打印头组件及流体互连系统的制作方法

本发明总体上涉及喷墨打印机，更具体而言涉及打印盒与外部流体供应源之间的流体互连配合特征(matingfeature，配接特征)。

背景技术：

传统的喷墨打印机包括打印头和字车(carrier)。喷墨打印头可包括打印头本体、喷嘴和相应的喷墨致动器。这些致动器使墨水从喷嘴被喷射到打印介质上的图像区域内选定的墨点位置处。字车使打印头相对于介质移动，同时使墨点喷射到选定的像素位置上。

通用类型的喷墨打印机使用可更换的打印盒，其可包含打印头和包含在打印盒内的墨水供应源。人们无意使打印盒为可再装填类型，当初始的墨水供应耗尽时，则丢弃此打印盒，并将新的打印盒安装在扫描托架内。这些类型的打印盒上的罐(tank，储罐)通常会具有小的液体容积，在某些情况下低至10ml，这样可能需要频繁进行更换。

更为昂贵的商业级打印机在打印头上使用越来越大的墨水罐，但是随着打印带(printswath，打印幅区)宽度和/或高度和/或打印头移动的速度增大，由于加入到打印头的液体体积的高的质量和惯性，最终使得罐与打印头一体集成变得不现实，这导致打印精度降低。此外，对于设置在打印头上的墨水罐，更换通常需要再灌注(repriming，再预备)和校准检查，这必然要求中止任何当前作业。

为了克服此问题，已知的是提供了一种连接到打印盒的固定的外部流体供应源。举例而言，美国专利us5,980,032、us5,751,319、us8,371,682和us6,843,558中描述了多个示例。根据需要，墨水从外部流体供应源通过流体连接部流入打印盒。外部流体输送系统能够被再装填或再灌注，而无需中断非常大的或昂贵的打印任务。

然而，外部流体输送系统具有一些缺点。现有的外部流体输送系统并不是可定制的；这些系统中的打印头组件通常与墨水一起销售，且被设计成仅用于该系统。因此，现有的系统缺乏用于多用途使用的通用性。现有的外部流体输送系统的其它缺点包括：打印盒中的墨水压力的非期望的波动、打印盒与外部墨水供应源之间的不可靠且复杂的流体密封、从打印盒到外部墨水供应源的困难的流体连接校准过程、由于外部墨水供应源与打印盒的连接而增大的打印机尺寸、墨水输送系统中的堵塞、通向打印盒的管内的空气积聚、墨水的泄漏、高的成本以及复杂性。

另一缺点是，目前的外部流体输送系统，特别是打印头组件需要复杂的组装和制造过程。这些部件在组装线上可能占据大的空间，这样通常需要额外的工具和成本来完成制造过程。

引用文献列表

专利文献

【专利文献1】美国专利us5,980,032

【专利文献2】美国专利us5,751,319

【专利文献3】美国专利us8,371,682

【专利文献4】美国专利us6,843,558

技术实现要素：

技术问题

本发明的一个目的是提供一种具有流体互连配合特征的打印盒，其允许打印盒连接到外部流体输送系统并且提高了方便性和定制性。

打印盒被设计为能接纳被引导的配合部件。配合部件被设计成在组装过程中较晚地连接到打印盒，以便降低制造复杂度并提高方便性和定制能力。流体互连器在一端连接到配合部件，而在另一端连接到外部流体供应源。诸如墨水之类的流体从外部墨水供应源经过流体互连器和配合部件而转移到打印盒中。

配合部件被设计为坚固耐用并与打印盒上的部件互锁，以便容易地与外部流体供应对准、(与之)稳固连接以及为使用者提供容易的连接-脱接选择。配合部件能够与其它类似系统互换，这允许打印系统保持通用性，并符合使用者对不同类型的打印任务的需求。举例而言，根据外部流体的粘度，或者如果使用者需要不同的流体流，配合部件能够被互换。此外，可拆卸的配合部件还允许使用者容易地判断墨水输送系统中的堵塞、空气积聚和泄漏。

解决方案

根据本发明的一示例性实施例，公开了一种打印头组件，该打印头组件包括：盒本体，包括腔室；囊；设置在盒本体的腔室上的盖；液体互连系统；以及打印头芯片(chip)。囊包括液体装填孔和排出口，该囊设置在盒本体的腔室内并且适于接收和容纳液体。打印头芯片设置在盒本体上并与囊流体连通以便接收来自囊的液体，用以将液体喷射到打印介质上。液体互连系统包括配合部件，该配合部件包括入口和液体出口。入口被构造配置成支撑液体互连器，液体出口被配置成与盒本体接合以使得液体出口与囊的液体装填孔对准，用以将液体转移到囊。

在示例性实施例中，配合部件具有被配置为与盒本体的开口接合的槽。

在示例性实施例中，液体互连系统还包括：针，与液体装填孔对准以将液体排入到囊中；外部液体连接部，配置成连接到外部液体供应源；以及互锁装置，连接到外部液体连接部，该互锁装置被配置成能释放地与配合部件连接。

在示例性实施例中，外部液体连接部上的互锁装置包括螺纹螺母，该螺纹螺母与配合部件可旋转地接合，以便与配合部件连接和脱接。

在示例性实施例中，囊包括：框架构件，包括空腔和柔性侧壁；弹簧构件，设置在框架构件空腔与柔性侧壁之间。弹簧构件与框架构件空腔及侧壁接合以偏压柔性侧壁远离框架构件，以使囊内形成真空压力。

在示例性实施例中，打印头组件还包括弹簧护板，该弹簧护板设置在柔性侧壁与弹簧构件之间以保护柔性侧壁免于被弹簧刺穿。

在示例性实施例中，囊包括位于液体装填孔内的中隔件(septum)、球和球弹簧。

在示例性实施例中，液体互连器是配置为连接到盒本体内的中隔件的管。

在示例性实施例中，该管包括用于调节进入囊的液体流的阀。

在示例性实施例中，液体互连系统包括至少部分地穿过配合部件延伸的连接管，该连接管被配置成与管连接。

在示例性实施例中，囊的液体装填孔和排出口被定向为相对于彼此成九十度。

在示例性实施例中，配合部件与囊的框架构件一体成形。

在示例性实施例中，流体互连系统包括：配合部件，包括入口和液体出口。入口被配置成支撑一互连器，而液体出口被配置成与盒本体接合以使得液体出口与囊流体装填孔对准，用以将流体转移到囊中。

在示例性实施例中，配合部件被配置成与盒本体脱离，使得该配合部件能够与另一配合部件互换。

在示例性实施例中，入口从打印盒向外突出并且适于与外部流体互连器同中心地接合；而液体出口向内延伸到盒本体中并适于与装填孔同心地对准，用以将流体转移到流体囊中。

在示例性实施例中，流体互连器是配置成连接到盒本体内的中隔件的管。

在示例性实施例中，管包括用以控制进入囊的流体流的阀。

在示例性实施例中，流体互连系统还包括至少部分地穿过配合部件延伸的连接管，该连接管被配置成与上述管连接。

在示例性实施例中，流体互连系统包括：针，与流体装填孔对准，以将液体排入到囊中；以及外部流体连接部，配置成连接到外部流体供应源。

通过阅读以下对各个示例性实施例的详细描述、附图及所附的权利要求，本发明的这些和其它的特征和优点将变得显而易见。

有益效果

根据本发明的打印头组件能提供具有流体互连配合特征的打印盒，其允许打印盒连接到外部流体输送系统并且提高了方便性和定制性。

附图说明

当结合附图考虑时，将会最佳地理解上文对本发明的示例性实施例的概述以及下文对这些示例性实施例的详细描述，其中，在所有附图中相同的附图标记表示相同的元件，且其中：

图1是根据本发明的一示例性实施例的打印盒组件的立体分解图。

图2是图1的打印盒组件的立体图。

图3是图1的打印盒组件的一部分的详细剖视图。

图4是根据本发明的一示例性实施例的用于与图1的打印盒组件一起使用的墨囊的分解图。

图5是根据本发明的一示例性实施例的用于与图1的打印盒组件一起使用的配合部件的详视图。

图6是与图1的打印盒组件组装在一起的图5的配合部件的立体图。

图7是图6所示的组件的剖视图。

图8是根据本发明的一示例性实施例的用于与图1的打印盒组件一起使用的流体互连器的立体图。

图9是与图6的配合部件和图1的打印盒组件连接的流体互连器的立体图。

图10是图9所示的流体互连器组件的一备选实施例的立体图。

图11a是与图10相似但移除了扭锁螺母后的立体图。

图11b是图11a中所指定的区域的详视图。

图12是图10所示实施例的剖视图。

图13是根据本发明的一示例性实施例的喷墨打印系统的立体图。

图14是根据本发明的另一示例性实施例的打印盒组件的示意图。

图15是根据本发明的另一示例性实施例的打印盒组件的示意图。

具体实施方式

在本发明的示例性实施例中，提供了与被引导的配合部件的流体互连，其允许打印盒连接到外部流体输送系统。该流体互连允许降低制造复杂度并允许定制。

这里使用的标题仅用于组织(架构)目的，而非意味着用于限制说明书或权利要求书的范围。在本申请通篇中使用的词语“可”和“能够”是在容许意义上(即，意指具有可能性)、而非强制意义上(即，意指必须)来使用的。类似地，词语“包括”、“包括有”和“包含”表示包括但不限于。为了便于理解，在尽可能的情况下使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。

首先参照图1和图2，根据本发明的一示例性实施例的打印盒包括打印头组件1、墨盒本体10、腔室20、过滤器30、过滤器帽40、垫圈50、盖60和墨囊70。配合部件80和开口15也被示出，并且在这里被进一步描述。尽管图中仅示出了一个墨囊70，但应领会的是，可提供多个墨囊70和/或其它类型的储存部来容纳一种或多种彩色墨水。墨囊70安装在腔室20中，并包括用于将墨水输送到打印头组件1的其它部分的排出口71。如这里将进一步描述的，排出口71可包括诸如唇部或延伸部之类的接口结构，用以与打印头组件1的另一部分联接。

附接到墨盒本体10的是打印头芯片11，打印头芯片包括用于将墨水输送到打印介质(诸如一张纸或其它材料)的多个喷嘴。在多个实施例中，喷嘴可附接到与打印头芯片11分开的结构。墨水从墨囊70的排出口71流过墨盒本体10的下部中的多个通道。随后，墨水在墨盒本体10内流动到打印头芯片11中的歧管，并从该处被汲取到喷嘴以便喷射到打印介质上。

现在参照图3，墨盒本体10的下部包括呈塔13形式的内部空腔。塔13可包括适于接收用于打印的墨水的任何合适的延伸部、结构、端口或接口。如图所示，塔13可包括上凸的管状延伸部或立管，其具有供墨水流过的一个或多个开口14。本领域普通技术人员将显而易见的是，其它型式的塔构造也是可能的。

过滤器帽40接合于塔13，且具体而言可被焊接或以其它方式贴附到塔13的直立的外周壁。过滤器帽40包括用于在墨盒本体10与墨囊70之间提供一通道的导管或引导部件。在所示的示例性实施例中，过滤器帽40包括供墨水通过的内部通道41，该内部通道41具有渐缩形构造，其在墨囊70的端部处具有较小直径的上通道部42，而在靠近墨盒本体10的端部处具有较大直径的下通道部43。过滤器帽40可由聚合材料(例如，诸如尼龙、pet、改性聚苯醚(noryl)之类的聚酰胺)制成。在多个实施例中，过滤器帽40可由能够为塔13、墨盒本体10和墨囊70提供耐流体密封的另外的或备选的材料形成。

过滤器帽40的上通道部42接合于墨囊70的对应的排出口71，以允许墨水从墨囊70流到过滤器帽40的内部通道41。垫圈50被邻近过滤器帽40设置，并协助在过滤器帽40与墨囊70之间密封。就这点而言，垫圈50接合上通道部42以产生流体密封来控制流体和蒸发损失，并防止空气进入系统，使得背压能够被保持。垫圈50可由合适的弹性材料或具有良好密封性能的其它材料制成。在多个实施例中，可以使用不同的或补充类型的密封构件。

过滤器30设置在塔13中，并在墨水接近打印头芯片11(图1)时过滤墨水中的污染物。过滤器30还能提供毛细功能，以根据需要允许墨水通过并防止空气进入打印头芯片11。过滤器30可由金属织物、聚合物织物或其它网格、筛网或织物材料制成。例如，可使用不锈钢密纹(dutchtwill)或不锈钢织物材料形成过滤器30。过滤器30可设置在墨盒本体10中，或者在另一示例中，可热熔植入(heatstake)到墨盒本体10中。

返回参照图1和图2，盖60可被用于防止经由流体从其中渗透(造成)的蒸发损耗。用于形成盖60及相关的墨盒本体10的材料可以是诸如尼龙6,6、尼龙6、尼龙6,12之类的尼龙材料，或者诸如聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛之类的其它类型的聚合材料。在多个实施例中，盖60可由具有适于防止蒸发损耗的不同性能的另外的或备选的材料(例如，与不同的墨水类型相适应的材料)形成。在多个实施例中，盖60可能允许一定程度的通过渗透的蒸发损耗。因此，可借助墨囊70的存在而提供另一蒸发屏障。就这点而言，墨囊70可由聚合材料制成，例如基于聚丙烯或聚乙烯的材料，以形成足够的渗透屏障。在多个实施例中，墨囊70可由另外的或备选的材料形成。就这点而言，墨囊70可为墨盒本体10提供主要的渗透界限。当墨囊70在内部附接到墨盒本体10和盖60时，产生具有高的长度-面积比的弯曲通风路径，即，提供其长度充分地大于其横截面直径的通风路径。该弯曲路径使空气能够通过该路径移动，并同时维持高的湿度环境，这就降低了蒸发损耗并大幅度减少了从系统的渗透。

现在参照图4，其示出了墨囊70的分解图。墨囊70包括框架72、板簧73、球弹簧74、装填球75、中隔件76、弹簧护板77和背板78。框架72可呈矩形或正方形形状，且可由任何合适的材料(例如聚丙烯和/或聚乙烯材料)制成。如这里将进一步描述的，框架72提供一毂，其它流体连接部可联接到该毂上。墨水装填孔79设置在囊70的那侧，该墨水装填孔与墨盒本体10上的中隔件76及开口15(将在稍后描述)同心。球弹簧74和装填球75可设置在墨水装填孔79内以允许墨水通入墨囊70中，同时防止泄漏。球弹簧74提供抵靠装填球75的力，以产生与中隔件76的密封。球弹簧74能够被变形(偏斜)以解除装填球75与中隔件76的表面的密封。在多个实施例中，中隔件76可限定一凹部，装填球75安置在该凹部内。

板簧73可由金属材料(例如，诸如316不锈钢之类的钢材料)制成。在多个实施例中，板簧73可由另外的或备选的材料形成。板簧73向框架72和背板78传递力以产生背压(例如至少部分真空压力)，其允许外部墨水供应源与墨囊70内部的墨水保持平衡，并防止有害的压力波动。板簧73设置在框架72中的空腔内部的一端处以及弹簧护板77上的相对端处。就这点而言，板簧73偏压于弹簧护板77以产生内部负压，例如用以防止在安装期间打印头淌出墨水。弹簧护板77推压于背板78和框架72的内部空腔，其用作在系统中产生背压的刚性表面区域。弹簧护板77通过提供力可分布的区域而借助弹簧力来限定内部压力，且还用于保护背板78以免被弹簧刺穿。背板78可具有柔性侧壁以容纳和协助调控压力波动。背板78和弹簧护板77可由任何合适的材料(例如金属、聚合物和/或复合材料)制成。在所示的示例性实施例中，墨水装填孔79和排出口71被设置成彼此成90度角。在实施例中，应理解的是，墨水装填孔79和排出口71可具有不同的取向。

转而参照图5，其示出了根据本发明的一示例性实施例的流体互连器配合部件80。配合部件80包括入口81、槽82和出口83。如图所示，入口81和出口83可以呈圆柱形，或者可具有不同的构造。配合部件80可由任何合适的材料形成，例如，诸如不锈钢之类的金属材料、复合材料或诸如聚乙烯、聚丙烯或任何其它合适的材料的聚合材料。槽82可由将入口81与出口83分隔开的两个壁限定。槽82接纳墨盒本体10上的开口15并与之互锁，使得配合部件80牢固地联接到墨盒本体10。在多个实施例中，槽82可通过任何合适的方式联接到墨盒本体10，例如通过压入配合、过盈配合、卡扣配合、摩擦配合、热或超声波焊接、粘合或机械紧固。配合部件80被设计成在制造过程中较晚地被加入，以确保在组装线上的可管理的生产性包封，以便减少组装问题并降低制造部分的复杂度。此外，在制造过程中较晚地加入配合部件80，允许了基于特定的客户需求进行定制。基于使用者的特定打印任务，配合部件80可与其它类似的配合部件调换，以实现多功能性。例如，对于用具有不同粘度的多种流体和不同外部管径的打印，入口81和出口83具有不同尺寸的配合部件80可能是理想的。如果使用者期望使用较小的入口81来对液体流进行节流，则配合部件80也可以与另一配合部件互换。

参照图6和图7，配合部件80被示出为与墨盒本体10组装。当配合部件80被组装到墨盒本体10上的开口15中时，入口81可与墨水装填孔79对准。如图所示，入口81可与墨水装填孔79同心地对准。在多个实施例中，入口81可从装填孔79偏移。

转而参照图8，其示出了流体互连器90的一示例性实施例，此流体互连器包括针91、互锁装置92和外部流体连接器93。流体互连器90与入口81和墨水装填孔79同心地对准，且被设计成在外部流体连接期间能确保合适的对准。针91被插入中隔件76中，以便进行正确的流体连接。中隔件76是柔性的，并且其在打印头组件1未连接到外部墨水供应源时将框架72和装填球75密封。当打印头组件1连接到外部墨水供应源时，中隔件76密封框架和针91。

参照图9，当流体互连器90和配合部件80完全组装到墨盒本体10上时，墨水初始时从外部流体供应源流入配合部件80的入口81中的流体互连器90中。然后，墨水经过出口83流入墨囊70的墨水装填孔79中。墨囊70被设计成能保持与外部墨水供应源的压力平衡，从而会将更多的墨水量送入墨囊70中，使得墨水输送系统中的高压峰值被限制。互锁装置92被设计成锁定到配合部件80中。在多个实施例中，互锁装置92的套筒卡入配合部件80中，以确保适当的流体密封。互锁装置92还允许为使用者提供容易的连接-脱接选择，并且还允许外部流体连接器93之类锁扣到其上以便于合适地密封。

在多个实施例中，互锁装置92还可配置为与配合部件80永久连接。应领会的是，从配合部件80到流体互连器90的连接可包括摩擦配合、卡扣配合、螺纹配合、过盈配合、压入配合、或者任何其它能够允许为使用者提供容易的连接-脱接选择的锁定或配合方式或者它们的组合。

参照图10，因为在初始拉拔期间抽取力被最小化，所以扭转螺母锁94可设有流体互连器90以便在配合部件80与流体互连器90脱接期间减少溢出。扭转螺母锁94可与流体互连器90螺纹接合或可旋转地接合。另外参照图11a，其示出了螺母锁94和盖60被移除以便能够容易地观看该组件。

转而参照图11b，其示出了与扭转螺母锁94一起使用的配合部件80的一示例性实施例的详视图。如图所示，配合部件80可包括用于与螺母锁94的内部部分(例如，扭转螺母锁94的一个或多个内螺纹结构)接合的外螺纹84。在多个实施例中，扭转螺母锁94和配合部件80可以另一种方式(例如，卡口式联接)互相接合。应理解的是，在多个实施例中，可为配合部件80和扭转螺母锁94提供用于相互接合的其它多种结构的组合。

进一步参照图12，其为组装的锁定螺母94、配合部件80及流体互连器90的剖视图。例如，如期望流体互连器90与打印头组件1相对快速地连接和/或脱接，则可使用本实施例的锁定螺母94。多个邻接、互锁并可拆卸的部件的容易连接-脱接的特性能够有利于判断和校正堵塞、空气积聚、流体泄漏和/或其它障碍。此外，允许配合部件80和流体互连器90的互换使得打印系统能够保持通用性，以适应使用者的特定需求。因此，为使用者提供了多种配置以供使用，这些配置可直接特定的应用来选择。

现在参照图13，打印系统的一示例性实施例总体上标记为1000。如图所示，打印头组件1通过管95连接到外部墨水供应源100。管95可以为适于流体联接的任何类型，例如通道、导管或线缆(其被配置成通过自身输送流体)。在多个实施例中，管95可根据期望的应用而例如为刚性、半刚性或柔性的。例如，在打印头被设置在扫描托架上的情况下，管95可以是柔性的，或者在固定打印头的情况下，管95可以是部分刚性或完全刚性的。管95可由任何适用于运送墨水的材料(例如聚合材料)形成。如本文的多个实施例所描述的，墨水从外部墨水供应源100通过管95被运送到打印头组件1中。

参照图14，在多个实施例中，管95直接连接到中隔件76，并从墨盒本体10向外穿过配合部件80延伸。管95可与配合部件80相接地延伸，或者可从墨盒本体10穿过配合部件80并向外延伸，例如用以连接到与外部墨水供应源100联接的另一流体管(图13)。在多个实施例中，如图所示，配合部件80可从墨盒本体10向外突出。因此，配合部件80为延伸穿过其中的管95提供支撑，而且使管95(通过该管运送墨水)对齐以便供给到墨囊70。在多个实施例中，可在配合部件80和/或墨盒本体10上设置外部保持器，用以支撑和/或引导管95。

在多个实施例中，可沿着管95的一部分设置阀97，用以控制经过该管的墨水的流动。在多个实施例中，阀97可包括用于由使用者控制阀97的操作的外部特征，例如在鲁尔型锁的情况下为杆或开关。根据本发明的示例性实施例，将会设想到用于与管95一起使用的其它合适的阀构造。在多个实施例中，阀97的存在可免除对与中隔件76(图4)一起使用的、单独的装填球75和弹簧74的需要。在多个实施例中，除已存在的阀97之外，可设置装填球75和弹簧74以与中隔件76一起使用。

参照图15，在多个实施例中，连接管96可直接从墨囊70延伸，并以在配合部件80内延伸或穿过配合部件80的方式延伸，使得配合部件80和穿过该配合部件80延伸的连接管96可具有用于外部设置的管(诸如管95，其例如由使用者或由制造商提供)的附接位置(point，点)。就这点而言，使用者可将管95适配在连接管96上，以便于使墨水流入墨囊70中。在多个实施例中，可将管95的尺寸设定为使其在配合部件80的入口81内适配在连接管96上，或者可将其尺寸设定为适配在配合部件80的入口81上。就这点而言，例如通过提供被设定不同尺寸的连接管96，以及/或者通过提供用于将被设定不同尺寸的管95与连接管96和/或配合部件80联接的一个或多个适配器构件，打印头组件1可被定制以供与不同的喷墨打印系统或其部件一起使用。

仍然参照图15，因为连接管96与墨囊70直接联接，例如连接管96可与墨囊70一体形成，所以可免除对于中隔件76(图14)的需要，该中隔件用以在连接管96与墨囊70之间提供密封。在多个实施例中，中隔件76可被设置成在沿着连接管96或管95的任何位置处与连接管96一起使用。

在多个实施例中，配合部件80可直接连接到墨囊70而不具有连接器管，使得配合部件80具有介于墨囊70与外部墨水供应源100之间的流体连接位置。如上文所述，可设置阀97来控制经过连接管96的流体流。

现已详细示出并描述了本发明的多个实施例，基于这些实施例的各种修改和改进对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，如上文所述的本发明的那些示例性实施例应为说明性的而非限制性的。本发明的精神和范围应被宽泛地进行解释。

附图标记列表：

1：打印头组件

10：墨盒本体

11：打印头芯片

13：塔

14、15：开口

20：腔室

30：过滤器

40：过滤器帽

41：内部通道

42：上通道部

43：下通道部

50：垫圈

60：盖

70：墨囊

71：排出口

72：框架

73：板簧

74：弹簧

75：装填球

76：中隔件

77：弹簧护板

78：背板

79：墨水装填孔

80：配合部件

81：入口

82：槽

83：出口

90：流体互连器

91：针

92：互锁装置

93：外部流体连接器

94：扭转螺母锁

95：管

96：连接管

97：阀

100：外部墨水供应源