CN102407673B - 阀单元和喷墨打印头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了阀单元和喷墨打印头。所述阀单元具有两个压力调节机构，每个压力调节机构都具有柔性膜。所述两个压力调节机构中的一个的柔性膜安装在阀单元的一个侧面上，并且另一个压力调节机构的柔性膜安装在阀单元的另一个侧面上。这些柔性膜布置成，当投影在与所述一个侧面和所述另一个侧面平行的第一平面上时，其投影图部分地彼此重叠。当两个阀单元彼此邻近地安装在打印头中时，相邻阀单元中的一个上的柔性膜和另一个阀单元上的相对柔性膜布置成，当投影在与第一平面垂直的第二平面上时，其投影图至少部分地彼此重叠。

Description

阀单元和喷墨打印头

技术领域

本发明涉及在喷墨打印装置中使用的阀单元和喷墨打印头。

背景技术

在通过移动安装有打印头的滑架而打印图像的串行扫描式喷墨打印装置中有两种墨容器构造：滑架上(on-carriage)的容器构造和滑架下(off-carriage)的容器构造，在所述滑架上的容器构造中，墨容器安装在滑架上，在滑架下的容器构造中，墨容器位于打印装置的本体上，而不在滑架上。对于滑架上的容器构造，随着墨容器容量增大而变得更加难以提升打印速度。另一方面，由于滑架下的容器构造，即使墨容器的容量增大，也能减小滑架的尺寸和重量。

在具有这种滑架下的容器构造的打印装置中，需要对打印头施加适当的负压，以将墨从墨容器供给到打印头。日本专利3606282描述了一种构造，其中为了实现这种墨供给，在滑架上安装有具有自密封功能的阀单元。该阀单元具有压力调节机构，所述压力调节机构包括压力腔、阀和柔性膜，所述压力腔接收通过供给路径来自墨容器的墨，所述阀能打开和关闭所述供给路径，所述柔性膜根据随着压力腔中墨体积减小而产生的负压而偏转。柔性膜的位移直接传递至所述阀以用于其打开/关闭操作。

为了使滑架的尺寸最小化，在美国专利7556362中描述了在一个阀单元中具有两个压力调节机构的构造。在阀单元的一个侧面设有柔性膜，该柔性膜根据所述压力调节机构中的一个的压力腔中的压力而向外膨胀。在阀单元的另一个侧面上安装有另一个柔性膜，该柔性膜根据所述压力调节机构中的另一个的压力腔中的压力而向外膨胀。

如美国专利7556362中所述，在一个阀单元中设置两个压力腔可以使所需要的阀单元的数量减半，结果是滑架尺寸的相应减小。然而，由于向外膨胀的柔性膜是安装在阀单元的两个侧面上的，因此，所述阀单元必须增大其宽度。

尤其当柔性膜的向外偏转设置得较大时，这将大大影响阀单元的宽度尺寸。而且，当多个阀单元安装在滑架上时，滑架必须变大。而且，在阀单元组装期间，或在阀单元的更换和重新安装期间，需要警惕避免相邻阀单元之间的干涉。这使得必须通过考虑阀单元的柔性膜的向外偏转而保证相邻阀单元之间足够的间隙，这继而增大了阀单元的安装空间。因此，为了减小阀单元的尺寸，别无他选，只能减小形成在柔性膜内的压力腔的尺寸，这限制了压力调节机构的功能。

发明内容

本发明提供一种阀单元和使用该阀单元的喷墨打印头，该阀单元能够保证压力调节机构的全部功能而减小其尺寸。

在本发明的第一方面中，提供一种具有多个压力调节机构的阀单元，所述压力调节机构每个都包括：

连接至打印头的压力腔；

连接至墨容器的供给路径；

阀盘，其能打开和关闭所述压力腔与所述供给路径之间的连通；

沿关闭方向偏压所述阀盘的偏压部件；和

柔性膜，当所述压力腔中的负压超过预定水平时，所述柔性膜克服所述偏压部件的偏压力而打开所述阀盘，

其中在所述打印头上可以安装多个所述阀单元，以便使所述阀单元在与所述阀单元安装到所述打印头的方向相交的第一方向上彼此邻近，

其中所述多个压力调节机构中的至少一个中的柔性膜布置在所述阀单元相对于所述第一方向的一个侧面上，并且响应于相关压力腔中的压力而从所述一个侧面向外膨胀，

其中所述多个压力调节机构中其它压力调节机构中的至少一个中的柔性膜布置在所述阀单元相对于所述第一方向的另一个侧面上，并且响应于相关压力腔中的压力而从所述另一个侧面向外膨胀，

其中布置在所述一个侧面和所述另一个侧面上的柔性膜布置成，当投影在与所述一个侧面和所述另一个侧面平行延伸的第一平面上时，所述柔性膜的投影图彼此部分地重叠，

其中，当所述多个阀单元安装在所述打印头中，以便使在所述第一方向上彼此邻近的两个相邻阀单元中的一个阀单元的一个侧面与另一个阀单元的另一个侧面相对时，并且当所述两个相邻阀单元中的多个压力调节机构的柔性膜向外膨胀最大时，所述一个阀单元的所述一个侧面上的柔性膜和所述另一个阀单元的所述另一个侧面上的柔性膜在其在第二平面上的投影图中至少部分地彼此重叠，所述第二平面垂直于所述第一平面。

在本发明的第二方面中，提供一种能喷墨的喷墨打印头，所述墨的压力通过阀单元来调节，所述打印头包括：

安装部分，在所述安装部分中安装多个如上所述的阀单元；和

喷射部分，所述喷射部分连接至所述多个阀单元中的压力调节机构中的压力腔，并且能喷射从所述压力腔供给的墨。

借助本发明，通过优化地定位压力调节机构的柔性膜的位置，可以保证阀单元中多个压力调节机构的全部功能，而减小阀单元的尺寸。

本发明的其它特征将从(参照附图)对示例性实施例的以下说明而变得明显。

附图说明

图1是可应用本发明的喷墨打印装置的重要部分的透视示意图；

图2是本发明的第一实施例中的打印头的透视图；

图3是从箭头III看到的图2的正视图；

图4是沿图3的线IV-IV得到的横截面；

图5是示出阀单元如何安装在图2的打印头上的说明图；

图6A是图5的阀单元的透视图；

图6B是从图6A的箭头VIB看到的阀单元的正视图；

图6C是从图6A的箭头VIC看到的阀单元的后视图；

图7是沿图6C的线VII-VII得到的横截面；

图8是示出安装在打印头上的两个相邻阀单元的横截面；和

图9示出安装在图8的两个相邻阀单元上的相对柔性膜之间的位置关系。

具体实施方式

将参考附图来说明本发明的实施例。

(第一实施例)

图1是可应用本发明的喷墨打印装置的重要部分的透视示意图。

附图标记51指示墨容器，在该示例中，在打印装置的本体上安装四个墨容器，容纳黑色、青色、红色和黄色的墨。容纳在这些墨容器中的墨借助压力泵52在压力下通过接头53输送到相关颜色墨的供给管54中。供给管54在其下游端处连接至相应颜色墨的阀单元1。这些阀单元1引入从墨容器51在压力下输送的墨，并且将负压施加至墨，以将其供给到喷墨打印头11。阀单元1和打印头11安装在滑架55上，该滑架通过未示出的驱动马达在箭头X的主扫描方向上往复地移动。通过未示出的传送机构在与主扫描方向交叉(在该示例中是垂直)的箭头Y的副扫描方向上传送打印介质P1。

打印头11具有形成在其中的多个墨喷嘴，所述墨喷嘴分组成在与主扫描方向交叉(在该示例中是以直角交叉)的方向上延伸的平行喷嘴阵列，每个喷嘴阵列用于一种相关颜色的墨。这些喷嘴通过给电热转换器(加热器)或压电元件通电而喷墨。当使用加热器时，由加热器产生的热使墨沸腾以在每个喷嘴中的墨中形成气泡，随着气泡膨胀，将墨从喷嘴的敞开端排出。

通过反复地交替打印扫描和在副扫描方向上传送打印介质P1的操作，图像可以逐渐打印在打印介质P1上，在所述打印扫描中，打印头11随着与滑架55一起在主扫描方向上移动而从其喷嘴喷墨。以这种方式，该实施例的打印装置用作串行扫描式打印装置。当打印头11需要维护工作时，滑架55移动到排气罩56上方的位置。排气罩56可以通过未示出的驱动源而上升或下降，并且在维护期间，上升成与打印头11的喷嘴形成表面(其中形成有喷嘴的表面)密封接触以将其罩住。排气罩56的内部连接至抽吸泵57，在抽吸回收操作期间，所述抽吸泵可以产生排气罩56中的负压。通过借助抽吸泵57来降低排气罩56中的压力，可以通过到排气罩56中的抽吸而抽出打印头11的喷嘴中的墨。即，从外部将负压施加至喷嘴的敞开端可以使气泡从打印头内并从墨供给路径与墨一起被抽出。如此抽出的墨通过排出管58排出到喷墨打印装置中的未示出的废墨吸收器中。

图2是该实施例中打印头11的透视图。图3是从图2的箭头III看到的打印头11的正视图。图4是沿图3的线IV-IV得到的横截面。在该实施例中，总共有12个墨容器51安装在打印装置的本体中，容纳在相应容器中的彩色墨通过相关的供给管54和阀单元1供给至打印头11。

打印头11可拆卸地安装在滑架55上，并且具有喷射部分11A和安装部分11B，该喷射部分具有墨喷嘴，所述阀单元1中的六个可以安装在所述安装部分上。每个阀单元1具有形成在其中的两个墨腔，墨可以从两个单独的墨容器51引入到所述两个墨腔中。安装部分11B总共形成有连接至其相关墨腔的12(＝6×2)个入口11C。入口11C每个都与通向相关墨容器51的供给管54相连。如下文所述，从12个入口11C引入的墨通过相关的阀单元1供给至喷射部分11A，这些墨可以从喷射部分11A的相应喷嘴喷射。每种彩色墨都从其相关喷嘴阵列中的多个喷嘴喷射。阀单元1是在图5中的箭头A的方向上安装的。

图6A是阀单元1的透视图；图6B示出从图6A的箭头IVB看到的阀单元；并且图6C示出从图6A的箭头IVC看到的阀单元。图7是沿图6C的线VII-VII得到的横截面。阀单元1的壳体2形成有两个压力腔5，这两个压力腔构成两个压力调节机构，如图7所示。这些压力腔5沿与阀单元1安装方向A相交的方向(第一方向)定向。在该示例中，两个压力腔5形成为使其在以直角与安装方向A相交的箭头Y的副扫描方向上分开。所述两个压力腔5中的一个在壳体2的一侧处敞开。开口由柔性膜3封闭，所述柔性膜附装至形成在开口处的膜固定表面4。另一个压力腔5在壳体2的相对侧敞开。开口由附装至形成在该开口处的膜固定表面4的另一个柔性膜3封闭。

柔性膜3形成为向外突出，以保证压力腔5的较大容积，并且柔性膜优选地成形为类似截锥形。一支撑板6固定至柔性膜3。一弹簧7通过支撑板6向压力腔外侧偏压柔性膜3。支撑板6优选地通过热熔合固定至柔性膜3。图7示出柔性膜3处于其完全向外膨胀状态。壳体2在沿箭头X的方向与压力腔5相对的位置处形成有两个阀容纳腔10。在每个阀容纳腔10中都安装有可移动的阀盘8和阀弹簧9(偏压部件)，该阀弹簧将阀盘8推靠在壳体2的阀座2A上。阀容纳腔10形成墨供给路径的一部分，所述墨供给路径从墨容器51通过相关入口11C供给墨。在图7的状态下，阀盘8被阀弹簧9压靠在阀座2A上，使压力腔5与阀容纳腔10彼此密封地分离。压力腔5、柔性膜3、阀盘8、阀弹簧9和阀容纳腔10联合形成用于调节墨压力的两套压力调节机构中的一套。在该示例中，两个压力调节机构中的一个中的柔性膜3延伸到直到面对所述两个压力调节机构中另一个的阀容纳腔10，因而形成墨流动路径的一部分。以下的说明假定柔性膜3根据压力腔5中的压力而向外膨胀。

当阀单元1安装在打印头11上时，阀容纳腔10通过形成在安装部分11B和壳体2中的墨引入路径(未示出)与相应的入口11C连通。压力腔5通过形成在安装部分11B和壳体2中的墨进给路径(未示出)与喷射部分11A中相应的喷嘴连通。

在如图7所示阀盘8关闭的状态下，当压力腔5中的负压随着打印头11消耗墨使得压力腔5中的墨体积减小而上升时，柔性膜3变形，使得支撑板6与阀盘8接触。当压力腔5中的负压超过预定水平时，支撑板6推动阀盘8克服总是朝向阀盘8的关闭位置推压阀盘8的阀弹簧9的偏压力而打开，允许墨从阀容纳腔10流到压力腔5中。这增大了压力腔5中的墨体积，减小了压力腔5中的负压，继而使柔性膜3如图7所示地膨胀，再次关闭阀盘8。结果，保证了施加有预定负压的墨稳定地供给至打印头11。

如上所述，阀单元1每个都具有两个压力腔5和两个阀容纳腔10。形成两个压力腔5的两套柔性膜3和膜固定表面4设置在壳体2相对于主扫描方向的两个侧面(在图7中，上侧面和下侧面)上，并且在副扫描方向上彼此交错。位于壳体2的两个侧面上的两个柔性膜3类似地成形为凸形。而且，当投影到沿壳体2的两个侧面延伸的平面(第一平面)上时，柔性膜3的投影图部分地重叠。也就是说，当在箭头X的方向上投影时，柔性膜3的投影图部分地重叠。而且，每个阀单元1中的两个柔性膜3在与箭头A的方向垂直的箭头Y的方向上交错，所述阀单元1沿箭头A的方向安装在打印头11中。

如图4所示，所述打印头11上可以安装多个阀单元1，以便使阀单元1在主扫描方向上并排布置。在该示例中，安装了六个阀单元。图8示出两个相邻阀单元之间的位置关系。图9示出所述相邻阀单元的柔性膜3之间的位置关系。

在相邻的阀单元1中，在图8中沿横向方向彼此相对的柔性膜3布置成彼此不发生干涉。这些相对的柔性膜3布置成，当投影到第二平面上时，它们的投影图至少部分地彼此重叠，所述第二平面与沿壳体2的两侧延伸的第一平面以直角相交。也就是说，当在箭头Y的方向上投影时，柔性膜3的投影图至少部分地重叠。通过将阀单元1布置成使相邻阀单元1的相对柔性膜3部分地重叠，可以减小布置阀单元1的间距(图8中横向方向上相邻阀单元之间的间隔)。借助如上所述布置的柔性膜3，当阀单元1中的任意一个被取出且重新安装时，可以避免阀单元与相邻阀单元发生干涉。

参照图9，直径D1是对应于膜固定表面4的内径的柔性膜3的直径，并且，更严格地讲，代表了在阀单元1的一个侧面和另一个侧面上的柔性膜3的直径。直径D2是柔性膜3的顶面的直径，并且代表了与支撑板6的外径相对应的柔性膜3的底面的外径。H是当柔性膜3最大膨胀时从膜固定表面4到柔性膜3的最外部的距离，并且也代表了从阀单元1的一个侧面和另一个侧面起最向外膨胀的柔性膜3的高度。距离P是相对柔性膜3的中心之间的间距。距离L是相邻阀单元1的膜固定表面4之间的距离，并且也代表了相邻阀单元中的一个的一个侧面与第二阀单元的另一个侧面之间的距离。图9示出了在坐标系中相对的凸形柔性膜3的几何形状，在该坐标系中，将固定至膜固定表面4的柔性膜的膜固定端18作为原点(0)。阀单元1的阵列的方向(图8的横向)由y轴表示，并且相邻阀单元的压力腔5的阵列的方向(图8的纵向)由x轴表示。

点a、b、e和f代表柔性膜3的底面的端点；并且点c、d和g代表柔性膜3的膜固定端18的点。h是线段ab的中点，i是线段oc的中点，并且j是线段ef的中点。由于阀单元1布置成使得间距P小于直径D1，因此以下关系式(1)成立。

P＜D1(1)

相对的膜固定表面4之间的距离L小于膜高度H的两倍，因此通过以下表达式(2)给出它们的关系。差(2H-L)代表了柔性膜3的重叠部分的长度。当相邻阀单元1的相对柔性膜3投影到与阀单元安装方向(箭头A方向)平行并且与膜固定表面4垂直的平面上时，该平面上投影图的重叠部分对应于柔性膜3的重叠部分。

L＜2H    (2)

为了使相对的柔性膜3不彼此干涉，y轴与穿过点b和c的直线L1之间的交点在y轴上需要小于y轴与穿过点d和e的直线L2之间的交点。点b、c、d和e的坐标可以如下表示。

$b=(\frac{D_1+D_2}{2},H)$

c＝(D₁，0)

d＝(P，L)

$e=(\frac{D_1-D_2}{2}+P,L-H)$

y轴与穿过点b和c的直线L1之间的交点m和y轴与穿过点d和e的直线L2之间的交点n可以如下表示。

交点 $m=\frac{H-0}{\frac{D_1+D_2}{2}-D_1}\left({-D}_1\right)=\frac{{2D}_{1}H}{D_1-D_2}$

交点 $n=\frac{L-(L-H)}{P-\{\frac{D_1-D_2}{2}+P\}}\×(-P)-L$

$=\frac{2\mathrm{PH}-{\mathrm{LD}}_1+{\mathrm{LD}}_2}{D_1-D_2}$

根据关系m＜n，这些交点可以如下表示。

$\frac{{2D}_{1}H}{D_1-D_2}<\frac{2\mathrm{PH}-{\mathrm{LD}}_1+{\mathrm{LD}}_2}{D_1-D_2}$

因此，如果满足如下的关系式(3)，相邻的阀单元1就可以如图所示地布置成使得它们的相对柔性膜3不会彼此接触。

$D_2>D_1-2H\frac{D_1-P}{L}---\left(3\right)$

如上所述，在满足上述关系式(1)、(2)和(3)的情况下，可以在空间上高效地布置相邻的阀单元，而不使它们彼此干涉，这继而有助于减小打印头的尺寸。

(其它实施例)

在第一实施例中，每个阀单元1都设有两个压力调节机构，每个所述压力调节机构都具有压力腔5、阀容纳腔10、柔性膜3和阀盘8。每个阀单元也可以具有三个或更多个这种压力调节机构。

虽然已经参考示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明并不局限于所公开的示例性实施例。以下权利要求书的范围应依据最宽的解释，以便包括所有这种变形和等同结构和功能。

Claims (3)

1.一种具有多个压力调节机构的阀单元，所述压力调节机构每个都包括：

连接至打印头的压力腔；

连接至墨容器的供给路径；

阀盘，其能打开和关闭所述压力腔与所述供给路径之间的连通；

沿关闭方向偏压所述阀盘的偏压部件；和

柔性膜，当所述压力腔中的负压超过预定水平时，所述柔性膜克服所述偏压部件的偏压力而打开所述阀盘，

其中在所述打印头上能安装多个所述阀单元，以便使所述阀单元在与所述阀单元安装到所述打印头中的方向相交的第一方向上彼此邻近，

其中所述多个压力调节机构中的至少一个中的柔性膜布置在所述阀单元相对于所述第一方向的一个侧面上，并且响应于相关压力腔中的压力而从所述一个侧面向外膨胀，

其中所述多个压力调节机构中其它压力调节机构中的至少一个中的柔性膜布置在所述阀单元相对于所述第一方向的另一个侧面上，并且响应于相关压力腔中的压力而从所述另一个侧面向外膨胀，

其中布置在所述一个侧面和所述另一个侧面上的柔性膜布置成，当投影在与所述一个侧面和所述另一个侧面平行延伸的第一平面上时，所述柔性膜的投影图彼此部分地重叠，

其中，当所述多个阀单元安装在所述打印头中，以便使在所述第一方向上彼此邻近的两个相邻阀单元中的一个阀单元的所述一个侧面与另一个阀单元的所述另一个侧面相对时，并且当所述两个相邻阀单元中的多个压力调节机构的柔性膜向外膨胀最大时，所述一个阀单元的所述一个侧面上的柔性膜和所述另一个阀单元的所述另一个侧面上的柔性膜在第二平面上的投影图中至少部分地彼此重叠，所述第二平面垂直于所述第一平面；

其中所述柔性膜成形为类似向外突出的截锥形，

其中关系P<D1成立，其中P是布置在所述一个阀单元的所述一个侧面上的柔性膜的中心与布置在所述另一个阀单元的所述另一个侧面上的柔性膜的中心之间的距离，并且D1是在所述一个侧面上和在所述另一个侧面上的柔性膜的直径，

其中关系L<2H成立，其中L是所述一个阀单元的所述一个侧面与所述另一个阀单元的所述另一个侧面之间的距离，并且H是从所述一个侧面和所述另一个侧面起向外膨胀最大的柔性膜的高度，

其中关系D2<(D1－2H(D1－P)/L)成立，其中D2是向外膨胀最大的柔性膜的上表面的直径。

2.根据权利要求1所述的阀单元，其中所述柔性膜固定至在所述压力腔的开口处形成的膜固定表面。

3.一种能喷墨的喷墨打印头，所述墨的压力通过阀单元来调节，所述打印头包括：

安装部分，在所述安装部分中安装多个如权利要求1所述的阀单元；和

喷射部分，所述喷射部分连接至所述多个阀单元中的压力调节机构中的压力腔，并且能喷射从所述压力腔供给的墨。