專利名稱：相變油墨打印機中熔化固體墨塊的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及使用相變材料的機器，具體而言，涉及熔化固體相變油墨以成像的機器。
背景技術：
固體油墨或相變油墨打印機通常使用固體形式的油墨，或是有色的青色、黃色、品紅以及黑色油墨的顆粒，或是墨塊，它們經(jīng)朝向通道的開口插入饋送通道。每個開口可被構造成僅接納一個特定結構的塊體。按此方式構造饋送通道開口，有助于減少具有特定特征的墨塊插錯通道的風險。
在墨塊送入其相應的饋送通道之后，它們通過重力或機械致動器的作用被推動到打印機的加熱器組件。加熱器組件包括將電能轉化為熱量的加熱器和熔化板。熔化板一般由板或開口側漏斗形的鋁或其它重量輕的材料制成。加熱器緊貼熔化板，以將熔化板加熱到熔化與之接觸的墨塊的溫度。熔化板可相對于固體油墨通道傾斜，于是當與熔化板緊密接觸的固體油墨改變相位時，它被導引以緩慢滴入對應色的貯存器。存儲在貯存器中的油墨在等待隨后使用的同時被持續(xù)加熱。
每個有色的液體油墨貯存器可通過至少一根管子與一個打印頭連接。當打印頭需要油墨以噴射到接收介質或成像鼓上時，便從貯存器中吸出液體油墨。當一個控制器選擇性地用驅動電壓啟動一般為壓電裝置的打印頭元件時，這些元件接收液體油墨并將油墨排到成像表面上。具體來說，液體油墨通過歧管流出貯存器，以通過打印頭中的壓電元件從微小的噴孔中噴射出來。
隨著液體油墨打印頭生產(chǎn)率的提高，就需將足夠量的液體油墨輸送到打印頭。由較高的生產(chǎn)率產(chǎn)生的一個問題在于，對打印頭流路中的阻力和壓力的敏感性增大。受限的墨流會限制或降低成像速度。在具有過濾系統(tǒng)以過濾貯存器與打印頭元件之間的液體油墨的系統(tǒng)中，墨流也會隨時間的消逝而變，且變得不足以將足夠量的液體油墨抽到打印頭而提供理想的打印質量。
一種解決流動阻力問題的方式是增大過濾器的面積。過濾器的面積增大，則使大量油墨流過過濾器的壓力滴減小。不過，過濾器的面積增大，也會增加打印機的成本，因為過濾材料通常較為昂貴。并且，較大過濾器的空間可能無法得到，因為相變打印機中打印頭附近的空間不容易總能得到。
另一種解決流動阻力和快速成像的容量增大需求的方式是，給液體油墨加壓以促動油墨通過受限的流路。壓力需要在油墨已離開熔化板之后引入，因為熔化板對給流體加壓不起什么作用。不過，引入壓力的方法增加打印系統(tǒng)的復雜性、將壓力源和相關部件加到打印機上以及給打印機的使用年限帶來別的維護問題。
熔化板已經(jīng)形成為錐形腔，且墨塊被送入錐形腔的寬入口中。錐形腔的壁被加熱到使固體墨塊熔化的溫度。錐形腔的表面積增大，有助于減少熔化墨塊所需的時間。在熔化表面增大情況下的熔化速度較快，成像也得以較快。
錐形熔化腔的局限性在于，額外地可能在不同于靠近錐形幾何結構較小部分的預期出口點的點位置自腔中流出墨。因此，錐形腔必須定向成確保重力影響流向預期的出口。正如前面提到的那樣，空間制約在一些相變油墨打印機中相當受限，這就難于或不太可能將油墨輸送系統(tǒng)構造成依靠重力流控制。并且，打印頭的上方可能無法得到熔化腔具有足夠大的長寬比以實現(xiàn)理想的熔化表面積的空間。

發(fā)明內容
一種改進的固體墨塊加熱腔縮短了熔化時間，增大了熔化油墨流出速度。該加熱腔包括一個墨塊熔化腔，其具有一個帶至少一個加熱壁的殼體、一個接收墨塊的入口以及一個讓熔化油墨流出殼體的出口，還包括一個密封件，它緊貼入口安裝以與穿過密封件的墨塊接合，于是密封件和墨塊就形成隔擋，并將熔化油墨保持在殼體內。密封件阻止腔內的熔化油墨在入口流出殼體。當附加的墨塊通過密封件被驅動時，殼體內的壓力增大。增大的壓力能讓腔以足夠大的流速將液體油墨輸送給打印頭。
一種改進的將油墨供給到相變打印機中的打印頭的方法包括將墨塊移動到墨塊熔化腔的入口，該墨塊熔化腔具有一個帶至少一個開口的殼體；推動墨塊通過一個緊貼入口安裝的密封件；加熱殼體以熔化墨塊熔化腔殼體內的墨塊以及利用密封件阻擋熔化油墨從墨塊熔化腔的入口滲漏，于是熔化油墨以足夠的壓力流出墨塊熔化腔，從而在進入打印機的打印頭之前穿過過濾器。


在下面的說明中結合附圖對加有固體墨塊熔化腔的油墨打印機的上述方面和其它特征進行解釋，其中圖1是打印機頂蓋閉合的相變打印機的透視圖；圖2是油墨進出口蓋打開的相變打印機的局部放大頂視透視圖，示出了固體墨塊就位以裝入饋送通道中的情況；圖3是沿圖2的線3-3所示的固體油墨饋送系統(tǒng)的饋送通道的側視剖面圖，示出了固體墨塊熔化腔區(qū)域及其與打印頭連接的情況；圖4是圖2所示的油墨打印機的側視圖，繪出了油墨打印機的主要子系統(tǒng)；圖5是圖3所示的熔化腔入口的頂視透視圖，其中墨塊通過入口內的密封區(qū)域；圖6是具有圓柱殼體和入口處的圓柱密封件的熔化腔的另一實施例的側視圖；圖7是其入口處沒有示出密封件的熔化腔的殼體的另一實施例的透視圖；圖8是固體墨塊熔化腔的側視圖，示出了由入口處的密封件和穿過密封件的墨塊形成的隔擋。
具體實施例方式
參見圖1，圖中示出了油墨打印機的透視圖，其加有一個固體墨塊熔化腔，該熔化腔熔化固體墨塊并用足夠大的壓力將之輸送到打印頭以克服過濾器的流動阻力。應理解的是，這里討論的實施例能以多種替換形式和變型實施。此外，可采用任何適當尺寸、形狀或類型的元件或材料。
圖1示出了油墨打印機10，其包括一個帶頂面12和側面14的外殼。用戶接口顯示器比如前面板顯示屏16顯示打印機狀態(tài)和用戶指示的相關信息。按鈕18或其它控制打印機操作的控制元件與用戶接口窗相鄰，或可位于打印機上的其它位置。噴墨打印機構(圖3)容納在殼體內。一個油墨饋送系統(tǒng)將油墨輸送給打印機構。油墨饋送系統(tǒng)容納在打印機外殼的頂面下方。殼體的頂面包括一個鉸接的油墨進出口蓋20，其如圖2所示地敞開著，以讓用戶接近油墨饋送系統(tǒng)。
在圖2所示的特定打印機中，油墨進出口蓋20附設在油墨負載連接件22上，于是當打印機油墨進出口蓋20抬升時，油墨負載連接件22滑動并樞轉到油墨負載位置。如圖2所示，打開油墨進出口蓋而露出具有鍵合開口24A-D的鍵板26。每個鍵合開口24A、24B、24C、24D提供了朝向固體油墨饋送系統(tǒng)的幾個獨立饋送通道28A、28B、28C、28D中一個的插入端的通路。
彩色打印機一般采用四色油墨(黃色、青色、品紅以及黑色)。各色墨塊30經(jīng)饋送通道28A-D中的一個而輸送，饋送通道28A-D具有與有色墨塊對應的大致鍵合的開口24A-D。打印機的操作員操作起來要倍加小心，以避免將一種顏色的墨塊插入不同顏色的饋送通道中。墨塊會浸有彩色染料，以致打印機用戶難于通過顏色本身分辨哪色是哪色。青色、品紅和黑色的墨塊尤其難于基于顏色外觀從視覺上區(qū)別開來。鍵板26具有鍵合開口24A、24B、24C、24D，以幫助打印機用戶確保僅將這個女卻顏色的墨塊插入每個饋送通道中。鍵板的每個鍵合開口24A、24B、24C、24D具有唯一的形狀。對應饋送通道顏色的墨塊30具有對應于鍵合開口形狀的形狀。除了對應饋送通道的正確顏色的墨塊外，鍵合開口和對應的墨塊形狀將所有顏色的每個油墨饋送通道墨塊排除在外。
如圖3所示，饋送通道包括用驅動力或驅動元件如恒力彈簧36驅動的頂推塊34，以朝向位于每個饋送通道熔化端的熔化腔32沿著縱向饋送通道的長度推動各個墨塊。恒力彈簧36的張力朝饋送通道的熔化端驅動頂推塊34。油墨負載連接件22與軛狀物38聯(lián)接，該軛狀物38附設在裝于頂推塊34中的恒力彈簧36上。當油墨進出口蓋20抬升以露出鍵板26時，其與油墨負載連接件22的附接使得頂推塊34被拉向饋送通道的插入端。正如下面更為詳細地描述一樣，熔化腔32包括具有已將密封件46安裝在內的入口44的殼體42。熔化油墨通過出口48流出熔化腔32，并通過管子50流到打印頭52內的貯存器54中。打印頭52包括一些孔56，壓電元件通過這些孔將油墨噴射到中間成像元件58上。打印頭52可水平地沿著導軌60和62在成像元件58的表面上移動。
如圖4所示，油墨打印機10可包括油墨負載子系統(tǒng)70、電子組件72、紙張/介質盤74、打印頭52、中間成像元件58、鼓維護子系統(tǒng)76、轉移子系統(tǒng)80、擦拭分組件82、紙張/介質預熱器84、雙向打印路徑88以及廢墨盤90。簡單地說，固體墨塊30被裝入油墨負載饋送路徑40中，通過該饋送路徑40，固體墨塊行進到固體墨塊熔化腔32。在熔化腔中，墨塊熔化且液體油墨在被輸送到打印頭52內的打印元件之前轉移到貯存器中以儲存?zhèn)溆?。當中間成像元件58旋轉時，油墨由壓電元件通過孔噴射以在中間成像元件58上形成圖像。中間成像元件加熱器受電子組件72內控制器的控制，以在最佳溫度范圍內維持成像元件，從而產(chǎn)生油墨圖像并將其轉移到記錄介質的頁張上。記錄介質的頁張自紙張/介質盤74取出并導入紙張預加熱器84中，于是記錄介質的頁張被加熱到更佳的溫度以接納油墨圖像。轉移子系統(tǒng)80內的轉移輥與中間成像元件58之間的記錄介質運動針對圖像的定相和轉移作了調整。
圖5示出了熔化腔32的一個實施例。入口44中裝有一個密封件46。該密封件46可摩擦配合、粘合或以其它方式附設在入口44的蓋100上。此配合減少了熔化油墨會在密封件與入口之間從腔中滲漏的可能性。密封件位于入口內并伸入殼體42中。因此，密封件46在加熱殼體壁以熔化固體墨塊的溫度下露出來。據(jù)此，密封件46應耐高溫才行。各個實施例中使用彈性體材料比如硅酮來滿足該需求。密封件46使用這些材料，不僅能夠讓密封件經(jīng)受熔化溫度，而且能使密封件柔韌且與送到熔化腔的墨塊尤其是形狀不規(guī)則的墨塊的周邊形狀更為貼合一致。為了減少熔化油墨回流到墨塊上且熔化墨塊的可能性，密封件可被設計成讓密封件的一部分伸出殼體的加熱壁至熔化油墨不可能在其固化前到達墨塊的距離。
盡管可使用單個密封件46來與穿過入口44的墨塊合乎一致，但也可使用多個密封結構來改善密封性能。如圖5所示，密封唇104A、104B和104C包括密封件46。這些密封唇中的每一個都以由熔化腔32熔化的墨塊的形狀構造。密封件46及其密封唇104A、104B和104C可形成有向內朝殼體42傾斜的密封唇。該傾斜面有助于將墨塊導入殼體中，同時還更為有效地阻擋熔化油墨的回流。入口44中的墨塊30被示出具有本領域公知的一連串凸起和凹槽。密封唇也與這些凸起和凹槽一致地成形。因此，當墨塊穿過密封件46時，它基本上與密封件46的唇相配合。此配合給腔32內的熔化油墨提供了一系列的密封件且有助于防止液體油墨通過入口從殼體中滲漏。在缺陷干擾了墨塊外部與密封件脊突之間的適貼配合時，熔化油墨會超出密封唇。墨塊之間界面處墨塊周邊的空隙也會容許一些油墨滲出密封件。少量的滲漏容積冷卻并相當快速地固化，從而最大程度地減少了滲漏，尤其是在通過采用不止一個密封件限制流動的時候。服貼的密封件容許了當油墨朝熔化殼體饋送時，連在滲漏點周邊上的固化油墨超出密封件。第一唇前面的密封件中的出口可成形為讓殼體出口通過密封件。多個密封唇的存在，有助于確保靠近殼體流出唇的任何回流最終足夠慢地固化并阻擋任何進一步流出熔化腔的回流。只要固體墨塊至少部分地保持在饋送通道內并與密封件46接合，就給液體油墨形成了隔擋。該隔擋能在殼體內產(chǎn)生足夠將熔化油墨推出出口的壓力。在一個實施例中，采用一連串的五個密封唇來給熔化腔提供密封件。
為了進一步改善密封件46與墨塊30之間配合的完整性，可由密封件46與入口44附近的殼體壁之間的材料支持密封件46。例如，這樣的材料可包括一個或多個區(qū)域中的低密度泡沫或附加密封材料。這些材料可在組裝過程中的任何時候裝配、在密封件裝于入口44上之前與密封件結合、或在密封件裝于入口44上之前與入口44結合。這些材料填充了密封件與靠近入口的殼體壁之間的空隙，從而有助于保持與墨塊外表面一致的密封件的形狀。在別的實施例中，可在殼體壁與密封件之間提供氣囊以加強密封性。
如上所述，密封件46在墨塊沿饋送方向移動的時候與墨塊形狀兼容地成形。密封件與墨塊的配合在墨塊通過密封件時產(chǎn)生摩擦。在一個實施例中，該摩擦被設計成不超過0.5kg，以與已知相變油墨打印機的頂推塊施加的推力相容。密封唇的數(shù)量和密封唇的精密幾何結構取塊于多個因素，比如墨塊橫截面形狀、密封材料的硬度或硬度計、熔化油墨管子中所需的給打印頭提供充足油墨的壓力、熔化腔的方位、墨塊的預期條件以及墨塊尺寸和形狀的公差。在一個實施例中，密封件的密封唇隔開3.5mm，高度和厚度為0.8mm，與饋送方向成45度的角度。該實施例中的密封壁為0.6mm厚，在標稱墨塊外表面內隔開0.4mm。該幾何結構提供了密封件0.4mm的標稱位移。最靠近殼體內部的唇大致與殼體的入口引入表面相距4.0mm。
殼體42的幾何結構完全可改變。殼體可具有多個以直線或多邊形狀連接的壁。殼體的壁可與一個電源聯(lián)接，以將壁加熱到熔化由饋送通道供給的墨塊的適當溫度。殼體還可以是單個以圓柱形、橢圓形或其它彎曲形狀成形的壁。在一個實施例中，殼體接近構造成經(jīng)通向墨塊熔化腔的饋送通道傳送的墨塊的周邊形狀。圖6中示出了一個示范性的圓柱熔化腔。入口具有密封件10，其具有外圓柱形以與殼體114的圓柱壁配合。入口的內表面仍成形為與已知墨塊的形狀一致，或可構造成容納圓柱形或球形墨塊。出口118被示出位于殼體114的錐形部分的端部，盡管它可以位于殼體114上熔化油墨截留在出口與由入口的密封件和穿過密封件的墨塊形成的隔擋之間的任何位置。例如，殼體114可形成為一個沒有錐形部分的楔形物，且出口例如可形成在楔形物的底部，于是出口基本上與墨塊饋送至腔的饋送方向成直角。較之扁平的熔化板，腔的封閉結構提供了較大的加熱進入腔中的墨塊的表面積。因此，墨塊會較快地熔化。
殼體形狀的一個制約條件為墨塊推入其中的殼體表面的表面積、角度以及溫度的平衡。該制約條件是由通過調控或偏角調節(jié)預期的墨塊直線饋送路徑而擴大越位力產(chǎn)生的。如果墨塊偏離預期的饋送路徑太多的話，力小的軟密封件會克服并擴張。因此，殼體被構造成將墨塊維持在直線路徑上。
殼體的一個或多個壁可利用任何適當?shù)募訜嵩訜?。這些加熱元件包括但不限于外結合加熱器、噴射/浸漬表面作用加熱材料以及內加熱元件。內加熱元件例如包括多模電阻加熱器、繞線或帶狀加熱器等。殼體壁可由高溫塑料、拉制型鋼、鋁或其它合適的材料制成。壁也可由多個一同聯(lián)接的片材組成并可利用硅酮或類似材料的薄膜密封以防滲漏。
圖7中示出了另一個殼體的示范性實施例。殼體120具有總體形成V形的向內傾斜的壁124。開口128的周邊被構造成與包括殼體120的將墨塊送入腔中的橫截面區(qū)域一致。出口130是位于由殼體形成的V形底部的圓孔。熔化腔的出口可采用任何一種形狀構造；不過，圓形出口可能典型地適于容納常用于將液體油墨輸送給打印頭的管子。唇134被提供用來將適當?shù)拿芊饧惭b在殼體的入口上。
下面參照圖8描述由熔化油墨的固體墨塊熔化腔形成的隔擋。殼體150具有入口152和出口156。墨塊160被示出穿過裝在殼體150的入口152處的密封件164。當固體墨塊行經(jīng)密封件164且進入加熱殼體150中時，墨塊被加熱直到它開始熔化。在位于密封件164前面的熔化前部168處，發(fā)生從固體油墨向熔化油墨的過渡。因此，墨塊160經(jīng)入口152自熔化前部168回流的固體部分和密封件164形成一個隔擋，其阻擋熔化油墨經(jīng)入口152回流出來。當墨塊通過密封件164被推入加熱殼體中時，殼體內熔化油墨的質量增加，且這種質量的增加導致殼體150內壓力的增大。只要密封件和固體墨塊相互協(xié)作以維持熔化油墨的隔擋，殼體內的壓力就通過出口156推出熔化油墨。維持該正壓力以通過出口156推動熔化油墨，需要密封件164能與墨塊的外周充分配合以防止墨塊滑出殼體，且需要熔化油墨以維持熔化油墨流出出口156時的壓力的速度產(chǎn)生。盡管圖8中的墨塊被示出具有規(guī)則或平滑的外周，例如是一個圓，但墨塊可具有任何周邊結構，前提是密封件164能與周邊配合以提供如上所述的隔擋。
具有加熱殼體和裝于入口的密封件的熔化腔帶來了多個優(yōu)點。由密封件和穿過密封件的墨塊形成的隔擋將熔化油墨保持在殼體內。這種加熱殼體的密封產(chǎn)生了壓力以提高殼體中油墨的流速。熔化油墨的加壓流有助于確保油墨以所需的流速輸送到打印頭，而不用在打印頭元件噴射油墨時給它們產(chǎn)生過多的負壓。由密封件提供的加壓使得殼體能以各種不包括錐體的幾何結構和出口位于不同于殼體最低點的位置構造。此外，軸可位于偏離墨塊進入熔化腔中時墨塊饋送方向的軸的位置。因此，熔化腔可容納在相變油墨打印機的不同空間內，而不用在打印頭供墨的有效性或效率方面加以兼顧。
本領域的技術人員將認識到，可對上述熔化腔的具體實施方式

進行多種改變。因此，下列權利要求不局限于上面示出并描述的具體實施例。原始提出且會作修改的權利要求包含實施例的變型、替換、改型、改進、等價物以及實質等價物，和在此披露的包括當前意想不到或無法理解的、例如從申請人/專利權人以及其他人得來的啟示。
權利要求
1.一種固體墨塊熔化裝置，包括墨塊熔化腔，具有一個帶至少一個加熱壁的殼體、一個接收墨塊的入口以及一個讓熔化油墨流出殼體的出口；和密封件，緊貼入口安裝，以與穿過密封件的墨塊接合，于是密封件和接合的墨塊形成一個隔擋，并將熔化油墨保持在殼體內。
2.一種相變打印機，包括外殼，具有多個接收固體墨塊的饋送通道；墨塊熔化腔，具有一個帶至少一個加熱壁的殼體、一個接收墨塊的入口以及一個讓熔化油墨流出殼體的出口；密封件，緊貼入口安裝，以與穿過密封件的墨塊接合，于是密封件和墨塊形成一個隔擋，并將熔化油墨保持在殼體內；墨塊推動機構，以通過墨塊熔化腔入口處的密封件沿著饋送通道傳送墨塊，于是墨塊就在墨塊熔化腔的殼體內熔化；貯存器，與墨塊熔化腔的出口聯(lián)接，以儲存自墨塊熔化腔接收的熔化油墨；和打印頭，具有多個噴射熔化油墨的壓電打印頭元件，該打印頭與貯存器聯(lián)接以接收貯存器中的熔化油墨。
3.一種給相變打印機中的打印頭提供油墨的方法，包括將墨塊移動到一個墨塊熔化腔的入口，該墨塊熔化腔具有一個帶至少一個壁的殼體；推動墨塊通過一個緊貼入口安裝的密封件；加熱殼體的壁，以在墨塊熔化腔的殼體內熔化墨塊的一部分；和推動墨塊通過緊貼入口安裝的密封件，以利用密封件和被推動通過密封件的墨塊形成一個隔擋，從而將熔化油墨保持在墨塊熔化腔內，于是熔化油墨利用足夠的壓力流出墨塊熔化腔的出口以到達打印機的打印頭。
4.一種固體墨塊熔化裝置，包括墨塊熔化腔，其包括一個橫截面形狀對應于特定墨塊的殼體、一個接收墨塊的入口以及一個讓熔化油墨流出殼體的出口；和由彈性體材料形成的密封件，安裝在入口上，以與穿過密封件的墨塊接合，于是密封件和墨塊形成一個隔擋，并將熔化油墨保持在殼體內。
全文摘要
一種固體墨塊熔化裝置裝在一臺相變打印機中，以在壓力之下給打印頭提供熔化油墨。該固體墨塊熔化裝置包括一個墨塊熔化腔，其具有一個帶至少一個加熱壁的殼體、一個接收墨塊的入口以及一個讓熔化油墨流出殼體的出口，還包括一個密封件，其緊貼入口安裝以與穿過密封件的墨塊接合，于是密封件和墨塊形成一個隔擋，并將熔化油墨保持在殼體內。
文檔編號B41J2/195GK101062620SQ20071010109
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權日2006年4月26日
發(fā)明者D·P·普拉特, B·R·瓊斯 申請人:施樂公司