具有油墨相关部件的可更换装置的喷墨打印系统的制作方法

专利名称：具有油墨相关部件的可更换装置的喷墨打印系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨打印机/绘图机，更具体地说，涉及改变离轴油墨盒储存器高度的技术，以便减少在滑架上的打印盒的再装满时间，保证油墨再装满体积的可靠性，以及调定打印盒的真空压力。
在题为“在喷墨条带打印机/绘图机中弹性袋储存器的连续的再加注”的共同转让的专利申请中介绍了一种打印装置，该装置使用了通过挠性管路与滑架上的打印盒相连接的离滑架油墨储存器。该离滑架油墨储存器在滑架上的打印盒的内储存器中连续补充一定量的油墨，并且可保持背压处于能产生较高打印质量的范围内。虽然该装置具有许多优点，然而在某些应用场合下，该离滑架和滑架上的油墨储存器通过挠性管的比较永久性的连接却是不合乎需要的。
一种用于打印机/绘图机的新的油墨输送装置(IDS)已经研制出来，其中打印盒的滑架上的弹性储存器只是间断地与离滑架油墨储存器相连接以便“吞下一口”，随后即与离滑架油墨储存器脱开。因而就不需要使滑架上和离滑架储存器零件相连接的永久性的管路。上述申请文件介绍了这种新的油墨输送装置的某些特征。
由Joseph E.Scheffelin等人于1994年5月31日先前提交的题为“在喷墨条带打印机/绘图机中的弹性袋储存器的连续的再加注”为与本发明共同待批和共同转让的专利申请，其申请号为08/454975(简称“’975申请”)，该申请的内容通过引用结合在本文中。
近来的其他共同待批共同转让的相关专利申请有由Max S.Gunther等人于1996年提交的题为“喷墨盒加注口连接器”的专利申请，代理档案号为10960552-1；代理档案号为6096007的由RickBecker等人于1994年提交的题为“具有油墨相关部件的可更换装置的喷墨打印”的专利申请；代理档案号为10960326的由Erich Coiner等人于1997年提交的题为“用于与多个更可换油墨供应袋一起套装的空间利用率高的外壳形状”的专利申请；代理档案号为6096026的由Max S.Gunther等人于1997年提交的题为“具有单个开/关控制阀的打印装置”的专利申请；代理档案号为6096023的由Ignacio Olazabal等人于1997年提交的题为“用于油墨供应阀的周期的自动连接的装置”的专利申请；以及代理档案号为10960324的由Mark Young等人于1997年提交的题为“用于油墨再装满的可变压力控制器”的专利申请，所有上述专利申请的内容通过引用结合在本文中。
本发明能使这种新的离滑架吞下一口式的油墨输送装置的性能达到最佳。在这种IDS中，一个利用一个内部弹簧来提供真空压力的笔盒间断地与一个离开扫描滑架轴线设置的油墨储存器相连接。从一个装满的笔盒开始，打印机将打印出各种图形，同时检测出所使用的油墨量。在发出规定数量的油墨以后，该笔盒就移动到一个加注站处以便补充油墨。在该加注站，一个阀啮合在该笔盒内，从而使油墨储存器与笔盒相连接并且打开一个供油墨自由流动的通路。只需要利用存在于该笔盒内的真空压力，就可以把油墨从该储存器“拉”入笔盒中。
一种具有油墨相关部件的可更换装置的喷墨打印系统，这些油墨相关部件可以作为用于每种不同颜色油墨的一个单独的油墨输送装置而一起安装和一起更换。该可更换装置包括一个带有一个入口孔的油墨打印头，一个油墨供应组件和一个打印头维修组件，其中的每一件都可以由使用者手工安装在喷墨打印机上。油墨供应组件中装有足够的油墨，因而在打印头的预期的使用寿命到期以前，可以完全装满一个打印头储存器好几次，每次使用者都可以更换用于某种特定颜色的整套油墨相关部件。同样，打印头维修组件是为了实现打印头的预期使用寿命的可靠性而设计的。该喷墨打印系统可以使整个油墨输送装置为了不同的打印需要而被更换例如把室内的染料基油墨更换为室外的颜料基油墨。
本发明的上述和其他特点和优点通过下面对其在附图中所示出的一个典型实施例的详细说明将一目了然，附图中

图1是使用本发明的一个大规格打印机/绘图机装置的等角投影图；图2是图1中的装置的一部分示出加注站的放大视图；图3是一个示出打印机滑架和加注站的顶视图；图4是一个可在图1的装置中使用的喷墨打印盒的等角投影图，图中把一个加注平台安装部分，一个针阀和供应管以分解图示出；图5是沿图4的5-5线截取的一个剖视图，图中示出了相对于打印盒上的加注口处于脱开位置的阀的结构；图6是一个与图5相类似的剖视图，但图中示出了相对于打印盒上的加注口处于啮合位置的阀的结构；图7是沿图6的7-7线截取的一个剖视图，图中示出了在加注站的加注插座中的针阀结构和用来锁紧该针阀的锁紧结构；图8是一个与图7相类似的剖视图，图中示出了处于放松位置的锁合装置；图9是示出用来移动该阀结构的机构的一个放大视图，其上没有装任何阀；图10示出了结合有本发明的一个离滑架油墨供应组件；图11是示出与该阀结构相连接的多个离滑架油墨供应组件的一个示意图；图12是示出该用来移动该阀结构的机构与一个打印盒处于相脱开位置时的详细的侧视图；图13是示出该用来移动该阀结构的机构与一个打印盒处于相啮合位置时的详细的侧视图；图14A与14B分别示出了结合有本发明的一个维修站组件的一个等角图和一个侧视图15是一个用于可拆卸地安装图14A-14B的维修站组件的滑架的等角图；图16是横跨打印区的一个滑架的等角图；图17示出了在阀结构处在脱开位置时，图16的滑架处于加注站位置时的情况；图18A和18B示出了该打印机在加注站和维修站的门分别处于关闭和打开位置时的情况；图19是结合成一个单个密封装置的本发明的组合式输送装置部件(打印盒、油墨供应组件和维修站组件)的示意的分解图；图20示出了用于更换本发明的打印盒的6个典型的步骤；图21示出了用于更换本发明的油墨供应组件的5个典型的步骤；图22示出了用于更换本发明的维修站组件的5个典型的步骤。
本发明的一个典型的用途是用于大规格打印(LFP)场合的条带式绘图机/打印机中。图1是一台热喷墨大规格打印机/绘图机50的透视图。打印机/绘图机50包括一个安装在一个具有左和右盖56和58的机架54上的外壳52。一个滑架组件60在盖58下面用虚线示出，它适用于沿一个滑架杆作往复运动。一个打印介质(例如纸)通过一个介质轴驱动机构(未示出)沿着一个竖直的或介质轴的方向设置。如同本技术领域通常的做法，介质的驱动轴方向用“X”轴表示，而滑架的扫掠轴方向用“Y”轴表示。
图3是滑架组件60和加注站的顶视图的草图。滑架组件60在滑动杆94A,94B上滑动。滑架组件60沿水平轴或滑架扫掠轴上相对于编码条92的位置通过一个滑架定位机构决定。该滑架定位机构包括一个滑架定位电机404(图15)，该电机驱动一根与该滑架组件相连接的皮带96。滑架组件沿扫掠轴的位置可以通过使用该编码条而精确地决定。一个光学编码器406(图15)设置在滑架组件上，该编码器可以提供用来实现光学图像对准和滑架精确定位的滑架位置信号。一个合适的滑架定位机构的其他详细情况在上述’975申请中均有说明。
打印机50具有四个喷墨打印盒70,72,74和76，分别在其内部的弹性袋储存器中储存不同颜色(例如黑色、黄色、深红色和青色)的油墨。当滑架组件60沿着Y轴相对于介质作移动时，被选定的喷墨盒中的喷口受到致动，从而把油墨喷撒在介质上。
滑架组件60对打印盒70-76进行定位并且把接口所需要的电路固定在打印盒内的加热器电路上。该滑架组件包括一个适合于在前和后滑动器92A,92B上往复运动的滑架62。打印盒以一种密集配置的方式进行固定，并且可以有选择地把每个打印盒从该滑架上取下，以便更换一个新的笔盒。该滑架包括一对对置的侧壁和每隔一个不大的间距放置的内壁，这些内壁限定了打印盒的盒室。这些滑架壁都是用一种硬工程塑料制成的。打印盒的打印头都通过在盒室中的孔朝向打印介质露出。
如上所述，彩色打印和绘图要求来自各个打印盒的颜色都喷撒在介质上。这样将使来自内盒储存器的油墨耗尽。打印机50包括4个吞下一口式的IDS，以满足打印装置的油墨输送要求。每个IDS包括3个部件，即一个离滑架油墨储存器，一个滑架上打印盒以及一个打印头清洗器。油墨储存器包括一个能容纳350毫升油墨的袋，其上固定有一个短管和加注阀。适合于该用途的油墨储存袋的结构的详细情况在一个代理档案号为10960326，由Erich Coiner等人提交的题为“用于与多个更可换油供应袋一起套装的空间利用率高的外壳形状”的共同待批的专利申请中给出。这些储存器安装在打印机的左侧(左外壳58的门的后面)，而这些阀则固定在加注臂170上，也在左门的后面，这在下面还要说明。在该典型的实施例中，打印盒包括一个具有300个喷口、600dpi的打印头，该打印头上有一个通过它进行加注的小孔。该打印头清洗器包括一个当对打印头进行维修和校准时用来截住油墨的盂，一个用来擦净打印头表面的擦净器，和一个帽盖(用来在打印头不使用时对它进行保护)。该3个部件一起组成用于一个给定颜色的IDS并且作为一个组件由使用者更换。
每个部件的正确位置最好通过颜色来作标志。使在该更换的部件上的颜色与接受该部件的机架上的颜色相一致将保证该部件的正确位置。在一个典型的实施例中，所有的3个部件将按照相同的顺序排列，即黄色部件位于最左边位置，青色部件位于中左位置，深红色部件位于中右位置以及黑色部件位于最右边位置。
该油墨输送装置是吞下一口式的油墨加注装置。当任何一个打印盒内部储存器的油墨体积下降到一个临界值以下时，该装置将自动地对所有4个打印盒70-76进行加注。加注顺序将在该使得打印盒储存器的油墨体积降低到临界值以下的打印完成以后立即开始，这样打印将不会由于加注油墨而中断(除非在使用超过5毫升的任何一种的油墨进行长轴打印的情况下)。
该’975申请介绍了一种适合于用来进行连续加注的负压弹性袋打印盒。图4-8中示出了一种与’975申请中所述的打印盒相类似的喷墨打印盒100，但是该打印盒通过在打印盒的夹紧手柄中附加一个自动封闭的加注口而适合于用来进行间断的加注。打印盒100可用图1中的装置的打印盒70-76来说明。打印盒100包括一个包围着用来储存油墨的内储存器104的外壳102。具有多个喷墨口的打印头106安装在该外壳上。在打印操作期间，当打印盒沿着打印滑架来回扫掠时，该打印头就接受来自储存器104的油墨并且喷射出油墨滴。一个伸出把手108从该外壳伸出以便于从喷墨打印机的打印滑架取下或装上。该把手在外壳的外表面上形成。
图5-8示出了把手108的补充的细部图。该把手108包括设置在与储存器104相连通的圆柱形孔114的对置侧上的两个连接器110,112。该孔通过一个由弹性材料制成的隔壁116所密封。隔壁116中形成有一个小孔118。该把手利用其孔114来用间断地与一个针阀结构120相啮合，该针阀结构通过管122连接在象图1所示装置的储存器80-86之一那样的离滑架油墨储存器上。图5示出了与孔114相邻近但并不与其相啮合的针阀结构120。图6示出了针阀结构120完全与该孔相啮合的情况。如图6中所示，结构120包括一个中空的针122，该空心针具有一个封闭的远端，但在邻近该远端处形成有多个孔124。一个滑动的阀环128紧密地配合在该针的周围，并且受弹簧126的偏压进入一个阀关闭位置，如图5中所示。当结构120被强制压紧在孔114上时，该阀环128受到推动沿该针的长度向上，使针尖滑入孔118中，如图6中所示。在该位置上，油墨可以通过位于储存器104与管130之间的针孔124流动。因此，在打字盒100通过一个象标号120所示那样的阀结构与一个离滑架油墨储存器相连接的情况下，在打印盒与离滑架储存器之间就建立了一条流体通路。油墨可以从离滑架储存器流到打印盒储存器104中。当结构120与把手108离开时，由于弹簧126作用在阀环128上的结果，使阀结构120自动地关闭。孔118由于材料116的弹性也将被关闭，由此为打印盒提供了一个自动封闭的加注口。
图4-8中示出了一个用来把阀120可松开地锁紧在插座174处的加注臂170中的锁紧结构172。结构172具有与阀体120A的外壳相啮合的锁紧面172B(图5)。该结构由整体式弹簧构件172A(图7和图8)偏压到锁紧位置。通过把力作用在结构170的点170C(图7和8)上，该弹簧受到压缩而使面172B与阀体脱离啮合并且使阀与加注臂插座174分开。这种可松开的锁紧结构可以使阀和储存器作为一个组件快速地更换。
打印盒70-76各包括一个使用负压弹性袋油墨输送装置的单腔本体，更详细的情况在’975申请中有说明。
在图1的典型的装置中，加注平台150位于打印机50的左外壳52中，如图2中所示。4个离滑架油墨储存器80-86都支承在平台150上。短软管150,152,154和156连接在相应的储存器80-86的孔80A-86A与支承在加注站壳体170上的针阀结构160,162,164和166之间。每个针阀结构与图4-8的阀结构120相对应。
加注平台150是一个安装着4个储存器并能作上下运动的升降机。
为了进行一次加注，先把滑架组件60移动到加注站位置，此处该4个离滑架储存器80-86通过截止阀160-166与相应的打印盒70-76相连接。如图3和12-13所示，这些储存器的连接可以通过使步进电机200转动而完成，该电机可以推动一个其上安装有阀结构和加注站壳体170的操纵杆202。一种适合于用来使这些阀移动以便与加注口相啮合和相分离的装置在代理档案号为6096023的由Ignacio Olazabal等人提交的题为“用于装有多个打印头的油墨供应阀的周期的自动连接的装置”的共同待批的专利申请中有更充分的说明。当这些阀在打印盒的加注口中啮合以后，油墨因打印盒储存器的微小的真空压力(背压)而被吸入储存器中。人们知道该背压将由于油墨体积的增加而减小。这样就可产生一个自动调节的加注过程，当更多的油墨被导入打印盒中后，该背压将减小到一个使打印盒不再能吸入更多的油墨的临界值，从而使该加注过程停止。使油墨流动停止的这个背压可以通过偏移打印盒和离滑架储存器的距离而进行调整。储存器的位置离开打印盒的下面距离愈大，打印盒中的最后压力就愈大并且在打印盒内储存器中产生的油墨体积愈小。
如在图16中所清楚示出的，本发明不需要对由于标准的离滑架油墨装置(其中的油墨供应管在打印操作期间与滑架上的打印盒保持固定连接)产生的阻力和干涉而重新设计的滑架进行详细说明。相反，示于附图中的滑架可以横跨打印区来回移动而无需任何型式的供应管连接。此外，本发明也不需要计算通常由于具有一个直接安装在滑架上的可更换的补充传墨装置而产生的附加的滑架质量。
下面对能在打印盒加注口与离滑架油墨供应阀之间的加注站提供周期的连接/脱开的装置的其他的详细情况进行说明。参看图9,12-13和17，一个固定着油墨供应阀的支架支承着电机200，该电机使齿轮210转动以使齿轮臂212在打印盒上具有其相应的加注孔的供应阀的一个啮合位置与一个脱开位置之间来回运动。在支架上的主稳定杆214以及在滑架上的辅助稳定杆215提供了为使打印盒上的过大的应力减至最小所需的必要限制，否则将会使打印盒在滑架上的精确定位发生偏移。啮合/脱开的开始和终止位置都由一个光学传感器216限定。
在本发明现有的一个最佳实施例中，所有4个油墨供应阀在它们通过各个锁定钮219固定在其孔218中的固定位置上后，就可以作为一个组件一起运动，这就允许每个阀在该整体的IDS的预期寿命对于特定颜色的油墨来说已经期满时，可以单独更换。当需要更换时，可以方便地通过对阀柄226的手动操纵使一个箭头形的定向键222与一个匹配的定向槽224相啮合。
用于每种颜色的油墨的一个独特的可小范围更换的维修站组件230是该IDS的一个重要的部件。参看图14A-14B和15，该维修站组件包括一个在一端的伸出手柄232，和一群在该组件的顶部上的比较小的区域中结合在一起的打印头维修件。在一端是双擦净器234，在另一端是一个盂238，而在一个中间位置则是一个喷口板盖236。在该组件中的一个外起动注油器240通过一个内部通道与盖236相连接，而在其对置方向则通过一个圆环形密封242与一个真空源相连接。一个维修站滑架251包括用于每个维修站组件(有时也称为打印头情洗器)隔开的槽244,246,248和250。
一个弹性加载的基准装置用来保证该维修站组件可以在维修站滑架中方便而精确地定位。沿着每个槽的顶部是与沿着该组件的两个顶部边缘方向的对应的基准凸耳254相啮合的一个Z形基准脊252。一个向上偏压的弹簧杆260保证了沿这些基准面的紧密配合。通过一对起着靠紧在该组件的匹配挡块258上的锁闩作用的伸出角，在每个槽中提供了水平定位。虽然并不要求，但也可以在每个槽的后壁中使用一个偏压杆262。
图10示出了一个油墨供应组件在安装前的基本的外部结构，而图11示出了这样的4个组件是如何与它们的通过手工安装在阀支架上的阀一起组合在该打印机的加注平台上的。
图18A和18B示出了更换该IDS的3个基本部件所需要的可接近性。该打印机装置的前面通常包括一个辊式进给装置270，一个控制板272和一个与伸长机架件275相邻接的打印区检修门274。该维修站位于滑架扫掠轴的右端，而加注站278则位于相反端。设置了诸如以280表示的简单的摩擦锁紧件，以便保证安装在枢铰(例如281)上的门的正确的关闭。推进板284用来在维修站门282关闭时，接触并帮助任何未安装好的维修站组件定位。在打印机正常操作期间，一个类似的门286将加注站关闭。加注站包括用于一个油墨供应平台的空间287，以及一个从该平台通向安装在滑架上的打印头的检修孔288。
下面将结合图19-22说明安装步骤。一个油墨输送装置最好作为一个组件封装在纸箱290内，其中包含一个新的打印盒291A，一个装在塑料储存袋295内的新的维修站组件293A，以及一个新的油墨供应组件296A。如图20中的一目了然的顺序所示出的，一个旧打印盒293B可以方便地取下而用一个新的打印盒更换。如图21中的一目了然的顺序所示出的，一个用尽的油墨供应组件296B可以毫无困难地取下，即首先如箭头302所示把油墨门打开，然后如箭头304所示按下锁定钮并同时如箭头306所示拉出该阀。然后可以把用尽的油墨供应组件296B用一个新的油墨供应组件296A来代替。最后如图22中的一目了然的顺序所示出的，在打开检修门以后，使用者可以沿箭头310所示的方向按下手柄，从而可将一个旧的维修站组件293B取下，然后自始至终如箭头312所示的方向把它拉出，然后再安装上一个新的维修站组件293A。
因此，本技术领域的技术熟练的人员将能理解到，本发明的独特的吞下一口式的油墨补充装置的主要特征提供了一种通过自动的油墨补充来保证自动打印的独特而又相当简单的方法。此外，所有与油墨相关的部件都可以由使用者为某种油墨颜色而更换，并且无需使用专用工具也无需呼唤专业维修人员。
虽然已经对本发明的一个最佳实施例作出了图示和说明，但应当指，只要不脱离本发明在下面的权利要求书所规定的精神和范围，本领域的技术熟练的人可以对本发明作出各种改进。
权利要求
1．一种喷墨打印系统，包括一个具有一个滑架的打印机，该滑架沿着在一个打印区上经过的一条通路运动；至少一个打印头，该打印头可拆卸地安装在所述滑架上并且具有一个入口孔；至少一个离开所述滑架放置的油墨储存器，该储存器用来把油墨供应给所述打印头；一个打印头维修组件，该组件在所述滑架的该通路中可拆卸地安装在所述打印机上；以及其中所述打印头，所述油墨储存器以及所述打印头维修组件可以作为一个装置安装，以便提供一个组合的油墨输送装置。
2．如权利要求1所述的喷墨打印系统，其特征在于，所述打印头具有一个当它被安装在所述滑架上后可以接近的入口孔。
3．如权利要求2所述的喷墨打印系统，其特征在于，所述入口孔在打印操作期间处于一个常闭位置。
4．如权利要求1所述的喷墨打印系统，其特征在于，所述油墨储存器连接在一个出口控制阀上。
5．如权利要求4所述的喷墨打印系统，其特征在于，所述出口控制阀处于一个常闭位置。
6．如权利要求4所述的喷墨打印系统，其特征在于，所述出口控制阀可以直接与所述打印头的所述入口孔相连接，以便当所述出口控制阀处于一个打开位置时，允许来自所述油墨储存器的油墨补充到所述打印头中。
7．如权利要求1所述的喷墨打印系统，其特征在于，所述油墨储存器与一个出口控制阀相连接，该阀能够间断地与所述入口孔相啮合，以对所述打印头提供油墨补充。
8．如权利要求1所述的喷墨打印系统，其特征在于，该系统还包括多个所述打印头可拆卸地安装在所述滑架上，每个打印头具有一种不同颜色的油墨；多个所述油墨储存器相应地与所述多个打印头相连接；以及多个所述打印头维护组件相应地与所述多个打印头相连接。
9．一种使用多个安装在移动滑架上的打印头的彩色喷墨打印的方法，每个打印头具有一种不同颜色的油墨并具有一个安装在该移动滑架的一条通路中的独立的可拆卸的打印头维护组件，以便分别地为每个打印头实现与油墨有关的维修功能，该方法包括提供一个离滑架油墨储存器；把该储存器用一种具有预定性能的给定油墨注满；使所述加注步骤中的该油墨从该储存器输送到该打印头中的一个打印头内；以及使所述加注步骤的某些油墨在该打印机正常操作期间沉积在与该打印头中的所述一个打印头相连接的所述打印头维修组件上。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于所述加注步骤包括把一定体积的油墨加注到该储存器中，该油墨体积至少是与在该滑架上的该打印头相连接的一个油墨储存器的容量的两倍，以及所述输送步骤在该打印机的正常操作消耗了在该滑架上的该油墨储存器中的油墨以后还可以间断地发生。
全文摘要
一种具有油墨相关部件的可更换装置的喷墨打印系统,这些油墨相关部件可以作为独立的油墨输送装置而一起安装和更换。该可更换装置包括一个油墨打印头,一个油墨供应组件和一个打印头维修组件。油墨供应组件中的油墨在打印头的预期使用寿命到期以前,可以完全装满一个打印头储存器好几次。同样,打印头维修组件是为了实现打印头的预期使用寿命的可靠性而设计的。
文档编号B41J2/175GK1215661SQ981071
公开日1999年5月5日 申请日期1998年3月3日 优先权日1997年3月3日
发明者R·贝克尔, D·瓦特森, B·肯菲尔, D·鲍丁, J·加思尔, E·约翰森, R·吉勒斯, M·E·杨, E·扎帕塔, F·瑞兹 申请人:惠普公司