CN102815093A - 微流体应用的带有流体接合部的流体容器 - Google Patents

Abstract

用于成像设备的一种耗材供应件，其用于保存原装的一定量的墨水或可再充装的一定量的墨水。用户将其外壳定向成沿重力方向朝着供应件内部的底部来减少墨水。成像设备具有一旋转闩锁，该闩锁与所述供应件的顶部相配合而将供应件固定就位。在外壳的首先被插入成像设备的容器槽中的那一侧上设置有流体出口和通气口。在所述流体出口和通气口之间具有分离空间，使得在用户致动闩锁时一偏压元件可推压所述外壳以辅助逐出供应件。所述流体出口和通气口之间的分离距离最大化以有利于所述逐出的进行，同时所述流体出口靠近所述底部而使滞留墨水最小。进一步的实施例描述了供应件的配置、距离和用户部件，说明书中仅举了几例。

Description

微流体应用的带有流体接合部的流体容器

本申请要求于2010年11月17日提交的、美国母案专利申请系列号为12/948122、发明名称为“带有用于微流体应用的混合腔的流体容器”的优先权和权益。该母案专利申请的全部内容通过参考结合于此，如同详细记载于此一样。

技术领域

本发明涉及微流体应用，如喷墨打印。特别地，本发明涉及解决与颜料墨水相关的沉淀问题的供应容器，并涉及容器与成像设备的接合(但本发明并不仅限于此)。

背景技术

用微流体技术打印来图像是非常公知的技术。固定型或半固定型喷头可以实现流体的本地或远程供应。流体以与打印的图像对应的像素的图案从喷射区喷向打印介质。流体是基于染料或颜料的墨水。对于颜料，墨水有不同的浓度层是已知的。容器中的沉淀物随着时间的推移沉积下去，使得底部附近浓度较高，而顶部附近浓度较低。打印时，从容器的底部吸出的沉淀的墨水导致最初是过分浓的颜色，后来是过分淡的颜色。前者还可能导致喷头的喷嘴堵塞，因为在微米尺寸的、具有挑剔的流体流动标准的通道中，最大的颗粒积聚在一起。此外，这种情况可能会导致粘度增加，使流体喷射困难。

因此，本领域存在这样的需求：在容器使用的使用寿命内提供均一浓度的墨水。另外的需要考虑使容器定位成基本上将所有墨水都提供到成像设备，包括使容器与成像设备适当地接合的特征。设计解决方案时，也寻求进一步的益处和替代方案。

发明内容

用于微流体应用的供应容器(其包括闩锁和流体接口)的混合腔解决了上述问题和其他问题。

成像设备的耗材供应件保存原装的一定量颜料墨水或可再充装的一定量的颜料墨水。供应件的外壳限定出内部空间和外部。内部空间容纳墨水，并且一出口将墨水供应到成像设备。用户将外壳定向成沿重力方向朝所述内部空间的底面减少墨水，在所述底面处布置有混合腔。混合腔具有限制在多个不同高度上的、使墨水从所述内部空间进入的入口。随着墨水进入到所述混合腔内，来自不同层的沉积物混合在一起。在容器底部附近沉积的高浓度墨水与来自上面的低浓度墨水相混合。在非工作期间，克服了颜料沉淀问题。该设计改进了需要机械搅拌和其他技术的传统知识。它也限制了颗粒在容器底部被带走。此种设计增加了很少的成本，却提供了颜料墨水组分的显著混合。进一步的实施例描述了混合腔的形状、入口的构造和供应件的结构，仅举几例。

成像设备还具有旋转的闩锁，该闩锁用于在供应件的使用过程中将其保持就位件。使用后，用户致动闩锁而逐出供应件。闩锁与在供应件的顶部外表面上的槽口配合。槽口的第一表面接合闩锁的前表面，而槽口的第二表面接合闩锁的一侧面。所述第一表面是倾斜的以允许闩锁摆动到与槽口接触或从与槽口接触的状态脱离，而当闩锁与所述第一表面接合时，所述第二表面大体上平行于闩锁的侧面。槽口的每个表面具有不同的角度和不同的长度。其他实施例详述了角度、容纳供应件的容器槽和用户特征，说明书中仅举几例。

更进一步地，供应件的外壳具有流体出口和通气口。所述流体出口和通气口位于外壳的首先被插入到成像设备的容器槽中的侧面上。所述流体出口和通气口间隔一定空间，使得个一偏压元件可以推压外壳，从而在用户致动闩锁时协助逐出所述供应件。流体出口和通气口分开最大距离以方便逐出，而所述流体出口位于底部附近，以尽量使滞留的墨水最少。进一步的实施例描述了上述口的布置和距离。

这些实施例和其他实施例将在下面的说明中详细描述。它们的益处和特点对于本领域技术人员是显而易见的。权利要求详细描述了特定的限制。

附图说明

包含在说明书内、并形成说明书的一部分的附图显示了实施例的多个方面，并与详细说明内容一起用来讲解各种原理。在图中：

图1A是根据本发明的具有混合腔的供应容器的透视图，包括放大的分离图；

图1B是图1A的重复透视图，包括混合腔的放大分离侧视图；

图2是图1A和1B的供应件的外部透视图；

图3是图2的供应件插入成像设备的容器槽中以备应用的透视图；

图4和5是供应件的侧视图，显示了其与成像设备的闩锁的关系；以及

图6是供应件在成像设备中配置的示意图。

具体实施方式

在下面的详细描述中参考了附图，其中，同样的附图标记表示相同的部件。本说明书对实施例进行详细描述而使得本领域的技术人员能够实现发明。可以理解的是在不背离本发明范围的情况下可使用其他实施例且可对工艺过程、电气和机械等作出改变。因此，下面的详细描述并不是限制性的，本发明的范围仅由权利要求和它们的等同物来限定。根据本发明的特征，其中的方法和设备包含用于墨水容器的混合腔，以解决与颜料墨水相关的沉淀问题。还描述了与接合闩锁以及流体开口相关的容器特征。

参考图1A和1B，在成像设备中使用的供应件10包括结构支撑件12。该支撑件限定了内部空间14，该内部空间包含原装的墨水或可再充装的墨水16。墨水是任一种水性墨水，如基于染料或颜料配方的墨水。也可以是多种颜色，如青、品红、黄、黑等。所述供应件可用于许多应用，如喷墨打印、药品输送、进行电路绘图等。

在使用过程中，一定量的墨水沿着重力G方向向下朝着所述内部空间的底面18减少。该底面通常是平的或向上的凹形而形成一低点区域或贮槽S，从该低点区域或贮槽S中可以吸出墨水。通过出口20，墨水从所述内部空间流出到成像设备。通气口22竖向地位于所述出口上方，以使环境空气、循环空气或其他气体进入以克服在成像操作中增加的背压。当所述内部空间内的墨水16充满时，所述通气口最佳为在墨水16上方至少2毫米。所述出口和通气口可以是任何形式，但典型的是带有内置球26和弹簧28的圆柱管24。所述内置球26、弹簧28与成像设备的隔膜针30配合。针在箭头A所示的方向插入口中，克服弹簧的偏压而使球向后滑动。插入足够的量后，所述口中的孔34和所述隔膜针连通，从而在所述内部空间14和隔膜针之间开通一流体通道。

在附图标记60指示的位置处，一混合腔位于所述贮槽S上方。该混合腔60的腔内部62在所述内部空间14和流体出口20之间形成流体流通腔内部。该混合腔60直接与通向所述出口20的通路72相连通，墨水流向所述出口20以在成像设备中使用。墨水进入所述通路之前在混合腔中充分混合。形成的混合物产生最佳的、持续的颜料浓度。

至少一个连续的壁或多个壁部分限定了混合腔的大小和形状。多个流体入口(F)位于所述壁上。所述流体入口被设置成在所述内部空间的底面上方的多个高度处，限制从所述内部空间14流向所述腔内部的流体量。第一流体入口F1被设置在所述混合腔的顶部。它是由两个倾斜面63、65限定的连接壁上的最上面的开口，所述倾斜面63、65与从底面18向上竖直定位的两个壁67、69向上成角度设置。所述角度有利于在倾斜面下的处于所述腔内部的气泡的上升运动并从第一流体入口F1排出。角度α可以是任何角度，但在某些实施中该角度范围为与水平方向成从大约9度到大约13度。优选地，该角度大约为10度到11度。第一流体入口F1也引导在向上的方向上进入所述混合腔的流体流向浓度低的地方。在其他实施例中，所述连接壁没有斜度，并且在两直立壁之间沿底面相对水平布置。

在任何设计中，壁的厚度应厚到足以在容器的使用寿命内提供结构刚性，但没有厚到使所述壁占用本来可以存储墨水的宝贵的空间。在一种设计中，壁大约1-4毫米厚。此外，每个壁与其他的壁具有大体相同的厚度，与底面18一样都具有大体相同的厚度t。

在每个直立壁上，具有第二和第三流体入口F2、F3。所述第二和第三流体入口F2、F3位于底面18的上方至少2.0-3.0毫米的高度处。这些入口的形状大致彼此相同，并且与所述最上面的开口相同。所述入口的远端借助于连接在一起的大体上伸展的壁61、63而由圆形壁截面169限定。这些入口引导这些位置的流体流向浓度更高的地方。在近端，每个入口限定了面向密封膜70(插入式)的口部。所述密封膜定位在容器的连续式边界B上以有效地密封处于所述腔内部中的流体，但是所述密封膜与所述入口F1-F3的近端口部具有间隙G2。所述密封膜与限定所述混合腔的壁63、65、67、69也存在间隙。这样，密封膜可以防止流体从容器中泄漏，但少量的墨水可以从壁与密封膜之间的间隙进入所述混合腔。所述间隙是用于避免在容器中的流体被消耗而处于最低入口F2、F3之下时剩余的墨水滞留在混合腔的底部处。

在混合腔的后部，该混合腔的壁抵接一中央支撑件40。已经发现，流体入口离支撑件越远，所述流体入口在吸引墨水进入所述腔内部中时越有用。然而，在其他实施例中，所述流体入口离密封膜和中央支撑件的距离可能不同。也没有这样的要求，即：混合腔的每个壁支撑一个流体入口，每个流体入口具有指定的大小或形状，或在给定的壁上只有一个入口。相反，发明人已经注意到，优选的构造是提供入口截面积的一个比例值，这样，与较低的入口相比，从较高入口进入混合腔的流体量更大。在这种情况下，与直立壁上的两个入口F2、F3的累积横截面相比，在连接壁上的入口F1有更大的横截面。在大多数设计中，截面积的比例范围是从大约1到大约5。最佳比例是大约2.5。该比例值越大，与从混合腔下部(此处的颜料更浓)吸入的流体相比，从混合腔顶部(此处颜料更稀)吸入的流体越多(反之亦然)。该设计还使得靠近底面18的容器下面层的墨水的消耗减慢，同时更高层(其具有更标准的颜料浓度)的墨水消耗更快。在所述混合腔内，稀的墨水和浓的墨水混合在一起，用于输送到成像设备。母案即美国专利申请No.12/948122给出了改进的结果。

参考图1A-3，供应件的形状通过良好的工程实践得以暗示，包括考虑使用该供应件来形成更大的成像内容。在给定的设计中，供应件总体上为矩形，并且从后侧39至孔口侧41是较长的。该孔口侧41沿箭头A指示的方向向前插入到成像设备的容器槽200中，而所述后侧由用户推动。所述形状还包括大体上内部对称的两半部IH1、IH2和外部对称的两半部EH1、EH2。外部的两半部EH1、EH2通过卡扣配合、焊接等围绕内部的两半部IH1、IH2而在接缝(S)处连接在一起，其中，内部的两半部IH1、IH2位于中央支撑件40的相反侧。外部的两半部是刚性的，以保持供应件的外壳的外部形状并且经久耐用。它们的材料可以是任何一种，但是从塑料、玻璃、金属等中选取，并且基于诸如成本、制造的容易程度、运输、贮存等标准来选择。

沿着外壳的顶部外表面210设置有一槽口225。该槽口与成像设备的旋转闩锁配合，以便在使用过程中将供应件保持就位。参考图3-5，槽口225具有与闩锁的前表面231接合的第一表面227，以及与闩锁的一侧面233接合的第二表面229。第一表面相对于所述顶部外表面成一定角度，以允许闩锁300摆动进入所述槽口而与其接触或从与所述槽口接触的状态分离(其运动由箭头B指示)，而当闩锁与所述第一表面接合时，所述第二表面大体上平行于闩锁的所述侧面。所述槽口被布置在外壳上，使得来自闩锁的与槽口的第一表面垂直的力矢量(F’)推动外壳的孔口侧41首先进入成像设备，在所述孔口侧41上布置有流体出口。这样就将外壳牢固地固定到成像设备中并保持所述流体出口20以及通气口22与成像设备接合，从而使一定量的流体无泄漏地流向成像设备。

使用后，用户通过推动(按照箭头C所指示作动)闩锁的延伸部240来致动闩锁300。该推动动作使闩锁绕枢转点242向上旋转，并与槽口脱离接触。(因为供应件的槽口位于从外壳的孔口侧41向后超过外壳长度(l)的50％处，这样将使得成像设备中的闩锁的长度较短。否则，闩锁将需要更长且枢转点更高(以保持相同的力矢量F’)，从而在成像设备中占用更多空间。)

成像设备的一偏压元件300推压在供应件的位于所述流体出口20和通气口22之间的一空间位置上，将供应件向后逐出(按照箭头D作动)足够的距离，从而解除闩锁与槽口的接触状态。然后，用户通过(捏住)抓握外壳的所述后侧上的手柄310而从容器槽200完全拉出供应件。为了保持对偏压元件开放并能够由所述偏压元件接触的空间，流体出口20的中心与通气口22的中心之间的距离D4保持在大约25毫米到27毫米的范围内。与此同时，流体出口的中心位于底面355之上不超过20毫米(D3)，以尽量减少滞留在所述内部空间中的墨水量。在可选实施例中，在外壳上布置有键结构330，从而基于供应件中墨水的颜色而使所述供应件与合适的容器槽如200C、200M、200Y相匹配。类似地，沿着底部的长度的倒角部350作为将外壳固定到合适的容器槽中的另一个定位特征。

继续参考图5，外壳的顶部外表面210大体上是平的，槽口225的第一表面和第二表面与所述顶部外表面成明显不同的角度。在一有代表性的设计中，所述第一表面与顶部外表面的角度(β)在大约124度到大约127度的范围内。类似地，所述第二表面与顶部外表面的角度(γ)在大约152度到大约155度的范围内。此外，所述第一表面和第二表面之间限定的角度(Φ)超过90度，以防止闩锁在与供应件脱离锁合的过程中被束缚或卡住，更精确地，该角度(Φ)为大约98度至100度(99.4度最佳)。在长度方面，槽口的所述第二表面比所述第一表面长(D2＞D1)。D2的范围为大约7毫米到10毫米，而D1为大约3毫米到7毫米。可选地，第二表面可以没有，取而代之的是只有从顶部外表面210延伸的单一面227。在这种情况下，角度γ的范围为从大约152度到大约180度，据此，第二表面与顶部外表面共同延伸。

参考图6，给出了墨水容器10在成像设备100中的配置的示意图。流体路径从流体出口20和通气口22延伸。流体在通道75中输送到打印头80(PH)，从喷嘴82向成像介质喷出。打印头是固定型或半固定型。在成像设备的使用寿命内，供应容器被多次更换。在通气口22处，容器10通向大气。

许多实施例的较为明显的优势包括但不限于：(1)将容器中基本上所有的流体输送到成像设备；(2)以如下方式输送流体，即，在容器的使用寿命内，从容器排出的墨水的颜料浓度具有相同的特性；(3)以低成本为容器结构提供混合腔；(4)在无需机械搅拌棒或其他复杂的机构的情况下，对颜料墨水进行无源混合；以及(5)使容器与成像设备适当接合。

上述内容说明了本发明的各个方面。它不是详尽无遗的。相反，它被选择用来提供本发明的原理的最好实例和实际应用，使得本领域的普通技术人员能够使用本发明，包括自然附随的各种修改。所有的修改和变化包含在如附加的权利要求限定的本发明的范围内。较为明显的修改包括将各个实施例的一个或多个特征与其他实施例的特征相结合。

Claims (6)

1.一种耗材供应件，其用于保存用于成像设备的原装的一定量墨水或能够再充注的一定量的墨水，该供应件设置成向前插入到成像设备的容器槽中，该成像设备具有在供应件使用过程中将该供应件保持就位的旋转闩锁，而在使用所述供应件之后，用户致动所述闩锁，从而借助于所述成像设备中的作用在所述供应件上的一偏压元件而逐出所述供应件，该供应件包括：

外壳，该外壳限定保存所述一定量墨水的内部空间，在使用过程中，该内部空间定向成沿着重力方向朝着所述内部空间的底面减少所述一定量墨水，所述外壳具有顶部外表面以接合成像设备的闩锁，从而将外壳牢固地定位在成像设备中，以使所述一定量的墨水无泄漏地向成像设备流动；以及

位于壳体的首先被插入所述成像设备的容器槽中的侧面上的流体出口和通气口，其中，所述流体出口和通气口间隔一定空间，使得成像设备的偏压元件能够在所述空间处直接推压该壳体的首先被插入所述成像设备的容器槽中的所述侧面，从而在用户致动闩锁时从成像设备的容器槽中逐出所述供应件，在供应件的使用过程中，所述通气口位于所述流体出口上方且处于所述一定量的墨水上方。

2.根据权利要求1所述的供应件，其中，流体出口的中心位于所述底面之上不超过20毫米，以尽量减少在所述内部空间中滞留的墨水量。

3.根据权利要求1所述的供应件，其中，流体出口的中心与通气口的中心之间的距离为大约25毫米到27毫米，以使用于所述偏压元件的所述空间最大化。

4.根据权利要求1所述的供应件，其中，当墨水充满时，所述通气口在所述一定量的墨水上方至少2毫米处。

5.根据权利要求1所述的供应件，其中，所述流体出口和通气口在外壳的首先被插入到成像设备的容器槽中的所述侧面上竖向排列。

6.根据权利要求1所述的供应件，其中，所述外壳还包括靠近底部而处于外部的沿长度的倒角部，该倒角部用作外壳的定位部而使所述外壳坐落在适当的容器槽中。

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