一种墨盒及墨盒控制系统的制作方法

本实用新型属于打印机构件及控制技术领域，尤其涉及一种墨盒及墨盒控制系统。

背景技术：

随着印刷电子技术的不断进步，以液态金属为代表的导电流体应运而生，使得打印导线制作液态金属柔性电子电路成为了可能，不仅变革了以往传统的PCB硬制电子电路制造模式，还极大地降低了电子电路制造时间和成本。液态金属打印技术在柔性电路、PCB印制电路板、天线等电子器件的快速制造上有着得天独厚的优势，具有十分广阔的应用前景。

一方面，现有的墨盒控制主要是利用空气作为墨盒内的负压控制气体，在负压的作用下保持墨盒内液态金属墨水的稳定出墨，但由于液态金属极易与空气发生氧化反应，从而产生氧化物杂质，不仅消耗了正常的墨水含量，也会对墨水的出墨效率和印制效果产生一定程度的影响；尤其在墨盒产生晃动时，会导致液态金属与空气之间的接触面，从而导致过多的氧化物的形成，加剧了墨水的变质，容易形成出墨阻塞。

另一方面，目前的液态金属打印机的出墨控制主要是利用液态金属的自重与负压结合的方式实现对出墨量的控制，开始时由于墨水高度为初始状态，在负压的作用下保持预定的出墨量，但随着墨水减小，墨水腔内的负压值将不断增大，使墨盒的出墨量无法继续维持期望状态，导致出墨量降低甚至发生断墨问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的一个目的是提出一种墨盒,以解决现有技术中墨盒内的墨水易氧化和出墨不稳定的问题。

在一些说明性实施例中，所述墨盒，包括：壳体，所述壳体的内部具有容纳墨水的储液腔室；所述储液腔室包括底部连通的第一腔室和第二腔室；所述第一腔室内设有隔离件，将所述第一腔室分隔成第一气压腔和储液腔，所述第一气压腔和所述储液腔通过所述隔离件在所述第一腔室内的变形或位移平衡两个腔内的压力；所述第二腔室的上部具有用以维持第二腔室内液位高度的第二气压腔。

在一些可选地实施例中，所述隔离件为与墨水液面贴合的弹性隔氧件；所述第一腔室内具有固定所述弹性隔氧件的装配结构，所述弹性隔氧件的边缘固定在所述装配结构上。

在一些可选地实施例中，所述隔离件为与墨水液面贴合的活塞体；所述活塞体与所述第一腔室的内壁形成间隙配合。

在一些可选地实施例中，所述隔离件为与墨水液面贴合的一个或多个活塞体；所述第一腔室的中部设置有挡板结构，所述挡板结构将所述第一腔室的中部分隔成与所述活塞体的数量对应的隔断间；所述隔断间的两端开口，分别与所述第一腔室被所述挡板结构分隔的两端连通；其中，一个或多个所述活塞体与相应的隔断间的内壁之间形成间隙配合。

在一些可选地实施例中，所述墨盒，还包括：限制所述活塞体在相应的隔断间中位移距离的限位结构。

在一些可选地实施例中，所述隔断间两端开口中任意一个与其相邻并相对的所述第一腔室的内壁之间的距离小于所述活塞体的厚度，由所述隔断间两端开口的端部构成所述活塞体的限位结构。

在一些可选地实施例中，所述壳体上设有与所述第一气压腔连通的第一气口，以及与所述储液腔室连通的液口；其中，所述第一气口位于液位之上，所述液口位于液位之下

在一些可选地实施例中，所述壳体上设有与所述第一腔室的储液腔连通的注液口，所述注液口位于液位之上。

在一些可选地实施例中，所述壳体上设有与所述第二腔室的第二气压腔连通的第二气口。

在一些可选地实施例中，所述壳体上的液口连接有打印头。

本实用新型提供了一种墨盒，该墨盒通过第二腔室内形成的封闭的第二气压腔，可以利用第二气压腔内的气压维持第二腔室内墨水液位的基本稳定，进而避免液口处的液压产生巨大变化，影响出墨的问题；另一方面，通过对设置可变形/可位移的隔离件分隔第一气压腔和储液腔，可以有效的阻止墨水与气体的接触，防止墨水发生变质的现象。

另一方面，本实用新型另一目的在于提出一种墨盒控制系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

在一些说明性实施例中，所述墨盒控制系统，包括：上述任一项所述的墨盒、以及压力传感器和气控系统；所述压力传感器，位于所述墨盒的储液腔室内，用以检测所述储液腔室内的压力值；所述气控系统向外提供控制气压的输出端与所述墨盒的第一气口连通，用以调控所述储液腔室内的气压值；所述压力传感器、气控系统和预设压力值共同构成所述墨盒的压力闭环控制。

本实用新型提出了一种墨盒控制系统，该墨盒控制系统具有上述墨盒，使控制系统具有墨盒的各向优势，并且通过由压力传感器、气控系统和预设压力值形成的腔内压力闭环控制，可以精确的维持墨盒出墨量始终恒定的状态。

附图说明

图1是本实用新型实施例中墨盒灌注前的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中墨盒灌注后的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中墨盒的结构示意图二；

图4是本实用新型实施例中墨盒的结构示意图三；

图5是本实用新型实施例中墨盒的结构示意图四；

图6是本实用新型实施例中墨盒的结构示意图五；

图7是本实用新型实施例中墨盒的结构示意图六；

图8是本实用新型实施例中挡板结构的结构示意图一；

图9是本实用新型实施例中挡板结构的结构示意图二；

图10是本实用新型实施例中的墨盒控制系统的结构示意图一；

图11是本实用新型实施例中的墨盒控制系统出墨前的结构示意图；

图12是本实用新型实施例中的墨盒控制系统出墨后的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本实用新型实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本实用新型提出了一种墨盒，具体地，如图1-2所示，图1为本实用新型实施例中的墨盒灌墨前的结构示意图；图2为本实用新型实施例中的墨盒灌墨后的结构示意图；100包括壳体101，所述壳体101的内部具有用以容纳墨水300的储液腔室102，储液腔室102包括底部连通的第一腔室103和第二腔室104；第一腔室103内设有隔离件105，隔离件105将第一腔室103分隔成第一气压腔106和储液腔107，第一气压腔106和储液腔107通过隔离件105在第一腔室103内的变形或位移平衡第一气压腔106和储液腔107之间的压力关系；第二腔室104的上部具有用以维持第二腔室104内液位高度的第二气压腔108；除此之外，壳体101上设有与第一气压腔106连通的第一气口109，以及与储液腔室102连通的液口110；其中，第一气口109位于液位之上，液口110位于液位之下。优选地，第一腔室103的容积大于第二腔室104的容积。

如图3，该实施例中壳体101可以是由上下两部分壳体拼接组装而成，上壳体101a和下壳体101b可以根据需要分离或组合，其中，壳体101的可拆卸结构有利于位于壳体101内的一些结构的装配，例如隔离件105。在另一些实施例中，壳体101也可以采用左右组合结构，又或者是对称或非对称组合结构、又或者2部分或2部分以上的多部分组合结构。在一些实施例中，壳体101的可拆卸结构也可以用于墨水的灌墨。

优选地，该实施例中壳体101可以是由上下两部分壳体拼接组装而成，其中结合处位于壳体101的中上部，该结构使下壳体的容腔更大，更便于墨水的储存，上壳体可作为下壳体的封盖使用。

如图1-3，本实用新型实施例中的隔离件105可以采用水平设置于第一腔室103中，隔离件105的变形/位移方向为竖直方向；如图4，隔离件105也可以采用竖直设置于第一腔室103中，隔离件105的变形/位移方向为水平方向。除此之外，隔离件105亦可以采用与水平或竖直方向呈一定角度的斜线设置在第一腔室103中。

壳体101上的第一气口109用以连接气控系统的输出端，从而使壳体101内的第一气压腔106的气压收到气控系统200的控制。

壳体101上的液口110可作为墨盒的出墨口，位于储液腔室102内的墨水300可以通过液口110向外流出；在一些实施例中，液口110还可以作为灌墨时的墨盒的进墨口使用，实现从下至上的灌墨操作，该方式有利于减小墨水与墨盒内气体接触面积。其中，灌墨的过程中墨盒内原有气体可通过壳体101的开盖或壳体101上的开口结构排出。

以墨水300采用液态金属为例，液态金属自液口110进入储液腔室102的底部，此时进入储液腔室102内的液态金属的液面会与腔室102内的原有的气体接触，形成极薄的一层氧化膜，该氧化膜可以阻止液态金属与气体进一步接触，然后随着液态金属的注入量的增加，在不产生较大晃动的情况下，氧化膜会随着液态金属液面的上升而升高，直至达到指定的墨水液位。

优选地，第一气口109设于壳体101的顶面上，液口110设于壳体101的底面上，以满足灌墨时提升墨水300的最高液位，以及出墨时墨水300尽可能完全的排出的需求。

在一些实施例中，液口110可以直接连接打印机的打印头400，或者通过管路连接打印机的打印头400。在一些实施例中，打印头400可采用直写打印头、喷涂打印头等。优选地，打印头400采用直写打印头，由笔管和笔尖构成。

如图5，在一些实施例中，壳体101上设有与第一腔室103的储液腔107连通的注液口111，注液口111位于液位之上。可通过注液口111完成灌墨操作，过程中也可以通过注液口排出腔室内的气体。

在一些实施例中，壳体101上设有与第二腔室104的第二气压腔108连通的第二气口112。第二腔室104在墨盒灌墨时可通过第二气口112排出其内气体，便于使处于第二腔室104内的墨水与第一腔室103内的墨水齐平。

本实用新型实施例中阐述的壳体上的气口、液口、注液口等开口结构，可通过电磁阀的结构实现开合、也可以通过传统密封方式(如设置密封盖、密封帽等)。上述开口结构的可根据实际需求控制各开口结构的开合状态，以满足如排气、封闭、注液、出液的需要。

参照图6，在一些实施例中，隔离件105为与墨水液面贴合的弹性隔氧件；相应的，第一腔室103内具有固定弹性隔氧件的装配结构113，弹性隔氧件的边缘固定在装配结构113上。其中，装配结构113可包括：开设于第一腔室103的内壁内的卡槽结构，隔离件105的边缘与卡槽之间形成过盈配合的卡持固定。在一些实施例中，还可以挤压、插件插装等方式对卡持结构的加固。装配结构113还可包括：隔离储液腔室102内某些区域的隔板，防止隔离件105的变形影响该区域(例如注液口111)的结构。具体的，隔离件105可采用由弹性非透气的高分子材料制作的薄膜。

在出墨的过程中，第一腔室103内的储液腔107内的液位下降，导致储液腔107内的负压增大，此时隔离件105由于自身良好的弹性性能，会在压力的趋势下贴合着储液腔107内的液面向下变形，以此平衡第一气压腔106和储液腔107之间的压力差。

如图7，在一些实施例中，隔离件105为与墨水液面贴合的活塞体，所述活塞体与所述第一腔室的内壁形成间隙配合。该实施例中活塞体的数量为1个，与第一腔室的横截面的形状对应。在另一些实施例中，所述隔离件105为与墨水液面贴合的一个或多个活塞体；第一腔室103的中部设置有挡板结构114，挡板结构114将第一腔室103的中部分隔成与活塞体的数量对应的隔断间115；隔断间115的两端开口，分别与第一腔室103被挡板结构114分隔的两端连通；其中，一个或多个活塞体与相应的隔断间的内壁之间形成间隙配合。该实施例可通过多个活塞体共同形成第一腔室103内的可位移结构，相比采用一整块大活塞体而言，避免在墨水晃动时以产生偏移导致侧翻的问题。

在一些实施例中，所述墨盒，还包括：限制所述活塞体在相应的隔断间115中位移距离的限位结构。该限位结构可以采用设于隔断间115两端开口处设置针状、板状、网状的限位结构，以起到对活塞体的阻挡作用，以及允许液体/气体通过。优选地，隔断间115两端开口中任意一个与其相邻并相对的第一腔室103的内壁之间的距离小于活塞体的厚度，由隔断间115两端开口的端部构成所述活塞体的限位结构。

如图8-9，在一些实施例中，挡板结构114可通过自身结构形成隔断间115，也可与第一腔室103的内壁形成配合共同形成隔断间115，又或者两者并存的结构。

本实用新型提供的墨盒通过第二腔室内形成的封闭的第二气压腔，可以利用第二气压腔内的气压维持第二腔室内墨水液位的基本稳定，进而避免液口处的液压产生巨大变化，影响出墨的问题；另一方面，通过对设置可变形/可位移的隔离件分隔第一气压腔和储液腔，可以有效的阻止墨水与气体的接触，防止墨水发生变质的现象。

本实用新型基于上述实施例中的墨盒，还提出了一种墨盒控制系统，具体地，如图10，图10为本实用新型实施例中墨盒控制系统的结构示意图。该墨盒控制系统，包括：上述任一项所述的墨盒100、以及压力传感器500和气控系统200；其中，压力传感器500设于墨盒100的储液腔室102内，用以检测储液腔室102内的压力值；气控系统200向外提供控制气压的输出端与墨盒100的第一气口109连通，用以通过第一气口109调控储液腔室102内的气压值；优选地，压力传感器500、气控系统200和预设压力值共同构成所述墨盒的压力闭环控制。

压力传感器500可以采用液压传感器，设于墨水的液位下的固定位置，预设压力值为经过试验验证在出墨良好的状态下该位置的液压值；优选地，所述压力传感器500设于墨水的最低液位，如液口上。压力传感器500也可以采用气压传感器，可设于第一气压腔106或第二气压腔108的某一位置，而预设压力值为经过试验验证在出墨良好的状态下气压腔内的气压值；优选地，气压传感器可设于第二气压腔108上的第二气口112上，在灌墨完成后形成对第二气压腔108的封闭。

该气控系统200，可以向第一气压腔106内提供正压、负压、以及泄压的控制。气控系统200，包括：气体管路201；负压部件202，通过第一电磁阀203与所述气体管路201连通；正压部件204，通过第二电磁阀205与所述气体管路201连通；泄压部件206，通过第三电磁阀207与所述气体管路201连通；所述气体管路201的一端作为所述气控系统200对外输出控制气压的输出端，连接在所述墨盒100的第一气口109上。

负压部件202用以输出负压，可采用负压气泵；正压部件204用以输出正压，可采用正压气泵；泄压部件用以利用外界气压平衡气压腔108内的气压，可采用节流消声阀。

在一些实施例中，气控系统200还可包括连通气体管路201的稳压腔208，用以防止气压控制系统200、以及与气压控制系统200连通的墨盒100中产生气流扰动，起到缓冲的作用。

如图11，在初始状态下，P2＝P3+ρgh，P2为液口处的液压，P3为储液腔室内整体的气压，ρ为墨水的密度，g为重力加速度，h为第二腔室内的液位高度，此时P3被气控系统维持在P0，P0为预设气压值。

如图12，在墨盒控制系统工作时，随着墨水的不断消耗，储液腔内的墨水液位逐渐下降，此时储液腔内的负压增大，该变化会使隔离件向下产生变形/位移，以平衡两个腔体内的压力，而第二腔室在压力平衡的趋势下，第二腔室内的墨水液位会存在少量下降，从而使第二腔室上部的第二气压腔的负压增大，直至第一气压腔和第二气压腔的压力负压相等。此时位于第二气压腔上的气压传感器检测当前的气压值，并反馈至气控系统，气控系统通过泄压的方式腔室内的气压值调控回预设气压值，此时第二腔室内由于第一气压腔内的气压恢复，使墨水液位重新回到初始液位，此时P2＝P3+ρgh，由于P3被调整回P0，因此P3维持不变，h重新回到其初始液位也没变，ρ、g为恒定值，因此液口处P2的压力维持恒定。

基于上述推导，打印头的笔尖处的出墨压力同样被维持在良好状态。

本实用新型提出了一种墨盒控制系统，该墨盒控制系统具有上述墨盒，使控制系统具有墨盒的各向优势，并且通过由压力传感器、气控系统和预设压力值形成的腔内压力闭环控制，可以精确的维持墨盒出墨量始终恒定的状态。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。