CN101815621B - 墨液笔的压力调节器 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，一种用于墨液笔的压力调节器，包括：较低压力区域(64A，64B)和较高压力区域(90)之间的隔膜(82)，所述隔膜(82)响应于所述隔膜(82)两侧的压力差的增大朝向所述较低压力区域(64A，64B)是可运动的；可操作地位于打开位置和关闭位置之间的阀(84)，在所述打开位置处，墨液可流入所述较低压力区域(64A，64B)，在所述关闭位置处，墨液不可流入所述较低压力区域(64A，64B)；第一操作杆(94)，所述第一操作杆(94)响应于所述隔膜(82)朝向所述较低压力区域(64A，64B)的运动在第一支轴(102)上是可旋转的；以及连接到所述阀(84)的第二操作杆(96)，所述第二操作杆(96)响应于所述第一操作杆(94)的旋转在第二支轴(104)上是可旋转的，以使所述阀(84)从所述关闭位置运动到所述打开位置。

Description

墨液笔的压力调节器

背景技术

喷墨打印机(或印刷机)墨液笔(ink pen)的物理尺寸直接影响打印机的尺寸和成本。(墨液笔通常也称为墨盒或喷墨打印头组件。)在一些高端办公室打印机中使用的较大且较高性能的喷墨笔需要扩展结构和致动器以将笔适当地定位在打印机中，但这增大了打印机的尺寸并且提高了成本。较高性能墨液笔中的墨液输送系统内的墨液过滤部件和流体控制部件几乎是笔中最大块头的部件。这些部件嵌入在笔的主体内，因此构成了笔尺寸的一大部分。通过减小墨液过滤部件或流体控制部件的尺寸，或者同时减小二者的尺寸，可显著地减小笔的尺寸。 

附图说明

图1是方框图，示出了喷墨打印机。 

图2是方框图，示出了墨液笔的一个示例性实施例。 

图3是墨液笔一个示例性实施例的外部正视图。 

图4是墨液笔(例如图3所示的墨液笔)的分解透视图。 

图5是图4所示墨液笔中笔主体的透视图。 

图6是图4所示墨液笔沿图7中的线6-6剖切而得的垂切剖视图。 

图7是图4所示墨液笔沿图6中的线7-7剖切而得的平面剖视图。 

图8和图9是图4-7的笔主体的平面剖视图，示出了流体控制阀致动期间压力调节器的操作部件的位置。 

图10和图11分别是图4-7所示墨液笔的压力调节器中使用的调节器连杆的正视图和俯视图。 

图12和图13分别是图4-7所示墨液笔的压力调节器中使用的阀连杆的正视图和俯视图。 

具体实施方式

在致力于减小较高性能的“离轴式(off axis)”喷墨墨液笔尺寸 的过程中开发了本公开的实施例。因此，将参照离轴墨液笔和喷墨打印机来描述本公开的示例性实施例。不过，本公开的实施例并不限于附图所示以及下文所描述的示例性墨液笔或打印机。可实现和实施其他的形式、细节和实施例。因此，下面的描述不应被理解为对本公开范围的限制，本公开的范围由附于说明书的权利要求限定。 

如本申请文件中所使用的：“隔膜”指的是沿其外周锚接的片材，用作两个区域之间的屏障并且响应于这两个区域之间的压力变化而运动；“操作杆”指的是结构稳定的构件，其响应于作用在构件上的对抗力(counteracting forces)而绕支撑点旋转。支撑操作杆在其上旋转的支撑件称为支轴或支点。虽然操作杆可具有一定程度的绕行，但其必须能够承受对抗力而不弯曲。因此，操作杆必须是“结构稳定”的构件。支轴位于一个操作杆内的构件上对抗力作用位置之间，该操作杆通常称为第一级操作杆。支轴位于其他操作杆内的构件上对抗力作用位置的一侧上，该操作杆通常取决于位置以及输入力/作用和输出力/载荷特性而称为第二级操作杆或第三级操作杆。 

参见图1，喷墨打印机10包括打印头12，墨液供应器14、泵16、打印介质传送机构18和电子打印机控制器20。图1中的打印头12一般表示一个或多个打印头以及关联的用于将墨滴喷射到打印介质22的片或带上的机械和电子部件。典型地热喷墨打印头包括阵列有喷墨喷嘴的喷嘴板以及形成在集成电路芯片上的触发电阻，该集成电路芯片定位在喷墨喷嘴后面。喷墨喷嘴通常沿喷嘴板一列列的排列。每个打印头均操作连接到打印机控制器20和墨液供应器14。在操作中，打印机控制器20选择性地给触发电阻供能，当触发电阻被供能时，墨液汽化室内形成蒸汽泡，从而使墨滴通过喷嘴喷射在打印介质22上。在压电打印头中，使用压电元件使墨液从喷嘴喷射。使位于喷嘴附近的压电元件非常快速的变形，以使墨液通过喷嘴喷射 

墨液室24和打印头12常常在墨液笔26内被容纳在一起，如图1中的虚线所示。墨液从墨液供应器14经过墨液室24流向打印头12。墨液笔，如墨液笔26，其允许当从远程可重填墨液供应器14的墨液消耗后可置换，这种墨液笔有时称为“离轴”笔。墨液室24一般表示笔26中的一个或多个墨液室24，墨液经过墨液室24沿其路径通向打印头12。例如，如下所述，墨液可穿过过滤器室和压力调节室然后 达到打印头。打印机10可包括跨越打印介质22宽度的一系列静止墨液笔26。替代性地，打印机10可包括在可运动托架上来回在介质22宽度上扫描的一个或多个墨液笔26。介质传送器18使打印介质22前进经过打印头12。对于静止笔26，介质传送器18可使介质22持续前进经过打印头12。对于扫描笔26，介质传送器18可使介质22渐进地前进经过笔26，在打印了每个扫描宽度(swath)时停下来，然后使介质22前进以便进行下一个扫描宽度的打印。 

控制器20接收来自计算机或其他主机装置28的打印数据，并且将这些数据处理成打印机控制信息和图像数据。控制器20控制托架(如果有的话)以及介质传送器18的运动。如上所述，控制器20电连接到打印头12以向触发电阻供能，从而使墨滴喷射到介质22上。通过协调(一个或多个)笔26和介质22与墨滴喷射的相对位置，控制器20根据接收自主机装置28的打印数据而在介质22上产生所期望的图像。 

图2是方框图，示出了墨液笔26的一个示例性实施例。参见图2，从分离的墨液供应器(未示出)经过入口32将墨液泵进笔26内的过滤器室30。墨液穿过过滤器室30内的过滤器，然后流入调节器室36。(例如，图1的墨液室24可包括图2所述墨液笔26的实施例的过滤器室30和调节器室36。)墨液从调节器室36流向打印头12，在打印头12出，墨液可如上所述喷射到打印介质上。在许多喷墨打印机中，墨液在轻微负压(真空)下流向打印头，以在打印头为激活时控制墨液经过喷墨喷嘴的自由流动。在没有这种负压的情况下，墨液可能从喷嘴泄漏或“流口水”。因此，室36内的压力调节器38将室36内的压力维持在期望的负压范围内。 

图3-7示出了墨液笔40的一个示例性实施例，该墨液笔40可用作图1和图2的方框图中所示的笔26。图3是笔40外部的正视图。图4是墨液笔40的分解透视图。图5是透视图，示出了笔主体的内部设计，而图6和图7分别是墨液笔40的垂切剖视图和平面剖视图。首先参见图3-4和图6，笔40包括下外壳体42，上外壳体44和盖或罩46。打印头(未示出)容纳在下壳体42内，使得打印头喷嘴板48(图6)沿笔40的底部暴露出来，以便将墨滴50(图6)喷射在纸或其他打印介质52(图6)上。如图6的剖视图所最佳示出的，笔40 的主体54容纳在上壳体42和下壳体44内。 

现在参见图4-7，所示墨液笔40的示例性实施例构造成接收和喷射两种不同的墨液。笔主体54由中央隔板58纵向地分为单元56A和56B。图4中笔40的分解透视图是从笔主体单元56B的入口侧(其是单元56A的出口侧)观察的，而图5中笔主体54的局部透视图是从笔主体单元56A的入口侧(其是单元56B的出口侧)观察的。墨液流动经过每个笔主体56A和56B到达分离的打印头。当打印机中安装了墨液笔40时，墨液入口端60A和60B连接到离轴墨液供应器和泵送系统(图3-7中未示出)，例如图1方框图所示的墨液供应器14和泵16。墨液经过入口端60A和60B泵入相应的过滤器室62A和62B。墨液从过滤器室62A、62B流入相应的压力调节器室64A、64B。下面针对每个单元56A和56B描述的部件是相同的。因此，为了方便，去掉了附图标记的记号“A”和“B”，并单独使用单独的附图标记来表示A单元和B单元中的相同部件。 

每个过滤器室62A和62B中，过滤器66均支撑在过滤器架68上。过滤器66支撑在过滤器架68的内侧表面和外侧表面上。因此，每个过滤器室62A、62B均通过过滤器66分为两个子室，即外部/上游子室和内部/下游子室。每个墨液入口端60A、60B均通向外部子室。过滤器架68角部的开口使内部过滤器子室暴露于通道70，并经过隔板58暴露于压力调节器室64A、64B。经过入口端60A、60B泵入每个外部过滤器子室的墨液穿过过滤器56进入相应地内部子室，然后穿出通道70进入调节器室64A、64B。(图9中的箭头72示出了墨液从入口端60A经过笔单元56A到调节器室64B的流动。)内部隔板74将A单元过滤器室62A与B单元调节器室64B分隔开。内部隔板76将B单元过滤器室62B与B单元调节器室64B分隔开。 

每个调节器室64A、64B内的压力调节器78控制墨液从过滤器室62A、62B进入调节器室64A、64B的流动。墨液经过出口80从调节器室64A、64B流出，并流到相应的打印头。压力调节器78包括隔膜82、流动控制阀84以及连接隔膜82和流动控制阀84的连杆机构86。隔膜82用作调节器室64A、64B(较低压力区域)和调节器室64A、64B外部的较高压力区域90之间的隔板。在所示实施例中，隔膜82沿其外周锚接在架92上。隔膜82例如可形成为热熔接(heat stake) 到架92的薄塑料膜。该膜可熔接在适当位置并具有一定的松弛度，使得膜可响应于区域64A、64B和90内的压力变化而向内塌陷或向外扩张。可使用任意合适的隔膜82。作为另一个例子，隔膜82也可形成为在架92上拉紧的弹性片。 

连杆机构86包括两个操作杆94、96和两个弹簧98、100。调节器操作杆94响应于由向内运动的隔膜82产生的输入力/作用而在支轴102上旋转。阀操作杆96响应于由在支轴102上旋转的调节器操作杆94产生的输入力/作用而在支轴104上旋转。在所示实施例中，调节器操作杆94形成为大致矩形板，由金属或另一合适刚性材料制成，并靠在隔膜82上。因此，操作杆94有时也称为压力板94。锚接在柱106处的调节器弹簧98推动压力板94向外抵靠隔膜82，以朝向较高压力区域90偏置隔膜82。锚接在柱108处的阀弹簧100向外推动阀操作杆96的输入力/作用端，以朝向关闭位置偏置流动控制阀84。 

在所示实施例中，调节器操作杆94和弹簧98组合为一个单一部件，称为调节器连杆110。图10和图11详细示出了连杆110。参见图10和图11，调节器弹簧98是片簧，其形成为沿压力板94的中央部分延伸的舌片。而且，舌片/弹簧98朝向室64A、64B的内部延伸。这种构造在舌片/弹簧98不与隔膜82接触的情况下允许压力板94如下所述平移和旋转。压力板94周围卷起的边缘帮助防止对隔膜82造成损坏。在所示实施例中，阀操作杆96和阀弹簧100组合为一个单一部件，称为阀连杆112。图12和图13详细示出了连杆112。参见图12和图13，阀弹簧100是片簧，其形成为沿法操作杆96的中央部分延伸的舌片。 

可通过针对调节器室64B比较图7-9中调节器部件的位置来观察压力调节器78的工作。在图7中，压力调节器78处于稳定状态，其中调节器室64B在轻微负压下保持住墨液。调节器弹簧98抵抗较高压力区域90内的环境压力(通常是大气压力)向外推动压力板94到隔膜82上。阀弹簧100推动流动控制阀84朝向关闭位置以防止墨液经过通道70流入调节器室64B。如果是必需的或是所期望的，则可将支肋114加到隔膜82的中央区域，跨越压力板94内用于弹簧98的开口，以加强隔膜82。支肋114例如可形成为形成了隔膜82的同一塑料膜的附加厚度。作为另一个例子，支肋114也可由附加到隔膜 82的更刚性的材料形成。 

现在，比较图7和图8，从打印头喷射墨液降低了室64B内的压力，从而增大了隔膜82两侧的压力差。增大的压力差向内挤压隔膜82和压力板94。压力板94向内平移直到撞上图8所示的支轴102。然后，压力板94在支轴102上旋转直到其例如在突出顶端116处接触阀操作杆96。随着从打印头喷射墨液，室64B内的压力继续下降，直到旋转着的压力板94接合阀操作杆96并且使阀操作杆96在支轴104上旋转，从而打开阀84，如图9所示，允许墨液流入调节器室64B。墨液从加压的过滤器室62B流入调节器室64B增大了室64B内的压力，从而降低了隔膜82两侧的压力差。降低的压力差允许调节器弹簧98使压力板94向外运动。压力板94首先向外旋转，与阀操作杆96脱开，从而允许阀弹簧100关闭阀84，然后向外平移，返回图7所示的稳定状态位置。这个打开和关闭流动控制阀84以及用墨液填充调节器室64B的过程一遍又一般地反复进行，以便在期望压力下向打印头供应墨液。 

压力板94和阀操作杆96相对于彼此定位成使得压力板94可向内和向外“浮动”而不打开和关闭阀84。这种构造允许调节器78在一个压力范围下向打印头供应墨液，并且补偿被捕获在室64A、64B内的空气。在温度变化或气压变化期间，室64A、64B内积累的任何空气的体积都将变化。可通过使隔膜82向外运动或允许隔膜82向内运动、扩张或压缩室64A、64B的容积以维持室64A、64B内期望的背压(back pressure)，来适应这种体积的变化。 

利用压力板94的平移和旋转有助于减小打开和关闭流动控制阀所需的区域，而同时仍然允许必要的或期望的对调节器室内容积变化的适应，因此有助于减小笔尺寸。将每一对操作杆和弹簧功能组合为单一部件(调节器连杆110和阀连杆112)也有助于减小笔尺寸，简化笔组件，从而有可能获得更为简洁的组件。 

正如本说明书开始部分所提及的，附图中所示并且在上面已描述的示例性实施例对本公开进行了例示但并不对本公开有所限制。可实现和实施其他的形式、细节和实施例。因此，前面的描述不应当被理解为对本公开的范围有所限制，本公开的范围是由所附权利要求书限定的。 

Claims (9)

1.一种用于墨液笔的压力调节器，包括：

较低压力区域(64A，64B)和较高压力区域(90)之间的隔膜(82)，所述隔膜(82)响应于所述隔膜(82)两侧压力差的增大朝所述较低压力区域(64A，64B)是可运动的；

可操作地位于打开位置和关闭位置之间的阀(84)，在所述打开位置处，墨液可流入所述较低压力区域(64A，64B)，在所述关闭位置处，墨液不可流入所述较低压力区域(64A，64B)；

第一操作杆(94)，所述第一操作杆(94)响应于所述隔膜(82)朝所述较低压力区域(64A，64B)的运动在第一支轴(102)上是可旋转的；以及

连接到所述阀(84)的第二操作杆(96)，所述第二操作杆(96)响应于所述第一操作杆(94)的旋转在第二支轴(104)上是可旋转的，以使所述阀(84)从所述关闭位置运动到所述打开位置。

2.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于，所述第一操作杆(94)响应于所述隔膜(82)朝所述较低压力区域(64A，64B)的运动在第一支轴(102)上可旋转包括所述第一操作杆(94)响应于所述隔膜(82)朝所述较低压力区域(64A，64B)的运动是可平移的，然后响应于所述隔膜(82)朝向所述较低压力区域(64A，64B)的进一步运动在第一支轴(102)上是可旋转的。

3.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于，进一步包括第一弹簧(98)和第二弹簧(100)，所述第一弹簧(98)朝所述较高压力区域(90)偏置所述隔膜(82)，所述第二弹簧(100)朝所述关闭位置偏置所述阀(84)。

4.如权利要求3所述的压力调节器，其特征在于，所述第一弹簧(98)将所述第一操作杆(94)压靠于所述隔膜(82)以朝所述较高压力区域(90)偏置所述隔膜(82)，所述第二弹簧(100)压在所述第二操作杆(96)上以朝所述关闭位置偏置所述阀(84)。

5.如权利要求3所述的压力调节器，其特征在于，所述第一弹簧(98)和所述第一操作杆(94)组合为单一部件(110)，并且所述第二弹簧(100)和所述第二操作杆(96)组合为单一部件(112)。

6.一种用于墨液笔的压力调节器，包括：

较低压力区域(64A，64B)和较高压力区域(90)之间的隔膜(82)，所述隔膜(82)被朝所述较高压力区域(90)偏置，并且所述隔膜(82)响应于所述隔膜(82)两侧压力差的增大朝所述较低压力区域(64A，64B)是可运动的；

用于控制墨液流入所述较低压力区域(64A，64B)的阀(84)；以及

将所述隔膜(82)联接到所述阀(84)的连杆机构(86)，所述连杆机构(86)包括第一单件连杆(110)和第二连杆(112)，所述第一连杆(110)响应于所述隔膜(82)朝向所述较低压力区域(64A，64B)的运动是可平移的，然后响应于所述隔膜(82)朝向所述较低压力区域(64A，64B)的进一步运动是可旋转的，所述第二连杆(112)响应于所述第一连杆(110)的旋转是可旋转的，以打开所述阀(84)。

7.如权利要求6所述的压力调节器，其特征在于，所述第一单件连杆(110)包括压在所述隔膜(82)上的板(94)和弹簧(98)，所述弹簧(98)将所述板(94)朝所述较高压力区域(90)压靠于所述隔膜(82)上。

8.如权利要求6所述的压力调节器，其特征在于，所述第一单件连杆(110)包括在第一支轴(102)上可旋转的第一操作杆(94)，并且所述第二连杆(112)包括在第二支轴(104)上可旋转的第二操作杆(96)。

9.一种用于墨液笔的压力调节器，包括：

形成墨液室(64A，64B)外周一部分的隔膜(82)，所述隔膜(82)向内和向外是可运动的以交替地压缩和扩张所述室(64A，64B)；

可操作地位于打开位置和关闭位置之间的阀(84)，在所述打开位置处，墨液可流入所述室(64A，64B)，在所述关闭位置处，墨液不可流入所述室(64A，64B)，所述阀(84)被朝向所述关闭位置偏置；

联接所述隔膜(82)和所述阀(84)的连杆(86)：

所述连杆(86)向外压靠在所述隔膜(82)上，促动所述隔膜(82)以使所述室(64A，64B)扩张；

所述连杆(86)在第一运动范围内向内和向外是可平移的，

所述阀(84)在所述第一运动范围内保持关闭；以及

所述连杆(86)在第二运动范围内是可旋转的，以使所述阀(84)从所述关闭位置运动到打开位置并且允许所述阀(84)从打开位置运动到所述关闭位置，所述连杆(86)包括：

第一部件(110)，所述第一部件(110)响应于所述隔膜(82)向内的运动是可平移的，然后响应于所述隔膜(82)向内的进一步运动是可旋转的；和

第二部件(112)，所述第二部件(112)响应于所述第一部件(110)的旋转是可旋转的，以使所述阀(84)从所述关闭位置运动到所述打开位置。

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