专利名称：喷墨打印机用墨盒及其密封件的制作方法
技术领域：
本发明所说的墨盒是指墨水保持体采用20单元以上80单元以下的连泡发泡体(海绵)，将自然状态为矩形的该海绵压缩后装入墨盒的盒室中制成的墨盒。
背景技术：
传统的同类墨盒虽然也同样是将海绵压缩后装入墨盒的盒室中制成，但在该盒室内侧面的部分墨水连通孔部设置突起部，有意识地将海绵进行部分压缩来使其供给墨水。
这些墨盒在开始使用后的一定期间内尚能稳定地供应墨水，但墨水消耗到一定数量后，打印机就会检测出墨水量而自动停止打印机的工作，这时，残留的墨水将近初期灌入总量的30～40％。
结果等于说这些墨盒是在将不可能使用的墨水销售给最终用户，从节省能源和节省资源的角度来说，也不令人满意。
而且，传统的墨盒由很多零件构成，装配费时，设备复杂，成本较高。
传统的墨盒由于内部无法窥见，一旦打印机自动检测到墨尽停止工作后，用户就会误解，以为墨水是几乎百分之百地用完了。因此，从保护地球环境和有效利用资源等角度来考虑，同时也为了降低最终用户的成本，传统墨盒应加以改进。
从
图1可以看出，市场上销售的同类传统墨盒是将发泡体(海绵)104压缩后装入墨盒盒室102中，使连通孔105的部分突出在盒室102的海绵收容底面之上，强迫该处附近的压缩率高于其他部位。进而，一边按住海绵104，一边将封闭用的外盖103利用熔敷固定在盒室102上，便构成了墨盒。该外盖103的内侧面设有压紧海绵所用的筋条111，对已经压缩装入的海绵104再从上面加以压缩。为了稳定地对海绵104进行部分的压缩，该筋条的高度不统一，与盒室的底部、尤其是连通孔105对应之处是最低的位置。其理由是根据以前相关的申请专利所载，“离连通孔越近，海绵的压缩率越高的话，就会产生毛细管力，容易吸进远处的墨水，可使灌入的墨水几乎百分之百的使用殆尽。”但是，本发明人拥有的许多测试结果和数据却表明如图7及图11所示，相对于灌入的初期墨水量，按重量计会有30％-40％的墨水未用完而剩余下来。得出这一结论所采用的方法是用透明树脂制作墨盒，以便可以通过目视和拍照来了解内部墨水消耗量的变化，然后灌入墨水，墨盒制作好后装入打印机进行实际打印，打印机检测出通常的墨尽自动停止工作后再进行称量。如果确实存在毛细管力的作用，则理应不会剩余如此大量的墨水。我们的实验数据无论是质量还是数量，都非常有说服力，打印稿的页数也与目录值完全一致，实验具有很高的可靠性。如此可见，将海绵作为墨水保持体来使用的墨盒中的墨水的移动并非借助于毛细管力，很可能是其他的原因。
我们对将这些连泡型海绵作为墨水保持体使用的墨盒中的墨水的移动机理已加以确证，在此做如下说明。
在将墨盒作为制品充填进墨水的状态下，以连通孔一侧(下方)为中心，墨水几乎都是充满在连泡发泡体的单元之中。
其后，作为制品，为了防止墨水泄露到外面，总是将吸入空气用的空气通孔封死，但是在往墨盒中充填墨水时往往会混进空气。在这种状态下封口的话，在存放或使用过程中，由于湿度上升等原因，混进的空气膨胀后会造成断墨现象，影响到打印质量。为了解决这个问题，通常是在最后封死空气通孔时，在减压的状态下向外抽去内部的空气，保持该减压状态进行封口处理。这样一来，保持墨水的海绵的单元(空洞)中便几乎全部充满墨水了。
打印机开始打印后，墨水便开始向打印机移动。墨水在细小的墨水导管(未加图示)中移动，并在打印头上逐渐消耗掉，不久在墨盒中便会出现墨水引起的负压。如图9所示，墨盒内连通孔附近的墨水由于墨水被打印机吸引，不断移动而出现空洞。但该空洞内并不存在空气，故会形成负压，出现压力倾斜，因而，压力倾斜便形成一个尽量要去充塞空洞部的力，而墨水就会在该力的作用下移动。
市场上销售的传统墨盒可以证明上述原理。如图1所示，因为海绵收容底面106突出在外，所以一旦从连通孔105吸入空气，处于该高度(位置)以下的墨水就不会被消耗。具体情况可参看图7及图11。这表明，仅靠单元内产生的负压不足以提升处于连通孔105位置以下的墨水，换言之，我们可以断定墨水的移动并非依靠毛细管力的作用。采用这种结构方式，不可能有效地全部利用墨水。其结果，尽管到了墨水的最低位置，而实际上仍有30％～40％的墨水剩余下来。
从以上事实我们发现，在采用将海绵压缩后安装进去来保持墨水的方式的墨盒上，使该海绵的最低点和收容该海绵的容器上设置的墨水连通孔处于同一水平线上是有效消耗墨水的绝对条件。
以前相关的申请专利认为，利用压缩海绵后产生的毛细管力可以有效地、几乎百分之百地用完墨水，我们找不到能证明这一点的事实。这种毛细管力对油墨粘度较高的胶版印刷以及点阵式打印机用墨水也许多少有些效果，但完全不适用喷墨打印之类要求高速移动反应的打印方式。海绵的连泡因其单元形状并不固定划一，故随意地压缩也不可能获得均匀的毛细管力。假设是毛细管力在起作用，那么处于连通孔105以下位置的墨水照理是不会剩余下来的。因此，现实情况是，根本没有将处于连通孔105以下位置的墨水吸上来供给打印机。
于是本发明试图利用这些墨水移动的机理，提供一种性能优异的喷墨打印机用墨盒，能维持良好的打印质量，并能几乎百分之百地用完墨水。
本发明的另一个目的是回避传统墨盒所有的相关专利，同时又充分满足用户对墨盒性能和质量的要求。
本申请的发明之处是在墨盒内利用保持体(海绵)保持墨水时，在该保持体的最下面一点的延长线上设有将墨水供给打印机的连通孔，这一点对墨水的移动至关重要，能有效地、最大限度地消耗墨水。
本申请的发明之处是对从墨盒内将墨水供给要打印机所设的墨水通路——连通孔的尺寸和形状作了规定，利用打印机一侧吸入墨水时产生的负压有效且稳定地确保墨水的流动，防止供墨时的断墨现象。
本申请的发明之处是在本形态的墨盒中，墨水从墨盒向外移动是利用打印机消耗墨水时产生的压力变化(负压)完成的，因此，必须要将该负压变化可靠地传递到墨盒内的墨水。为此，要求打印机的吸墨针与墨盒的接触部分有良好的气密性。这时，出于使效果更稳定的目的，采用简单的形状和材料，并规定它与墨盒密封件保持部之间的关系，这样便确立了质量优异的墨盒的形态。
本发明能提供一种性能优异的墨盒，它没有传统墨盒残留大量无法使用的墨水的缺点，而能有效地使用完灌入的墨水，同时，还通过墨盒形状的简单化，使加工更为方便，而且将组成零件减少到最低限度，以较低的成本来力求达到稳定的质量。
图1为市场上销售的传统墨盒的截面图；图2为本发明墨盒实施例的截面图；图3为本发明墨水连通孔的实施例图；图4为本发明墨水连通孔组成的其他的实施例图；图5为本发明出墨孔部位的放大图；
图6为本发明出墨部位与吸墨针嵌合时的作用图；图7为市场上销售的传统墨盒在墨尽时的剩余墨水分布图；图8为本发明在墨尽时的剩余墨水分布图；图9为本发明开始使用时的墨水移动解说图；图10为本发明在墨尽时停止供墨时的图示和墨水分布图；图11为市场上销售的传统墨盒在墨尽停止供墨时的图示和剩余墨水分布图。
图中标记为1、墨盒，2、盒室，3、盖，3′、筋条(盖内侧面)，4、海绵(墨水保持体)，5、连通孔，6、底面(海绵收容室)，7、橡皮圈，8、密封部·上(橡皮圈)，9、密封部·下(橡皮圈)，10、密封薄膜，11、出墨孔，12、墨水灌注孔，13、脱气孔，14、空气导入孔，22、空间(出墨部与密封件之间)，22′、密合部，31、吸墨针，32、吸墨孔；以下为市场上销售的传统墨盒关连符号的说明101、墨盒，102、盒室，103、盖，104海绵(墨水保持体)，105、连通孔，106、出墨孔突出部，107、细孔网，108、出墨孔，109、密封件，110、密封圈，111、筋条(盖内侧面)，112、密封薄膜。
压缩收容连泡发泡体(海绵)4的墨盒的盒室2的形状为底面6保持完全平整，且在底面6的一部分上开设出连通孔5，作为通路，由于向打印机供给墨水，盒室2的上方用熔敷等方法固定着盖3，它是墨盒的一个构成部分，目的是稳定地保持住压缩收容的海绵4。盖3的内侧设有高度全部一样的筋条3′，以便将海绵4压住。
这样一来，从所有方向看去，收容在盒室2中的海绵4的截面几乎均保持着完整的矩形。对于各色墨水，这一状态都相同。
为了使墨盒的结构更完整，在盖3的一部分上分别开设了灌注墨水所必须的灌注孔12以及灌注墨水时减少盒内压力所用的脱气孔13。进而，还对应于各种墨色，开设了为了在实际使用于打印机时引入空气所用的空气导入孔14。
另外为了在实际使用于打印机时向打印机供应墨水，还在墨盒1的下方开设了与打印机一侧的吸墨针(未加图示)嵌合的出墨孔11，在它的一部分上安装了密封构件7。在其外侧，用热熔敷膜10等加以封口，以便在灌注墨水时及制品完成后将墨水完全封在盒内。
将具有上述构造的墨盒作为制品加工完成的工序如下在墨盒1内灌注墨水，这时要暂时将空气导入孔14封住，通过指定的设备从脱气孔13进行减压(形成真空)，再从墨水灌注孔12灌入规定数量的墨水。然后，作为制品，为了防止泄露和保持质量，要将脱气孔13及墨水灌注孔12加以完全密封(采用薄膜熔敷等手段)，其后再封住空气导入孔14，这时，要一边对墨盒内部减压，一边用剥离薄膜等进行封口。这样墨盒即告完成。其余，作为制品，当然还要在盖3的上表面贴上标签，并进行包装。
在利用连泡发泡体作为墨水保持体的墨盒中，墨水的移动机理已经得到证明，故以该方式为基础具体说明如下。
为了有效地将墨水全部用完，且不产生断墨现象，作为墨水保持体的海绵4的最低点，和向打印机供应墨水的墨水连通孔5的上表面应处于同一直线，这是绝对的条件。为此，要求盒室1的底面6应尽可能平整，不能有突起处。另外，为了在压缩收容海绵之后能稳定地保持住海绵4，要用盖3压住盒室2的上表面，而该盖3的内侧面上并列着多个筋条3′，且为了不造成局部压缩，这些筋条全部以同一高度平行排列。也就是说盒室2的底面6和盖3的内侧面上的筋条3′基本保持平行。因此，从所有方向看去，海绵4的截面形状几乎都保持着完整的矩形。这样，海绵4的发泡单元的排列就平均而均匀，对于墨水的移动可以确保近乎固定的流量。
在盒室2的海绵4收容室内的底面6上，只开设了向打印机供墨用的连通孔5。这里完全没有必要采用图1中那种市售的传统墨盒中设置的、固定在连通孔105上部的细孔网107。照以前的专利的说法，安装细孔网107的目的是阻挡杂质，起到过滤器的作用。并说吸墨针从打印机进入墨盒的出墨孔108上的密封件110中时，空气会一起进入，而该空气进入海绵104内，会逐渐产生氮气，导致断墨，所以要用细孔网107筑起一道阻挡层来防止气泡进入海绵104中。但是，在进行本发明的研究过程中，自始至终都未发现这些细孔网有什么作用。因此本发明认为不采用这种细孔网之类的东西完全能保证墨盒的质量，故去掉了该部分。这样一来，作为墨水保持体的海绵4不会受到局部压缩，整体上很均匀，所以充填墨水时也能达到非常稳定、均匀的充填效果。另外，盒室2的形状也制作得非常简洁，这对零件的所有加工都显得有利。
盒室2的底面6上开设的墨水连通孔5最好如图4所示，尽可能由多个微小开口集合而成。被打印机吸引的墨水的移动所产生的负压很小，因此连通孔5最好由一个个开口面积为0.0025～0.2mm2的小开口组成。海绵4的发泡密度一般可采用20～80单元。与这种单元相对应，连通孔5是微小的开口，这就可以对应于各个单元，均匀、可靠地将微小的负压传递给墨水。这样就能稳定墨水的移动(流量)。
假如将连通孔改为φ2mm的单个圆孔，则其压力分布就会集中在中间部位，效果不好。其理由是喷墨打印机用的墨水其粘度通常为1.1～1.7，接近水的粘度，流动性极大，因此加大开口部后，负压起到了集中压力的效果，墨水向各个发泡单元的移动效果变差，无法形成稳定的墨水移动。了解了这一点就会明白将微小开口的集合体作为连通孔就能发挥效果。具体来说，将多个边长0.1～0.3mm的多边形开口排列起来能达到最好的效果。图4是它的具体实例。
该连通孔也可能利用一体成形技术制成，除此之外，也可能采用滤材、细金属网或片状纤维等，边长在0.05mm以上者也没关系。因为是微小开口，所以这些材料的截面壁厚都在0.05～1.5mm，这一尺寸范围便于材料的选择和加工。在盒室2的底面6上安装这些材料制成的连通孔时，只要能保证底面6的平整，可利用嵌合、粘接或熔敷等多种手段使其与底面合成一体。
我们发现，该连通孔的集合体的最大尺寸应小于各色墨水的海绵4收容部短边宽度的70％以下，且与有着每个开口边长尺寸为0.05mm以上的多边形的连通孔组合起来效果较好。最大尺寸与开口部一边的尺寸两者的比例关系大致上以1/10为最好。
可见，使墨盒底面6保持平整，由海绵4保持着的墨水就能与连通孔5处于同一个面上，因此，墨水只会在底面6上做横向流动，使墨水得到稳定的、几乎百分之百的消耗。见图8及图10。在这种情况下，打印机检测出墨尽时的墨水剩余量大大减少，仅为6.7％左右，完全达到了本发明的目的。墨水最后总有一些会残留在各个发泡单元内，所以不可能消耗到“零”。市场上销售的传统同类墨盒，如图1及图7所示，它的海绵收容部底面的一部分(连通孔部)105突出在外，因此，无法将处于连通孔105以下位置上的墨水吸引上来，结果就会留下较多的剩余墨水。这一现象清楚地证明墨水的移动机理并非是毛细管力的作用，而是消耗墨水时产生负压的结果。
以下通过图5及图6，就与打印机一侧相连的连接部进行说明。
为了从墨盒1向打印机供应墨水，设置在打印机滑架上的吸墨针31要伸进盒室2下方的出墨孔11。该出墨孔11上安装了橡皮圈7这一密封件，以保持墨盒内部之间的气密性。另外还在它的外侧面上盒室2的外围上用热敷等方法贴上密封薄膜10，加以完全密封，目的是防止在墨盒未使用时出现漏墨。
该橡皮圈7密封件的截面大致呈L形。上部的外径较小，而下方部的外径较大，以便使橡皮圈7能稳定地保持在盒室2的出墨孔11上。在外径较小的上方前端部的内侧面上有呈缠头巾形状的一圈小突起密封部8，目的是使其与吸墨针31之间保持密封状态。另外在外径较大的下方的外侧面上，同样有呈缠头巾形状的一圈小突起密封部9，目的是能与出墨孔11的大口径部之间保持紧密接触(密封)的状态。
橡皮圈7上外径较小的圆筒部的直径小于盒室2的出墨孔11的内径，保留着很小的一块空间22。其理由是，在出墨孔11中组装橡皮圈7时，由于橡皮的硬度较低，而且摩擦系数很大，再加上有一段插入距离，所以保留一个空间22就多少能便于安装。另一个方面，在下方一侧外径较大的外侧面上的小突起密封部9是在压入状态下组装进去的，以便获得单件的密封性能，在外径较大的下方一侧，由于出墨孔11有较大的内径，而且距离又很短，所以能稳定地将该密封件推进去。
以下通过图6说明在打印机上实际安装上墨盒1的状态下的出墨孔部的情况。
安装在打印机滑架上的吸墨针31顶破密封薄膜10后进入安装在墨盒1下方的出墨孔11上的橡皮圈7中。到达正常的设置位置后，最终形成图6所示的状态。在这之前，打印机上的吸墨针31先要推开橡皮圈7的上方密封部8。该被推开的空间要大于吸墨针31进入之前的橡皮圈7的上方圆筒部与出墨孔内径11之间的空间大小目的是使出墨孔内侧面11与吸墨针31两者利用密封件橡皮圈7的圆筒部前端获得完全密封22′的关系。具体地说，就是将橡皮圈7的圆筒上方内侧面上的密封部8的内径被吸墨针31扩展的值设为X，将出墨孔11的内径与橡皮圈7的上方圆筒部外径之间的空间22设为Y的话，则应保持X＞Y的关系，利用这一点就很容易完全保证密封。
出墨孔11与吸墨针31之间的密封是借助橡皮圈7完成的。以前也有类似的设计，但本发明的橡皮圈7在形状上极为简单，而且功能较多，它的先进性是很明显的。组装时操作方便，在功能方面也只要用一个零件就能获得两处的完全密封。因此，金属模具的制作费用和零件的成本都可以大大降低，从总体上来说，要优于传统产品。该密封件7的作用非常重要，既可以防止空气从出墨孔11进入盒内，又能几乎百分之百的防止空气的进入。即使有空气进入，因密封性能得到保证，所以也不会出现空气的移动，并且一旦打印机开始工作，打印机就会立刻将空气加以吸收而不会有损于打印质量。这样，就不再需要以前所用的、被认为起到过滤作用、能防止空气进入海绵室内的细孔网等一类零件，而能提供一种结构更为简单的墨盒。
这样，密封件橡皮圈7必须依靠吸墨针31的进入来得到扩张，因此，它要有很好的弹性，所以材质以硅酮橡胶和NBR为宜。该橡胶材料的硬度也最好在20°以上。要使效果更好，则可采用硬度在20～50°范围内的橡胶。另外，橡皮圈7前端内侧面的密封8的突出部尺寸为上方圆筒部壁厚的20％以上时，能获得更好的效果。
进而，在墨水供应方面，为了更有效地传递该负压，缩短吸墨针31上的吸墨孔32到密封部22′的距离是至关重要的，要尽可能地缩小该处的容积。具体地说，该数值A至少要控制在3mm以内，这样会产生更好的效果。
权利要求
1.一种喷墨打印机用墨盒，是使用连泡的发泡体作为墨水保持体的墨盒，其特征为该墨盒在收容发泡体的部分的内部形状几近长方体，尤其是底面整体平坦，在该底面的其中一部分设有连通孔，用于将墨水供给打印机。
2.按照权利要求1所述的喷墨打印机用墨盒，其特征在于设在墨盒底面的连通孔至少是单边长度为0.05～0.5mm以下所构成的多边形。
3.按照权利要求1所述的喷墨打印机用墨盒，其特征在于设在墨盒底面的多边形连通孔是数量至少在两个以上的集合体，该集合体的最大直径为收容墨水保持体的盒室的短边的70％以下。
4.按照权利要求1所述的喷墨打印机用墨盒，其特征在于设在墨盒底面的多边形连通孔是由宽度为0.05mm～1.0mm，且对多边形均呈平行关系的筋条隔开的集合体排列而成。
5.按照权利要求1所述的喷墨打印机用墨盒，其特征在于设在墨盒底面的多边形连通孔部分的截面壁厚在0.05mm以上。
6.按照权利要求1所述的喷墨打印机用墨盒，其特征在于设在墨盒底面的多边形连通孔的部分，可利用构成墨盒的树脂整体成形，或用其他材料制作连通孔部分后再与墨盒合为一体。
7.按照权利要求6所述的喷墨打印机用墨盒，其特征在于设在墨盒底面的多边形连通孔的部分可采用嵌合、粘接或熔敷的方法合体。
8.按照权利要求1所述的喷墨打印机用墨盒的密封件，其特征在于其截面大致呈L形，在上端部的内径一侧有突起处，以确保从墨盒向打印机供给墨水时，与打印机一侧所设的吸墨针之间有可靠的密封性，在下端部保持墨盒密封件的内侧面也在密封件整个外围呈缠头巾形状地分布着突起物。
9.按照权利要求8所述的喷墨打印机用墨盒的密封件，其特征在于密封件的材料采用硅酮橡胶或NBR(丙烯腈-丁二烯橡胶)，硬度在20°以上。
10.按照权利要求8所述的喷墨打印机用墨盒的密封件，其特征在于安装在密封件上端部、呈缠头巾形状分布的突起物的高度在圆筒形上部壁厚的20％以上。
11.按照权利要求8所述的喷墨打印机用墨盒的密封件，其特征在于在打印机的吸墨针进入密封构件上端部时，密封件上端部(圆筒部)的外径受到呈缠头巾形状分布着的突起部挤压而扩大，与墨盒的密封件保持部的内径形成紧密贴合的关系。
12.按照权利要求8所述的喷墨打印机用墨盒的密封件，其特征在于将喷墨墨盒装入打印机后，密封件上端一侧呈缠头巾形状的密封用突起处与打印机的吸墨针的墨水吸入口两者的位置关系为，该突起处距离该吸入口至少在3mm以内。
全文摘要
本发明所说的墨盒是指墨水保持体采用20单元以上80单元以下的连泡发泡体(海绵),将自然状态为矩形的该海绵压缩后装入墨盒的盒室中制成的墨盒,其特征为该墨盒在收容发泡体的部分的内部形状几近长方体,尤其是底面整体平坦,在该底面的其中一部分设有连通孔,它没有传统墨盒残留大量无法使用的墨水的缺点,而能有效地使用完灌入的墨水,同时,还通过墨盒形状的简单化,使加工更为方便,而且将组成零件减少到最低限度,以较低的成本来力求达到稳定的质量。
文档编号B41J2/175GK1347805SQ011309
公开日2002年5月8日 申请日期2001年8月28日 优先权日2001年8月28日
发明者小川敏之, 石泽辰郎 申请人:St产业株式会社