喷墨头的墨水循环供给系统及方法与流程

本发明涉及墨水循环供给系统，更详细地涉及向在工业领域中所使用的喷墨打印机的喷墨头供给墨水的墨水循环供给系统。

背景技术：

通常，根据形状信号来在介质表面喷射液滴形态的液态墨水的喷墨方式不仅用在制作文件或传单的打印方面，还可用在半导体或显示器领域的溶液工序。

用于在基板形成形状复杂的图案或只在特定位置准确排出墨水的喷墨印刷在很多方面得到应用。用于制作文件的小型喷墨打印机形成在喷出墨水液滴的喷墨头储存墨水的形态，但制作大型文件的打印机或工业用喷墨打印机因其使用很多墨水，因而采用储存墨水的储存部和喷墨头分离的结构。

另一方面，为了在喷墨印刷过程中喷出喷墨量准确的墨水，在喷墨头处于排出准备状态的墨水应维持弯月面(meniscus)状态，即，以喷嘴入口为基准并通过毛细管现象来朝向内侧凹入的曲面状态。为此，通常使墨储存部的位置高于喷墨头的位置，相反使墨储存部的内部维持真空状态，由此在墨储存部内产生负压，从而通过防止墨水从喷墨头流出来维持弯月面状态。但是，若使墨储存部维持真空状态，则将使构成墨水用溶剂的蒸发被加速，致使墨水的性质产生变化，其中，最成问题的是墨水的粘度将随着时间的推移逐渐变高。若墨水的粘度变高，则将很难从喷墨头有效地喷射墨水。

为了解决这种问题，开发了使墨水通过单独的线向外部循环的技术(韩国授权专利10-1191597)，但因在使墨水通过单独的线进行循环的过程中产生的脉动，导致很难维持弯月面状态，因而无法得到实际应用。

并且，随着喷墨打印机的应用范围变得多种多样，使用分散有粒子的墨水的情况近来有增加，例如为了形成电极图案而采用分散有金属粒子的墨水。尤其，在有机发光二极管(oled)显示器领域，随着量子点物质的使用增加，在仅将量子点物质涂敷在规定的图案或规定的位置的过程中采用喷墨印刷的尝试正在延续。但是，在储存于墨储存部的状态下，由于金属粒子或量子点物质自身的重量，将导致墨水下沉等的分散性变差的问题，因此，实际无法采用喷墨印刷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国授权专利10-1191597

技术实现要素：

本发明要解决的问题

本发明用于解决如上所述的现有技术的问题，本发明的目的在于，提供维持墨水的粘度或能够维持墨水内分散的粒子的分散性并稳定地维持弯月面状态的墨水循环系统。

本发明的技术方案

用于实现上述目的的本发明的喷墨头的墨水循环供给系统为在喷墨头对分散有粒子的墨水进行供给及回收的循环供给系统，在上述喷墨头设置有用于排出墨水的多个喷嘴，上述喷墨头的墨水循环供给系统的特征在于，包括：墨储存部，储存用于向上述喷墨头供给的墨水；压力控制装置，通过压力调节管来与上述墨储存部相连接，用于维持注入到喷墨头的墨水的弯月面状态；供给流路，以从上述墨储存部向上述喷墨头供给墨水的方式连接；回收流路，以向上述墨储存部送回残留在上述喷墨头的墨水的方式连接；以及循环泵部，设置于上述供给流路或上述回收流路，用于形成墨水的流动，上述循环泵部由多个压电泵构成，对于一个压电泵而言，一个以上的压电泵以串联方式相连接，其余一个以上的压电泵以并联方式相连接。

在本发明中，以混合串联和并联的方式使多个压电泵与用于使从喷墨头排出的残留墨水向墨储存部流入的线相连接，从而可在维持弯月面状态的状态下使墨水进行循环来维持墨水的流动性和分散性。

利用压电器件的压电泵(piezoelectricpump)还被称为piezo泵，虽然可对微细的流量进行精密的抽吸，但由于可产生移动的流量非常小，因此其用途受限。尤其，虽然大多用来控制从喷墨头排出的墨水，但通常因流量小而不适用于流体的循环。根据本发明，使用流量少的压电泵，并以混合串联和并联的方式使多个压电泵相连接，由此解决流量和扬程不足的问题并在多个压电泵中运行所需数量的压电泵，来使对墨水循环系统所产生的脉动最小化，从而可维持弯月面状态。

在此情况下，优选地，还包括用于对循环泵部所包括的压电泵的动作进行控制的循环泵控制部，循环泵控制部能够调节循环泵部所包括的多个压电泵中的运行的压电泵的数量。进而，循环泵控制部能够以使所运行的多个压电泵形成串联关系或并联关系的方式进行调节，可通过控制循环泵部整体的流量和扬程，来维持弯月面状态并使墨水以充足的扬程和流量进行循环。

而且，还包括对循环泵部所包括的多个压电泵分别执行单独控制的泵控制器，从而可更加精密地控制墨水的流动。优选地，泵控制器对于向单个压电泵施加的电压和频率进行控制。

并且，还包括对于在喷墨头与墨储存部之间循环的墨水的流量进行测量的流量传感器，优选地，循环泵控制部以与流量传感器相联动的方式进行工作。

而且，可在墨储存部设置用于对墨水进行搅拌的搅拌装置，可设置磁旋转搅拌装置。

为了仅通过使用搅拌装置搅拌墨水来维持墨水的流动性和分散性，就需要过度搅拌墨水，但若要仅通过搅拌装置提高流动性和分散性，则很难维持弯月面。由于本发明采用通过由压电泵产生的循环来提高墨水的流动性和分散性的结构，因而能够以附加装置的方式添加搅拌装置，可通过使由压电泵产生的墨水的循环和搅拌装置的微细搅拌相结合，来维持弯月面状态并提高墨水的流动性和分散性。

而且，还包括缓冲储存部，上述缓冲储存部与墨储存部相连接，用于储存在补充墨水的过程中以不干扰上述墨储存部的弯月面状态的方式首先进行补充的墨水，从而可在连续印刷过程中补充墨水。

本发明另一实施方式的喷墨头的墨水循环供给方法为利用具有如上所述的结构的墨水循环供给系统来对分散有粒子的墨水进行循环供给，上述喷墨头的墨水循环供给方法的特征在于，通过与墨储存部相连接的压力控制装置，以维持喷墨头的弯月面的状态来使墨水在喷墨头与墨储存部之间循环，墨水的循环通过循环泵部来执行，上述循环泵部由多个压电泵构成，对于一个压电泵而言，一个以上的压电泵以串联方式相连接，其余一个以上的压电泵以并联方式相连接，以维持喷墨头的弯月面的状态来使墨水进行循环。

在此情况下，优选地，循环泵控制部可调节循环泵部所包括的多个压电泵中的运行的压电泵的数量，来控制循环流量，可通过循环泵控制部来以使被运行的多个压电泵形成串联关系或并联关系的方式进行调节，从而可控制循环泵部的扬程和流量。

而且，泵控制器可对循环泵部所包括的多个压电泵分别执行单独控制，可控制向单个压电泵施加的电压和频率，从而可更加精密地控制墨水的流动。

具体地，循环泵部在喷墨头执行打印的情况下也使墨水在喷墨头与墨储存部之间进行循环，在喷墨头不执行打印并待机的情况下也使墨水在喷墨头与墨储存部之间进行循环，从而可防止墨水的性状分离并维持分散性。在此情况下，优选地，循环泵控制部以使得在喷墨头不执行打印并待机时使墨水循环的情况下的循环泵部的扬程或流量大于在喷墨头执行打印时使墨水循环的情况下的循环泵部的扬程或流量的方式进行控制。

优选地，以与由流量传感器测量的墨水的流量相联动的方式由循环泵控制部控制扬程和流量。

并且，可在通过循环泵部来使墨水循环的过程中，对以维持喷墨头的弯月面的状态储存于墨储存部的墨水进行旋转搅拌。

本发明的技术效果

根据如上所述的本发明，本发明具有如下的效果，即，通过采用多个压电泵以混合串联和并联的方式相连接的循环泵部，从而可通过在维持弯月面状态的同时使墨水在喷墨头与墨储存部之间循环的方法来提高墨水的流动性和分散性。

并且，本发明具有如下的效果，照常使用以往为了维持弯月面而使用的压力控制装置并可在维持弯月面的状态下提高墨水的流动性和分散性。

附图说明

图1为示出本发明实施例的墨水循环供给系统的结构的示意图。

图2为示出本发明另一实施例的墨水循环供给系统的结构的示意图。

图3为放大示出在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的一例的循环泵部的结构的示意图。

图4为示出在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的再一例的循环泵部的结构的示意图。

图5为示出在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的另一例的循环泵部的结构的示意图。

图6为示出以模块组装形态构成在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的循环泵部的状态的示意图。

图7为用于对从泵控制器传递的控制信号进行比较的图。

图8为示出额外设置缓冲储存部的墨水循环供给系统的结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施例进行说明。

对于所公开的技术部分的说明仅属于用于对结构乃至功能进行说明的实施例，所公开的技术的权利范围并不限定于本说明书中的实施例。即，可对实施例实施多种变形并可具有多种实施方式，应理解的是，所公开的技术的权利范围包括可实现技术思想的等同技术方案。

另一方面，应如下理解在本申请中记述的术语。

“第一”、“第二”等术语用于区分一个结构要素和其他结构要素，本发明的权利范围并不限定于这些术语。例如，第一结构要素可被命名为第二结构要素，相似地，第二结构要素也可被命名为第一结构要素。

图1为示出本发明一实施例的墨水循环供给系统的结构的示意图。

如图所示，用于向喷墨头100供给墨水的墨水循环供给系统包括墨储存部200和压力控制装置310。在墨储存部200与喷墨头100之间连接用于向喷墨头100供给墨储存部200的墨水的供给流路400和用于向墨储存部200送回残留在喷墨头100的墨水的回收流路500，在回收流路500设置循环泵部600和流量传感器700。

喷墨头100为设置有用于排出墨水的多个喷嘴的部分，在本实施例中，喷墨打印机形成工业用喷墨打印机，使得喷墨头100和墨储存部200分离。除了使喷墨头100和墨储存部200分离之外，在不对本发明的特征产生影响的范围内，能够以多种方式改变以往使用的喷墨头的技术结构。

喷墨头100与供给流路400的一端和回收流路500的一端相连接，通过供给流路400来接收墨水并通过喷嘴执行喷墨印刷，将通过回收流路500排出残留的墨水。将在之后的内容中详细说明墨水的循环方面的具体结构。

墨储存部200为为了向喷墨头100供给墨水而保管墨水的部分，与用于使墨水进行循环的供给流路400和回收流路500的另一端相连接，并与用于维持弯月面状态的压力调节管310的一端相连接。

在不对本发明的特征产生影响的范围内，以往使用的墨储存部200的技术能够以不受限制的方式适用于本发明的储存部200。例如，通过将墨储存部200的内部空间划分为两个以上的空间，来将通过供给流路400向喷墨头100供给的墨水和通过回收流路500回收的墨水分别储存于互不相同的空间，能够以不受限制的方式采用仅在特定条件下使墨水在这些空间之间流动的技术。

另一方面，虽然未示出，但可在本发明的墨储存部200的内部设置用于对所储存的墨水进行搅拌的搅拌装置。搅拌装置可采用代表性的旋转搅拌装置，尤其，可采用通过磁力旋转的磁搅拌装置。为了仅通过这种搅拌装置来维持墨水的分散性，将需要使流体(墨水)过度旋转，这将成为阻碍墨水的弯月面状态的原因，将无法用于当前的普通喷墨打印机。但是，本实施例的墨水循环系统形成通过之后要说明的墨水的持续循环来提高分散性的结构，搅拌装置为添加于这种墨水循环系统的结构，因此即使搅拌成不对弯月面状态产生影响的水平，也可得到充足的效果。

压力控制装置300与压力调节管310的另一端相连接，来调节墨储存部200的压力，以可使喷墨头100内部的墨水维持弯月面状态的方式进行控制。

在喷墨打印机的墨水循环结构中，在墨储存部和喷墨头的循环流路之间设置用于维持弯月面状态的调整器或压力调节器的结构已有开发(韩国授权专利10-1356643、韩国授权专利10-1430934)。

这些在墨储存部与喷墨头之间形成循环流路，通过设置泵来进行循环，这与本发明相似，但在使循环流路与用于维持弯月面的调整器和压力调节器相连接这方面同本发明存在差异。

在韩国授权专利10-1356643和韩国授权专利10-1430934中，由于用于维持弯月面的装置与循环流路相连接，因此存在装置的结构相对变得更加复杂、很难实现用于维持弯月面的动作的问题。

进而，这些结构为划分墨水向循环流路移动时和墨水不向循环流路移动时来进行动作的结构，由于用于维持弯月面的装置设置于循环流路，因此无法使墨水连续循环，从而无法得到因墨水的循环而产生的分散性提高效果。

相反，本发明通过采用与墨储存部200单独连接的压力控制装置300，能够以没有改变的方式照常使用在现有喷墨打印机中用于维持弯月面的压力控制装置。

另一方面，本发明可在照常使用以往用于维持弯月面的压力控制装置的同时提高墨水分散性的原因在于，特别制造了循环泵部600。

循环泵部600设置在用于向墨储存部200送回残留在喷墨头100的墨水的回收流路500，并使墨水进行循环。在图1中的实施例中，示出了在回收流路500设置循环泵部600的情况，但并不限定于此，如图2所示，还可设置于供给流路400。本发明的特征在于，循环泵部600使多个压电泵以混合串联和并联的方式相连接。即，在本发明的循环泵部中，对于一个压电泵而言，一个以上的压电泵以串联方式相连接，其余一个以上的压电泵以并联方式相连接。

本发明的发明人通过使用能够在不产生过度脉动(冲击)的情况下使流体流动的压电泵来使墨水在墨储存部200与喷墨头100之间持续循环，从而得到如下的墨水循环状态，即，可在不对弯月面状态产生影响的情况下维持墨水的分散性。

但是，由于压电泵的泵容量过小，无法通过单个泵来得到可维持墨水分散性的墨水流动，因此，在本发明中，通过使多个压电泵以混合串联和并联的方式相连接，从而可得到足够的扬程和流量。

以下，对循环泵部的具体形态进行说明。

图3为放大示出在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的一例的循环泵部的结构的示意图。

在本实施例中，以混合串联和并联的方式使6个容量为3cc/min的压电泵相连接来构成了循环泵部600。6个压电泵分别与回收流路500分隔的管相连接，pp1、pp3及pp5形成并联连接关系，pp1和pp2形成串联连接关系。同样，pp2、pp4及pp6形成并联连接关系，pp3和pp4形成串联连接关系，pp5和pp6也形成串联连接关系。若同时运行形成串联连接关系的泵，则将增加作为循环泵部整体力的扬程，若同时运行形成并联连接关系的泵，则将增加循环泵部整体流量。在此情况下，在未运行压电泵的情况下，将阻断墨水的流动，因此在单独的流路设置阀v，以可选择性地执行串联运行和并联运行，并可在未运行形成串联连接关系的泵的情况下使墨水流动。图3中的实施例采用了如下的结构，即，在6个压电泵中，分别由2个压电泵分成三组来串联连接，分别由3个压电泵分成两组来并联连接，但可根据泵的性能和喷墨打印机中所需的规格来改变压电泵的数量及串联或并联等的连接结构。

图4为示出在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的再一例的循环泵部的结构的示意图。

在图4所示的实施例中，pp1与pp4、pp2与pp5以及pp3与pp6分别形成并联连接关系，pp1、pp2、pp3形成串联连接关系，pp4、pp5、pp6也形成串联连接关系。

如上所述，若分别由3个压电泵分成两组来串联连接并分别由2个压电泵分成三组来并联连接，则与之前的图3所示的实施例相比，将减少循环泵部整体的最大流量，将增加最大扬程。

图5为示出在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的另一例的循环泵部的结构的示意图。

图5示出以混合串联连接和并联连接的方式连接的最小单位的循环泵部，pp1和pp2形成并联连接关系，pp2和pp3形成串联连接关系。

图6为示出以模块组装形态构成在本发明的喷墨头的墨水循环供给系统中采用的循环泵部的状态的示意图。

在图6所示的实施例中，制造了2个压电器件串联连接的泵模块610，通过在外罩620组装多个泵模块610来构成了如图3所示的循环泵部600。以模块形态构成压电泵的方法并不限定于所示的形态，可在制造以多种方式的数量和形态来使压电泵相结合的模块后将其组装在外罩来构成所需形态的循环泵部。

另一方面，通过循环泵控制部(未图示)调节多个压电泵中的运行的泵的数量和编号(位置)，根据所运行的泵的编号(pp1、pp2、pp3、pp4、pp5、pp6)来选择性地执行串联运行或并联运行。如上所述，在采用压电泵来诱导墨水循环并通过调节压电泵中的运行的数量及编号来使墨水以不妨碍维持弯月面的适当的扬程和流量进行循环，同时可提高墨水内所包含的粒子的分散性。

能够以多种方式规定对运行的压电泵的数量和编号进行控制的基准，但可使得用于使墨水循环的流量成为一个基准，在本发明中，在墨水经由的流路设置了流量传感器700。

例示循环泵控制部的动作则如下，即，在墨水的粘度高的情况下，为了防止墨水硬化并顺畅地排出墨水，优选地，应提高用于使墨水循环的扬程和流量，因此以增加压电泵的运行数量的方式进行控制。并且，对于分散有金属粒子或量子点物质等粒子的墨水而言，为了维持分散性，优选地，应提高进行循环所需的扬程和流量，因此循环泵控制部以使更多压电泵进行运行的方式进行控制。

在此情况下，若需要提高扬程，则以使形成串联连接关系的多个压电泵同时运行的方式进行控制，若需要增加流量，则以使形成并联连接关系的多个压电泵同时运行的方式进行控制。

进而，循环泵控制部可设置有对于单个压电泵分别执行控制的泵控制器，泵控制器通过向压电泵传递脉冲波形态的控制信号来控制单个泵的动作。

图7为用于对从泵控制器传递的控制信号进行比较的图。

如图7中的上部所示，若向压电泵施加低电压和低频率的信号，则压电泵使墨水以低流量进行循环，如图7中的下部所示，若向压电泵施加高电压和高频率的信号，则压电泵使墨水以高流量进行循环。通过泵控制器形成对单个泵的控制，来能够使用容量为3cc/min的压电泵并实现多种强度的动作，若使选择性地运行多个压电泵的循环泵控制部的控制和用于控制单个压电泵的动作的泵控制器的控制相结合，则可更加精密地调节用于使墨水进行循环的循环泵部的扬程和流量。

如之前所述的内容，本实施例的墨水循环供给系统使墨水进行循环是为了防止包含在墨水的多种物质互相分离或使分散在墨水的粒子得到均匀的分散。为此，在本实施例的墨水循环供给系统中，在执行打印动作和不执行打印动作并待机的情况下均使循环泵部持续运行并使墨水进行循环，可按如下的方式划分具体动作。

在打印动作过程中的再循环(in-siture-circulation)中，除了通过在打印动作进行过程中从墨水头排出的墨水来使墨水自动循环之外，使循环泵部600轻轻运行，从而在维持弯月面状态的同时防止墨水的性状分离或分散性下降。

打印待机过程中的再循环(idlere-circulation)为在不执行打印时为了防止性状在停滞的墨水中分离或分散粒子沉淀而以使墨水循环的方式运行循环泵部600。在此情况下，与打印动作过程中的再循环相比，可使墨水相对更强地进行循环。

除此之外，可执行使墨水相对最强地进行循环的高速再循环(highflowratere-circulation)(或强制再循环(forcedre-circulation))，高速再循环可适用于初期填充墨水的情况、在头部和配管的阀去除气泡的情况及对头部和储存部等的墨水循环系统内部进行清洗的情况，与之前两种运行方式相比，可使墨水更强地进行循环。

另一方面，为了补充因执行打印而消耗掉的墨水，应向墨储存部追加供给新的墨水，在为了添加墨水而中断打印的情况下，将产生损失，优选地，形成在执行打印的过程中也追加供给墨水的结构。但是，若向墨储存部补充墨水，将有可能影响弯月面状态，因而可追加设置缓冲储存部。

图8为示出额外设置缓冲储存部的墨水循环供给系统的结构的示意图。

补充到缓冲储存部210的墨水将以不干扰弯月面状态的方式使墨水被注入到墨储存部，当向缓冲储存部添加墨水时，能够以无需考虑弯月面的方式轻松添加墨水。

以上，通过优选实施例说明了本发明，但上述实施例仅属于本发明技术思想的例示性说明，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解，可在不脱离本发明技术思想的范围内对本发明实施多种变形。因此，本发明的保护范围应根据发明要求保护范围中所记载的事项来解释，而不是特定实施例，与之等同范围内的所有技术思想也应解释为属于本发明的权利范围。

附图标记的说明

100：喷墨头

200：墨储存部

210：缓冲储存部

300：压力控制装置

310：压力调节管

400：供给流路

500：回收流路

600：循环泵部

610：泵模块

620：外罩

700：流量传感器