专利名称：用于喷墨打印头的膜盒系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨打印机，特别是用于从喷墨打印机供墨口排除空气的装置和设备。在喷墨打印头的使用期间，在墨水中产生空气或气泡，其聚积而形成大的气泡。随着气泡的形成和聚积，其容易聚积在打印头的供墨口、过滤区域和供墨通道中。如果空气或气泡的量显著增加，可能影响打印头的性能。对于可更换的打印头，空气的聚积典型地不是一个重要的问题。然而，对于长寿命的永久或半永久的有墨盒体和分离的可更换墨盒的打印头，和对于高质量，高速打印装置，空气或气泡的聚积将是一个问题。
在打印期间，在打印头墨水流动通道中的一些空气或气泡通过打印头的喷墨孔能从打印头中排除。然而，一部分空气或气泡可能通过供墨通道在墨盒体和墨盒之间的连接部分回流。空气或气泡也可以通过其他机理聚积在墨盒体和墨盒之间的供墨口。当墨水进入墨盒时，一定量的溶解的空气包含在墨水中。随着墨水在墨盒或打印头中被加热，其溶解空气的能力下降了，并且，空气或气泡从墨水中释放出来。在打印头供墨口中的空气或气泡的另一来源是来自墨盒与墨盒体的拆卸和连接。如果一个用尽的墨盒的墨水干涸，空气将充满连接墨盒与墨盒体的供墨口。即使墨盒的墨水不干涸，当每次墨盒连接到墨盒体上和/或从其上拆卸时，一定量的空气会导入供墨口。
通过喷墨启动打印头可以使空气或气泡从打印头本身排出，然而，由于墨盒的更换，在供墨口仍有一定量的空气。这些空气实际上封闭在墨盒体和墨盒之间，在墨盒与墨盒体连接的连接口中。
本发明的一个目的是提供一种从喷墨打印头中排除空气或气泡的装置和方法。
本发明的另一目的是提供一种从供墨口排出大量空气和最小量墨水的装置。
本发明的又一目的是提供一种基本自动的空气排除系统，其能通过更换墨盒而启动。
本发明提供了一种用于从喷墨头排除空气或气泡的装置，包括一连接于一墨盒的积气室，和气体入口与所述积气室流体连通，所述入口包括一隔板件用于密封所述入口，其特征在于所述积气室包括一积气装置，和一用于推压积气装置的推压元件，当墨盒连接在墨盒体上时，可将气体从墨盒体通过入口吸入积气室中。
本发明提供了一种墨盒，包括一膜盒装置，用于从一打印头的供墨口排除空气或气泡，该膜盒包括一可变容积的腔，一推拉装置用于从一初始的最小容积增加腔的容积，一空气入口与所述腔流体连通，和一密封元件用于有效地密封所述腔和入口，从而保持腔的最小初始容积。
本发明还提供了一种喷墨头，包括一墨盒体，容纳有一或多个永久或半永久的打印头，一过滤和空气排除系统连接于墨盒体与打印头流体连通，一可更换的墨盒包括一供墨口用于向打印头供墨，所述墨盒可取下地连接于所述过滤和空气排除系统，和一空气或气泡排除装置连接于所述墨盒，空气或气泡排除装置包括一真空腔，和一与真空腔流体连通的真空释放孔，真空释放孔包括一隔板件用于密封孔，其特征在于真空腔有一底部，一顶部边缘部分和侧壁部分，形成一端部打开的腔，一膜盒元件绕开口端部腔的周边连接于顶部边缘部分，和一推压装置设置在腔中位于膜盒元件和其底部之间。
本发明的空气或气泡排除系统的优点是空气或气泡排除装置的结构能根据墨盒的更换而基本自动地启动，而不需要操作者的参与。不同于加注(priming)或回压控制系统，本发明的装置适于排除空气或气泡，使只有空气和/或最少量的墨水从墨盒、墨盒体和/或供墨口中排出。加注装置典型地只从打印头和打印头本身的墨水通道中排除空气，而对从墨盒和墨盒体之间连接部分的供墨口中排除气泡无效。同样，通过增加在墨盒中的压力墨盒压力装置可以减少在墨盒本身中气泡的产生，然而，其对于墨盒干涸或当取下或安装一个新的墨盒而导入供墨口的空气或气泡的排除基本无效。
所以，本发明是对从喷墨头供墨口中排除空气或气泡的能力提供一种改进。
下面通过实施例并参照附图对本发明进行描述。
图1是组装于一个喷墨打印机的墨盒体的可取下的供墨盒的透视图；图2A是根据本发明的空气或气泡排除装置的透视的分解图；图2B，2C，2D和2E是根据本发明的可替换的空气或气泡排除装置的示意剖视图；图3是一个用于与本发明的空气或气泡排除装置相连的过滤柱和空气排除结构的透视的剖视图；图4是用于与本发明的空气或气泡排除装置相连的过滤柱和空气排除结构的透视的分解图；图5是组装于可取下的供墨盒的过滤柱和空气排除结构的剖视图，供墨盒包括一本发明的空气或气泡排除装置；图6是与一可设置的供墨盒一起使用的墨盒体的透视图。
现在参见图1，显示了可更换的墨盒10的透视图，其连接于一永久或半永久的墨盒体12。墨盒10可以容纳一单色的墨水，例如黑的、青篮的、深红的或黄的墨水，或可以容纳多色的墨水。墨盒体12的结构可以连接于一单一的墨盒10或可以扩大以固定多个墨盒10。在单色墨盒10的情况下，墨盒体12典型地容纳一单一的打印头14，其位于墨盒体12的与墨盒连接侧16相反的一侧。在多墨盒10或多色墨盒10的情况下，墨盒体12可以容纳多个打印头14，典型地是三个或四个打印头14。
在高速和高质量的打印操作中，最好墨盒体12适于从打印头排除热量。这可以通过用导热金属例如铝或锌构成墨盒体12和/或在墨盒体12上提供导热膜18完成，以通过传导和对流从打印头传导出热量。
关于墨盒10，墨盒10有一包括一手柄22的上部20，和一下部24。一积气室26最好连接于墨盒10的下部24。图2A中显示了最佳积气室26的分解图。
积气室26包括一底部28，端部30和32，侧部34和36，和顶部边缘或周边部38形成一端部打开的腔40。在腔40中设置一个推压装置42，和一个不渗透的柔性件44沿顶部周边部分连接，形成一个封闭的积气室26。
推压元件42最好是一弹性的片簧，其设置在腔40中，最好，在最初的压缩状态，其位于底部28和柔性件44之间。推压元件42的目的是根据积气室26与喷墨墨盒体的连接，在离开腔40的底部28的方向推压柔性件44，这将在下面更详细地描述。可以使用各种推压元件42，包括但不局限于螺旋弹簧和弹性合成橡胶的开孔的泡沫材料。
可用的合成橡胶泡沫材料包括但不限于未粘结的乙醚或酯类的聚胺酯泡沫和开孔的聚烯烃泡沫，这种泡沫材料例如在Day的美国专利NO.5400067中作了描述，其一并在此进行参考。
柔性件44最好由弹性薄膜材料制造，例如低密度的聚乙烯薄膜，聚丙烯薄膜，玻璃纸，乙烯树脂，和类似材料，它们可连接在腔40顶边或周边部分38。在柔性件44和腔40顶边部分之间通过在腔40周边周围熔接柔性件44的边缘和/或通过使用粘合剂形成空气密封。也可以使用其他方式例如夹环等，密封地连接柔性件，从而封闭积气室26的开口腔40。最好，柔性件44是弹性的，从而使其在最初能向腔底部推压，从而能压下推压元件42，而不会拉裂柔性件或使其过分拉伸。通过将柔性件向底部推压，使腔40的容积最初为最小。
积气室26也容纳了一气体入口46，其通过气流通道48与腔40连通。气流通道48的宽度最好为大约0.3-3mm，其高度为大约0.3-3mm，以使通过通道48移动气泡所要求的压力差最小。为了使积气室26的腔40中有最初的低于大气压的压力，通过压下柔性件44和将推压元件42向腔40的底部28压下，将空气从腔40中挤出，并用开口密封装置50密封气体入口46。一最好的开口密封装置50是一弹性隔板，其可以通过一针形装置穿透隔板，在穿透之后，能有效地密封针形装置的周围，能基本防止任何空气或气体从它们之间漏出。
通过穿透开口密封装置50，可以将空气或气体导入积气室26，从而使推压装置42向上推柔性件44，随着空气或气体从气体入口46通过通道48进入腔40，使柔性件远离腔40的底部28。随着柔性件44被向上推和离开底部28，和使腔40的容积有效地增加，推压装置42于是产生一个抽吸作用。
如图所示，在真空室26中的腔40最好是一大致细长矩形的腔40。腔40最好有0.4-6.0ml的膨胀容积。本发明不限于图2所示的积气室26或腔40或其他部件的形状，因为也可以使用其他形状的部件。例如，积气室26可以是圆柱形的，球形的，椭圆形的，或其他形状，只要腔40能有足够的容积以从墨盒和墨盒体的供墨口区域排除空气或气体。
在最初向底部28压下柔性件44和以隔板50密封气体入口46之后，整个积气室26被安装在墨盒10上，从而柔性件44的与腔相对的侧壁52与墨盒10的下部24相邻(图1)。通过夹子积气室26可取下地连接于下部24，或通过热塑性焊接技术或使用粘合剂永远地连接在墨盒10上。
在图2B-2E中以剖视图示出了其他的积气装置。在该附图中，积气装置26基本上是矩形装置，其包括一膜盒室62，有一膜盒(bellow)64和一推压元件例如弹簧66或68。膜盒64通过一气流通道70与一包含一上述隔板50或其他密封开口的装置的入口72流体连通。膜盒64最好包括一释放机构，其包括一刚性的板76，板连接于弹簧66或68，和一启动装置例如连接于板的销78。
在初始状态，销78与一启动孔80接合。当将墨盒连接于墨盒体上时，一启动释放装置被插入孔80中，从而推动销78。在图2B中，弹簧66是在压缩状态下，从而随着释放机构的启动，弹簧66向室62的另一端82推动板76，如图2C所示。在图2D中，弹簧68是在拉伸状态，所以，当释放机构启动时，通过弹簧68向端部82拉动板76，如图2E所示。一个气孔84最好设置在端部82，以使空气能随着释放机构的启动而从室62中排出。可以使用各种释放机构，以将膜盒保持在压缩状态，直到当墨盒被连接到墨盒体上而启动积气装置时。这种释放机构可以包括栓销，杆件，凸轮和类似装置，以保持在压缩状态下的弹簧66或在拉伸状态下的弹簧68。可以理解，在室62中的膜盒64可以由一球形室例如一吸气器，或一有弹性和固有记忆功能的波纹管装置代替，其足以使波纹管或吸气器从压缩状态扩张到一扩张状态，而不需要弹簧66或68。
本发明的另一重要的特征是墨水过滤和空气排除系统90，其示于图3的剖视图中。空气排除系统90与积气室26合作，以致当墨盒安装在系统90上时，密封装置50被穿透，引起抽吸作用，以随着腔40体积的扩张(图2A)或膜盒64的扩张(图2B-2E)，使空气或气泡从墨盒体中排出。
墨水过滤和空气排除系统90包括一供墨针阀组件92和一气体排除针阀组件94，其连接于一大致矩形的细长的过滤腔98上部96。过滤腔98由上部96，侧壁100，端壁102和底部104。一墨水出口106连接于底部104和与过滤腔98的过滤的墨水和气体腔108流体连通。出口106最好有倒齿或毛边110或槽，用于将过滤和空气排除系统90与墨盒体密封连接。
墨水和空气或气体通过细长的墨水针件114和连接于顶部96的墨水入口116流入过滤腔98的上部112。在上部112，通过过滤件118将墨水中的残渣和杂质除掉，从而使过滤的墨水贮存在过滤墨水和气体腔108中。因为过滤件118是倾斜的并非水平地设置在过滤腔98中，使空气或气泡积存在与气体排出针阀组件94相邻的腔98的气体贮存区域120。气体排除针阀组件94包括一细长的气体排除针件122，其通过形成在过滤腔98上部96的气体排除口124与气体贮存区域120流体连通。
图3中显示了过滤和空气排除系统90的细节，参照图4可以看到系统90的分解图。如图所示，针阀组件92和94最好基本相同。组件92和94分别包括一细长的针件114和122，其分别通过弹性密封装置例如O形环130和132可密封地连接于开口116和124。阀弹簧134和136绕细长的针件114和122设置在针件突缘138和140与弹簧推压装置142和144之间。弹簧推压装置142和144分别有圆柱形的阀146和148，有环形孔150和152，用于在其中容纳细长的针件114和144。阀引导件154和156连接于顶部96，并包含阀移动停止边缘158和160，它们可与弹簧推压装置142和144的突缘162和164接合。
在封闭状态，通过弹簧134和136将阀146和148推离顶部96，从而阀146和148覆盖细长针件114和112上的入口116和168。当墨盒10连接时，弹簧推压装置142和144向上部推压，从而压下弹簧134和136，使阀146和148下降以暴露墨水入口166，和气体出口168。随着墨盒10的取下，弹簧134和136再将阀146和148推离顶部96，从而阀再覆盖和密封墨水入口166和气体出口168。
参见图5，显示了一部分剖视的墨盒170(与墨盒10相同)，一积气室172(与积气室26相同)，和一过滤和空气排除系统174(与系统90相同)，过滤和空气排除系统174可接合地连接于墨盒170。当墨盒170和过滤和空气排除系统174连接时，供墨口176和空气和气泡排除口178分别与阀180和182接合，然后，其将弹簧推压装置184和186向过滤和空气排除装置174上部188推动。当向下推动阀180和182时，针件194和196的的墨水入口190和气体出口192分别被打开，从而通过针件194使过滤腔198与墨盒墨水出口176流体连通。同样，气体存贮区域200与空气或气泡排除口178流体连通用于空气和/或气体通过气体排出针件196流动进入积气室172。
为了使墨盒170的供墨口176与相邻于针件194的墨盒的墨水的流出形成密封，供墨口176最好包括一弹性隔板202，其与针件194密封接合。同样，空气或气泡排除口178最好包括一隔板204，用于与针件196密封接合。当墨水流入过滤腔198时，墨水被过滤通过过滤器206除掉颗粒和残渣，并且净化的墨水流入过滤的墨水部分208，用于流出供墨口210进入墨盒体。
通过将供墨口210插入体212上的孔214，可将过滤和空气排除装置174连接于墨盒体212(图6)。为了使供墨口210与孔214密封连接，一弹性垫圈，环形或O形密封圈216可以插入孔214中，或设置在供墨口210周围，使O形密封圈与供墨口210上的槽218接合，并使O形密封圈216的外表面与孔214的内表面区域222紧密邻接。O形密封圈216最好由弹性材料制造，包括但不限于天然橡胶，合成橡胶，聚氨酯泡沫，乙烯-丙烯-二烯单基物(EPDM)，硅树脂或类似材料，只要所选择的O形密封圈材料是耐墨水的，并能在其之间形成有效的密封而防止墨水或空气泄漏。也可以使用其他的装置以在供墨口210和墨盒体212的孔214之间形成密封连接，这些装置包括但不限于与或不与O形密封圈216一起使用粘合剂，使用弹性橡胶体的垫圈或密封环，和将过滤和空气排除装置热塑性地焊接在墨盒体212和类似装置上。
本发明有许多变形，都在本发明的精神范围之中。
权利要求
1.一种用于从喷墨头排除空气或气泡的装置，包括一连接于一墨盒的积气室，和气体入口与所述积气室流体连通，所述入口包括一隔板件(septum)用于密封所述入口，其特征在于所述积气室包括一积气装置，和一用于推压积气装置的推压元件，当墨盒连接在墨盒体上时，可将气体从墨盒体通过入口吸入积气室中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于积气装置包括一柔性的聚合物薄膜和一推压(urging)装置。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述推压装置包括一片簧。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述推压装置包括一弹性的合成橡胶泡沫材料。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于积气装置包括一膜盒(波纹管)，其有一第一端和一第二端，膜盒的第一端连接于积气室的第一端壁，膜盒的第二端连接于一刚性板，该板有一释放机构，在膜盒内有一弹簧，其一端连接于板，弹簧在初始被压缩，从而使膜盒有一最小的初始容积。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于积气装置包括一膜盒，其有一第一端和一第二端，膜盒的第一端连接于积气室的第一端壁，膜盒的第二端连接于一刚性板，该板有一释放机构，和一弹簧与膜盒相对连接于板上，弹簧在初始被拉伸，从而使膜盒有一最小的初始容积。
7.一种墨盒，包括一膜盒装置，用于从一打印头的供墨口排除空气或气泡，该膜盒包括一可变容积的腔，一推拉装置用于从一初始的最小容积增加腔的容积，一空气入口与所述腔流体连通，和一密封元件用于有效地密封所述腔和入口，从而保持腔的最小初始容积。
8.如权利要求7所述的墨盒，其特征在于膜盒装置连接于墨盒的外侧壁。
9.如权利要求7所述的墨盒，其特征在于积气装置包括一柔性的聚合物薄膜和一推压装置。
10.如权利要求9所述的墨盒，其特征在于所述推压装置包括一用于推压所述薄膜的弹性合成橡胶泡沫材料。
11.如权利要求7所述的墨盒，其特征在于所述密封元件包括一隔板件。
12.如权利要求7所述的墨盒，其特征在于可变容积的腔包括一膜盒，和一连接于膜盒的释放机构，膜盒初始被压缩，使膜盒提供一初始最小的腔容积。
13.一种喷墨头，包括一墨盒体，容纳有一或多个永久或半永久的打印头，一过滤和空气排除系统连接于墨盒体与打印头流体连通，一可更换的墨盒包括一供墨口用于向打印头供墨，所述墨盒可取下地连接于所述过滤和空气排除系统，和一空气或气泡排除装置连接于所述墨盒，空气或气泡排除装置包括一真空腔，和一与真空腔流体连通的真空释放孔，真空释放孔包括一隔板件用于密封孔，其特征在于真空腔有一底部，一顶部边缘部分和侧壁部分，形成一端部打开的腔，一膜盒元件绕开口端部腔的周边连接于顶部边缘部分，和一推压装置设置在腔中位于膜盒元件和其底部之间。
14.如权利要求13所述的喷墨头，其特征在于膜盒元件包括一聚合物的薄膜。
15.如权利要求13所述的喷墨头，其特征在于推压装置包括一片簧。
16.如权利要求13所述的喷墨头，其特征在于推压装置包括一弹性的合成橡胶泡沫材料。
17.如权利要求13所述的喷墨头，其特征在于所述推压装置初始被压缩，使当空气或气体进入腔时，推压装置迫使膜盒元件离开腔的底部。
18.如权利要求13所述的喷墨头，其特征在于过滤和空气排除系统还包括一过滤腔，其容纳一过滤元件，一墨水入口用于与所述墨盒流体连通，一空气出口用于与所述空气或气泡排除装置流体连通，和一墨水出口用于向所述包含打印头的所述墨盒体供应过滤的墨水。
19.如权利要求18所述的喷墨头，其特征在于所述过滤和空气排除系统还包括一墨水入口针阀，其连接于所述墨水入口。
20.如权利要求19所述的喷墨头，其特征在于过滤和空气排除系统还包括一空气出口针阀，其连接于所述的空气出口。
21.如权利要求18所述的喷墨头，其特征在于墨水出口通过弹性合成橡胶O形密封环连接于所述墨盒体。
22.如权利要求18所述的喷墨头，其特征在于所述过滤腔包括一大致矩形的腔和所述过滤元件设置在所述矩形腔中，从而在所述空气出口附近形成一空气或气泡存贮区域。
全文摘要
一种用于从喷墨头排除空气或气泡的装置,包括:一连接于一墨盒的积气室,和气体入口与所述积气室流体连通,所述入口包括一隔板件用于密封所述入口,其特征在于:所述积气室包括一积气装置,和一用于推压积气装置的推压元件,当墨盒连接在墨盒体上时,可将气体从墨盒体通过入口吸入积气室中。
文档编号B41J2/19GK1351542SQ00806236
公开日2002年5月29日 申请日期2000年4月11日 优先权日1999年4月13日
发明者詹姆斯·哈罗德·鲍尔斯, 马修·乔·鲁赛尔 申请人:莱克斯马克国际公司