专利名称：采用借助吸入压力进行传输的颗粒的喷墨容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨打印系统的储墨容器。
喷墨打印机工作时通过从“打印头”向打印介质喷射小墨滴。该打印头包括小的油墨喷射头阵列，其按需喷射墨滴形成阵列图案。该喷射头通常由小电阻(迅速使油墨沸腾)或压电元件启动。该打印头安装在打印机中相对于上述介质位于适当位置上的喷墨“笔”中。该笔可在打印区中往复扫描或被制成相当于页宽的部件。
打印机的主要供墨装置可以整体固定在笔上作为笔的一部分，也可以与笔分离。例如，油墨可盛放在一个可拆卸并可更换的墨槽中，该墨槽直接与笔连通，该墨槽也可以与笔分置且通过导管与笔连通。本发明适用于所有这类情况。
油墨必须在小于大气压或在“吸入压力”下才能进入打印头，而不至于从喷嘴中淌出。转让给本发明申请人的美国专利No.4771295(Baker等人)公开了一种喷墨笔，它使用合成泡沫材料，在适当的吸入压力下将油墨储蓄在笔中。该泡沫材料带有一定孔径，借助于毛细作用在选定的吸入压力下储墨。一条内部导墨管从打印头伸至与泡沫材料压力接触，从而压缩导墨管区域中的泡沫材料。在泡沫材料的压缩区，材料的孔径变小，因而增强了毛细作用。在打印过程中当油墨从泡沫材料中被消耗掉，泡沫材料中导墨管附近的存在较高毛细作用的区域势必将油墨从泡沫材料的其它部分吸入导墨管，使得最大量的油墨可以被用于打印。
但是，在上述油墨容器中使用泡沫材料引起了某些问题。装配时，泡沫材料通常从笔体的顶端插入墨槽并与导墨管密封接触。在该插接过程中，泡沫材料会皱曲或变形。泡沫材料的不均匀区域通常会进一步压缩，因此在这些区域中吸收并“保留”油墨。这些保留的油墨被浪费，降低了笔的使用效率。如果泡沫材料变形将导致的另一个问题是该材料不会与导墨管的开口保持很好的密封接触。而该密封效果对于很好地将油墨从泡沫材料导入导墨管是十分重要的。
因而喷墨笔体通常被设计成当泡沫材料插入笔体时，该泡沫材料不会在笔体壁上变形且将很好地与导墨管开口保持密封。通常这意味着笔体的截面形状简单，且导墨管沿泡沫材料的插入方向在轴向上延伸。但是，最好不要局限于上述要求。喷墨打印适用领域广泛，并且很多应用都得益于笔具有不同的形状。
这些问题在多腔彩色笔中也存在。对于使用的每种颜色，笔体必须有一个独立的墨腔。但是，彩色笔通常只有一个打印头。对于每种颜色，打印头上都设有一组独立的喷嘴。为避免墨色混合，必须用某些部件将油墨从每个墨腔导入打印头上各自的喷嘴组。在某些现有技术的彩色笔中，墨腔通过一个复杂的集流室与打印头连通。该集流室被模压成独立的一部分并通过粘合剂连接在笔体上。但是，由于增加了成本和喷墨笔的复杂程度，因此这样的集流室不好。
储墨系统还需要使用一个储墨的多孔材料部件，以缓解涉及泡沫材料的上述问题。
图1是本发明一种打印机的立体图。
图2是现有技术的单色喷墨笔的剖面图。
图3是现有技术的三色喷墨笔的剖面图。
图4是沿图3的剖面线4-4所截取的笔60的剖面图。
图5是本发明的单色喷墨笔的剖面图。
图6是本发明的三色喷墨笔的剖面图。
图7是沿图6的剖面线7-7所截取的笔140的剖面图。
图8是本发明单色喷墨笔的另一个实施例的剖面图。
图1表示本发明的喷墨打印机10。打印机10包括壳体12，其中安装有控制器14、打印盒滑座16(安装有打印盒18和20)、介质进给电机22和滑座驱动电机24。进纸盘26和出纸折翼28也固定在壳体12上。控制器14接通主机打印设备(未示出)，如个人电脑，从中接受代表所需打印的图像和/或文字的数字信号。控制器14也与打印头18和20、介质进给电机22和滑座进给电机24连通。介质进给电机22通过齿轮系32结合聚合物辊子(未示出)，该辊子驱动打印介质通过打印机。介质进给电机22通过离合器和齿轮系(未示出)与折翼28啮合，以便选择性地(基于控制器14的输入)打开或关闭该折翼28。滑座进给电机24通过驱动带34连接滑座16。一摞纸放置在进纸盘26上。示出的纸38正在被打印。
在适当的时间，控制器14启动滑座进给电机24，以便沿滑座进给轴Y的方向驱动滑座26，使打印头18、20扫描纸38上的当前行。当打印盒18、20在Y方向上扫描时，控制器14使打印头定位，喷射墨滴，在纸38上形成所需点阵图案。一次扫描结束后，控制器14向介质进给电机22发出信号，在如图所示的介质进给方向X上逐渐输入纸38，以便打印头可以开始另一次扫描。以上述方式打印多条相邻的水平线，以便在页面上打印所需图像。也可以不进给纸而在同一部分进行一次以上扫描。当纸38被打印时，纸停在折翼28上。纸38打印结束后，当前一页干了和/或新的一页准备打印时，折翼28张开，使纸38垂直落在前一页上。由于前一页通常比较干，而且纸38垂直落在前一页上，因此不会弄脏前一页。
图2表示一种一般的现有技术的喷墨笔40。笔40是单色黑笔，用于代替笔20。笔40包括笔体42、打印头44、导墨管46和盖48。笔体42具有截面通常为矩形的墨槽50。导墨管46的截面为圆形并伸入墨槽50内部。金属滤网52热装在导墨管46顶部。导墨管46指向并与打印头44连通。
一块网状的聚氨酯泡沫材料54以上述方式插入墨槽50中，如图所示，泡沫材料54被导管46和滤网52局部压缩。泡沫材料54的压缩减小了导管和滤网区域中的泡沫材料54的孔径，因此与泡沫材料的其它区域相比增加了该区域中泡沫材料的毛细作用。毛细作用的增加使得油墨被抽向导墨管46。因此导墨管46作为泡沫材料和打印头之间的导管。盖48上设有孔56，油墨用尽时使得空气进入笔中。笔40在工厂中填充油墨。油墨在真空条件下注入泡沫材料，使尽可能多的油墨保留在泡沫材料中。
装配过程中，在安装盖48之前，泡沫材料从笔的顶端滑入笔体42。在将泡沫材料插入之前利用某些方法将其压缩。一旦插入，泡沫材料可以膨胀。在插入过程中，泡沫材料可能部分皱曲或以其它方式变形。这是由于泡沫材料滑入笔体中时泡沫材料可能会在笔体壁上摩擦的缘故。增加了压缩的不均匀区域将吸收油墨并在这些区域保留油墨。该保留的油墨不能用于打印，因而降低了笔的使用效率。这种不均匀性也会妨碍泡沫材料有效、完全地与导墨管接触。为避免这种不均匀性，墨槽通常做成简单的截面形状，如笔体42的通常为矩形的截面。
图3和4表示现有技术的彩色笔60，它可用于图1中的笔18。该彩色笔带有三个用于该彩色喷墨打印机的蓝、红、黄(CMY)三原色的墨腔。笔60包括笔体62和打印头64。打印头64为每种墨色蓝、红、黄设有一组喷嘴。笔64带有三个墨槽或腔室72、74、76。每个墨槽带有各自的导墨管78、80、82。这些导墨管通过图3所示的导墨管80伸入墨腔。金属滤网，如滤网90热装在每个导墨管的顶部。
如图所示，三块泡沫材料部件84、86、88插入墨腔72、74、76。导墨管78、80、82和它们各自的滤网(如滤网90)伸至与泡沫材料压力接触，使得导墨管和滤网区域中的泡沫材料局部压缩。如同图2的黑笔，该局部压缩用于局部增加导墨管区域中的泡沫材料的毛细作用，使得借助于毛细压力将油墨抽向导墨管。
现有技术的笔60设计中的问题在于，怎样将油墨从墨槽导入打印头64。最好使打印头尽可能地小。由于打印头位于一个硅的基板上，因此它是一个比较贵的部件。减小打印头的另一个原因是，如果喷嘴组互相靠近，则便于精确地将不同颜色的墨滴以正确的相对位置喷射在打印介质上，以提高图像质量。
另一方面，增大存储在笔中的墨量是十分重要的。所需的更大量的油墨意味着需增加笔体的体积。注意在图4中，打印头64的“轨迹”(“footprint”)远小于笔体62的轨迹。只有墨腔76直接位于打印头64上方。另两个墨腔72、74距离更远。因而必须用某些部件将油墨从腔室72、74导入打印头64。在笔60中，利用一个复杂的集流室94实现这种导通，该集流室包括通道96、98和100。该集流室94被模压为一个单独的部件并通过粘合剂固定在笔体62的底部。
使用该分离连接的集流室的不利之处在于它增加了笔的装配步骤。还必须小心、谨慎地涂敷粘合剂，以便有效地使每个油墨通道96、98、100彼此封闭。如果粘合剂在任何给定位置失效，则油墨会在不同颜色之间混合，在彩色打印中造成巨大问题。在激烈竞争的喷墨打印机市场中，组装成本或导致产量下降的问题都是重要的。因此如果可能，最好去除这种集流室。
图5表示图3中经过改进的喷墨笔40，它不使用泡沫材料的压缩区域而是用玻璃珠作为传输材料。该笔中，将玻璃珠130倒入笔体42直至滤网52的水平面之上的平面132。将泡沫材料54装在玻璃珠130顶部。玻璃珠130的毛细压力比泡沫材料大，使得玻璃珠130将油墨从泡沫材料154中抽出并将其输入导墨管46。因此，这些玻璃珠的功能与图2、3、4中现有技术的喷墨笔中的泡沫材料的压缩区有些类似。
在图示的实施例中，这些玻璃珠的平均直径在大约0.002英寸到0.004英寸(或在大约50和100微米)之间。在有油墨的情况下，该玻璃珠体的毛细压力或吸入压力为大约负12英寸水。上述泡沫材料的吸入压力是大约5英寸水，而浸湿的滤网的毛细压力为大约30英寸水。
所述泡沫材料不再象图示(图2-4)的现有技术的笔那样在导墨管区域被局部压缩。上述玻璃珠在泡沫材料和丝网之间形成一个有效的流体界面，而无需再压缩泡沫材料。该玻璃珠远小于泡沫材料的孔径，使得它们会填入泡沫材料的表面孔隙。当笔中的油墨被消耗时，泡沫材料与玻璃珠的大面积接触区域有助于将油墨从泡沫材料中传输到玻璃珠上。
使用玻璃珠而不是泡沫材料的局部压缩区域的优点在于，这将使喷墨笔易于制造。图6中的泡沫材料更易于安插。由于不必在泡沫材料和导墨管及滤网之间进行压缩，因此在安装泡沫材料时，对精确度的要求较低。
在泡沫材料和导墨管之间，该玻璃珠形成优质的传输材料。当它干燥时它易于倾倒，且其化学性质稳定并易于润湿。颗粒大小和形状是可控制的，从而能预知产生的毛细压力。也可以使用其它材料，如砂粒或塑料颗粒，但是优选为玻璃珠。玻璃的优点在于它的可润湿性好。
平均直径较大和较小的玻璃珠均可使用。例如，可采用直径在0.001至0.002英寸之间的玻璃珠。这种玻璃珠可带来较大的吸入压力。上述较大的吸入压力直到喷墨笔中的油墨将近几乎用尽时才稍稍起作用。但是，油墨容器中的油墨接近用尽时，较小直径的玻璃珠所产生的较大的毛细作用致使吸入压力骤增，因而导致迅速用尽所有油墨。较大直径的玻璃珠产生较小的吸入压力，因而导致吸入压力增长较慢且油墨用尽缓慢。
当填充喷墨笔40时，油墨被注入泡沫材料54。这最好在真空条件下进行。很多在喷墨笔中使用的泡沫材料，如聚氨酯泡沫材料对液流的阻力相当大，因此较难于重填。但是，由于玻璃珠的高可润湿性，其对液流的阻力大大降低，因此易于填充或重填油墨。当喷墨笔填充好后，油墨通过毛细作用被抽吸到玻璃珠处，在泡沫材料中生成一个空气与油墨的界面。该空气与油墨的界面在该喷墨笔中产生吸入压力。
图6和7表示用来替换图3和4所示喷墨笔60的三色喷墨笔140。喷墨笔140包括笔体142、打印头144和三个导墨管，诸如导墨管148。每个导墨管都装有一个滤网，如滤网152。笔体142经过模压形成三个墨腔154、156、158。如图所示，每个墨腔都有一部分靠近打印头144。每个导墨管都直接通向打印头。上述笔体被模压成一体，没有集流室。
三块泡沫材料部件172、174、176从墨腔的顶部插入墨腔154、156、158中的图示位置。插入泡沫材料部件后，将玻璃珠178倒入在泡沫材料和笔体壁之间的图示区域中。从而玻璃珠178在泡沫材料和导墨管之间通过毛细作用进行传输。
墨腔154、156、158的形状不规则，特别是在靠近导墨管的区域160、162、164。如果泡沫材料充满整个墨腔154、156、158，则难于以这种方式将泡沫材料插入墨腔154、156、158使得在泡沫材料和导墨管之间保持良好接触。该小三角区域中的泡沫材料会变形且无法有效地与导墨管密封。该泡沫材料还将产生存留油墨的不均匀区域。但是，玻璃珠易于倒入这些区域中且与导墨管和滤网保持紧密接触。
图8表示本发明的另一个喷墨笔180。该喷墨笔180包括笔体182、导墨管184、打印头186和盖188。如图所示，笔体182和导墨管184之间有一个金属滤网190。如图所示，笔体182中一块泡沫材料192。如图所示，该泡沫材料192未完全充满笔体182，而是留有一定空间。插入泡沫材料192后，将玻璃珠196倒入笔体182中的在泡沫材料192和导墨管184之间的空间内。
图8的实施例不是对前述喷墨笔的一种改进，而是一种新的设计。前述喷墨笔中的泡沫材料被导墨管压缩，导墨管的纵轴线与泡沫材料的插入方向平行。这种结构在安插泡沫材料时有助于它与导墨管的密封。但是，图8的实施例中，导墨管的纵轴线与泡沫材料的插入方向垂直。由于泡沫材料无需与导墨管保持密封，因此导墨管的轴向定位精度要求放宽。该玻璃珠无论其方向如何，都易于倒入并填充在导墨管周围。
也可采用其它独特的喷墨笔设计方案。喷墨打印的某些应用可能需要各种不规则形状的喷墨笔构形，玻璃珠的可倾倒性使得玻璃珠可倒入各种不规则的形状内，并且能在泡沫材料和导墨管或导管之间进行有效的传输。因此，将玻璃珠用作泡沫材料和导墨管之间的传输材料大大增加了喷墨笔设计的灵活性。
权利要求
1.一种将油墨输送到喷墨打印头(44、64、186)的储墨设备(40、140、180)，它包括一个墨槽(50、72、74、76、182)；一个设置在所述墨槽(50、72、74、76、182)中且与打印头(44、64、186)连通的导管(46、78、80、82、184)；一个置于所述墨槽(50、72、74、76、182)中的多孔材料部件(54、84、86、88、192)，该多孔材料部件(54、84、86、88、192)具有预定的第一毛细作用；设置于所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)中的油墨体；设置于所述墨槽(50、72、74、76、182)中的位于所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)和所述导管(46、78、80、82、184)之间的颗粒体(130、178、196)，该颗粒体用于从所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)中接收油墨，并将其输送到所述导管(46、78、80、82、184)中，所述颗粒体(130、178、196)具有大于所述预定的第一毛细作用的预定的第二毛细作用。
2.一种如权利要求1所述的储墨设备(40、140、180)，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)是可倾倒的。
3.一种如权利要求1或2所述的储墨设备(40、140、180)，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)是珠子。
4.一种如上述权利要求中任一项所述的储墨设备(40、140、180)，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)是玻璃珠。
5.一种如上述权利要求中任一项所述的储墨设备(40、140、180)，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)的平均直径在大约50至100微米之间。
6.一种用于喷墨打印系统的储墨设备(40、140、180)的制造方法，该方法包括以下步骤设置一个带有导管(46、78、80、82、184)的墨槽(50、72、74、76、182)，该导管与一个打印头(44、64、186)连通；在所述墨槽(50、72、74、76、182)中安插一个多孔材料部件(54、84、86、88、192)，所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)具有预定的第一毛细作用；将颗粒体(130、178、196)倒入所述墨槽(50、72、74、76、182)中的所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)和所述导管(46、78、80、82、184)之间，所述颗粒体(130、178、196)具有大于所述预定的第一毛细作用的预定的第二毛细作用；将所述油墨充填入所述墨槽(50、72、74、76、182)中。
7.一种如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)是珠子。
8.一种如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)是玻璃珠。
9.一种如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述颗粒(130、178、196)的平均直径在大约50至100微米之间。
全文摘要
一种带有喷墨打印头和附带墨槽的喷墨打印盒或“笔”,墨槽装有拟传输给打印头的油墨。一些多孔材料如聚氨酯泡沫材料设置在墨槽中,使油墨处于低于大气压的条件下。一导墨管与墨槽连通且通向打印头。一些玻璃珠位于墨槽中在多孔材料和墨槽之间。玻璃珠的毛细作用大于泡沫材料。当打印需消耗喷墨笔中的油墨时,玻璃珠通过毛细作用将油墨从泡沫材料中抽吸出来有效地传输给导墨管,以便从喷墨笔中抽吸出尽可能多的油墨用于打印。
文档编号B41J2/175GK1233562SQ991025
公开日1999年11月3日 申请日期1999年3月1日 优先权日1998年4月30日
发明者P·D·瑟乌, C·C·罗 申请人:惠普公司