打印头组件的喷口的制作方法

本发明大体涉及喷墨打印机，更具体地，涉及用于喷墨打印机的打印头组件。

背景技术：

喷墨打印机通常包括打印头和载体(carrier)。喷墨打印头可以包括打印头本体、喷嘴和相应的喷墨致动器(如打印头芯片上的加热器)。致动器使墨水从喷嘴喷到图像区域内选定的墨点位置的印刷介质上。载体使打印头相对于所述介质移动，同时如通过在喷嘴处加热墨水而使墨水喷射到选定的像素位置上。

在一些这样的系统中，墨水储存器包括可去除或可分离的槽(tank)，从而在墨水量不足时，所述槽可以与打印头分离并被更换或重新充填。然后打印头部件可以被再利用。在这样的墨水槽系统中，需要槽与打印头本体之间的可分离的流体连接，这与打印头本体和墨水储存器集成为一体的系统形成对照。所述连接允许墨水从槽流向喷嘴，但是该连接可分离，从而在墨水槽空了的时候可以将其移除。打印头组件还可以在从墨水储存器到喷嘴的墨水通道内包括过滤器，用于将任何杂质或碎屑与喷射器和喷嘴隔离。

在工业市场中，数字印刷的扩张正在进行。因为与热喷墨打印机的材料清单(BOM)和制造有关的低成本点，这种扩张为热喷墨印刷技术提供了独特的机会。由于使用非传统的墨水，工业市场的打印头要求是不同的且更具挑战性的。溶剂UV固化且是乳胶基的墨水化学是按配方制造的，以此进行湿润、穿透并附接到无孔介质(以上涉及多种基质的示例)。传统上，通常使用的溶剂相较于水具有较低的表面张力且将会弄湿下表面能量表面/基质。溶剂系统提供的另一性质是溶剂的这样的能力：引起墨水到基质的界面扩散，使附着力和耐久性能够改进。由于多种用于工业的基质的无孔性质以及印刷介质会受到多种环境影响的事实，上述能力很关键。如甲基乙基酮(MEK)或乙酸乙酯等酮类或乙酸盐是用于溶剂墨水配方中最具侵略性溶剂的一些成分。目前，MEK基的墨水提供了优于醇基墨水的显著优势，这是由于其湿润和粘附到各种包装应用/包装市场中的多种塑料(基于聚烯烃的物质)的能力。

技术实现要素：

目前，还没有能够抵抗MEK的侵略性(aggressive，侵蚀性)性质的热喷墨打印头。因此，本发明的目的是提供一种能够存储MEK基的墨水并将其递送到基质的喷墨打印头。

由于本发明的MEK喷射式打印头的设计的性质，因此在运输期间需要完全密封打印头，以便防止溶剂漏到运输材料中。因此，本发明的另一目的是提供一种喷墨打印头，该喷墨打印头在正常运输环境下具有良好的密封性。

本发明的实施例的其他特征和优点从以下详细描述、附图以及所附权利要求书将变得显而易见。

本发明的示例性实施例的特征和优点参照以下详细的描述，当结合附图时，将被更充分地理解，其中：

附图说明

图1是传统喷墨打印头的立体图；

图2是可与根据本发明的示例性实施例的喷墨打印头组件一起使用的传统喷墨打印机的立体图；

图3是根据本发明的示例性实施例的打印头组件的立体分解图；

图4是图3沿的线A-A截取的剖视图；

图5是图3沿的线B-B截取的剖视图；

图6是根据本发明的示例性实施例的墨水储存器的立体分解图；

图7A是根据本发明的示例性实施例的喷口帽的立体图；

图7B是图7A的喷口帽的另一立体图；

图8是图7A的喷口帽沿线A-A截取的剖视图；

图9是根据本发明的示例性实施例的通风孔密封件的立体图；

图10是根据本发明的示例性实施例的模压到喷口本体中的喷嘴板密封件保持器的立体图；

图11是根据本发明的示例性实施例的喷嘴板密封件的立体图；

图12是图11的喷嘴板密封件沿线B-B截取的立体剖视图；

图13是根据本发明的示例性实施例的喷嘴板密封件保持器的立体图；

图14是示出与根据本发明的示例性实施例的与喷口本体组装的喷嘴板密封件保持器和喷嘴板密封件的剖视图；

图15是示出与根据本发明的示例性实施例的与喷口本体组装的喷嘴板密封件保持器和喷嘴板密封件的另一剖视图；

图16是附接到根据本发明的示例性实施例的打印头组件的喷口帽的剖视图；以及

图17是示出将喷口帽组装到根据本发明的示例性实施例的打印头组件上的剖视图。

图18是示出将喷口帽组装到根据本发明的示例性实施例的打印头组件上的剖视图。

图19是示出将喷口帽组装到根据本发明的示例性实施例的打印头组件上的剖视图。

具体实施方式

这里使用的论题仅出于组织编排的目的，而并非是用于限制说明书或权利要求的范围。如本申请中使用的，词语“可以”和“能够”以一种许可性的方式使用(即，意指具有可能性)，而不是强制性的方式(即，意指必须)。同样，用词“包括”是指包括但不局限于。为了帮助理解，相同的附图标记(如果可能)用于表示附图中共有的相同的元件。

图1示出通常由附图标记1101表示的喷墨打印头。打印头1101具有外壳1127，外壳1127由盖1161和本体1163构成，盖1161和本体1163通过盖底面与本体顶面在交界面1171处的附接或连接而组装在一起。外壳的形状可变化且取决于承载或包含打印头的外部设备、打印头中包含的墨水的量以及打印头是否包含一种或多种墨水。在任何实施例中，外壳或本体具有：至少一个隔间(compartment)，位于其内部，用于保持墨水的初始或可再填充的供应；以及一结构，如泡沫插件、呼吸器(lung)或其它结构，用于在使用期间在喷墨打印头中维持适当的背压。在一实施例中，内部隔间包括三个腔室，用于包含三种墨水的供应，尤其是青色(cyan)、品红色和黄色墨水。在其它实施例中，隔间包含黑色墨水、光学墨水(photo-ink，照片墨水)和/或青色、品红色或黄色的多种墨水。应该理解的是，可存在流体连接(未示出)来将隔间连接到远处的大容量墨水源。

卷带自动结合(TAB)电路1201的一部分1205附接到外壳的一个表面1181，而另一部分1211附接到另一表面1221。如图所示，两个表面1181、1221关于边缘1231彼此垂直地设置。TAB电路1201具有：多个输入/输出(I/O)连接器1241，制造在TAB电路1201上，用于在使用期间将加热器芯片1251电连接到外部设备，如打印机、传真机、复印机、照片打印机、绘图机、包含以上功能的一体式打印机等。多个导电体1261存在于TAB电路1201上，以使I/O连接器1241与加热器芯片1251的焊位(bond pad)1281连接并短路，并且已知多种用于制造这些连接的制造技术。应该理解的是，虽然示出八个I/O连接器1241、八个导电体1261和八个焊位1281，但这里可包含任何数量。还应该理解的是，连接器、导体和焊位的数量不一定彼此相等。

加热器芯片1251包含至少一个墨水通路(ink via)1321，该墨水通路与在外壳的内部中墨水的供应流体连接。通常，加热器芯片的墨水通路的数量与外壳内部包含的墨水类型的数量一一对应。通路通常并排或首尾相连放置。在打印头制造期间，加热器芯片1251优选地利用本领域已知的多种粘合剂、环氧树脂等中的任一种附接到外壳。如图所示，加热器芯片包含四行(A行-D行)流体加热元件(fluid firing element)，特别是电阻加热元件、或加热器。为了简化，用点表示这些行中的加热器，并且传统打印头包含数百个加热器。应该理解的是，加热器芯片的加热器优选地形成为一系列薄膜层，这一系列薄膜层经由生长(growth)、沉淀(deposition)、掩膜(masking)、光刻和/或蚀刻或其它过程步骤制作而成。在薄膜加工期间，具有多个喷嘴孔的喷嘴板(如其它附图所示)附接在加热器芯片上或者与加热器芯片一起制造，从而使喷嘴孔与加热器对齐而在使用期间用于喷墨。替代性地，加热器芯片仅仅是半导体裸片(semiconductor die)，该半导体裸片包含作为流体加热元件、用于机电喷墨的压电元件。虽然这里概括性地描述，但是术语“加热器芯片”会包含两个实施例(名称“加热器”意味着电热喷墨)。更进一步，全部加热器芯片可以被构造成侧面发射式结构(side-shooter structure)，而不是所示的顶部发射式结构。

图2示出外部设备，其处于包含打印头1101的喷墨打印机的形式，通常由附图标记1401表示。打印机1401包括滑动架(carriage)1421，滑动架1421具有用于容纳一个或多个打印头的多个凹槽1441。本领域已知的是，供应到驱动带1501的动力使滑动架1421(经由控制器1571的输出1591)沿着印刷区1431上方的轴1481往复运动。相对于印刷介质(如一片纸1521)执行滑动架1421的往复运动，该印刷介质在打印机1401中沿着纸张路径从输入托盘1541、经印刷区1431前进到输出托盘1561。

在印刷区中，滑动架1421沿往复方向进行往复运动，往复方向通常垂直于箭头所示的纸张前进方向。从打印头滴落的墨水能够从加热器芯片1251(图1)喷射一定次数，该次数是依据打印机微处理器或其它控制器1571的指令。墨滴发射的时机对应于所印图像的像素的图案。通常，在电连接到打印机外部的控制器的设备中生成这样的图案(经由外部输出)，所述控制器可以是如计算机、扫描仪、摄像机、可视显示单元、个人数据助理、或其它设备。具有用户选择界面1601的控制面板1581还可以向控制器1571提供输入装置1621，以实现附加打印机的性能和鲁棒性(robustness)。

为了印刷或发射单滴墨水，采用少量电流独特地处理流体加热元件(图1中A行-D行的点)以迅速加热少量的墨水。这导致在局部墨水腔室中的墨水蒸发并经喷嘴板向印刷介质喷射。要求发射这种墨滴的加热脉冲可以具体表现为单次加热脉冲或分离的(split)加热脉冲，并且在输入终端(例如，焊位1281)上的加热器芯片处、从焊位1281、导电体1261、I/O连接器1241和控制器1571之间的连接部被接收。内部加热器芯片接线将加热脉冲从输入终端传送到一个或多个流体加热元件。

为了在工业打印机内操作，根据本发明的示例性实施例的打印头必须能够容纳酮基、醋酸基和乙醇基的墨水。例如，可选择与这些墨水相容的某些材料以用于打印头的本体和盖，并且打印头的内部特征和背压系统可以相较于传统打印头而改变。

图3是立体分解图，而图4和图5是根据本发明的示例性实施例的打印头组件(通常由附图标记1表示)的剖视图。打印头组件1包括墨水盒本体10、过滤器20、过滤器帽30、垫圈40、墨水储存器50、填充球60和盖70。墨水盒本体110包括基准面13。墨水盒本体10具有腔室12，腔室12被确定尺寸并构造成接纳墨水储存器50。虽然图中仅示出一个墨水储存器50，但应该理解的是，可提供多个墨水储存器来容纳一种或多种彩色墨水。一旦安装在腔室12中，墨水储存器50包括用于递送墨水的出口52，且该出口52可以包括接口结构(视情况而定)，如唇部或延长部。可使用可移除密封件来密封出口52，其中可移除密封件可以在安装时被移除。

打印头芯片11附接到墨水盒本体10，且包括多个用于将墨水递送至印刷介质的多个喷嘴。在其它实施例中，喷嘴被设置在与芯片分离的结构上。墨水从墨水储存器50的出口52经通道流入本体10的下部。然后，墨水在本体10内流向打印头芯片11中的歧管，从该处，墨水被抽吸到喷嘴以用于喷射到印刷介质上(比如通过使用芯片11中形成的加热器元件或压电元件)。系统1相对于印刷介质移动，从而使喷嘴在介质上的一个或多个期望的位置处滴落墨水。

墨水盒本体10的下部包括塔形部(tower)14。塔形部14可以包括用于接收印刷用墨水的任何适当的延长部、结构、端口或接口。这个示例的塔形部14包括凸起的管状延长部或立管，具有一个或多个墨水可流经的开口15。本领域普通技术人员可以容易地理解到其它塔形部构造也是可能的。

如图4和图5所示，过滤器帽30接合塔形部14，特别地可以焊接到塔形部14的直立外周壁上。过滤器帽30包括用于在墨水盒本体10与墨水储存器50之间提供通道的导管或引导部件。在这个示例中，过滤器帽30包括用于使墨水从中穿过的内部通道32，所述通道32在墨水储存器端处由较小直径的上通道部34限定，且在墨水盒本体端处由较大直径的下通道部36限定。过滤器帽30可以由聚酰胺制成，例如，尼龙或能够提供针对塔形部14、墨水盒本体10和/或墨水储存器50的抗流体密封(fluid resistant seal)的其它适合材料。

过滤器帽30的上通道部34接合墨水储存器50的对应的出口52，以使墨水从墨水储存器50流到过滤器帽30的通道32。密封构件被设置成邻近过滤器帽30且有助于过滤器帽30与墨水储存器50之间的密封。在这个示例中，密封构件包括接合上通道部34的垫圈40，以便产生流体密封来控制来自系统的流体损失和蒸发损失，并且防止空气进入系统以此维持背压。垫圈40可以由合适的弹性体材料、或其它具有良好密封性能的材料制成。

过滤器20从到达打印头芯片的墨水中过滤杂质(contaminant，污染物)。过滤器20还可以提供毛细功能，以使墨水按照需要传递到打印头芯片并防止空气进入打印头芯片。过滤器20可以由金属织物、聚合织物、或其它网状物、筛网或织物材料制成。例如，不锈钢荷兰斜纹织物或不锈钢随机编织材料可以用于形成过滤器20。过滤器20可以在塔形部14中插入注射模制成形，或者设置在墨水盒本体10中。作为另一示例，过滤器20可以热熔(heat stake)到墨水盒本体10。

用于形成墨水盒本体10和相关的盖70的材料可以是例如尼龙(如尼龙66、尼龙6、尼龙612)、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛或与酮基、醋酸基和乙醇基的墨水相容的其它材料。由于这些材料显示出通过渗透的蒸汽损失，因此副边界(secondary boundary)可以设置成墨水储存器50的形式。就这一点而言，墨水储存器50可以由聚丙烯和/或聚乙烯基的材料制成，以便产生足够的阻渗透层。因为传统背压设备由泡沫材料或毛毡材料(易于被酮基、醋酸基和乙醇基的墨水侵蚀)制成，所以墨水储存器50还设置成充当背压设备。墨水储存器50为墨水盒本体10提供主渗透边界(primary permeation boundary)，且在墨水储存器50内部地附接到墨水盒本体10和盖70时，产生长度对面积比高的扭曲通风路径。这个扭曲路径允许空气经其移动，同时维持高湿度的环境，这减少了蒸汽损失并大幅度减少了来自系统的渗透。

图6是墨水储存器50的立体分解图。墨水储存器50由外围框架51、弹簧53、侧板54和侧壁55构成。框架51通常是矩形且两侧均敞开。框架51可以由聚丙烯和/或聚乙烯基的材料构成。墨水填充孔56设置在框架51的顶部。就这一点而言，盖包括：开口72，与框架51的墨水填充孔56对应；以及通气开口74和凹部(indent)76，用于将相关的喷口帽(muzzle cap)锁定在适当位置(如以下详细描述)。填充球60可以设置在墨水填充孔56内以使墨水进入墨水储存器50，同时防止墨水漏出墨水储存器50。弹簧53可以由316不锈钢或其它相容材料制成，并用于将力传递到侧板54，以此生成背压。侧板54可由316不锈钢或其它相容材料制成，并且充当在系统中产生背压的刚性表面区域。侧板54可以在任一端附接到弹簧53。在一示例性实施例中，侧板54可以附接到侧壁55，虽然并不需要。侧壁55由热成型的多层聚合物薄膜制成，然后焊接到框架51的侧面以产生存储墨水所需的腔室。用于形成侧壁55的聚合物薄膜可以是例如热成型的聚丙烯和/或聚乙烯薄膜。

在印刷期间，墨水从喷嘴喷出。导致过滤器20下方的负压增加。这个负压从过滤器20上方拉动墨水并使其进入塔形部14。由于墨水储存器50与塔形部14直接流体连接，因此墨水储存器50内的负背压也增加。负背压对侧壁55和侧板54施加拉力，导致弹簧53进一步收缩。弹簧53维持并指示系统中的静态背压。

在运输期间，任何喷墨打印头可以感受到(see)能够改变打印头中内部背压的温度和气压变化，这进而导致泄漏。对于水基的墨水，这可能导致客户在打开运输包装袋时把墨水弄在手上而产生不愉快的情绪，但当引入溶剂基的墨水时，其额外的危险还在于，在包装袋被打开时会释放可燃蒸汽。就这一点而言，根据本发明的示例性实施例的喷口帽使打印头在运输期间完全密封，并且在移除喷口帽时维持打印头腔内的压力与周围大气平衡，从而使漏墨(drooling)或打印头中吸入空气的风险最小化。漏墨会产生因墨水滴得到处都是而引起客户的不愉快，而在空气吸入的情况下会产生不良的印刷质量。为此，根据本发明的示例性实施例的喷口帽使喷嘴板密封，覆盖每一个喷嘴，而不会导致喷嘴板损坏，并且还密封打印头中的大气通风孔(atmospheric vent)以防止气压变化达到背压装置。按照特定顺序完成这些密封的打开，从而防止问题的发生。特别地，大气通风孔必须首先被打开，从而在打开喷嘴之前平衡打印头中的内压。

图7A和图7B示出立体图，而图8是喷口帽的剖视图，喷口帽通常用附图标记100表示。喷口帽100包括主体110、通风孔密封件120、喷嘴板密封件130和喷嘴板密封件保持器140。主体110可以是包括侧壁112、顶壁114和底壁116的统一构件。主体110由与被喷射的酮基和醋酸基的墨水相容的塑性制成，以便在墨水存在的情况下不被降解。例如，主体110可以由尼龙(如尼龙66、尼龙6、尼龙612)、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛或与酮基、醋酸基和乙醇基的墨水相容的其它材料制成。主体110包括引导盒锁定元件，如突出部113和扣合锁定元件119。如以下更详细地描述的，这些特征使与打印头组件1相关的通风孔密封件120和喷嘴板密封件130尽可能精确地定位，以便覆盖打印头组件1中的开口并将喷口帽100锁定在与打印头组件1相关的适当位置。主体110还可以包含基准特征部152，基准特征部152直接处理(address)打印头上的基准特征部13，以此使公差累积(tolerance stack-ups)最小化。就这点而言，主体110可以包括基准偏置元件154(图19)，基准偏置元件154施加力以推动打印头本体10的基准特征部13而与主体110的基准特征部152接合。

图9是通风孔密封件120的立体图，该通风孔密封件120优选地由热固性弹性体制成，如过氧化物固化的三元乙丙橡胶(EPDM)材料，以便减少随着时间的压缩形变，并提供对酮和醋酸盐溶剂墨水的最大抗性。通风孔密封件120闭合打印头组件1与大气直接连通的开口，否则该开口在打印期间更换墨水时允许空气进入打印头组件1的内部。通风孔密封件120是大体柱形元件，该元件的各部分具有彼此不同的直径。特别地，通风孔密封件120包括密封表面部122，密封表面部122与盖70中的通气孔开口74接合，其中该开口具有环绕其的凸出边缘。这利用最小的力来密封开口。压缩锁定部124(其具有比密封表面部122更小的直径)压缩到喷口帽100的主体110的顶壁114中的开口115，以便在压缩锁定部124与开口115之间产生过盈配合。组件导入部126具有比压缩锁定部124更小的直径，且使通风孔密封件120抓住一工具以将通风孔密封件120拉到适当位置。

如图10所示，喷嘴板密封件保持器140可以模制成喷口本体110，以便降低工具和部件成本，并消除跟随(track)附加部件的需要。在使用喷口帽100之前，喷嘴板密封件保持器140被扭转出喷口本体110并被压入喷嘴板密封件130。

图11是立体图，而图12是喷嘴板密封件130的剖视图。喷嘴板密封件130大体是底部敞开的立方体形状的元件，其包括顶部131和底部134。喷嘴板密封件130优选地由热固性弹性体制成，如过氧化物固化的三元乙丙橡胶(EPDM)材料，以便减少随着时间的压缩形变，并提供对酮和醋酸盐溶剂墨水的最大抗性。喷嘴板密封件的顶部131的顶表面包括升高部(elevated portion)，该升高部形成密封表面132。密封表面132具有能够良好密封到喷嘴的光洁度。底部134的周缘使喷嘴板密封件130定位在喷口本体110的对应开口117中，并且如以下更详细地描述的，当连同喷嘴板密封件保持器140一起使用时，使喷嘴板密封件130位于喷口本体110的中心。顶部131的底表面形成挠曲层(flexing floor，屈曲层)136，挠曲层136弯曲以减小施加到喷嘴板的力并且还在喷嘴板上提供力的均匀分布，以帮助密封。喷嘴板密封件130的顶部131在底部134上延伸，以便形成保持唇(retaining lip)138，该保持唇138一经组装则充当喷嘴板密封件130的挡块。

图13是喷嘴板密封件保持器140的立体图，该喷嘴板密封件保持器140优选地由塑料材料(如尼龙)制成。喷嘴板密封件保持器140包括具有升高部142的顶表面。齿形锁定突出部144围绕升高部142的周缘布置。顶表面还包括形成边缘146的升高周缘。

如图14和图15示出，为了组装喷口帽100，在喷嘴板密封件130设置在开口117中之后，通过将喷嘴板密封件保持器140的升高部142滑动到喷嘴板密封件130的敞开底部中，喷嘴板密封件保持器140与喷嘴板密封件130接合。锁定突出部144“咬住”喷嘴板密封件130的弹性体材料，从而使喷嘴板密封件130保持在适当位置，同时使喷嘴板密封件130自然地位于喷口本体开口117的中心。

图16-图18示出将喷口帽100组装到打印头组件1上。喷口帽100以这样的方式被放置在打印头组件1上：在通风孔密封件120接合并密封打印头组件1的盖70中的通气孔开口之前，喷嘴板密封件110接合并密封喷嘴板。特别地，如图16所示，当喷口帽100组装到打印头组件1时，打印头中的基准部由引导件113引导并偏置到喷口本体110中的基准垫，以提供与喷嘴板密封件130的适当对齐。如图17和图18所示，将喷口帽100放置在打印头组件1上所采取的步骤的顺序可以包括：第一步，接合喷口帽100的底部与打印头组件1的底部；然后，将扣合锁定元件119滑动到盖70上，使得扣合锁定元件119与凹部76接合，从而将喷口帽100相对于打印头组件1锁定在适当位置。扣合锁定元件119与盖70中的凹部76的接合确保通风孔密封件120适当地放置在通气孔开口74上，并且还引起喷嘴板密封件130偏斜成与喷嘴板13紧密接合，从而防止喷嘴板13损坏，并且跨过喷嘴板13而保持均匀的力。当移除喷口帽100时，扣合锁定元件119必须首先与盖70脱离。在移除喷嘴板密封件130之前，这使打印头中的内部气压与大气平衡，从而使由于压力差产生的漏墨最小化。

虽然已经说明并描述了本发明的特定实施例，但是在没有背离本发明的精神和实质的情况，作出多种其它改变和改型对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明意指覆盖所附权利要求中属于本发明的范围内的所有这样的改变和改型。