МНОГОКРАСОЧНЫЙ КРУПНОФОРМАТНЫЙ СТРУЙНЫЙ ПРИНТЕР Российский патент 1999 года по МПК B41J2/45 

Изобретение относится к области струйных принтеров, предназначенных для изготовления крупноформатной многоцветной печатной продукции, используемой, в частности, в рекламной индустрии.

Особенностью этой области применения струйных принтеров является получение достаточно качественных изображений большого формата (до десятков квадратных метров) при невысокой их стоимости. Эта цель достигается путем создания высокопроизводительных машин при относительно невысоком разрешении получаемых изображений (обычно 18-36 линий на дюйм). В принципиальном отношении эти устройства не отличаются от обычных принтеров, широко используемых в качестве документирующих устройств в ПЭВМ.

Типичным представителем таких устройств является струйная печатающая головка и принтер, защищенные Европейским патентом N 0400652 от 31.05.90 г.

Принтер содержит бумагоподающее устройство, каретку, совершающую возвратно-поступательное движение вдоль бумажного носителя, и смонтированную на каретке струйную съемную головку с запасом чернил. Головка выполнена в виде автономного узла, имеющего электронный блок, в котором занесена информация о взаимном расположении рисующих сопел в головке, которые используются управляющей программой ПЭВМ при выводе информации из ПЭВМ на принтер.

Процесс рисования осуществляется путем подвода энергии к каждому соплу головки в виде электрического импульса, который преобразуется в тепло, достаточное для выброса порции краски из сопла. Кроме того, в принтере используется система синхронизации положения головки относительно носителя и отображаемой информации.

В принципиальном плане все принтеры работают по этой схеме, отличаясь только способом нанесения изображения (либо теплом, либо гидроударом, либо порцией воздуха и т.д.).

Все основные элементы подобных принтеров присутствуют в устройстве, защищенном патентом США N 4999651 от 5.12.91 г. (аналог). В многокрасочном самописце емкости для красок расположены на общей каретке, осуществляющей возвратно-поступательное движение. Имеются также промежуточные рабочие емкости, в которых уровень краски поддерживается практически постоянным, что обеспечивает наилучшее качество воспроизводимых изображений. Кроме того, в устройстве предусмотрен электронный блок, который содержит в своей памяти воспроизводимое изображение и управляет режимами работы устройства.

Наличие промежуточного блока для хранения вводимой информации позволяет разделить во времени получение изображения в ПЭВМ (например, путем сканирования фотоизображений и их дальнейшего редактирования либо получение изображений методами машинной графики и т.д.) и их перенос на носитель. Кроме того, объем хранимой в устройстве информации зависит только от его собственных возможностей и никак не связан с ПЭВМ, что позволяет свободно использовать это устройство в сетевых системах.

Наличие емкостей для красок непосредственно на каретке упрощает конструкцию устройства, обеспечивает в то же время возможность получения большего объема графического материала без частой перезаправки устройства. Как уже отмечалось выше, наличие промежуточной расходной емкости обеспечивает постоянный уровень краски, что способствует эффективной работе струйных элементов и высокому качеству воспроизводимых изображений.

В качестве прототипа выбрано устройство, защищенное патентом США N 5376957 от 27.12.94 г. Устройство предназначено для получения прямого изображения на одной стороне листа и зеркального - на другой стороне, что позволяет получить более качественное изображение на полупрозрачном материале. Для этого оно снабжено краскопитающим механизмом с двумя каретками, расположенными с противоположных сторон носителя. Управление работой устройства и, в частности, кареток и головок осуществляется с помощью блока управления и хранения формируемых прямого и зеркального изображений. Следующие основные моменты, защищенные патентом, представлены ниже:
1. С помощью сканера информация вводится в компьютер, который редактирует изображение и кодирует плотность печати каждого цвета в виде импульсов электрического тока различной ширины, которые управляют электрическими клапанами форсунок струйных головок каждого цвета, находящихся на струйном устройстве печати. Таким образом, плотность каждого цвета определяется шириной импульса, генерируемого ПЭВМ.

2. Особенности работы струйных элементов головок заключаются в том, что воздушный поток, поступающий в рабочее сопло струйного элемента, состоит из двух потоков: один - непрерывный, создающий постоянный поддув в сопле, который обеспечивает незасыхание краски в подводящем канале и препятствует образованию паразитных капель на конце этого канала, и второй - управляемый с помощью воздушного клапана, который открывает дополнительный поток воздуха, обеспечивающий подвод краски на носитель в соответствии с шириной управляющих импульсов.

3. Для обеспечения надежного прилипания, высыхания и исключения смазывания краски носитель подогревается спиральными нагревателями, которые установлены ниже и выше кареток по ходу подачи носителя.

4. На каретках также размещены губки, которые протирают носитель перед нанесением на него краски, что обеспечивает удаление посторонних загрязнений и также улучшает нанесение краски на носитель.

К недостаткам указанных конструкций следует отнести наличие "хвостов" у каждой движущейся каретки, которые состоят из множества электрических кабелей управления клапанами головок и трубок подвода красок. Этот "хвост" увеличивается по мере роста ширины носителя, вдоль которого перемещается каретка, и этот "хвост" приходится перемещать вместе с кареткой, что создает множество технологических сложностей и снижает надежность работы устройства.

Возвратно-поступательное движение кареток предполагает разгон до номинальной скорости, торможение и остановку за каждый рабочий цикл, что снижает производительность устройства и требует повышенной мощности приводных механизмов и соответствующих демпферов для торможения. Кроме того, при горизонтальном расположении головок различных цветов слева направо и справа налево последовательность нанесения основных цветов нарушается, что приводит к "полосатости" (по оттенку) получаемых изображений. Устройство имеет также недостатки, связанные с возможностью получения двухсторонних изображений. В частности, при получении прямого и зеркального изображений использованы различные головки, расположенные на разных каретках. Обеспечить их полную идентичность в работе невозможно. Поэтому при получении двухсторонних изображений неизбежны искажения в цветопередаче получаемых изображений, что отражается на качестве продукции.

Таким образом, задачи, решаемые в изобретении, состоят в следующем:
- ликвидация "хвостов", соединяющих каретку с системами подачи сигналов управления, воздуха и красок;
- обеспечение последовательного нанесения основных цветов;
- устранение цветовых искажений при двухсторонней печати на полупрозрачном носителе;
- обеспечение точного нанесения красок на носитель;
- возможность односторонней печати сразу на двух носителях.

Для достижения указанных выше технических результатов предлагается конструкция многокрасочного крупноформатного струйного принтера, включающая систему подачи носителя, краскопитающий механизм, перемещаемый по замкнутому рельсу-направляющей относительно носителя, что позволяет головкам объезжать носитель с двух сторон, и блок управления принтера. Валы в системе подачи носителя расположены в вертикальной плоскости, причем сверху и снизу от подающего вала, снабженного реверсивным двигателем, расположены натяжные валы, соединенные с реверсивными двигателями посредством магнитных муфт. Краскопитающий механизм, перемещаемый по выполненному замкнутым рельсу - направляющей, снабжен, по крайней мере, одной кареткой с щетками для подвода электроэнергии, с ресивером, заполняемым воздухом от внешнего источника посредством быстроразъемного замка, с контроллером, оснащенным радиоприемопередатчиком, и с оптическим датчиком, электрически связанным с контроллером. Рельс-направляющая снабжен шинами для подвода электроэнергии и штриховой линейкой точного позиционирования каретки. При этом между расположенными на каретке и имеющими датчик уровня заправочными емкостями и быстроразъемными замками системы дозаправки этих емкостей установлены электрические клапаны, связанные с блоком управления принтером. Быстроразъемные замки расположены в местах разворота рельс-направляющей. Для увеличения производительности таких кареток может быть две и более. Каретки двигаются с постоянной скоростью, что снижает мощность приводных механизмов и не требует демпферов, так как движение кареток происходит в одном направлении (например, по движению часовой стрелки), снимается вопрос о "полосатости" получаемых изображений, и цветовая палитра прямых и зеркальных изображений также одинакова. При этом обеспечивается полная автономность каретки при ее движении вдоль рабочих участков носителей.

Принтер может иметь вторую независимую от первой систему подачи носителя, причем обе параллельно расположенные системы носителей охватываются замкнутым рельсом-направляющей. Таким образом, можно получить изображение одновременно на двух носителях, находящихся внутри замкнутого рельса-направляющей, что значительно расширяет потребительские свойства устройства и повышает его производительность.

Фигуры 1, 2, 3, 4, 5 иллюстрируют конструкцию устройства:
фиг.1 - общая схема устройства с одной системой подачи носителя;
фиг.2 - схема взаимного расположения рельс-направляющей, шин и носителя;
фиг.3 - схема размещения основных узлов краскопитающего механизма;
фиг.4 - схема расположения быстроразъемных соединений в устройстве;
фиг.5 - общая схема устройства с двумя системами подачи носителей.

Устройство состоит (см. фиг. 1) из станины (1), роликов подачи носителя (2), натяжных валов (3), подающего вала (4), направляющих роликов (5), прижимных роликов (6), приемного вала (7), каретки (8), рельса-направляющей (9). Натяжные валы носителя соединены с редукторами (11) и реверсивными электродвигателями (10) посредством магнитных муфт (12). Валы приема и подачи носителя соединены с приводными реверсивными электродвигателями через редукторы (на фиг. 1 не показано). Каретка (8) (см. фиг.2) размещена на замкнутом рельсе- направляющей (9), к которому с помощью опор (13), сделанных из неэлектропроводного материала, прикреплены медные шины (14), к которым подведен электрический ток. Посредством щеток (15) электрический ток подается на блок питания каретки (на фиг. не показано) и иные энергопотребляющие устройства. Краскопитающий механизм представлен на фиг. 3. На каретке (8) размещены электропривод (16) для обеспечения ее перемещения, ресивер (17) хранения воздуха высокого давления для обеспечения работы струйных элементов, блок головок (18) со струйными элементами и заправочными емкостями для хранения красок (19) с датчиками уровня (на фиг. 3 не показаны), блок управления электроприводом (20), электронный контроллер (21) для связи по радиоканалу с блоком управления (на фиг. не показано) и обеспечения работы всех узлов каретки в процессе вывода изображений, оптический датчик (22) для позиционирования каретки относительно носителя по штриховой линейке (23), расположенной на рельсе-направляющей, щеткодержатель (24) с щетками (15) подачи электроэнергии на каретку. На фиг.4 показаны схемы расположения быстроразъемных соединений, используемых для дозаправки кареток воздухом и красками. Система дозаправки воздухом включает трубопровод (25), подводящий штуцер (26) с подвижным наконечником (27), сидящим на штуцере и имеющим возможность вращения на нем, водило (28), на котором закреплен быстроразъемный замок (29) для стыковки и расстыковки с трубопроводом (30) заправки ресивера каретки. В исходном положении водило (28) удерживается пружиной (31), закрепленной на подвижном наконечнике (27). Система дозаправки красками устроена подобным образом, только на водиле (32) установлены электроклапаны (33) заправки краской, соединенные с заправочными емкостями для красок (19). Быстроразъемные замки (34) прикреплены к нижней (выходной) части электроклапанов (33) и во время дозаправки находятся напротив горловин заправочных емкостей (19) и блока головок с емкостями для красок (18), которые размещены на каретке (8).

Устройство работает следующим образом.

По командам от блока управления устройства подающий вал (4) перемещает носитель на один рабочий шаг, равный ширине выводимой строки изображения. При положении каретки (8) в процессе ее равномерного движения в нерабочих зонах устройства (зоны I и II см. фиг.2) осуществляется дозаправка кареток воздухом и красками а также передается по радиоканалу информация, которая должна быть отображена на носителе. При попадании в процессе движения каретки в рабочую зону контроллер (21), размещенный на каретке, осуществляет автономное управление процессом вывода информации (в данном случае работой струйных элементов) на носитель. При выходе из рабочей зоны блок управления устройством определяет состояние устройства, осуществляет управление работой систем дозаправок воздухом и красками, осуществляет перемещение носителей, производит дополнительные служебные действия, определяет работоспособность устройства, тестирует отдельные блоки, выводит сообщение оператору на систему отображения и осуществляет последующий цикл работы.

При наличии одного носителя устройство в соответствии с описанным алгоритмом осуществляет построение изображений с двух сторон, как с помощью одной каретки, так с помощью двух и более, а при наличии двух независимых систем подачи носителей, устройство осуществляет построение изображений на двух носителях. На фиг. 5 показана общая схема устройства с двумя системами подачи носителя и двумя каретками. Таким образом, при реализации данного изобретения улучшается качество выпускаемой продукции (т.е. качество изображения) и увеличивается производительность не менее, чем в два раза.

Принтер содержит систему подачи носителя, краскопитающий механизм, перемещаемый относительно носителя по замкнутому рельсу-направляющей с шинами для подвода электроэнергии и штриховой линейкой точного позиционирования, и блок управления принтера. Валы в системе подачи носителя расположены в вертикальной плоскости, причем сверху и снизу от подающего вала, снабженного реверсивным двигателем, расположены натяжные валы, соединенные с реверсивными двигателями посредством магнитных муфт. Краскопитающий механизм снабжен по крайней мере одной кареткой с щетками для подвода электроэнергии, с ресивером, заполняемым воздухом посредством быстроразъемного замка, с контроллером, оснащенным радиоприемопередатчиком, и с оптическим датчиком, электрически связанным с контроллером. Между расположенными на каретке и имеющими датчик уровня заправочными емкостями для красок и быстроразъемными замками системы дозаправки емкостей красок установлены электрические клапаны, связанные с блоком управления принтера. Причем быстроразъемные замки расположены в местах разворота рельса-направляющей. Изобретение позволяет повысить надежность в работе принтера, повысить качество и обеспечивает возможность односторонней печати сразу на двух носителях. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Многокрасочный крупноформатный струйный принтер, включающий систему подачи носителя, краскопитающий механизм, перемещаемый по рельсу-направляющей относительно носителя, и блок управления принтера, отличающийся тем, что валы в системе подачи носителя расположены в вертикальной плоскости, причем сверху и снизу от подающего вала, снабженного реверсивным двигателем, расположены натяжные валы, соединенные с реверсивными двигателями посредством магнитных муфт, при этом краскопитающий механизм, перемещаемый по выполненному замкнутым рельсу-направляющей, снабжен по крайней мере одной кареткой с щетками для подвода электроэнергии, с ресивером, заполняемым воздухом посредством быстроразъемного замка, с контроллером, оснащенным радиоприемопередатчиком, и с оптическим датчиком, электрически связанным с контроллером, при этом рельс-направляющая снабжен шинами для подвода электроэнергии и штриховой линейкой точного позиционирования каретки, причем между расположенными на каретке и имеющими датчик уровня заправочными емкостями для красок и быстроразъемными замками системы дозаправки емкостей красок установлены электрические клапаны, связанные с блоком управления принтера, а быстроразъемные замки расположены в местах разворота рельса-направляющей. 2. Принтер по п.1, отличающийся тем, что он имеет вторую, не зависимую от первой, систему подачи носителя, причем обе параллельно расположенные системы подачи носителей охватываются замкнутым рельсом-направляющей.