用于打印墨盒的过滤器的制作方法

专利名称：用于打印墨盒的过滤器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及打印机，具体的，涉及用于打印机的打印墨盒。更具体的，本发明涉及用于打印墨盒的过滤器。
背景技术：
喷墨打印机通过经由打印墨盒的喷嘴将墨水喷至打印介质上来进行打印。墨水源可容纳在墨盒内或者位于远端，用于向喷嘴供墨。由于喷嘴通常具有相对较小的流通区域，因此，颗粒物质会堵塞喷嘴，从而破坏或者降低打印性能。如墨盒内或者独立墨水源内的那些暴露于墨水的表面是常见的破坏性颗粒物质的来源。
过去，人们将金属网过滤器插在墨水源与打印墨盒的喷嘴之间，以阻止任何颗粒到达喷嘴。不幸的是，金属网过滤器自身也易于携带并释放颗粒物质，而这些颗粒物质将堵塞喷嘴。此外，采用金属网过滤器会减少可使用的墨水种类，因为一些理想的墨水会高度腐蚀该金属网过滤器。再者，许多过去的过滤器在一定压降范围内不能获得所需要的过滤效率。
因此，就需要这样一种过滤器，其在较宽的压降范围内都具有高过滤效率。另外，需要一种可抵抗高腐蚀性化学物品的干净过滤器。
发明概述本发明提供一种用于喷墨打印墨盒的过滤器，该打印墨盒具有用于分配来自墨水源的墨水的喷嘴。该过滤器由聚合材料形成，并构造成阻止墨水源与打印墨盒中的颗粒通过打印喷嘴。该聚合过滤器材料在载体中叠模压，该载体构造成被插入到在墨水源与喷嘴之间的打印墨盒。
附图的简要说明

图1是一种示范性打印机的立体图，该打印机适合用于依照本发明一实施例的打印系统；图2是打印墨盒的立体图，该打印墨盒适合用于依照本发明一实施例的打印系统；图3示意性地表示打印墨盒的横截面，该墨盒采用了依照本发明一实施例的过滤器；图4为例如图2所示打印墨盒的横截面视图，该墨盒采用了依照本发明一实施例的过滤器和过滤器载体；图5为依照本发明一示范性过滤器及过滤器载体的立体图；图6为沿图5中线6-6的、依照本发明一示范性过滤器及过滤器载体的横截面视图；图7是依照本发明的过滤元件的放大截面图。
具体实施例方式
本发明提供一种用在打印机内的聚合物过滤器。该聚合物过滤器被置于喷墨打印机的墨流通道内，可用于例如减少或者消除墨水内的颗粒物质，该墨水用于机械打印。
图1表示了一种示范性的打印机10，该打印机10适合用于依照本发明一实施例的打印系统。如所示，打印机10包括用于支承打印介质14例如可以是一张纸的托盘12。打印机10还包括具有一个或多个墨水容器30的墨水源16，该一个或多个墨水容器30经由例如软管28向一个或多个打印墨盒18供墨。选择性地，每个打印墨盒18可采用一个或多个随之携带的墨槽(未表示)，而不是如30所示的远端墨水容器。优选的，这些随之携带的墨槽可再填充墨，从而可延长打印墨盒的使用时间。此外，打印墨盒18可永久地或者可拆卸地安装在滑架22上。
滑架22可以为任何传统的类型，并可采用一编码带32。滑架22上的一光电探测器(未表示)可光探测该编码带32以精确地定位滑架。可采用一步进马达(未表示)来移动滑架。利用传动带，螺杆传动，或者其它适当的机构使该步进马达与滑架22连接。
当启动打印操作时，将打印介质14送入打印机10的打印区域20。一旦该打印介质14正确定位后，滑架22就在例如滑动杆24上往返横动打印介质14，这样，一个或多个打印墨盒就将墨水喷射到正确位置的打印介质上。接着，利用例如传统的步进马达和输纸辊26增量地移动打印介质14，然后滑架22再次往返横动打印介质，使一个或多个打印墨盒将墨水喷射到打印介质上的新位置。重复该过程，直至完成打印操作，此时就可将打印介质移离打印区域20。
图2表示一种示范性打印墨盒18的外部。如所示，该打印墨盒18包括形成墨室36的主体34。图3示意性地表示了打印墨盒18的横截面。如所示，墨室36通常终止于一个或多个喷嘴44。在一些实施例中，打印墨盒可包括多排偏置的喷嘴，尽管为了简化没有表示这种布置。
一旦启动打印操作，打印墨盒18与打印机10之间的例如电连接就产生信号。该信号被传送给一组喷墨元件(未表示)，从而预热墨室36内一薄层的墨水以产生爆炸性的汽化，结果经由喷嘴44喷出一滴墨水。也可采用其它的喷墨机构，例如压电式打印机构。上述过程可将墨水选择性地沉积在打印介质14上，以产生文字和图像。但是，由于打印墨盒的喷嘴具有相对较小的流通面积，喷嘴44易于被来自墨水源和墨盒表面的杂质颗粒所堵塞。这将危害打印过程并限制高处理能力的打印。
为防止堵塞，可将过滤元件54置于墨水源和打印喷嘴之间的墨流通道内。采用该过滤器可阻止颗粒物质到达并堵塞打印墨盒的喷嘴。
优选的，将过滤元件54装在过滤器载体56内，该过滤器载体56装配在打印墨盒的主体34内侧。该过滤器载体用于为过滤材料提供额外的构架，并提供过滤器和墨盒主体之间的牢固密封，这样打印墨盒内的任何墨都必须穿过该过滤器，然后才能输送给喷嘴44。
在这个实施例中，包括过滤元件和过滤器载体的过滤装置被压配合在打印墨盒主体内。由于载体上的密封部件60与打印墨盒18的内侧静配合，就在载体与打印墨盒主体壁之间建立一种密封，如下所述。
如图4所示，过滤器载体56可围绕着过滤元件54叠模压(over-molded)或者夹物模压。如所示，在这个实施例中，过滤器载体56可包括载体凸缘60，当该凸缘60接触墨盒主体34的壁62以形成一种密封后，该凸缘60向内弯曲。在这种构造中，过滤器载体56可被搁在平台64上。竖管66可如图所示敞开着，或者可提供一种类似于槽的部件以流通墨(未表示)。
图5、6和7也表示了本发明过滤器的一种示范性实施例。图5是过滤器及过滤器载体的立体图；图6为沿图5中线6-6的过滤器及过滤器载体的横截面视图；以及图7是过滤元件的放大截面图。优选地如图5所示，过滤器载体56包括用以将载体保持在打印墨盒内的弹性凸缘60，以及可包括一个或多个加强和加固件68。尽管图示的过滤器载体56为矩形，但该过滤器载体还可为其它形状，例如圆形。
如图6所示，最好将载体56叠模压在过滤元件54上。过滤材料应该具有一定的化学稳定性，从而经得起长期暴露于喷射墨水。该材料还应能抵抗暴露于高温下的变形，例如在组装墨盒时可能会有的高温，同时还应能保持其强度和弹性。一种优选的用于载体的材料为聚醚酰亚胺(PEI)树脂材料，例如由General Electric Plastics制造的商品名称为Ultem1010的树脂材料。优选地，该载体包括一弹性凸缘60，当将载体安装到墨盒内后，该弹性凸缘60形成一种紧密密封以防止墨水流向过滤器四周而不是流过过滤器。
图7是过滤元件54的放大截面图。优选的，该过滤元件包括例如以下所述的主过滤材料74，以及为过滤器提供构架和支撑的垫层72。该垫层可位于过滤材料的一侧上，或在过滤材料的两侧上；对于某些过滤材料来说，可不需要垫层。该垫层可为轻质塑料例如聚丙烯，或者其它任何适合的材料。这一点应该理解，如果采用垫层，该垫层材料抵抗墨水成分的腐蚀作用的耐受度应等于或高于所使用的主过滤材料，如以下将要详细描述的。
本发明的主过滤材料74优选为一种聚合材料。为当前的说明起见，聚合材料是由这样一种化合物制成的材料，该化合物具有高分子量且包括许多利用共价键链接在一起的结构单元。可成为结构单元的简单分子自身被称为单体。结构单元是具有两个或多个键合位的一组单体。在线型聚合中，单体连接成链状结构，因此仅需要两个键合位。当单体具有三个键合位时，就可得到非线型、或者支化聚合。(参考，The Concise Columbia Encyclopedia，Columbia University Press(1995))。
使用适当的聚合材料可提供这样的过滤器，增强过滤器的过滤效率，并使该过滤器与先前所述的金属网过滤器相比具有较高的抵抗一定墨水成分的腐蚀作用的能力。适当的聚合材料的例子为聚砜(PSU)和聚四氟乙烯(PTFE)。优选材料是例如Filterite生产的聚砜和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物。
可依据许多标准来评估过滤器，该标准涉及过滤性能以及抵抗各种条件的能力。总的来说，这些标准可用于限定哪个过滤器适合于某特定用途。这些特征包括引入部件清洁度，过滤效率，压降，化学稳定性，热稳定性，以及厚度，以下将更详细地描述这些中的每个特征。
总的来说，引入部件清洁度，过滤效率，压降以及化学稳定性是决定过滤器工作性能的较重要标准。热稳定性和厚度将依赖于所采用的特定系统，且可被改变以适应任何给定的系统。相应的，在比较各种过滤材料时，更适合于采用具有较佳的引入部件清洁度，过滤效率，压降以及化学稳定性的过滤器，即使该过滤器表现出较差的热稳定性。
通常，“引入部件清洁度”(IPC)指在使用过程中每平方厘米过滤器所放出或者“脱落”的给定尺寸的颗粒数量。在本发明中，通过测定过滤器在暴露于液体中后所脱落的6微米和更大尺寸颗粒的数量来确定过滤器的IPC。可以这样测定IPC用干净的异丙醇溶液冲洗过滤器，收集洗脱液，并利用液体颗粒计数器得到所收集洗脱液中的颗粒数量。这些颗粒可在使用过滤器之前、制造及加工过滤器的过程中就被过滤器挑出。普通金属网过滤器具有大约小于300个脱落颗粒的IPC。本发明过滤器应具有小于100个脱落颗粒的IPC，优选小于75个脱落颗粒的IPC，最好小于50个脱落颗粒的IPC。
通过测定在给定流率下过滤器从墨水中除去的给定尺寸颗粒的百分率来确定过滤器的“过滤效率”(FE)。在本发明中，通过测定在0至10毫升/分之间的流率下过滤器所除去的6微米和更大尺寸颗粒的百分率来确定过滤器的FE。普通金属网过滤器具有大约75％的FE。本发明过滤器应具有大于98％的FE，优选大于99％的FE，最好大于99.5％的FE。
通过测定当流体冲过过滤器时，过滤器任一侧上的压力变化来确定过滤器的“压降”(PD)。PD可取决于几个因素，包括流体流率，流体粘度，以及过滤器面积。为说明起见，此处所称的PD指异丙醇在5毫升/分的流率下经过一平方厘米过滤器时的压力损失。普通金属网过滤器具有大约1＂H2O的PD。本发明过滤器可具有小于1.5＂H2O的压降，优选小于1＂H2O的压降，最好小于0.5＂H2O的压降。
通过测定过滤器在长时间暴露于墨水中后是否还保持全部物理性质并仍能满足技术要求来确定过滤器的“化学稳定性”(CR)。此外，过滤器应不会将可改变墨水特性的物质浸入墨水内。简而言之，本发明过滤器在受到打印墨盒内由墨水所造成的不利环境状况时具有典型的化学惰性。这一点可以理解，可经得住较宽范围环境状况的过滤器是非常理想的，因为其可使用较宽范围的墨水成分。
为当前的说明起见，术语“腐蚀剂”用于指可化学降解各种部件的墨水材料，该部件通常为传统的墨水输送系统(特别是塑料部件)。墨水成分中的腐蚀剂可包括一种或多种有机溶剂，该有机溶剂用作墨水载体或者润湿剂，以及活性成分和其它化合物(取决于所考虑的墨水产品)。
例如，已授予Harvey等人的美国专利No.6,196,669中描述了各种墨水合成物和它们的成分。当受美国专利No.6,196,669中所述的墨水合成物作用时，即使经过较长的时间段，本发明聚合物过滤器通常保持惰性。
美国专利No.6,196,669中所述的示范性墨水合成物通常包含至少一种着色剂。该着色剂可以是黑色或者彩色染料。示范性的黑色染料列在Hindagolla的美国专利No.4,963,189中。多种彩色染料物质描述在The Society of Dyers and Colourists，Yorkshire，England(1971)发表的Color Index，Vol.4，3rd ed.中。如在美国专利No.6,196,669中所使用的，术语“着色剂”包括颜料分散剂，非水溶性着色剂(即，颜料)在与分散剂(例如，丙烯酯化合物)作用后就易于溶解。本领域技术人员都知道特定颜料可被用来制造颜料分散剂。典型的，所涉及墨水合成物中包含的着色剂应占其总重量的大约2-7％(例如，无论采用的是单着色剂，还是合成着色剂)。但是，所采用的着色剂的数量可随着需要而变化，取决于墨水合成物准备的最终用途以及墨水中的其它成分。
美国专利No.6,196,669中所描述的示范性墨水合成物还可包括墨水载体。墨水载体作为一种载色剂和其它墨水成分的主溶剂。许多不同的物质可用作墨水载体，因此，本发明并不限于任何特定用于该用途的产品。典型的墨水载体可包括与其它成分包括有机溶剂相结合的水。这些有机溶剂可包括但并不限于，2-吡咯烷酮，1，5-戊二醇，N-甲基吡咯烷酮，2-丙醇，乙氧化甘油，2-乙基-2-羟甲基-1，3-戊二醇，环己醇，和/或现有技术中已知的用于溶解和/或润湿目的其它物质。这些物质可以是挥发性的，也可如上所限定的是腐蚀性的。这些成分可用在各种化合物中。典型的，墨水成分将包含占其总重量的大约70-80％的合成墨水载体。
美国专利No.6,196,669中所描述的示范性墨水合成物还可包括许多含量不同的选择性成分。例如，可选择加入杀菌剂以防止在最终墨水产品中生长出任何微生物。适合于该目的的示范性杀菌剂包括Imperial Chemical Industries of Manchester，England出售的商标为PROXEL GXL的专利产品；Union Carbide of Danbury，Conn.(USA)出售的商标为UCARCID的专利产品；Huls America，Inc.ofPiscataway，N.J.(USA)出售的商标为NUOSEPT的专利产品。如果采用杀菌剂，最终墨水合成物中所包含的杀菌剂通常占总重量的大约0.05-0.5％，典型的占0.30wt％。
美国专利No.6,196,669中所述的另一种选择性成分可涉及一种或多种缓冲剂。如果需要或者希望的话，使用一种所选择的缓冲剂或多种(合成)缓冲剂将稳定墨水成分的pH值。墨水合成物的最佳pH值可以大约在4-9.5的范围内。适合于该目的的示范性缓冲剂包括硼砂，硼酸，以及现有技术中已知的用于控制pH值的磷酸盐缓冲材料。可根据对相关特定墨水合成物的初步试验性研究来选择任何特定的缓冲剂，和所使用的缓冲剂的量(以及大体上决定是否采用缓冲剂)。如果需要或者希望的话，墨水合成物中还可包含另外的成分(例如，表面活性剂)。
本发明聚合物过滤器通常能抵抗墨水的腐蚀作用，并可保持结构完整性，以及可在至少5年的时间里防止墨水发生化学变质。因此，过滤器54可用于使用墨水物质的打印系统，该墨水物质包含挥发性和/或腐蚀性成分包括活性剂及有机溶剂。此外，由于本发明聚合物过滤器与先前所述的金属网过滤器相比具有较高的抵抗墨水腐蚀作用的能力，因此本发明可采用许多不同的墨水合成物，从而允许将所制造的单一类型的过滤器用作较广类型的打印应用。
在本发明中，通过测定过滤器在暴露于制造过程中所需要的高温后是否仍保持全部物理性质并仍能满足以上技术要求来确定过滤器的“热稳定性”(TR)。本发明过滤器通常在80℃或80℃以下可保持热稳定性，优选在90℃或90℃以下，最好在100℃或100℃以下。
在本发明中，“厚度”指过滤介质及任何所需要的垫材料的厚度，如图7所示.这一点我们可理解，该厚度取决于其中使用过滤器的打印墨盒的设计。因此，并非对其加以限定，本发明的一种典型过滤器将具有小于0.030＂的厚度，优选小于0.020＂，最好小于0.010＂。但是，本发明也考虑使用厚度完全在上述范围之外的过滤器。
由于本发明聚合物过滤器具有高引入部件清洁度，高过滤效率，减小的压降，以及强化学稳定性，因此其不仅可过滤墨流中的颗粒，还可经受墨盒内产生的各种不利环境状况。这一点我们可理解，这些环境状况可依赖于所使用的特定墨水合成物而改变。因此，本发明提供了一种经得住较宽范围环境状况的过滤器，从而避免或减少了对于不同墨水合成物需要制造及使用不同的过滤器。
相应的，尽管已参照前述优选实施例表示及描述了本发明，但明显的是，本领域技术人员在不脱离所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下可对样式及细节作出各种改变。例如，尽管已参照适合于喷墨打印机及其相应墨盒的附图及说明书对本发明的许多特征进行了说明，但本发明过滤器适合于任何需要过滤墨水源内颗粒物质的打印系统。因此，本发明也可考虑用于其它打印机和打印墨盒。
本发明主题包括在此所公开的各种元件，部件，功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和变形。类似的，权利要求书中记述“一”或“第一”元件或者其同义词的地方，应将这些权利要求理解为包括一个或多个这种元件，既不要求也不排除包括两个或多个这种元件。应认定的是，以下权利要求书特别指出了针对一个所公开的本发明且新颖和非显而易见的确定组成及变形。由部件，功能，元件和/或特性的其它组合及变形所体现的发明可经由对本权利要求书的补正和/或本申请或相关申请中出现的新权利要求书来得以保护。无论这些补正或新权利要求书是针对不同发明还是针对相同发明，无论其范围是否与原始权利要求书不同，比原始权利要求宽、窄或者与原始权利要求相同，都被认为包含在当前公开的本发明主题内。
权利要求
1.一种用于喷墨墨盒的墨水过滤器，包括一过滤元件(54)，由聚合材料构成，构造成阻止墨水中的颗粒经过所述过滤器，所述过滤元件具有一周边；载体(56)，围绕所述过滤元件的所述周边叠模压，所述载体具有一边缘(60)，所述边缘构造成与喷墨墨盒形成紧密的流体密封。
2.如权利要求1所述的墨水过滤器，其特征在于，所述过滤元件的聚合材料包括聚砜(PSU)。
3.如权利要求1所述的墨水过滤器，其特征在于，所述过滤元件的聚合材料包括聚四氟乙烯(PTFE)。
4.如权利要求1所述的墨水过滤器，其特征在于，所述过滤元件的聚合材料包括聚砜(PSU)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物。
5.如权利要求1所述的墨水过滤器，其特征在于，所述过滤元件(54)具有两个表面，以及所述过滤元件还包括粘接至所述两表面中至少一个表面上的垫层(72)。
6.如权利要求5所述的墨水过滤器，其特征在于，所述垫层包括聚酯材料。
7.如权利要求1所述的墨水过滤器，其特征在于，所述载体由聚醚酰亚胺(PEI)树脂材料形成。
8.如权利要求1所述的墨水过滤器，其特征在于，所述载体的边缘(60)包括一弹性凸缘。
9.一种打印墨盒，包括一墨室(36)；许多喷墨喷嘴(44)，其与所述墨室流体连通；一过滤元件(54)，其由聚合材料构成，流控地设置于所述墨室与所述许多喷墨喷嘴之间，所述过滤元件被构造为可阻止墨水中的颗粒经过所述过滤器，所述过滤元件具有一周边；一载体(56)，围绕所述过滤元件的所述周边叠模压，所述载体具有一边缘(60)，所述边缘构造成与喷墨墨盒形成紧密的流体密封。
10.如权利要求9所述的打印墨盒，其特征在于，所述过滤元件的聚合材料包括聚砜(PSU)。
11.如权利要求9所述的打印墨盒，其特征在于，所述过滤元件的聚合材料包括多孔聚四氟乙烯(PTFE)。
12.如权利要求9所述的打印墨盒，其特征在于，所述过滤元件的聚合材料包括聚砜(PSU)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物。
13.如权利要求9所述的打印墨盒，其特征在于，所述过滤元件(54)具有两个表面，以及所述过滤元件还包括粘接至所述两表面中至少一个表面上的垫层(72)。
14.如权利要求13所述的打印墨盒，其特征在于，所述垫层包括聚酯材料。
15.如权利要求9所述的打印墨盒，其特征在于，所述载体由聚醚酰亚胺(PEI)树脂材料形成。
16.如权利要求9所述的打印墨盒，其特征在于，所述载体的边缘(60)包括一弹性凸缘。
全文摘要
本发明提供了一种用于喷墨打印墨盒(18)的墨水过滤器，该打印墨盒具有用于分配来自墨水源(30)的墨水的喷嘴(44)。该过滤器由聚合材料形成，并被构造为可阻止墨水源内的颗粒流过该打印墨盒。该聚合过滤材料被叠模压在一载体(56)上，该载体被构造成连接在墨水源和打印墨盒之间。
文档编号B41J2/175GK1453135SQ03128469
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月23日 优先权日2002年4月23日
发明者C·杜登赫菲尔, K·S·维贝扎恩, G·J·瓦茨 申请人:惠普公司