于有限空间并且要求极快地热响应时间的环境中，可以使用一种电路(比如上面描述的那一种)。在这样的电路中，放置热敏电阻以产生与该加热器所加热的结构中的温度相对应的信号，并且以上面描述的方式配置感应电路以监控该信号，以调节到该加热器的电力并在出现安全故障时(比如断路接地状态或过热状态)终止到该加热器的电力。

本领域的技术人员会意识到，可以对上述热失控响应方法和系统的具体实现方式进行很多修改。因此，应当意识到，上面揭示的各种特征和功能以及其它特征和功能，或其替代，可以根据需要被结合成许多其它不同的系统或应用。其中目前无法预见或未曾料及的各种替代、修改、变形或改进可以在以后由本领域的技术人员完成，这些也意在被包括在所附权利要求中。

Claims (12)

1.一种控制给印刷机中的印刷头的电力输送的方法，包括：

产生与印刷头中的温度对应的第一电信号；

用第一电子电路监控所述第一电信号，所述第一电子电路被配置为对检测到的安全事件作出响应而终止对印刷头的电力输送；

用所述第一电子电路产生过热信号以对与所述第一电信号对应的温度超过温度阈值作出响应；

用第二电子电路监控所述第一电信号，所述第二电子电路被配置为调节输送给所述印刷头的电力的量；

用第三电子电路产生电路故障信号以对所述第一电信号超过参考信号作出响应；

用第四电子电路和第五电子电路监控所述第一电信号；

用所述第四电子电路产生过热信号以对与所述第一电信号对应的温度超过温度阈值作出响应，所述第一电子电路和所述第四电子电路用彼此独立封装的集成电路实现；

用所述第五电子电路产生电路故障信号以对与所述第一电信号对应的温度高于第二参考信号作出响应，所述第二电子电路和所述第五电子电路用彼此独立封装的集成电路实现；以及

从所述印刷头解除电力的耦合以对所述过热信号或者所述电子电路故障信号的产生作出响应。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

用第六电子电路产生断路接地信号以对在实现所述第一电子电路的集成电路中检测到的电接地失效作出响应；以及

从所述印刷头解除电力的耦合以对所述断路接地信号的产生作出响应。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电子电路和所述第三电子电路用彼此独立封装的集成电路实现，且所述方法进一步包括：

用第六电子电路产生断路接地信号以对在实现所述第一电子电路和所述第三电子电路的所述集成电路的其中一个中检测到的电接地失效作出响应；以及

从所述印刷头解除电力的耦合以对所述断路接地信号的产生作出响应。

4.一种用于监控被输送给印刷机中的印刷头的电力的系统，包括：

第一电子电路，其被配置为监控第一电信号且对所述第一电子电路检测到与所述第一电信号有关的安全事件作出响应而终止对印刷头的电力输送；

第二电子电路，其被配置为监控所述第一电信号且调节输送给所述印刷头的电力的量；

第三电子电路，其被配置为监控所述第一电信号且对所述第三电子电路检测到安全事件作出响应而终止对印刷头的电力输送，所述第一电子电路和所述第三电子电路用彼此独立封装的集成电路实现；

第四电子电路，其被配置为对在实现所述第一电子电路和所述第三电子电路的所述集成电路的其中一个中检测到的电接地失效作出响应而产生断路接地信号；以及

耦合于所述第一电子电路、所述第三电子电路和所述第四电子电路的开关，其被配置为对所述第一电子电路和所述第三电子电路中的任何一个检测到安全事件且所述第四电子电路产生所述断路接地信号作出响应而从所述印刷头解除电力的耦合。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一电子电路被配置为比较所述第一电信号与第一参考信号并对与所述第一电信号对应的温度超过与所述第一参考信号对应的温度阈值作出响应而产生过热信号。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一电子电路被配置为比较所述第一电信号与第一参考信号并对所述第一电信号超过所述第一参考信号作出响应而产生电路故障信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第三电子电路被配置为比较所述第一电信号与第二参考信号并对所述第一电信号超过所述第二参考信号作出响应而产生电路故障信号。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述第三电子电路被配置为比较所述第一电信号与第二参考信号并对与所述第一电信号对应的温度超过与所述第二参考信号对应的温度阈值作出响应而产生所述过热信号，所述第一电子电路和所述第三电子电路用不同的集成电路实现。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述第三电子电路被配置为比较所述第一电信号与第二参考信号并对与所述第一电信号对应的温度超过与所述第二参考信号对应的温度阈值作出响应而产生所述电路故障信号，所述第一电子电路和所述第三电子电路用彼此独立封装的集成电路实现。

10.根据权利要求4所述的系统，其中所述第三电子电路被配置为对在实现所述第一电子电路的集成电路中检测到的电接地失效作出响应而产生断路接地信号。

11.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一电子电路和所述第三电子电路检测不同的安全事件。

12.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一电子电路和所述第三电子电路检测相同的安全事件。

Images