喷墨打印设备和墨罐的制作方法

喷墨打印设备和墨罐
1.本技术是在2020年03月25日提交的申请号为202010215510.6、发明创造名称为“喷墨打印设备和墨罐”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及通过喷出墨来打印图像的喷墨打印设备，并且涉及墨罐。


背景技术：

3.日本特开2018-161887号公报公开了这样的构造：在该构造中，在用作墨通道和空气通道的多个通道通过墨罐的开口插入罐的情况下，能够在在供墨容器与墨罐之间进行气液交换的同时供应墨。从而，使用者能够在不压缩供墨容器的情况下将墨供应到墨罐。
4.然而，在日本特开2018-161887号公报中公开的构造中存在可用性降低的可能性，这是因为当供墨流过的通道的开口面积小时墨注入会花费时间。
5.考虑到上述情况而作出了本发明，并且本发明提供了一种喷墨打印设备，其中减少了将墨注入到墨罐所需的时间。


技术实现要素：

6.为了解决上述情况，根据本发明的喷墨打印设备包括：墨罐，其被构造成收容待供应到打印头的墨，所述打印头喷出所述墨，所述墨从墨瓶注入。喷墨打印设备还包括注入辅助构件，所述注入辅助构件包括：第一通道，其由第一上端部和第一下端部限定，所述第一上端部朝向所述墨罐的外部开口，所述第一下端部朝向所述墨罐的内部开口；和第二通道，其由第二上端部和第二下端部限定，所述第二上端部朝向所述墨罐的外部开口，所述第二下端部朝向所述墨罐的内部开口，以及所述第一下端部的截面积比所述第一上端部的截面积大。
7.从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
8.图1a和图1b是根据第一实施方式的喷墨打印设备的外部立体图。
9.图2是示出根据第一实施方式的喷墨打印设备的内部构造的立体图。
10.图3a、图3b、图3c和图3d是根据第一实施方式的罐单元的外部立体图。
11.图4a和图4b是根据第一实施方式的墨罐的立体图。
12.图5是示出根据第一实施方式的针的细节的示意性截面图。
13.图6a、图6b和图6c是示出墨注入操作的示意图。
14.图7a、图7b和图7c是示出根据第一实施方式的针的特征的示意性截面图。
15.图8a、图8b、图8c和图8d示出了在针的上端部不包括倾斜表面的比较例。
16.图9a、图9b、图9c和图9d是示出根据第一实施方式的针的上端部的示意图。
17.图10a和图10b是示出根据第二实施方式的针的细节的截面图。
18.图11a和图11b是示出根据第二实施方式的针的锥形形状的示意图。
19.图12是示出根据第二实施方式的针的变型例的截面图。
具体实施方式
20.第一实施方式
21.以下，将参照附图说明本发明的实施方式。然而，以下实施方式不旨在限制本发明，在实施方式中说明的特征的所有组合对于本发明的解决方案并非都是必需的。另外，在实施方式中说明的各组成部件的相对位置、形状等仅作为示例给出，并且不旨在将本发明的范围仅限于它们。
22.设备构造
23.图1a是本实施方式中的喷墨打印设备(以下称为打印设备)1的外部立体图。打印设备1包括壳体5、在打印介质上进行打印操作的打印头3(参照图2)以及作为墨收容容器的墨罐11，该墨罐11被构造成收容待供应到打印头3的墨。在本实施方式中，墨罐11布置于壳体5的前方处并且固定到设备的主体。在壳体5的前方处还设置有操作单元4，该操作单元4使得使用者能够对打印设备1进行诸如指令输入等的操作。本实施方式的操作单元4还包括能够显示例如打印设备1的错误等的显示面板。
24.在壳体5的前方处布置有供纸盒6，该供纸盒6能够由使用者相对于壳体5插入和抽出。供纸盒6包括窗部6a，以使得使用者能够目视识别装载在供纸盒6内部的打印介质。窗部6a能够由例如玻璃或塑料制成的透明构件构成。
25.在壳体5的上部，进行读取原稿操作的扫描器单元2被布置成能够相对于壳体5打开。图1b是打印设备1的外部立体图，其中扫描器单元2相对于壳体5打开。当扫描器单元2打开时，能够覆盖墨罐11的上表面的罐盖12露出。在图1b中，罐盖12是关闭的。将在后面说明罐盖12的细节。可选地，可以采用如下构造：在该构造中，未装载扫描器单元2的主体盖能够相对于壳体5打开。
26.图2是示出打印设备1的内部构造的立体图。打印设备1通过进给器(未示出)进给装载在壳体5前方的供纸盒6上或壳体5后方的供纸托盘7上的打印介质。由进给器进给的打印介质通过输送辊(输送装置)40输送到位于与打印头3相对的位置处的稿台42。稿台42是用于引导和支撑打印介质的构件，通过打印头3在该打印介质上进行打印。已经由打印头3完成打印的打印介质通过排出辊(排出单元)41被排出到排出托盘(排出部)43上。排出托盘43布置于供纸盒6的上方。
27.通过输送辊40输送打印介质的方向(图2中所示的y方向)被称为输送方向。换言之，在输送方向上的上游侧对应于壳体5的后侧，而在输送方向上的下游侧对应于壳体5的前侧。
28.打印头3装载在滑架31上，滑架31在与输送方向交叉的主扫描方向(图2中所示的x方向)上往复运动。在本实施方式中，输送方向和主扫描方向彼此正交。
29.打印头3通过在与滑架31一起沿主扫描方向移动的同时喷出墨滴来在打印介质上打印(打印操作)一个带(band)的量的图像。当打印了一个带的量的图像时，通过输送辊40使打印介质在输送方向上输送预定量(间歇输送操作)。作为一个带的量的打印操作和间歇输送操作被重复的结果，根据图像数据将图像打印在整个打印介质上。
30.打印设备1包括维护单元，维护单元布置在滑架31的扫描区域内并且在通过打印头3进行打印操作的打印区域外部。维护单元是进行维护处理的单元，用于维护打印头3的喷出性能。该维护单元布置在面对配置有用于墨的喷出口的喷出口面的位置处。图2所示的打印头3位于能够进行维护单元的维护处理的位置(原始位置(home position))。维护单元包括例如能够盖住喷出口面的盖和基于抽吸的回收机构，在进行加盖时，该基于抽吸的回收机构通过强行抽吸墨来进行抽吸操作，以去除喷出口中的残留气泡和增稠的墨。
31.在本实施方式中，示出了打印头3装载于滑架31的串行头(serial head)的示例；然而，本发明不限于此并且能够应用于在与打印介质的宽度相对应的宽度的区域中配置有多个喷出口的行式头(line head)。
32.墨罐11布置在打印设备1中，用于由打印头3喷出的各颜色的墨。在本实施方式中设置有四个墨罐，包括：用于黑色的墨罐11k、用于青色的墨罐11c、用于品红色的墨罐11m、用于黄色的墨罐11y。这些墨罐统称为墨罐11。青色、品红色和黄色仅是墨颜色的示例，并且墨颜色不限于此。
33.如图2所示，当从打印设备1的前方观察时，用于黑色的墨罐11k布置在排出托盘43和供纸盒6的左侧。当从打印设备1的前方观察时，用于青色的墨罐11c、用于品红色的墨罐11m和用于黄色的墨罐11y布置在排出托盘43和供纸盒6的右侧。换言之，排出托盘43和供纸盒6布置在用于黑色的墨罐11k与用于彩色的墨罐之间。各墨罐11通过柔性管8连接到打印头3，该柔性管8构成用于向打印头3供应墨的供应通道。
34.打印设备1还包括用于黑色的罐盖12bk和用于彩色的罐盖12cl。用于黑色的罐盖12bk覆盖用于黑色的墨罐11k的上表面。用于彩色的罐盖12cl一体地覆盖用于青色的墨罐11c、用于品红色的墨罐11m和用于黄色的墨罐11y的上表面。以下，将用于黑色的罐盖12bk和用于彩色的罐盖12cl统称为罐盖12。
35.墨注入操作
36.图3a至图3d是包括墨罐11和墨罐11的周边构造的罐单元10的外部立体图。罐单元10的基本构造在墨颜色之间是共同的，因此，将以用于黑色的罐单元为例来说明。
37.图3a示出了罐盖12关闭的状态。图3b示出了罐盖12打开的状态。通过沿s1方向打开罐盖12，使用者能够访问罐盖13。
38.墨罐11的上表面包括用于注入墨的注入口14。能够用罐盖13密封注入口14。罐盖13由用于密封注入口14的盖部13a和支撑盖部13a且可由使用者操作的杆部13b构成。杆部13b可枢转地支撑于打印设备1的主体从而能够转动。使用者能够通过如下方式注入墨(参照图3c)：在沿图3b所示的s2方向转动杆部13b的同时从注入口14拆卸盖部13a。杆部13b可以被构造成可枢转地支撑于墨罐11或罐盖12从而能够转动。
39.罐盖13的盖部13a由具有橡胶弹性的构件构成，杆部13b由塑料等构成。本实施方式的杆部13b以与墨罐11中收容的墨的颜色相对应的颜色进行颜色区分(color-coded)。具体地，用于黑色的杆部13b以黑色或灰色进行颜色区分、用于青色的杆部13b以青色进行颜色区分、用于品红色的杆部13b以品红色进行颜色区分，并且用于黄色的杆部13b以黄色进行颜色区分。因此，当将墨注入墨罐11时，可以抑制使用者注入错误颜色的墨。可以采用不仅杆部13b、而且盖部13a也被颜色区分的形式。
40.图3d示出了在罐盖13被拆卸的情况下将作为墨补充容器的墨瓶15插入到注入口
14并注入墨的状态。在本实施方式中，作为在墨瓶15中的墨与墨罐11中的空气之间进行气液交换的结果，墨被注入墨罐11。
41.墨罐的构造
42.图4a和图4b是墨罐11的立体图。墨罐11包括被构造成收容墨的墨收容腔16、用于将墨收容腔16中的墨供应到打印头3的供墨口17、被构造成收容空气的空气收容腔18以及使空气收容腔18与大气连通的空气连通口19。墨收容腔16以在第一侧面侧开口的方式布置在墨罐11的上部。图4a是从第一侧面侧观察的墨罐11的立体图。供墨口17的一端连接到墨收容腔16，并且供墨口17的另一端连接到管8(参照图2)。由于第一侧面侧的开口被柔性膜(未示出)封闭，所以墨收容腔16能够收容墨。
43.空气收容腔18以在与第一侧面侧相反的第二侧面侧开口的方式布置在墨收容腔16的下方。图4b是从第二侧面侧观察的墨罐11的立体图。空气收容腔18的第二侧面侧被分成多个室。这些室经由布置在第一侧面侧的连通通道18a彼此连通。空气收容腔18开口所在的第二侧面侧也被柔性膜(未示出)封闭。空气收容腔18的这些室在第二侧面侧彼此不连通，而是经由布置在第一侧面侧的连通通道18a彼此连通。
44.空气收容腔18和墨收容腔16通过从墨收容腔16的下表面向下延伸的连接通道20彼此连接。连接通道20的下端部用作在墨和空气之间进行气液交换的气液交换部。连接通道20布置在墨罐11的第一侧面侧。连接通道20的气液交换部具有能够保持墨的弯液面的截面积。与大气连通的空气连通口19布置在空气收容腔18的上部。空气连通口19和连接通道20彼此远离地布置。
45.在正常使用期间，响应于从打印头3喷出墨，将墨从墨收容腔16向打印头3供应，并且将与所供应的墨体积相同的空气从空气收容腔18经由气液交换部供应到墨收容腔16。然而，当气液交换部的弯液面由于墨收容腔16中的空气膨胀(膨胀例如是由于大气温度或气压的改变导致的)而破裂时，墨收容腔16中的墨由于水头差(hydraulic head difference)而滴落到空气收容腔18中。因此，空气收容腔18具有能够收容墨收容腔16中所收容并填充的墨的容量。因此，空气收容腔18还用作抑制墨通过空气连通口19泄漏到设备中的缓冲腔。
46.即使在将墨收容在空气收容腔18中的状态下打印设备1所处的方向与正常使用期间的方向不同时，由于空气连通口19和连接通道20彼此远离地布置，所以也可以抑制墨通过空气连通口19泄漏。另外，由于被分成多个室的空气收容腔18存在于连接通道20和空气连通口19之间并阻碍了墨的流动，因此发挥了进一步抑制墨泄漏的作用。此外，被分隔的空气收容腔18开口所在的侧面与布置了连通通道18a的侧面彼此不同，这使得能够形成墨不容易在彼此分隔的相邻室之间移动的构造。因此，避免了墨通过空气连通口19泄漏。
47.针的构造
48.墨罐11还包括作为辅助墨注入的注入辅助构件的针22。图5是示出本实施方式的针22的细节的示意性截面图。针22由第一通道24a和比第一通道24a短的第二通道24b构成，并且使墨罐11的内部和外部彼此连通。在本实施方式中，第一通道24a的截面积大于第二通道24b的截面积。
49.第一通道24a由第一上端部23a和第一下端部25a限定，第一上端部23a通过向上延伸超过注入口14的上端而露出并朝向墨罐11的外部开口，第一下端部25a朝向墨罐11(墨收容腔16)的内部开口。第二通道24b由第二上端部23b和第二下端部25b限定，第二上端部23b
从注入口14露出并朝向墨罐11的外部开口，第二下端部25b朝向墨罐11(墨收容腔16)的内部开口。
50.第一通道24a的第一上端部23a以比第二通道24b的第二上端部23b向上突出得多的方式被形成为在重力方向上高。第一上端部23a和第二上端部23b均在通道延伸的方向上倾斜地开口，并且均具有朝向第一上端部23a与第二上端部23b彼此接触的中心部分变高的倾斜表面。第一下端部25a以比第二下端部25b向下突出得多的方式被形成为在重力方向上低。
51.图6a、图6b和图6c是示出根据本实施方式的利用气液交换的墨注入操作的示意图。图6a示出了墨罐11为空的状态。在墨注入操作中，形成针22的第一通道24a和第二通道24b中的一个用作墨通道，另一个用作空气通道。墨瓶15的开口被密封构件(未示出)封闭，并且被构造成使得墨即使在开口如图6a所示指向下时也不会滴落。
52.当如图6b所示将墨瓶15插入墨罐11时，针22打开墨瓶15的密封构件。因此，墨瓶15中的墨通过第一通道24a流入墨罐11，并且墨罐11中的空气通过第二通道24b流入墨瓶15。换言之，第一通道24a用作墨通道，第二通道24b用作空气通道。由此墨利用气液交换而注入墨罐11，在该气液交换中，墨和空气在墨罐11与墨瓶15之间交换。
53.如图6c所示，当墨液面l到达用作空气通道的第二通道24b的第二下端部25b时，由于空气无法从第二下端部25b流出到墨瓶15中，所气液交换停止。换言之，基于当将墨瓶15插入墨罐11中时第二下端部25b的位置停止将墨从墨瓶15注入到墨罐11中。以上是利用气液交换的墨注入操作的原理。
54.接下来，将参照图7a、图7b和图7c详细说明本实施方式的针22的特征。图7a、图7b和图7c是当使用者开始墨注入操作时的示意性截面图。图7a示出了在将墨瓶15刚插入注入口14之后的状态。在将针22插入墨瓶15时，第一通道24a首先与收容在墨瓶15中的墨接触，这是因为与第二通道24b的第二上端部23b相比，第一通道24a的第一上端部23a向上突出。因此，本实施方式的针22具有容易将第一通道24a确定为墨通道的构造。
55.图7b示出了开始将墨从墨瓶15注入墨罐11(墨收容腔16)之后的状态。在利用气液交换的墨注入中，墨从墨瓶15向墨罐11流入如下的量：该量与从墨罐11流入墨瓶15的空气的量相对应。因此，空气通过变成气泡而容易从针22移开的构造使墨的流入得以顺利进行。
56.如上所述，第一上端部23a和第二上端部23b具有倾斜表面，并且这些倾斜表面使空气易于从针22移开，这加速了空气的流入。将参照图8a、图8b、图8c和图8d以及图9a、图9b、图9c和图9d说明细节。
57.图8a、图8b、图8c和图8d示出了第一上端部23a和第二上端部23b不具有倾斜表面的比较例。图9a、图9b、图9c和图9d是具有如本实施方式这样的倾斜表面的第一上端部23a和第二上端部23b的示意图。如图8a至图8d和图9a至图9d所示，当空气从第二上端部23b流到墨瓶15中的墨中时，需要形成气泡并使其从第二上端部23b移开。
58.此时，当如图8a、图8b、图8c和图8d所示的比较例这样没有形成倾斜表面时，当从图8b中的状态过渡到图8c中的状态时，气泡需要从第二上端部23b的整个开口表面移开，这需要时间。换言之，气泡与第二上端部23b面接触，因此，由于接触面积大，所以气泡不容易从第二上端部23b移开。
59.相反，当如本实施方式这样地形成倾斜表面时，当从图9b中的状态过渡到图9c中
的状态时，气泡从第二上端部23b的顶部23bb移开，因此，容易形成气泡。换言之，气泡与顶部23bb线接触，因此，由于与图8a、图8b、图8c和图8d中的情况相比接触面积小，所以气泡容易从顶部23bb移开。因此，空气从墨罐11向墨瓶15的流入顺利进行，由此，也增大了墨从墨瓶15向墨罐11流入的速度。此外，倾斜表面被形成为朝向第一上端部23a和第二上端部23b彼此接触的部分变高。因此，气泡在与第一上端部23a的侧表面接触的同时向上移动，因此更容易从顶部23bb移开(参照图9c)。
60.参照图7a，已经说明了第一通道24a容易用作墨通道的构造；然而，实际上存在墨不流过第一通道24a的情况。在这种情况下，气泡从第一上端部23a流入。因此，在本实施方式中，第一上端部23a也具有倾斜表面。
61.图7c示出了墨罐11中的墨液面l到达第一通道24a的第一下端部25a的状态。第一下端部25a与墨收容腔16的底面之间的距离比第二下端部25b与墨收容腔16的底面之间的距离小。当墨液面l到达第一下端部25a时，第一下端部25a被墨封闭，这使得空气不能从第一下端部25a流入。因此，即使空气在第一通道24a中流动并且墨在第二通道24b中流动，也将确定第一通道24a用作墨通道并且将确定第二通道24b用作空气通道。由于用作墨通道的第一通道24a的第一下端部25a与墨收容腔16的底面之间的距离被设置得尽可能小，所以快速地确定了墨流过第一通道24a和第二通道24b中的哪一个。因此，能够减少墨注入所需的时间。
62.如果第一下端部25a具有与第二下端部25b相同的高度，则墨液面l缓慢地到达第一下端部25a。因此，需要时间来确定将第一通道24a作为墨通道。当由于在第一通道24a和第二通道24b中存在并混合的空气和墨而导致在确定通道之前形成了压力平衡时，墨的流入可能会在墨注入并充满墨收容腔16之前停止。相反，如本实施方式这样，通过使第一下端部25a延伸至墨收容腔16的底面附近从而快速地确定通道，墨能够被注入以充满墨收容腔16。
63.这里，墨的流动阻力大于空气的流动阻力，因此第一通道24a的截面积形成为大于第二通道24b的截面积。因此，能够增大每单位时间的墨流入量。例如，第一通道24a的截面积为9.6mm2，第二通道24b的截面积为5.4mm2。
64.如上所述，本实施方式的针22由包括高度不同的上端部的两个通道构成，其有助于确定用于从墨瓶15流出的墨的通道。此外，由于具有倾斜表面的上端部，使得空气流入墨瓶15顺利地进行。另外，第一通道24a的下端部与墨收容腔16的底面之间的距离小有助于确定墨通道。第一通道24a的截面积比确定为空气通道的第二通道24b的截面积大，被确定为墨通道的第一通道24a使每单位时间的墨注入量增大。这些构造减少了墨注入所需的时间，使得能够改善使用者的可用性。
65.在本实施方式中，提出了如下形式：墨罐11被固定到打印设备1并且通过管8供应墨；然而，本发明不限于此并且还能够应用于被公知为在滑架上(on-carriage)的形式，在该形式中，墨罐与打印头3一起被装载在滑架31上。换言之，可以采用装载在滑架31上的墨罐包括注入口和针并且墨由使用者从墨瓶注入的形式。
66.第二实施方式
67.以下，将参照附图说明本发明的第二实施方式。第二实施方式的基础构造与第一实施方式的基本构造的相同，因此，下面仅说明具有特征的构造。
68.图10a和图10b是第二实施方式中的针22的截面图。图10a示出了通过使用第二实施方式的针22从墨瓶15注入墨的状态。图10b示出了第二实施方式的针22的详细构造。与第一实施方式不同，针22具有锥形形状，以使第一通道24a的截面积朝向第一下端部25a变大。第一通道24a的内部由不具有凹凸的平滑表面构成。具有从第一上端部23a朝向第一下端部25a增大的截面积的这种平滑的通道形状使得与第一实施方式相比能够更大地增大墨的流速。
69.参照图11a和图11b，将说明锥形形状的效果。图11a是示出第二实施方式的第一通道24a的构造的示意图。图11b是示出通道的截面积突然增大的比较例的示意图。在图11a和图11b中，墨沿s3方向流动。
70.当截面积如图11b所示突然增大时，在截面积增大的部分中产生涡流v，从而产生了压力损失。因此，墨的喷出速度降低。相反，当截面积如图11a所示缓慢增大时，不会产生压力损失，因此，墨的流速不会降低。将第一通道24a构造为截面积缓慢增大的锥形形状使得能够增大墨的流速并减少墨注入时间。
71.图12是第二实施方式的变型例中的针22的示意图。墨沿s4方向在第一通道24a中流动。即使如图12所示将第一通道24a构造成截面积逐渐增大的喇叭形状时，也能够获得与锥形形状类似的效果。将墨流动的通道的截面积构造成朝向第一下端部25a平滑地增大使得能够减少墨注入所需的时间。
72.换言之，根据本发明，能够提供一种喷墨打印设备，在该喷墨打印设备中减少了将墨注入墨罐所需的时间。
73.虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有的这些变型、等同结构和功能。