專利名稱：采用借助吸入壓力進(jìn)行傳輸?shù)念w粒的噴墨容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨打印系統(tǒng)的儲墨容器。
噴墨打印機(jī)工作時通過從“打印頭”向打印介質(zhì)噴射小墨滴。該打印頭包括小的油墨噴射頭陣列，其按需噴射墨滴形成陣列圖案。該噴射頭通常由小電阻(迅速使油墨沸騰)或壓電元件啟動。該打印頭安裝在打印機(jī)中相對于上述介質(zhì)位于適當(dāng)位置上的噴墨“筆”中。該筆可在打印區(qū)中往復(fù)掃描或被制成相當(dāng)于頁寬的部件。
打印機(jī)的主要供墨裝置可以整體固定在筆上作為筆的一部分，也可以與筆分離。例如，油墨可盛放在一個可拆卸并可更換的墨槽中，該墨槽直接與筆連通，該墨槽也可以與筆分置且通過導(dǎo)管與筆連通。本發(fā)明適用于所有這類情況。
油墨必須在小于大氣壓或在“吸入壓力”下才能進(jìn)入打印頭，而不至于從噴嘴中淌出。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明申請人的美國專利No.4771295(Baker等人)公開了一種噴墨筆，它使用合成泡沫材料，在適當(dāng)?shù)奈雺毫ο聦⒂湍珒π钤诠P中。該泡沫材料帶有一定孔徑，借助于毛細(xì)作用在選定的吸入壓力下儲墨。一條內(nèi)部導(dǎo)墨管從打印頭伸至與泡沫材料壓力接觸，從而壓縮導(dǎo)墨管區(qū)域中的泡沫材料。在泡沫材料的壓縮區(qū)，材料的孔徑變小，因而增強(qiáng)了毛細(xì)作用。在打印過程中當(dāng)油墨從泡沫材料中被消耗掉，泡沫材料中導(dǎo)墨管附近的存在較高毛細(xì)作用的區(qū)域勢必將油墨從泡沫材料的其它部分吸入導(dǎo)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問題。裝配時，泡沫材料通常從筆體的頂端插入墨槽并與導(dǎo)墨管密封接觸。在該插接過程中，泡沫材料會皺曲或變形。泡沫材料的不均勻區(qū)域通常會進(jìn)一步壓縮，因此在這些區(qū)域中吸收并“保留”油墨。這些保留的油墨被浪費，降低了筆的使用效率。如果泡沫材料變形將導(dǎo)致的另一個問題是該材料不會與導(dǎo)墨管的開口保持很好的密封接觸。而該密封效果對于很好地將油墨從泡沫材料導(dǎo)入導(dǎo)墨管是十分重要的。
因而噴墨筆體通常被設(shè)計成當(dāng)泡沫材料插入筆體時，該泡沫材料不會在筆體壁上變形且將很好地與導(dǎo)墨管開口保持密封。通常這意味著筆體的截面形狀簡單，且導(dǎo)墨管沿泡沫材料的插入方向在軸向上延伸。但是，最好不要局限于上述要求。噴墨打印適用領(lǐng)域廣泛，并且很多應(yīng)用都得益于筆具有不同的形狀。
這些問題在多腔彩色筆中也存在。對于使用的每種顏色，筆體必須有一個獨立的墨腔。但是，彩色筆通常只有一個打印頭。對于每種顏色，打印頭上都設(shè)有一組獨立的噴嘴。為避免墨色混合，必須用某些部件將油墨從每個墨腔導(dǎo)入打印頭上各自的噴嘴組。在某些現(xiàn)有技術(shù)的彩色筆中，墨腔通過一個復(fù)雜的集流室與打印頭連通。該集流室被模壓成獨立的一部分并通過粘合劑連接在筆體上。但是，由于增加了成本和噴墨筆的復(fù)雜程度，因此這樣的集流室不好。
儲墨系統(tǒng)還需要使用一個儲墨的多孔材料部件，以緩解涉及泡沫材料的上述問題。
圖1是本發(fā)明一種打印機(jī)的立體圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的單色噴墨筆的剖面圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的三色噴墨筆的剖面圖。
圖4是沿圖3的剖面線4-4所截取的筆60的剖面圖。
圖5是本發(fā)明的單色噴墨筆的剖面圖。
圖6是本發(fā)明的三色噴墨筆的剖面圖。
圖7是沿圖6的剖面線7-7所截取的筆140的剖面圖。
圖8是本發(fā)明單色噴墨筆的另一個實施例的剖面圖。
圖1表示本發(fā)明的噴墨打印機(jī)10。打印機(jī)10包括殼體12，其中安裝有控制器14、打印盒滑座16(安裝有打印盒18和20)、介質(zhì)進(jìn)給電機(jī)22和滑座驅(qū)動電機(jī)24。進(jìn)紙盤26和出紙折翼28也固定在殼體12上。控制器14接通主機(jī)打印設(shè)備(未示出)，如個人電腦，從中接受代表所需打印的圖像和/或文字的數(shù)字信號?？刂破?4也與打印頭18和20、介質(zhì)進(jìn)給電機(jī)22和滑座進(jìn)給電機(jī)24連通。介質(zhì)進(jìn)給電機(jī)22通過齒輪系32結(jié)合聚合物輥子(未示出)，該輥子驅(qū)動打印介質(zhì)通過打印機(jī)。介質(zhì)進(jìn)給電機(jī)22通過離合器和齒輪系(未示出)與折翼28嚙合，以便選擇性地(基于控制器14的輸入)打開或關(guān)閉該折翼28?；M(jìn)給電機(jī)24通過驅(qū)動帶34連接滑座16。一摞紙放置在進(jìn)紙盤26上。示出的紙38正在被打印。
在適當(dāng)?shù)臅r間，控制器14啟動滑座進(jìn)給電機(jī)24，以便沿滑座進(jìn)給軸Y的方向驅(qū)動滑座26，使打印頭18、20掃描紙38上的當(dāng)前行。當(dāng)打印盒18、20在Y方向上掃描時，控制器14使打印頭定位，噴射墨滴，在紙38上形成所需點陣圖案。一次掃描結(jié)束后，控制器14向介質(zhì)進(jìn)給電機(jī)22發(fā)出信號，在如圖所示的介質(zhì)進(jìn)給方向X上逐漸輸入紙38，以便打印頭可以開始另一次掃描。以上述方式打印多條相鄰的水平線，以便在頁面上打印所需圖像。也可以不進(jìn)給紙而在同一部分進(jìn)行一次以上掃描。當(dāng)紙38被打印時，紙停在折翼28上。紙38打印結(jié)束后，當(dāng)前一頁干了和/或新的一頁準(zhǔn)備打印時，折翼28張開，使紙38垂直落在前一頁上。由于前一頁通常比較干，而且紙38垂直落在前一頁上，因此不會弄臟前一頁。
圖2表示一種一般的現(xiàn)有技術(shù)的噴墨筆40。筆40是單色黑筆，用于代替筆20。筆40包括筆體42、打印頭44、導(dǎo)墨管46和蓋48。筆體42具有截面通常為矩形的墨槽50。導(dǎo)墨管46的截面為圓形并伸入墨槽50內(nèi)部。金屬濾網(wǎng)52熱裝在導(dǎo)墨管46頂部。導(dǎo)墨管46指向并與打印頭44連通。
一塊網(wǎng)狀的聚氨酯泡沫材料54以上述方式插入墨槽50中，如圖所示，泡沫材料54被導(dǎo)管46和濾網(wǎng)52局部壓縮。泡沫材料54的壓縮減小了導(dǎo)管和濾網(wǎng)區(qū)域中的泡沫材料54的孔徑，因此與泡沫材料的其它區(qū)域相比增加了該區(qū)域中泡沫材料的毛細(xì)作用。毛細(xì)作用的增加使得油墨被抽向?qū)?6。因此導(dǎo)墨管46作為泡沫材料和打印頭之間的導(dǎo)管。蓋48上設(shè)有孔56，油墨用盡時使得空氣進(jìn)入筆中。筆40在工廠中填充油墨。油墨在真空條件下注入泡沫材料，使盡可能多的油墨保留在泡沫材料中。
裝配過程中，在安裝蓋48之前，泡沫材料從筆的頂端滑入筆體42。在將泡沫材料插入之前利用某些方法將其壓縮。一旦插入，泡沫材料可以膨脹。在插入過程中，泡沫材料可能部分皺曲或以其它方式變形。這是由于泡沫材料滑入筆體中時泡沫材料可能會在筆體壁上摩擦的緣故。增加了壓縮的不均勻區(qū)域?qū)⑽沼湍⒃谶@些區(qū)域保留油墨。該保留的油墨不能用于打印，因而降低了筆的使用效率。這種不均勻性也會妨礙泡沫材料有效、完全地與導(dǎo)墨管接觸。為避免這種不均勻性，墨槽通常做成簡單的截面形狀，如筆體42的通常為矩形的截面。
圖3和4表示現(xiàn)有技術(shù)的彩色筆60，它可用于圖1中的筆18。該彩色筆帶有三個用于該彩色噴墨打印機(jī)的藍(lán)、紅、黃(CMY)三原色的墨腔。筆60包括筆體62和打印頭64。打印頭64為每種墨色藍(lán)、紅、黃設(shè)有一組噴嘴。筆64帶有三個墨槽或腔室72、74、76。每個墨槽帶有各自的導(dǎo)墨管78、80、82。這些導(dǎo)墨管通過圖3所示的導(dǎo)墨管80伸入墨腔。金屬濾網(wǎng)，如濾網(wǎng)90熱裝在每個導(dǎo)墨管的頂部。
如圖所示，三塊泡沫材料部件84、86、88插入墨腔72、74、76。導(dǎo)墨管78、80、82和它們各自的濾網(wǎng)(如濾網(wǎng)90)伸至與泡沫材料壓力接觸，使得導(dǎo)墨管和濾網(wǎng)區(qū)域中的泡沫材料局部壓縮。如同圖2的黑筆，該局部壓縮用于局部增加導(dǎo)墨管區(qū)域中的泡沫材料的毛細(xì)作用，使得借助于毛細(xì)壓力將油墨抽向?qū)堋?br>
現(xiàn)有技術(shù)的筆60設(shè)計中的問題在于，怎樣將油墨從墨槽導(dǎo)入打印頭64。最好使打印頭盡可能地小。由于打印頭位于一個硅的基板上，因此它是一個比較貴的部件。減小打印頭的另一個原因是，如果噴嘴組互相靠近，則便于精確地將不同顏色的墨滴以正確的相對位置噴射在打印介質(zhì)上，以提高圖像質(zhì)量。
另一方面，增大存儲在筆中的墨量是十分重要的。所需的更大量的油墨意味著需增加筆體的體積。注意在圖4中，打印頭64的“軌跡”(“footprint”)遠(yuǎn)小于筆體62的軌跡。只有墨腔76直接位于打印頭64上方。另兩個墨腔72、74距離更遠(yuǎn)。因而必須用某些部件將油墨從腔室72、74導(dǎo)入打印頭64。在筆60中，利用一個復(fù)雜的集流室94實現(xiàn)這種導(dǎo)通，該集流室包括通道96、98和100。該集流室94被模壓為一個單獨的部件并通過粘合劑固定在筆體62的底部。
使用該分離連接的集流室的不利之處在于它增加了筆的裝配步驟。還必須小心、謹(jǐn)慎地涂敷粘合劑，以便有效地使每個油墨通道96、98、100彼此封閉。如果粘合劑在任何給定位置失效，則油墨會在不同顏色之間混合，在彩色打印中造成巨大問題。在激烈競爭的噴墨打印機(jī)市場中，組裝成本或?qū)е庐a(chǎn)量下降的問題都是重要的。因此如果可能，最好去除這種集流室。
圖5表示圖3中經(jīng)過改進(jìn)的噴墨筆40，它不使用泡沫材料的壓縮區(qū)域而是用玻璃珠作為傳輸材料。該筆中，將玻璃珠130倒入筆體42直至濾網(wǎng)52的水平面之上的平面132。將泡沫材料54裝在玻璃珠130頂部。玻璃珠130的毛細(xì)壓力比泡沫材料大，使得玻璃珠130將油墨從泡沫材料154中抽出并將其輸入導(dǎo)墨管46。因此，這些玻璃珠的功能與圖2、3、4中現(xiàn)有技術(shù)的噴墨筆中的泡沫材料的壓縮區(qū)有些類似。
在圖示的實施例中，這些玻璃珠的平均直徑在大約0.002英寸到0.004英寸(或在大約50和100微米)之間。在有油墨的情況下，該玻璃珠體的毛細(xì)壓力或吸入壓力為大約負(fù)12英寸水。上述泡沫材料的吸入壓力是大約5英寸水，而浸濕的濾網(wǎng)的毛細(xì)壓力為大約30英寸水。
所述泡沫材料不再象圖示(圖2-4)的現(xiàn)有技術(shù)的筆那樣在導(dǎo)墨管區(qū)域被局部壓縮。上述玻璃珠在泡沫材料和絲網(wǎng)之間形成一個有效的流體界面，而無需再壓縮泡沫材料。該玻璃珠遠(yuǎn)小于泡沫材料的孔徑，使得它們會填入泡沫材料的表面孔隙。當(dāng)筆中的油墨被消耗時，泡沫材料與玻璃珠的大面積接觸區(qū)域有助于將油墨從泡沫材料中傳輸?shù)讲Ａе樯稀?br>
使用玻璃珠而不是泡沫材料的局部壓縮區(qū)域的優(yōu)點在于，這將使噴墨筆易于制造。圖6中的泡沫材料更易于安插。由于不必在泡沫材料和導(dǎo)墨管及濾網(wǎng)之間進(jìn)行壓縮，因此在安裝泡沫材料時，對精確度的要求較低。
在泡沫材料和導(dǎo)墨管之間，該玻璃珠形成優(yōu)質(zhì)的傳輸材料。當(dāng)它干燥時它易于傾倒，且其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并易于潤濕。顆粒大小和形狀是可控制的，從而能預(yù)知產(chǎn)生的毛細(xì)壓力。也可以使用其它材料，如砂?；蛩芰项w粒，但是優(yōu)選為玻璃珠。玻璃的優(yōu)點在于它的可潤濕性好。
平均直徑較大和較小的玻璃珠均可使用。例如，可采用直徑在0.001至0.002英寸之間的玻璃珠。這種玻璃珠可帶來較大的吸入壓力。上述較大的吸入壓力直到噴墨筆中的油墨將近幾乎用盡時才稍稍起作用。但是，油墨容器中的油墨接近用盡時，較小直徑的玻璃珠所產(chǎn)生的較大的毛細(xì)作用致使吸入壓力驟增，因而導(dǎo)致迅速用盡所有油墨。較大直徑的玻璃珠產(chǎn)生較小的吸入壓力，因而導(dǎo)致吸入壓力增長較慢且油墨用盡緩慢。
當(dāng)填充噴墨筆40時，油墨被注入泡沫材料54。這最好在真空條件下進(jìn)行。很多在噴墨筆中使用的泡沫材料，如聚氨酯泡沫材料對液流的阻力相當(dāng)大，因此較難于重填。但是，由于玻璃珠的高可潤濕性，其對液流的阻力大大降低，因此易于填充或重填油墨。當(dāng)噴墨筆填充好后，油墨通過毛細(xì)作用被抽吸到玻璃珠處，在泡沫材料中生成一個空氣與油墨的界面。該空氣與油墨的界面在該噴墨筆中產(chǎn)生吸入壓力。
圖6和7表示用來替換圖3和4所示噴墨筆60的三色噴墨筆140。噴墨筆140包括筆體142、打印頭144和三個導(dǎo)墨管，諸如導(dǎo)墨管148。每個導(dǎo)墨管都裝有一個濾網(wǎng)，如濾網(wǎng)152。筆體142經(jīng)過模壓形成三個墨腔154、156、158。如圖所示，每個墨腔都有一部分靠近打印頭144。每個導(dǎo)墨管都直接通向打印頭。上述筆體被模壓成一體，沒有集流室。
三塊泡沫材料部件172、174、176從墨腔的頂部插入墨腔154、156、158中的圖示位置。插入泡沫材料部件后，將玻璃珠178倒入在泡沫材料和筆體壁之間的圖示區(qū)域中。從而玻璃珠178在泡沫材料和導(dǎo)墨管之間通過毛細(xì)作用進(jìn)行傳輸。
墨腔154、156、158的形狀不規(guī)則，特別是在靠近導(dǎo)墨管的區(qū)域160、162、164。如果泡沫材料充滿整個墨腔154、156、158，則難于以這種方式將泡沫材料插入墨腔154、156、158使得在泡沫材料和導(dǎo)墨管之間保持良好接觸。該小三角區(qū)域中的泡沫材料會變形且無法有效地與導(dǎo)墨管密封。該泡沫材料還將產(chǎn)生存留油墨的不均勻區(qū)域。但是，玻璃珠易于倒入這些區(qū)域中且與導(dǎo)墨管和濾網(wǎng)保持緊密接觸。
圖8表示本發(fā)明的另一個噴墨筆180。該噴墨筆180包括筆體182、導(dǎo)墨管184、打印頭186和蓋188。如圖所示，筆體182和導(dǎo)墨管184之間有一個金屬濾網(wǎng)190。如圖所示，筆體182中一塊泡沫材料192。如圖所示，該泡沫材料192未完全充滿筆體182，而是留有一定空間。插入泡沫材料192后，將玻璃珠196倒入筆體182中的在泡沫材料192和導(dǎo)墨管184之間的空間內(nèi)。
圖8的實施例不是對前述噴墨筆的一種改進(jìn)，而是一種新的設(shè)計。前述噴墨筆中的泡沫材料被導(dǎo)墨管壓縮，導(dǎo)墨管的縱軸線與泡沫材料的插入方向平行。這種結(jié)構(gòu)在安插泡沫材料時有助于它與導(dǎo)墨管的密封。但是，圖8的實施例中，導(dǎo)墨管的縱軸線與泡沫材料的插入方向垂直。由于泡沫材料無需與導(dǎo)墨管保持密封，因此導(dǎo)墨管的軸向定位精度要求放寬。該玻璃珠無論其方向如何，都易于倒入并填充在導(dǎo)墨管周圍。
也可采用其它獨特的噴墨筆設(shè)計方案。噴墨打印的某些應(yīng)用可能需要各種不規(guī)則形狀的噴墨筆構(gòu)形，玻璃珠的可傾倒性使得玻璃珠可倒入各種不規(guī)則的形狀內(nèi)，并且能在泡沫材料和導(dǎo)墨管或?qū)Ч苤g進(jìn)行有效的傳輸。因此，將玻璃珠用作泡沫材料和導(dǎo)墨管之間的傳輸材料大大增加了噴墨筆設(shè)計的靈活性。
權(quán)利要求
1.一種將油墨輸送到噴墨打印頭(44、64、186)的儲墨設(shè)備(40、140、180)，它包括一個墨槽(50、72、74、76、182)；一個設(shè)置在所述墨槽(50、72、74、76、182)中且與打印頭(44、64、186)連通的導(dǎo)管(46、78、80、82、184)；一個置于所述墨槽(50、72、74、76、182)中的多孔材料部件(54、84、86、88、192)，該多孔材料部件(54、84、86、88、192)具有預(yù)定的第一毛細(xì)作用；設(shè)置于所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)中的油墨體；設(shè)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)和所述導(dǎo)管(46、78、80、82、184)之間的顆粒體(130、178、196)，該顆粒體用于從所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)中接收油墨，并將其輸送到所述導(dǎo)管(46、78、80、82、184)中，所述顆粒體(130、178、196)具有大于所述預(yù)定的第一毛細(xì)作用的預(yù)定的第二毛細(xì)作用。
2.一種如權(quán)利要求1所述的儲墨設(shè)備(40、140、180)，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)是可傾倒的。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的儲墨設(shè)備(40、140、180)，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)是珠子。
4.一種如上述權(quán)利要求中任一項所述的儲墨設(shè)備(40、140、180)，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)是玻璃珠。
5.一種如上述權(quán)利要求中任一項所述的儲墨設(shè)備(40、140、180)，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)的平均直徑在大約50至100微米之間。
6.一種用于噴墨打印系統(tǒng)的儲墨設(shè)備(40、140、180)的制造方法，該方法包括以下步驟設(shè)置一個帶有導(dǎo)管(46、78、80、82、184)的墨槽(50、72、74、76、182)，該導(dǎo)管與一個打印頭(44、64、186)連通；在所述墨槽(50、72、74、76、182)中安插一個多孔材料部件(54、84、86、88、192)，所述多孔材料部件(54、84、86、88、192)具有預(yù)定的第一毛細(xì)作用；將顆粒體(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)和所述導(dǎo)管(46、78、80、82、184)之間，所述顆粒體(130、178、196)具有大于所述預(yù)定的第一毛細(xì)作用的預(yù)定的第二毛細(xì)作用；將所述油墨充填入所述墨槽(50、72、74、76、182)中。
7.一種如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)是珠子。
8.一種如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)是玻璃珠。
9.一種如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述顆粒(130、178、196)的平均直徑在大約50至100微米之間。
全文摘要
一種帶有噴墨打印頭和附帶墨槽的噴墨打印盒或“筆”,墨槽裝有擬傳輸給打印頭的油墨。一些多孔材料如聚氨酯泡沫材料設(shè)置在墨槽中,使油墨處于低于大氣壓的條件下。一導(dǎo)墨管與墨槽連通且通向打印頭。一些玻璃珠位于墨槽中在多孔材料和墨槽之間。玻璃珠的毛細(xì)作用大于泡沫材料。當(dāng)打印需消耗噴墨筆中的油墨時,玻璃珠通過毛細(xì)作用將油墨從泡沫材料中抽吸出來有效地傳輸給導(dǎo)墨管,以便從噴墨筆中抽吸出盡可能多的油墨用于打印。
文檔編號B41J2/175GK1233562SQ991025
公開日1999年11月3日 申請日期1999年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月30日
發(fā)明者P·D·瑟烏, C·C·羅 申請人:惠普公司