CN102037261A - 密封件和密封件/凸台组件 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种密封件包括弹性材料本体，所述本体中具有大致圆柱形开口。所述开口的第一较小直径部分由具有从其突出的多个突起的圆柱形内表面限定，所述开口的第二较大直径部分由向内鼓起的侧壁限定。在另一个实施例中，一种组件，包括：凸台，从凸台基部突出；弹性体密封件，包括项圈和在凸台基部上支撑项圈的柔性项圈基部，项圈中具有开口，所述开口紧密地接收凸台，项圈基部配置成在沿纵轴线压缩时折曲且在未压缩时朝初始位置回弹；和在项圈上和/或在凸台上的多个弹性体突起，所述突起突出到开口中，使得项圈围绕凸台在突起上横向支撑。

Description

密封件和密封件/凸台组件
背景技术
喷墨打印机通常使用打印头，打印头包括孔(也称为喷嘴)阵列，墨通过孔喷射到纸或其它打印媒介上。一个或多个打印头可安装到可移动托架上，所述托架沿通过打印机进给的纸的宽度前后移动，或者打印头可在打印操作期间保持固定，如在打印头的纸宽度阵列中那样。打印头可以是墨盒的整体部分或者是分立组件的部分，墨从独立的通常可拆卸的墨容器供应给所述分立组件。对于使用可拆卸的墨容器的打印头组件来说重要的是，墨容器的出口和打印头组件的入口之间的操作性流体连接件(通常称为流体互连件或F.I.)提供从容器到打印头组件的可靠墨流。通常，墨从墨容器抽吸通过打印头组件的入口上的过滤器。打印头组件的入口通常称为入口“塔”，因为其通常从周围结构延伸出。在F.I.处从墨容器或打印头组件泄漏的过量水蒸汽可能损害墨的重要属性。因而，期望密封FI以防暴露于大气，甚至在墨容器的重复安装和拆除之后也是如此。
例如，围绕塔的外侧配合的橡胶密封件可用于帮助密封FI。在墨容器安装在打印头组件中时，用于将容器在打印头组件中紧固到位的闩锁力将容器出口压入密封件中且抵靠塔的基部压缩密封件。当容器被拆除时，密封件沿塔朝初始未压缩位置弹回。
因而，橡胶密封件应当紧密地配合到塔，但借助于容器闩锁力仍能够在压缩和回弹力的合理范围内沿塔上下移动，所述回弹力可在密封件中产生。沿模制塑料凸台(例如，F.I.塔结构)上下移动的橡胶密封件可采用与凸台的圆柱形外表面匹配的圆柱形内表面。取决于制造公差内的部件尺寸变化，在密封件的内表面和塔的外表面之间的法向力的范围可改变3倍。然而，法向力的该范围以及得到的摩擦力可妨碍密封件在塔上自由移动，从而降低密封件回弹和再次密封的能力。
附图说明
图1是示出了喷墨打印机的一个实施例的框图。
图2和3是托架和打印头组件的一个实施例的透视图，例如可用于图1的打印机，其中，墨容器从托架分解出以示出打印头组件的入口(图2)和墨容器的出口(图3)。
图4是图2和3的托架和打印头组件的一部分的近距离透视图，更详细地示出了墨入口。
图5是沿图4中的线5-5截取的截面图，示出了用于密封容器出口和打印头组件入口之间的流体互连件的密封件的一个实施例。
图6是更详细地示出图5的流体互连件的近距离截面图。
图7-9分别是图5所示密封件的透视图、平面图和截面图。
图10-11和12-13是示出了与平坦表面密封件设计(图10-11)相比带突起表面密封件设计(例如图6-9所示)在压缩之后回弹的改进能力(图12-13)的截面图。
图14是示出了根据本发明另一个实施例的流体互连件的近距离截面图。
图15是图14中所示的打印头组件入口塔和密封件的平面图。
具体实施方式
总体上为了设计紧密地配合在模制塑料凸台上且同时仍允许在给定制造公差的部件尺寸变化内沿凸台充分自由移动的低成本弹性体密封件，且更具体地为了帮助可靠地密封打印头组件和喷墨打印机中的可更换墨容器之间的流体互连件，开发了本发明的实施例。因而，实施例将参考保持可拆卸/可更换墨容器的喷墨打印头组件进行描述。然而，本发明的新式密封件和其它方面的实施例并不限于这种实施方式。因而，附图显示且在下文描述的示例性实施例图示本发明，但不限制本发明的范围。
图1是示出了新式密封件的实施例可以实施的喷墨打印机10的框图。参考图1，打印机10包括托架12，托架12承载打印头组件14和可拆卸、可更换墨容器16、18、20、22和24。喷墨打印机10和打印头组件14更广义地表示用于精确地分配流体(例如，墨)的流体喷射精确分配装置和流体喷射器组件。打印头组件14包括打印头(未示出)，来自于一个或多个容器16-24的墨通过打印头喷出。例如，打印头组件14可包括两个打印头，一个用于一系列较小的彩色容器16-22，一个用于较大的黑色墨容器24。喷墨打印头通常是小的机电组件，其容纳被激励或促发以将小墨滴喷出相关孔阵列的微型热、压电或其它装置的阵列。例如，典型的热喷墨打印头包括布置有喷墨孔的孔板以及在整体性电路芯片上形成的喷发电阻。
打印媒介输送机构26使打印媒介28行进经过托架12和打印头组件14。对于固定托架12，媒介输送机构26可使媒介28连续地行进经过托架12。对于可移动扫描托架12，媒介输送机构26可使媒介28累增地行进经过托架12，在打印每一行时停止且然后使媒介28行进以打印下一行。电子控制器30操作性地连接到可移动扫描托架12、打印头组件14和媒介输送机构26。控制器30通过输入/输出装置32与外部装置通信，包括接收打印数据用于喷墨成像。然而，输入/输出装置32的存在并不排除打印机10作为独立单元操作。控制器30控制托架12和媒介输送机构26的移动。控制器30电连接到打印头组件14中的每个打印头以选择性地激励喷发电阻，例如以将墨滴喷射到媒介28上。通过协调托架12相对于媒介28的相对位置和墨滴喷射，控制器30在媒介28上产生期望图像。
虽然作为新式密封件的实施例的一个示例性实施方式显示和描述了用于将墨喷射到打印媒介上的喷墨打印装置，但是这种装置并不限于喷墨。总体而言，参考喷墨打印机或喷墨打印部件描述的本发明实施例涉及用于分配大致液体流体的任何类型的流体喷射精确分配装置或喷射器组件。流体喷射精确分配装置精确地打印或分配大致液体流体，其中，后者基本上或者主要不是由气体(例如空气)构成。在喷墨打印装置的情况下，这种大致液体流体的示例包括墨。大致液体流体的其他示例包括药、细胞产品、组织、化学物、燃料等，其基本上或者主要不是由气体(例如空气和其他类型的气体)构成。因而，参考将墨喷射到媒介上的喷墨打印机和打印头组件描述的实施例更广泛地涉及分配大致液体流体的任何类型的流体喷射精确分配装置或流体喷射器结构。
图2和3是打印机10中的托架12和打印头组件14的一个实施例的透视图。墨容器16-24从托架12分解出以在图2中示出打印头组件14的墨入口34且在图3中示出墨容器16-24的墨出口36。图4是托架12和打印头组件14的一部分的近距离透视图，更详细地示出了墨入口34。首先参考图2和4，打印头组件14包括位于相应墨容器16-24的每个坞(bay)38、40、42、44和46处的墨入口34。打印头组件14和托架12可作为单个部件一起整体形成，或者打印头组件14可以是能从托架12拆卸的。对于可拆卸打印头组件14，容器坞38-46可根据需要或期望向外延伸到托架12中，以正确地接收和保持容器16-24。现在也参考图3，在所示实施例中，打印头组件14包括两个打印头48和50。例如，来自于彩色墨容器16-22的墨从打印头48喷出，来自于黑色墨容器24的墨从打印头50喷出。每个墨容器16-24包括墨出口36，墨可通过墨出口36从容器16-24通过入口34流向打印头组件14中的相应打印头48或50。
图5是示出了在墨容器24和打印头组件14之间的流体互连件52的一个实施例的正视截面图。图6是更详细地示出了流体互连件52的近距离截面图。参考图4-6，流体互连件52包括在容器出口36中的吸液芯(wick)54和在打印头组件入口34处的过滤器56。过滤器56下游的墨通道58将墨运送到打印头50(图3)。打印头组件14的本体60通常形成为模制塑料部件，包括墨入口34。入口34包括基部62、从基部62向上突起的凸台64和凸台64的外表面64。入口凸台64有时称为“塔”，因为其从周围基部结构延伸出。容器出口36围绕入口塔64配合且抵靠弹性体或其它适当弹性密封件66密封，以帮助防止水蒸汽离开流体互连件52。
图7-9中更详细地示出密封件66。参考图6-9，密封件66的特征在于具有由弹性体或其它合适弹性材料制成的本体68。本体68限定沿纵轴线72延伸的大致圆柱形开口70。本体68的项圈部分74形成圆柱形内表面76，限定开口70的第一较小直径部分78。本体68的向内鼓起基部80形成弯曲的内表面82，限定开口70的第二较大直径部分84。多个突起86从项圈内表面76突出。在所示实施例中，突起86是围绕内表面76的周边均匀隔开的球形帽。其它合适配置是可能的。在替代配置中，突起86可以配置成沿项圈表面76的长度(沿轴线72)延伸的脊部，例如，以沿更大的距离分配法向力，且增加两个表面65和74之间的摩擦。在替代配置中，突起在塔外表面65上(如下文参考图14和15所述)或者在项圈表面76和塔表面65两者上形成。
一对弧形脊部81可在密封件66的相对易膨胀的顶表面83中形成，以帮助防止两个胶结密封件上的这些大区域在散装和/或供应操作期间粘结在一起。
在密封件66在打印头组件14中就位时，如图5和6所示，项圈74配合到支撑在基部80上的入口塔64上。基部80的底边缘87靠在入口基部62上。较小开口部分78的特征在于具有两个内直径-在图8中由附图标记88表示的内部内直径以及在图8中由附图标记90表示的外部内直径。内部内直径88由穿过每个突起86的内侧点的切线的圆限定。外部内直径90由跨过内表面76的直径限定。
在一个示例性配置中，内部I.D.88比入口塔64的标称外直径92(图6)小大约等于两个部件的制造公差(t)的量(内部I.D.90≈塔O.D.92-t)，外部I.D.90等于或稍大于标称塔O.D.92加上两个部件的公差(外部I.D.90≥塔O.D.+t)。因此，每个突起86的高度等于两个部件的公差(如果有的话)、或者比两个部件的公差稍大与外部I.D.90比公差大的量相同的量(hbump≥t)。在该配置中，如果两个部件的尺寸差异小于公差的全量(即，外部I.D.90和塔O.D.92之间的最大间隙)，那么内部I.D.88将约等于塔O.D.92，从而保持部件之间的接合配合。然而，如果两个部件的尺寸差异大于公差的全量(即，外部I.D.90和塔O.D.92之间的最小间隙)，那么突起86将被压缩和/或项圈内表面76变形为三叶形(tri-lobular shape)，但塔O.D.92将不与项圈外部I.D.90接触。因而，密封项圈74通过密封件66和塔64之间的制造公差全范围仅在突起86处与入口塔外表面65接触。
再次参考图5，墨容器24用从趾端向根端(Toe-to-Heel)运动安装在坞46中，其中，容器24的前部/趾端96上的键94插入打印头组件14的配合键槽98中，且然后容器24的后部/根端100向下旋转到坞46中，直到弹簧闩杆102卡扣到托架12中。通过该安装顺序产生的闩锁力将容器出口36抵靠密封件66施压和保持，从而压缩密封件66，如下文参考图10-11和12-13描述的那样。
图10-11和12-13是示出了与平坦项圈配置(图10-11)相比带突起项圈配置(图12-13)在压缩之后回弹的改进能力的截面图，例如图6-9所示。为了清楚起见，图10-13中省去了截面线和轮廓线。图10-13总体上示出了计算机建模结果，表明与平坦配置相比，图7-9所示三个突起配置的密封件和入口塔之间的低很多的法向力(对于几乎不可压缩的弹性体密封件使用相同的摩擦系数和相同的设计公差(±)，表示干涉配合程度从“-”的较大干涉配合到“+”的实际没有干涉配合)。
图10示出了当墨容器16-24在坞38-46中闩锁到位时(如上文参考图5所述)具有平坦项圈内表面76P的密封件66P的压缩。图12示出了具有带突起项圈内表面76B的密封件66B的压缩。在平坦项圈表面配置中，密封件项圈74和入口塔外表面65之间的接触区域在两个表面周围全部延伸。相比而言，在突起项圈表面配置中，密封件项圈74和塔外表面65之间的接触区域限制为三个突起86。图10和12中的方向箭头104示出了密封件66P和66B(在容器闩锁到位时)从初始未压缩位置(由实线表示)压缩到压缩位置(由虚线表示)。鼓起基部80在每个密封件66P和66B被压缩时折曲，从而产生将基部边缘87推到入口基部62中且抵靠入口基部62密封边缘87的密封力以及将每个密封件66P和66B往回朝未压缩位置推动的回弹力。
图11示出了例如当墨容器16-24在坞38-46中未闩锁以便拆除和更换时平坦项圈密封件66P的解压缩或回弹。图13示出了带突起项圈密封件66B的解压缩或回弹。图11和13中的方向箭头106示出了密封件66P和66B(在容器未闩锁时)从压缩位置(由虚线表示)回弹到未压缩位置(由实线表示)。如图11所示，平坦项圈内表面76P和塔外表面65之间的增加的接触面积和相应较高的摩擦力显著地妨碍解压缩，从而阻止密封件66P完全回弹到初始未压缩位置。如图13所示，带突起项圈内表面76B之间的小很多的接触面积和相应较低的摩擦力不会显著地妨碍解压缩，从而允许密封件66B完全(或接近完全)回弹到初始未压缩位置。类似地，带突起项圈内表面76B和塔外表面65之间的减少的接触面积和相应较低的摩擦力意味着容器施加的压缩力中的更多部分用于使鼓起基部80折曲，从而增加沿基部边缘87的密封力。
上述密封件66采用较低的弹簧常数和较高的预载以帮助使得在给定制造公差的情况下尺寸变化的影响最小化，同时增加密封力和回弹力。突起86帮助以两种方式降低弹簧常数。首先，突起86减少弹性体密封项圈74和入口塔64之间的接触面积，因而降低弹性体密封材料的弹簧刚度。第二，如图所示和所述的三个突起86允许在内表面76不与入口塔64接触的情况下项圈74在开口78处变形为三叶形。与平坦圆柱形配置相比，三个突起密封件配置对给定公差内尺寸变化的敏感性显著地降低。该减少的敏感性允许密封件66紧密地配合在塔64上且仍在塔64上更自由地移动，从而改进密封件的可靠性。此外，突起66可以很少或没有额外成本被包括在模制密封件中，以用于可靠的低成本单件密封件。
图14和15示出了替代实施例，其中，摩擦控制突起在打印头组件入口塔64上形成，而不是在密封件66上形成。在图14和15所示的实施例中，多个脊部108从入口塔64的外表面65突起。在密封件项圈74的内表面76上没有突起(例如，图10和11所示的平坦项圈密封件66P)。如图14所示，脊部108可沿塔表面65纵向延伸一定长度，该长度等于或大于项圈内表面76支承在塔外表面65上的有效长度(项圈表面76的长度加上压缩长度)，以保持在密封件压缩和回弹期间沿项圈表面76的全长接触。脊部108可以根据需要或期望更长，以利于模制塔64。
如在该说明书开始所述，附图所示和上文所述的示例性实施例描述本发明，但不限制本发明。可以作出和实施其它形式、细节和实施例。因而，前述说明不应理解为限制由所附权利要求限定的本发明范围。

Claims (14)

1.一种密封件，包括弹性材料本体，所述本体中具有大致圆柱形开口，所述开口的第一较小直径部分由具有多个突起的圆柱形内表面限定，所述突起从所述圆柱形内表面突出，所述开口的第二较大直径部分由向内鼓起的侧壁限定。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述大致圆柱形开口沿纵轴线延伸，所述向内鼓起的侧壁配置成在本体沿纵轴线压缩时折曲，以产生将本体往回朝未压缩位置推动的回弹力。
3.根据权利要求1所述的密封件，其中，突起包括围绕内表面的周边均匀隔开的三个球形帽。
4.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述向内鼓起的侧壁包括限定所述开口的第二较大直径部分的弯曲内表面。
5.一种密封件，包括：
弹性体项圈，所述项圈中具有开口，用于紧密地接收部件，所述开口具有纵轴线；
在项圈上的多个弹性体突起，所述突起突出到开口中，使得紧密地接收在开口中的部件在突起上横向支撑；和
用于支撑项圈的柔性基部，所述基部配置成在沿纵轴线压缩时折曲且在未压缩时朝初始位置回弹。
6.根据权利要求5所述的密封件，其中，项圈和基部在弹性体材料的单个本体中一起形成。
7.根据权利要求6所述的密封件，其中，柔性基部包括向内鼓起的侧壁，所述向内鼓起的侧壁配置成在本体沿纵轴线压缩时折曲，以产生将本体往回朝初始未压缩位置推动的回弹力。
8.根据权利要求5所述的密封件，其中，突起包括围绕开口的周边均匀隔开的三个球形帽。
9.根据权利要求5所述的密封件，其中，项圈中的开口包括圆柱形开口。
10.一种组件，包括：
凸台，从凸台基部突出；
弹性体密封件，包括项圈和在凸台基部上支撑项圈的柔性项圈基部，项圈中具有开口，所述开口沿纵轴线紧密地接收凸台，项圈基部配置成在沿纵轴线压缩时折曲且在未压缩时朝初始位置回弹；和
在项圈上和/或在凸台上的多个弹性体突起，所述突起突出到开口中，使得项圈围绕凸台在突起上被横向支撑。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述突起包括仅在项圈上的多个突起。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，项圈中的开口包括圆柱形开口，突起包括围绕开口的周边均匀隔开的三个球形帽。
13.根据权利要求10所述的组件，其中，所述突起包括仅在凸台上的多个突起。
14.根据权利要求13所述的组件，其中，项圈中的开口包括圆柱形开口，突起包括在凸台上纵向延伸且围绕凸台的周边均匀隔开的三个脊部。
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