负压式供墨装置、供墨系统及打印设备的制作方法

本发明属于打印设备技术领域，具体涉及一种负压式供墨装置、供墨系统及打印设备。

背景技术：

打印设备的喷头能否正常工作直接影响打印效果，而喷头表面负压稳定与否直接影响喷头的喷墨效果。喷头安装在墨车上，墨水管道与喷头连接用于为喷头供墨。在打印过程中，墨水管道的一端随墨车往复运动，在缺少缓冲装置或缓冲能力不足时，墨水管道中的墨水由于惯性形成过冲与喷头表面形成新的压力差，当此压力差超出喷头表面负压较多时，会严重影响喷头出墨，导致喷头出墨过多或不出墨。

中国专利文献公开了一种负压式供墨装置，包括初级墨盒、二级墨盒和喷头，二级墨盒与喷头之间还设置一个负压墨盒总成。二级墨盒独立于墨车安装，其液位低于喷头表面且高度可调，但在墨车运动过程中该二级墨盒不具有缓冲墨水过冲压力的功能。

中国专利文献公开了一种供墨装置，包括主供墨瓶、其高度可调且副墨水瓶内的液位位于喷头打印平面以下的副墨水瓶。副墨水瓶和喷头安装在墨车上，使得副墨水瓶与喷头间的墨水管道要远远短于主供墨瓶与副供墨瓶间的墨水管道。喷头表面负压由副墨水瓶和喷头表面的液位差产生。当墨车进行打印作业时，墨水过冲压力在较短的副供墨瓶与喷头间的墨水管道中不能得到很好的缓冲，导致对喷头表面负压产生很大影响。同时，副墨水瓶和喷头都安装在墨车上，增加了墨车的重量，对墨车的运动性能有一定影响，这会对墨车运动系统有更高的要求，比如对墨车电机、运动导轨等的要求。

一般情况下，打印设备可使用墨囊进行过滤缓冲，如中国专利文献公开的一种喷墨打印设备过滤缓冲墨囊，它利用弹性薄膜对打印时的墨水过冲压力进行调节。但墨囊本身容量较小，随着打印设备打印速度的不断提升，墨囊对墨水过冲压力的缓冲能力有限。

上述的供墨装置均存在对墨水的过冲压力缓冲能力不足的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种对墨水的过冲压力缓冲能力较好的负压式供墨装置、供墨系统及打印设备。

本发明的一方面提供一种负压式供墨装置，包括：墨车、喷头和与喷头连接的墨囊，喷头和墨囊设于墨车上，供墨装置还包括柔性的二级墨袋和墨量检测单元，二级墨袋与墨囊连接，墨量检测单元用于通过检测二级墨袋形状变化来检测二级墨袋是否达到第一预设容量。

优选地，墨量检测单元用于通过检测二级墨袋的形状变化来检测二级墨袋是否达到第二预设容量。

优选地，墨量检测单元包括：第一传感器和第二传感器，第一传感器设于二级墨袋的外侧较低位置，第二传感器设于二级墨袋的外侧较高位置。

优选地，第一传感器和/或第二传感器为接近开关，二级墨袋的侧壁上贴设有感应片，第一传感器和/或第二传感器的检测端朝向感应片。

优选地，第一传感器和/或第二传感器为包括发光部和受光部的光电传感器，发光部和受光部分别设于二级墨袋的两侧，且二级墨袋的侧壁形状变化范围位于发光部和受光部之间的检测区域。

优选地，二级墨袋独立于墨车设置。

优选地，还包括支撑侧板和支撑板，二级墨袋与支撑板连接，支撑板与支撑侧板可调整高度连接。

优选地，墨囊包括壳体，壳体内设有缓冲腔体，壳体的一侧设有将缓冲腔体封闭的弹性薄膜。

优选地，壳体上位于弹性薄膜内侧设有网状的薄膜支架。

优选地，壳体内设有与缓冲腔体连通的过滤腔体，过滤腔体内设有过滤网。

本发明的另一方面还提供一种包括上述任意一项负压式供墨装置的供墨系统，包括：

在线处理单元，用于向二级墨袋供墨；

控制器，分别与墨量检测单元和在线处理单元连接，控制器用于根据墨量检测单元检测得到的二级墨袋的墨量信号，控制在线处理单元开始/停止向二级墨袋供墨。

优选地，在线处理单元包括墨泵和液路阀，墨泵与供墨桶连接，液路阀与墨泵连接，二级墨袋与液路阀连接；墨泵和液路阀分别与控制器连接；控制器通过控制墨泵和液路阀的开启/关闭实现开始/停止向二级墨袋供墨。

优选地，在线处理单元还包括过滤器、脱气模组和真空泵，过滤器和脱气模组设于墨泵和液路阀之间的管路上，墨泵与过滤器连接，过滤器与脱气模组连接，脱气模组与液路阀连接，真空泵与脱气模组连接，真空泵用于为脱气模组提供脱气动力。

优选地，在线处理单元还包括：气路阀和真空表，气路阀和真空表分别通过脱气管路与脱气模组连接；气路阀和真空表分别与控制器连接；控制器用于从真空表读取测得的脱气管路的气压值，当气压值低于预设气压时，控制器控制气路阀开启泄压。

优选地，墨泵为蠕动泵。

本发明的再一方面还提供包括上述任意一项供墨装置或者供墨系统的打印设备。

相对于现有技术，本发明的负压式供墨装置、供墨系统及打印设备具有以下有益效果：柔性袋状的二级墨袋一方面在缓冲过冲压力的同时，还能够通过自身的形状变化保持墨水液位的高度恒定，从而保持喷头表面的负压维持在一个稳定的范围内，另一方面便于墨量检测单元通过检测二级墨袋的形状变化来检测墨袋内的墨量；二级墨袋及其安装附件独立于墨车设置，从而在有效缓冲过冲压力的同时，降低了墨车的负载重量，有利于提高墨车的运动性能；二级墨袋的高度可调整，便于根据需要调整喷头表面的静态负压值；墨泵优选为蠕动泵，较低转速即可满足供墨要求，有效的减小了墨水管道中的墨水在蠕动泵从工作状态到停止状态切换时产生的过冲，比较精确的控制二级墨袋中的液位。

附图说明

图1为本发明供墨装置的结构示意图。

图2为本发明供墨系统的结构示意图。

图3为本发明供墨系统的在线处理单元结构示意图。

图4为本发明供墨系统的在线处理单元的管路结构示意图。

图5为本发明负压式供墨装置的二级墨袋结构示意图。

图6为本发明墨囊的结构示意图。

图7为本发明图6所示墨囊的A-A剖视图。

图8为本发明二级墨袋未注入墨水时结构示意图。

图9为本发明二级墨袋中含有少量墨水时结构示意图。

图10为本发明二级墨袋中含有的墨水量达到第一预设容量时的结构示意图。

图11为本发明二级墨袋中含有的墨水量达到第二预设容量时的结构示意图。

图12为本发明墨量检测单元采用光电传感器时的结构示意图。

附图标记说明

1支撑板；

2墨量检测单元，

2-1第一传感器，2-2第一支架，2-3第二传感器，2-1a、2-3a发光部，2-1b、2-3b受光部，2-4第二支架，2-5支架固定板，2-6感应片，2-7板卡，2-8固定板；

3二级墨袋，

3-1墨袋支架，3-2墨袋进墨口，3-3墨袋出墨口；

4支撑侧板，4-1高度调节孔；

5、5a、5b、5c、5d墨水管路；

6墨囊，

6-1壳体，6-2墨囊进墨口，6-3缓冲腔体，6-4过滤网，6-5过滤腔体，6-6弹性薄膜，6-7薄膜支架，6-8墨囊出墨口；

7墨车；

8喷头；

9供墨桶；

10在线处理单元；

10-1墨泵，10-2过滤器，10-3脱气模组，10-4气路阀，10-5真空泵，10-6液路阀，10-7供电模块，10-8控制器，10-9进墨通道，10-10出墨通道，10-11脱气管路，10-12真空表；

H-Min喷头表面与二级墨袋液位的最小高度差；

H-Max喷头表面与二级墨袋液位的最大高度差。

具体实施方式

通过解释以下本申请的优选实施方案，本发明的其他目的和优点将变得清楚。

图1示例性示出了本发明一种负压式供墨装置的结构示意图。

如图1所示，该负压式供墨装置包括二级墨袋3、墨囊6和喷头8。其中，墨囊6通过墨水管道5b与喷头8连接，墨囊6和喷头8设于墨车7上，打印时，墨囊6和喷头8随所述墨车7往复移动。

如图1和图5所示，二级墨袋3的墨袋出墨口3-3通过墨水管道5a与墨囊6连接，该二级墨袋3独立于墨车7设置，打印时，二级墨袋3不随墨车7往复移动。在负压式供墨装置中，二级墨袋3的液位低于喷头8表面的高度，从而在喷头8的表面产生一定的负压，为了能够灵活的调整负压值的大小，作为优选，该二级墨袋3与打印设备的机身可调整高度连接。

图2示出了一种供墨系统的结构示意图，如图2和图5所示，为了方便起见，以一个墨路为例进行分析。该供墨系统包括上述的供墨装置、供墨桶9和在线处理单元10，其中，在线处理单元10的入口与供墨桶9通过墨水管路5d连接，在线处理单元10的出口与供墨装置中二级墨袋3的墨袋进墨口3-2通过墨水管路5c连接。

图3示出了一种较佳实施例的在线处理单元10的机械结构示意图；

图4示出了在线处理单元10的系统管路原理图。

如图2和图3所示，供墨桶9通过墨水管道5d与在线处理单元10的进墨通道10-9连接。如图3和图4所示，墨水通过墨泵10-1进入过滤器10-2，经过滤器10-2进行过滤处理后的墨水进入脱气模组10-3，真空泵10-5通过脱气管路10-11对进入脱气模组10-3的墨水进行脱气处理，墨水经过滤和脱气后通过液路阀10-6进入出墨通道10-10。

如图3所示，供电模块10-7为控制器10-8、真空泵10-5、气路阀10-4和液路阀10-6提供工作电压。

图5为二级墨袋3的安装结构示意图。

作为优选的实施例，如图5所示，二级墨袋3设于水平的支撑板1上，该支撑板1的两端与竖向设置的支撑侧板4连接。支撑板1的端部设有孔，支撑侧板4上竖向设置有与所述支撑板1端部的孔连接的多个高度调节孔4-1。支撑板1端部的孔与高度调节孔4-1连接，例如可通过销钉连接，将销钉拔出时，可以调整支撑板1的高度，也就是调整二级墨袋3液位与喷头8表面的高度差。

如图1所示，H-Min表示喷头8表面与二级墨袋3液位的最小高度差；H-Max表示喷头8表面与二级墨袋3液位的最大高度差。本实施例中可设定[H-Min，H-Max]为[20mm，40mm]。

需要说明的是，上述的负压为墨车7静止时产生的静态负压，而在墨车7往复移动的过程中，也就是打印过程中，墨囊6、墨水管路5b和喷头8内的墨水随墨车7一同往复移动，在墨车7的运动方向和/或运动速度改变时，墨囊6、墨水管路5b和喷头8内的墨水由于惯性形成过冲在喷头8的表面形成新的压力差，该压力差较大时对于上述的静态负压有较大的影响，也就是说，该压力差会严重影响喷头8表面的出墨速度，对打印的质量有较大的影响。该压力差与静态负压综合作用形成喷头8表面的动态负压，

为了能够缓冲上述的压力差，使得喷头8表面的动态负压值维持在一个较小的范围之内，本实施例的二级墨袋3为柔性材质，例如柔性的塑料或者橡胶等材质，柔性的二级墨袋3与墨囊6组合形成二级缓冲，能够对上述的压力差产生极佳的缓冲作用。

由于本实施例的二级墨袋3为柔性材质，并且封闭为袋装，在缓冲动态压力时，二级墨袋3的形状变化引起其内部墨水的液位不断变化，因此常规的浮球开关仅能适用于刚性容器的液位测量，不能够应用于柔性的二级墨袋3中。

为了能够测量柔性的二级墨袋3中的液位，本实施例还包括墨量检测单元2，该墨量检测单元2通过检测二级墨袋3的形状变化，也就是二级墨袋3的侧壁位置移动，判断二级墨袋3中的墨量是否达到了第一预设容量，即下限容量，从而及时向二级墨袋3中补充墨水。优选地，墨量检测单元2还可以判断二级墨袋3中的墨水量是否达到了第二预设容量，即上限容量，从而停止向二级墨袋3中补充墨水，此时，第一预设容量小于第二预设容量。

供墨过程由控制器10-8根据墨量检测单元2对二级墨袋3的检测信号进行控制，通过开启/关闭相应墨路的墨泵10-1和液路阀10-6来实现。

在供墨过程中，控制器10-8还读取脱气管路10-11上的真空表10-12的真空度信号，当真空度较高时，控制器10-8控制开启气路阀10-4进行泄压，以保证脱气模组能够正常工作。

需要说明的是，墨泵10-1优选为蠕动泵，蠕动泵具有精度高、密封性好的优势，设置较低转速时即可满足供墨要求。本实施例中设置蠕动泵的转速为60～80转/分，有效地减小了墨水管道中的墨水在蠕动泵从工作状态到停止状态切换时产生的过冲，有利于精确地控制二级墨袋3中的液位。

如图5所示，二级墨袋3的的一端设有墨袋进墨口3-2，另一端设有墨袋出墨口3-3。二级墨袋3的墨袋进墨口3-2与在线处理单元10的出墨通道10-10连接，墨囊进墨口6-2通过供墨管道5a与墨袋出墨口3-3连接。二级墨袋3固定于墨袋支架3-1上，墨袋支架3-1固定在支撑板1上。第一传感器2-1通过第一支架2-2与支撑板1连接，第二传感器2-3通过第二支架2-4固定在支架固定板2-5上，支架固定板2-5固定在墨袋支架3-1上。传感器板卡2-7通过板卡2-7固定板2-8固定在墨袋支架3-1上。

第一传感器2-1和第二传感器2-3通过板卡2-7与控制器10-8连接；板卡2-7的作用为向第一传感器2-1和第二传感器2-3提供工作电压和将第一传感器2-1和第二传感器2-3检测到的信号传递给控制器2-8。

图6为墨囊6结构示意图，如图6所示，墨囊包括壳体6-1，壳体6-1内设有相互连通的缓冲腔体6-3和过滤腔体6-5，过滤腔体6-5内设有过滤网6-4。墨水由墨囊进墨口6-2进入缓冲腔体6-3后经过过滤网6-4流入过滤腔体6-5，过滤腔体6-5与墨囊出墨口6-8连通，墨囊出墨口6-8通过供墨管道5b与喷头8连接。

图7为图6的A-A剖视图，如图6和图7所示，壳体6-1的一侧面上设有弹性薄膜6-6，弹性薄膜6-6将墨囊6壳体6-1密封，薄膜支架6-7置于缓冲腔体6-3和弹性薄膜6-6之间，薄膜支架6-7为网状结构，例如可以为图6所示的纵横交错的网状结构。本实施例中，墨囊6只有一个缓冲腔体6-3和一个过滤腔体6-5，将过滤腔体6-5设计为长方形，最大限度的增大缓冲腔体6-3和过滤腔体6-5的容积，提高墨囊6的缓冲能力和过滤能力。由于弹性薄膜6-6将缓冲腔体6-3密封，缓冲腔体6-3中的墨量变化会直接作用于弹性薄膜6-6，使其发生形变，而由于薄膜支架6-7的支撑作用，弹性薄膜6-6不会因形变而吸附在缓冲腔体6-3上，造成缓冲腔体6-3容积的减小。

以下具体介绍墨水过冲压力的产生原因和本实施例的工作原理。

在供墨过程中，由于墨水在墨水管道5a、5b的非匀速运动，在供墨开始或者结束的时刻，墨水会由于惯性产生过冲，使二级墨袋3中的墨量产生微小变化，此时二级墨袋3通过自身的形变来缓冲墨水的过冲。

另外，本实施例中，墨泵10-1优选采用蠕动泵，蠕动泵的转速不高，且二级墨袋3和感应片2-6的接触面积较大，墨水过冲不会影响第一传感器2-1和第二传感器2-3对二级墨袋3中的墨量检测。

在打印过程中，喷头8对墨水的消耗使二级墨袋3中的墨水量减少，但在墨水重量及二级墨袋3侧壁拉力的影响下，二级墨袋3的竖向截面的水平宽度变窄，使二级墨袋3出口处的液位稳定在一定范围之内，进而保证了喷头8表面负压的稳定。

在打印过程中，墨车7处于高速运动状态，在墨车7加速或者减速过程中，用于连接二级墨袋3和墨囊6的墨水管道5a中的墨水由于惯性会对二级墨袋3或者墨囊6产生过冲作用，二级墨袋3通过自身的形变来缓解过冲，墨囊6利用缓冲腔体6-3和弹性薄膜6-6来缓解过冲。

对于喷头8由于墨水喷出产生的微小压力变化，墨囊6可以利用缓冲腔体6-3、弹性薄膜6-6、过滤网6-4和过滤腔体6-5进行很好的缓冲，同时，过滤网6-4还可对墨水进行二次过滤，进一步去除杂质。

图8至图11示出一种优选的二级墨袋3和墨量检测单元2的工作原理图。

如图8所示，二级墨袋3竖向放置，在二级墨袋3的一侧壁上粘接一感应片2-6，此时，第一传感器2-1和第二传感器2-3优选为接近开关，第一传感器2-1和第二传感器2-3的检测端朝向所述感应片2-6。由于墨水重量的影响，二级墨袋3的底部凸出，因此，第二传感器2-3的设置位置相对于第一传感器2-1的设置位置要靠近感应片2-6。

如图9所示，在二级墨袋3内注入少量墨水，在重力作用下，墨水首先在二级墨袋3的底部聚集，二级墨袋3的截面呈水滴形，此时，第一传感器2-1和第二传感器2-3均未检测到感应片2-6。

继续向二级墨袋3内注入墨水，如图10所示，墨水首先将二级墨袋3的底部充满、撑起，感应片2-6的底部向第一传感器2-1的方向移动，第一传感器2-1检测到感应片2-6，此时，二级墨袋3的墨量即为第一预设容量。

墨水将二级墨袋3的底部充满后，如图11所示，继续向二级墨袋3内注入墨水，墨水将二级墨袋3的上部也撑起，二级墨袋3的上部侧壁带动感应片2-6的上部向第二传感器2-3的方向移动，直到第二传感器2-3检测到感应片2-6，此时，二级墨袋3的容量即为第二预设容量。第一传感器2-1和第二传感器2-3产生相同的接触检测信号，通过板卡2-7发送到控制器10-8，控制器10-8根据控制逻辑关闭相应墨路的墨泵10-1和液路阀10-6来停止供墨。

随着打印作业的继续进行，二级墨袋3中的墨量不断减少，二级墨袋3形变量会使感应片2-6首先离开第二传感器2-3的检测范围；随着墨水的继续消耗，二级墨袋3的变形量使得感应片2-6离开第一传感器2-1的检测范围，此时，第一传感器2-1和第二传感器2-3均产生相同的离开检测信号并通过板卡2-7传递到控制器10-8，控制器10-8再根据控制逻辑开启相应的墨路的墨泵10-1和液路阀10-6来开始供墨，直至第一传感器2-1和第二传感器2-3均检测到感应片2-6为止停止供墨。

本实施例中，设定二级墨袋3的墨量变化范围为[50mL，80mL]，根据此变化范围对第一传感器2-1和第二传感器2-3的位置进行设定。由于二级墨袋3竖直放置且与感应片2-6有较大的接触面积，减小了二级墨袋3中墨量的微小变化对感应片2-6位置变化的影响，提高了第一传感器2-1和第二传感器2-3的检测精度。需要注意的是，第一传感器2-1和第二传感器2-3还可以选择其他类型的传感器，只要能够检测出二级墨袋3侧壁的形状变化，并且能够将该形状变化转化为电信号发送给控制器10-8即可。

例如，如图12所示，第一传感器2-1和第二传感器2-3还可以是包括发光部2-1a、2-3a和受光部2-1b、2-3b的光电传感器，发光部2-1a、2-3a和受光部2-1b、2-3b分别设于所述二级墨袋3的两侧，且所述二级墨袋3的侧壁形状变化范围位于所述发光部2-1a、2-3a和所述受光部2-1b、2-3b之间的检测区域。当二级墨袋3内的墨量增加至第一预设容量或者第二预设容量时，二级墨袋3侧壁向外凸出至光电传感器的检测区域，二级墨袋3可阻挡发光部2-1a、2-3a和受光部2-1b、2-3b之间的光信号，进而触发光电传感器产生检测到二级墨袋3的电信号，光电传感器将该电信号发送给控制器10-8；当二级墨袋3中墨量减少至第一预设容量或第二预设容量时，二级墨袋3不再阻挡发光部2-1a、2-3a和受光部2-1b、2-3b之间的光信号，进而触发光电传感器产生未检测到二级墨袋3的电信号，光电传感器再将未检测到二级墨袋3的电信号发送给控制器10-8。

此外，本领域技术人员还可以选择其他类型的传感器或者不同类型传感器的组合来检测柔性的二级墨袋3侧壁的形状变化。

在本实施例中，二级墨袋3在工作状态可容纳最大墨水量为80mL，墨囊6在工作状态可容纳的最大墨水量为1mL，因此，二级墨袋3相对于墨囊6对墨水的缓冲能力更大。

本发明的负压式供墨装置和供墨系统可作为附件应用于打印设备或者绘图仪中，根据打印设备最大打印宽度确定，本实施例中打印设备的最大打印宽度为1.9m，二级墨袋3与墨囊6之间的墨水管道5a长度约为5.5m，墨囊6与喷头8之间的墨水管道5b长度约为0.1m。一般来说，墨水管道采用柔性材质，二级墨袋3距离喷头8的墨水管道总长度的增加也有利于墨水对过冲压力的缓冲。

对本实施例中的喷头8表面负压进行测量，静置状态的负压为[-0.6Kpa，-0.4Kpa]，使用本发明提供的供墨装置，工作状态的负压为[-1Kpa，0Kpa]，负压变化范围为[-0.4Kpa，0.4Kpa]；作为对照，仅使用墨囊6，未使用其他任何缓冲配件的装置对照本实施例，将二级墨袋3更换为普通的不具有形变性能但容量相同的墨瓶，将第一传感器2-1和第二传感器2-3替换为浮子开关，置于墨瓶内，其他测试条件相同，所测结果为工作状态的负压为[-3Kpa，1Kpa]，负压变化范围为[-2.4Kpa，1.4Kpa]。

综上所述，二级墨袋3，尤其是二级墨袋3与墨囊6的组合使用，对墨水过冲压力的缓冲作用使喷头8表面负压具有更小的变化范围，喷头8表面负压基本维持在稳定状态，保证了喷头8的喷墨质量。此外，由于二级墨袋3及二级墨袋3的安装附件均没有安装在墨车7上，墨车7的负载重量大幅减小，进而提高了墨车7的运动性能。

参考本申请的优选技术方案详细描述了本申请的装置，然而，需要说明的是，在不脱离本申请的精神的情况下，本领域技术人员可在上述公开内容的基础上做出任何改造、修饰以及变动。本申请包括上述具体实施方案及其任何等同形式。