CN105026163A - 具有屏障层的喷墨盒 - Google Patents
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Abstract
一种用于基于有机溶剂的墨液的热喷墨盒包括盒壳体、附接到壳体的打印头以及布置在壳体内的可皱缩墨液贮器。墨液贮器具有开口，墨液通过该开口被供应到与墨液贮器流体连通的打印头。贮器包括盆构件和可移动板，盆构件限定墨液贮器的第一主要部分，可移动板限定墨液贮器的第二主要部分。盆构件和可移动板中的至少一个包括屏障层，用于减少溶剂从墨液贮器到外部环境的迁移。
Description
背景技术
本公开涉及喷墨打印机和喷墨盒。更具体地，本公开涉及用于喷墨盒的墨液贮器，其具有用于减少溶剂损失的屏障层。
通常，喷墨盒包括外壳体，墨液容纳系统或墨液贮器布置在该外壳体内，与喷墨打印机流体连通。连接到墨液贮器的机构产生负压或背压，该负压或背压被维持在足够的范围内以防止墨液从打印头泄露，但也允许喷射墨液以便打印。现有的喷墨盒使用主要基于水的墨液，对于该墨液而言，溶剂损失通常不是问题。然而，容纳具有易挥发有机溶剂的墨液的盒由于溶剂通过盒材料迁移到周围环境而可能损失大量的有机溶剂。
发明内容
本公开提供了一种与基于有机溶剂的墨液组合物一起使用的热喷墨盒。具体地，其提供了一种具有墨液贮器的盒，该墨液贮器包括屏障层，用于减小易挥发有机溶剂从盒的损失。
在一个实施例中，一种用于基于有机溶剂的墨液的热喷墨盒包括盒壳体、附接到壳体的打印头以及布置在壳体内的可皱缩墨液贮器。该墨液贮器具有开口，墨液通过该开口被供应到与墨液贮器流体连通的打印头。贮器包括盆构件和可移动板，盆构件限定墨液贮器的第一主要部分，可移动板限定墨液贮器的第二主要部分。盆构件和可移动板中的至少一个包括屏障层，用于减少溶剂从墨液贮器到外部环境的迁移。
在另一个实施例中，一种用于基于有机溶剂的墨液的热喷墨盒包括盒壳体、附接到壳体的打印头以及布置在壳体内的可皱缩墨液贮器。该墨液贮器具有开口，墨液通过该开口被供应到与墨液贮器流体连通的打印头。贮器包括第一刚性构件和第二刚性构件，第一刚性构件限定墨液贮器的第一主要部分，第二刚性构件限定墨液贮器的第二主要部分。第一构件和第二构件中的至少一个包括金属屏障层，用于减少溶剂从墨液贮器到外部环境的迁移。
附图说明
将参照本发明的特定实施例来呈现上面简要描述的发明的更加具体的描述，所述特定实施例在附图中示出。应理解这些附图仅仅示出了本发明的典型实施例并且因此不应当被理解为限制其范围。将通过使用附图来进一步具体地描述和说明本发明。
图1是喷墨盒的实施例的顶部透视图。
图2A是图1中示出的喷墨盒的底部透视图。
图2B是喷墨盒的另一实施例的底部透视图。
图3是图1中示出的喷墨盒的分解图。
图4是具有屏障层的盆构件的实施例的透视图。
图5是沿图4的线5-5的剖视图。
图6是具有屏障层的可移动板的实施例的透视图。
图7是沿图6的线7-7的剖视图。
图8是图6和图7的屏障层的透视图。
图9是图1中示出的喷墨盒的剖视图，墨液贮器膨胀且填充有墨液。
图10是图1中示出的喷墨盒的剖视图，墨液贮器已经皱缩。
图11是屏障层的第二实施例的透视图。
具体实施方式
现在将详细参照与本发明一致的实施例，这些实施例的示例在附图中示出。在可能的情况下，遍及附图，相同的参考数字被用于并指代相同或相似的部件。
本公开提供了一种与基于有机溶剂的墨液组合物一起使用的热喷墨盒。具体地，其提供了一种具有墨液贮器的盒，该墨液贮器包括一个或多个屏障层，用于减小易挥发有机溶剂从盒的损失。出于多个原因，希望最小化溶剂从盒的损失。溶剂损失提高了墨液的固体成分并且降低了打印机性能，以及损失了来自盒的可用于打印的墨液量。因此，过多的溶剂损失将会导致盒比预想更快地用完墨液。
图1、2A和3中示出的喷墨盒10可安装在可移动或静止的载架上以便于打印，并且具有与盒10内的墨液贮器19流体连通的打印头16。响应于来自控制器（未示出）的打印命令，打印头16将墨液从墨液贮器19排出到打印介质（未示出）上。盒可类似于美国专利No. 8,272,704所公开的且转让给Videojet科技公司的那种，该美国专利的内容通过引用并入本文中。盒10包括盖85、盆构件20和可移动板21（在后面的图示出）。图1-3未示出屏障层。
刚性盖85安装到盆构件20，从而盖85与盆20形成了刚性耐用壳体或外壳，其具有内部，墨液贮器19被布置在其内并受保护。如图所示，盆构件20包括沿盆构件20的外周边缘88布置的多个凹口86。突片87从盖85的外周边缘89向下并且与凹口86以匹配的关系配合，以将盖85卡扣且固定到盆20。盆20、柔性膜22和刚性可移动板21被相对于彼此定位和固定，以形成墨液贮器19。包括横向取向的握持部分126、127的手柄17可布置在盒10上。盒10可包括填充孔34，用于在制造过程期间将墨液组合物提供到贮器19中。肋12可从盒10的外周向内延伸，以提供用于盆构件20的结构性支撑。
盒11的第二实施例在图2B中示出。与盒10的关键区别在于盒11具有较短的肋13，以允许更加容易地施加屏障层。另外，实施例11不包括流体填充孔。填充孔的使用可增加溶剂从盒通过迁移或泄露的损失量。相反，通过通道35和竖管38（下面描述）来填充墨液贮器。实施例11可包括定向孔48。定向孔48不连接到墨液贮器中，而是用于在填充过程期间定位盒。
参照图9和图10中示出的墨液贮器19，弹簧23布置在墨液贮器19中，位于盆构件20和板21之间，并且将板21偏压远离盆构件20以在墨液贮器19中产生负压或背压，以防止墨液从打印头16上的喷嘴滴漏。随着在打印或其他操作期间喷射墨液，柔性膜22朝向盆构件20皱缩，导致板21朝向盆构件20移动。弹簧23抵靠板21的偏压力在墨液贮器19中产生负压。
弹簧23可座置成抵靠板21和盆构件20。柔性膜22和板21皱缩足够的尺寸以允许尽量多的墨液从贮器19排出。沟槽47A和47B是大致环形沟槽，用于包括螺旋弹簧的实施例。沟槽47A和47B可彼此对准，从而当柔性膜23和板21皱缩时，沟槽47A和47B具有组合的深度尺寸以接收弹簧23。
参照图9和图10，盖85包括中间区段85A，中间区段85A相对于盖85的外周边缘89侧向偏移并且远离盆构件20，从而盖85的侧面85B相对于中间区段85和周围边缘89倾斜成角度。这样，如图9所示，当贮器19填充有墨液并且出于膨胀状态时，墨液贮器19的至少一部分（包括可移动板21、柔性膜22和/或弹簧23）被盖85围绕，或者盖85接收墨液贮器的一部分。
另外，盆构件20的碗状构造（其包括边缘20B和倾斜到底板20A的壁44）允许柔性膜22沿着盆构件20的表面皱缩。另外，板21中的凹陷26接收盆构件20上的凸起部分27，从而可移动板21可基本抵靠盆20齐平，以尽可能地将墨液从贮器19排空。而且，随着柔性膜22皱缩，其可遵循壁44的轮廓并且与盆构件20的表面基本齐平。
盒10包括至少一个屏障层，用于减少有机溶剂的迁移。迁移指的是溶剂通过扩散、蒸发及类似过程从盒损失，与经由打印的墨液损失相反。盆构件20限定墨液贮器19的第一主要部分，并且可移动板21限定墨液贮器19的第二主要部分。盆构件20和可移动板21中的至少一个包括屏障层，用于减少溶剂从墨液贮器19到外部环境的迁移。在一个实施例中，屏障层布置在盆构件20和可移动板21二者上。用来制造屏障层的材料具有比盆构件20、板21的其它材料和盒10的其它材料更大的溶剂迁移阻力。具体地，其它部件通常由诸如高密度聚乙烯（HDPE）的塑料构成；屏障层由提供比HDPE更大的溶剂迁移阻力的材料制成。因此，与不具有屏障层的盒相比，屏障层减小了溶剂损失速度。屏障层优选地布置在基本刚性衬底上或遍布在基本刚性衬底上面，例如盆构件20和板21的表面。
图4和图5示出了具有屏障层28的一个实施例的盆构件20。一般而言，屏障层沿着墨液贮器19的区域的主要部分而不是全部布置。屏障层28紧密地遵循盆构件20的形状并且被固定到其表面。屏障层28包括圆形凸起中心部分29、围绕中心29的圆形沟槽31、以及围绕沟槽31的平坦部分30。屏障层28的周围32可布置在盆构件20的塑料材料中（例如通过在模制过程期间将盆构件20的材料围绕屏障层28模制）以将其固定到盆构件20。屏障层28的结构对应于盆构件20的结构；具体地，凸起部分29对应于且布置成邻近凸起部分27，圆形沟槽31对应于且布置成邻近沟槽47B，并且平坦部分30对应于且布置成邻近底板20A。
图6-8示出了具有屏障层40的一个实施例的板21。类似于屏障层28，可移动板21的屏障层40紧密地遵循可移动板21的形状并且被固定到其表面。屏障层40包括圆形凸起中心部分41、围绕中心41的圆形沟槽42、以及围绕沟槽42的平坦部分43。屏障层40的周围45可布置在可移动板21的塑料材料中（例如在模制过程期间）以将其固定到可移动板21。屏障层40的结构对应于板21的结构；具体地，凸起部分41对应于且布置成邻近凹陷26，圆形沟槽42对应于且布置成邻近沟槽47A，并且平坦部分43对应于且布置成邻近平坦表面46。因此，在一个实施例中，屏障层28和40的表面直接接触墨液贮器19中的墨液。如在图9中最佳看到的，屏障层28和40可布置在刚性的大致平坦表面或平面上，布置成彼此平行。
屏障层28和40可通过任何合适的方法固定到相邻的部件。在一个实施例中，盆构件20被围绕屏障层28注射模制。具体地，部件被制造成使得屏障层28的周围32嵌入盆构件20。类似地，可移动板21可被围绕屏障层40注射模制，屏障层40的周围45嵌入板21。在一个实施例中，屏障层28和40由钢构成。屏障层28和40的厚度可在0.1 mm和0.5 mm之间，优选在0.2 mm和0.3 mm之间。
盆构件20和板21可由高密度聚乙烯材料或其它合适的塑料材料构成。塑料材料还可包括填料以进一步防止溶剂损失。填料可以是聚合的氧气或气体阻隔材料。
屏障层优选地覆盖墨液贮器的足够的表面区域，以便防止易挥发溶剂的损失，但是不需要覆盖整个表面区域。在一个实施例中，屏障层覆盖墨液贮器19的面对墨液的表面区域的至少50%、60%或75%。屏障层可覆盖墨液贮器19的表面区域的小于75%、85%或90%。一般而言，屏障层可覆盖墨液贮器19的表面区域的60%到90%之间。
在优选实施例中，盆构件20保持静止，而柔性膜22和板21可相对于盆20移动。因此，该实施例包括相对于静止的盆20移动的单个膜22和单个板21。柔性膜22可具有图3所示的环形构造，具有第一周围边缘22A和第二周围边缘22B，第一周围边缘22A密封抵靠盆构件20，第二周围边缘22B密封抵靠可移动板21。如图9和图10所示，柔性膜22的边缘22A相对于盆构件20的外周边缘89向内间隔。另外，本发明的柔性膜22沿着板21的周围或绕板21的中心区域固定到板21，并且限定其周围的一部分。如图所示，板21具有环形突起24，其形成沟槽或凹陷47A，用于接收弹簧23的第一端。环形突起24居中地位于板21上；因此，柔性膜22未结合到板21的中心，而是可通过合适的方式（例如焊接）沿板21的周围绕着突起24固定到一个或多个点。
图11示出了盆构件20的屏障层128的第二实施例。屏障层128由具有金属箔层的复合材料形成。与屏障层28类似，屏障层128紧密地遵循盆构件20的形状并且被固定到其表面。屏障层128包括圆形凸起部分129、圆形沟槽131以及平坦部分130。部分133在平坦部分130和周围132之间延伸。屏障层128的周围132可布置在盆构件20的塑料材料中（例如在模制过程期间）以将其固定到盆构件20。凸起部分129对应于且布置成邻近凸起部分27，圆形沟槽131对应于且布置成邻近沟槽47B，平坦部分130对应于且布置成邻近底板28，并且部分133对应于且布置成邻近倾斜壁44。类似构造的分离的屏障层（未示出）可被施加到板21。
屏障层128是包括金属箔层的复合层。复合层可包括被一个或多个聚合物层围绕的金属箔层。在一个实施例中，复合层包括被聚合物层围绕的金属层，例如作为第一外层的定向聚丙烯（OPP）层、白色层压层、金属箔层、乙烯丙烯酸共聚物层、以及作为第二外层的线性低密度聚乙烯（LLDPE）层。其它类型的聚合物层也是可能的；替代地，屏障层可仅包括金属箔层。复合层的总厚度可在0.05 mm和0.2 mm之间厚。金属箔层自身的厚度可在0.002 mm和0.02 mm之间。
盒被设计成使用基于溶剂的墨液。因此，在一个实施例中，墨液组合物被布置在墨液贮器中。墨液组合物包括有机溶剂。在一个实施例中，有机溶剂选自酮和乙醇。有机溶剂可具有在20 ℃温度下至少16 mmHg、43 mmHg或74 mmHg的蒸气压力。替代地，有机溶剂可具有至少1.4、至少2.1或至少3.8的相对蒸发速率（相对于乙酸正丁酯）。有机溶剂以墨液组合物的重量的至少70%的量存在。转让给Videojet科技公司的美国专利No. 8,142,559公开了合适的墨液，其内容通过引用并入本文中。屏障层的材料应当与布置在墨液贮器中的有机溶剂兼容。
已经发现屏障层极大地减小了有机溶剂由于溶剂迁移从盒损失的量。具体地，在52 ℃的温度下，经过两个星期的时间，从墨液贮器到盒外部的溶剂迁移比从墨液贮器到没有屏障层的相同盒的盒外部的溶剂迁移小至少30%、40%或50%。换句话说，与从墨液贮器到没有屏障层的相同盒的盒外部的溶剂迁移相比，屏障层使得从墨液贮器到盒外部的溶剂迁移减小了至少30%、40%或50%。在52 ℃的温度下，经过两个星期的时间，具有屏障层的墨液贮器优选地损失小于5%重量百分比的墨液，优选地小于3%。
在一个实施例中，盖85可由耐用的塑料材料（例如聚乙烯或具有合适耐用性的其它塑料材料）构成，以充当墨液贮器19的保护性外壳。盆构件20和板21由相同的刚性塑料材料（例如聚乙烯）构成，并且柔性膜由不同的塑料材料构成，其足够柔韧以允许板21相对于静止的盆构件20移动，足够耐用以防止撕裂，并且与盆构件20和板21的塑料材料兼容，从而柔性膜22可被充分地密封到盆构件20和板21。柔性膜22可包括层压结构，其包括聚乙烯载体层、聚丙烯密封剂层和金属化塑料层。
还参照图9和图10，在盆构件20的壁44中形成了槽道36，其在盆20的底板20A和通道35之间延伸。当板21和柔性膜22皱缩时，槽道36允许来自贮器19的墨液持续被供应到打印头16。如图10中所示，当柔性膜22皱缩到盆20中时，膜22可阻塞通向通道35的开口；然而，墨液依然可经由槽道36行进到通道35且行进到打印头16。这样，可以从贮器19抽取最大体积的墨液，使墨液的浪费最小化，尤其如果盒是一次性的。
提供了盆构件20、口鼻部15及其部件的更详细描述。参照图9和图10，口鼻部15被直接固定到盆构件20并且包括安装在其上的打印头16和与墨液贮器19流体连通的喷嘴（未示出），以根据打印命令从盒喷射墨液。打印头16被安装到口鼻部15的第一表面15A，并且电连接器被安装到第二表面15B以将打印头16与打印系统控制器电连通。口鼻部15被制造为独立于盆构件20和盖85的部件，并且可由任何耐用塑料且尺寸稳定塑料材料构成，例如玻璃填充聚苯硫醚树脂。
参照图9和图10，通道35形成在盆构件20中并且通向口鼻部15。支撑构件39与盆构件20一体地形成并且将口鼻部15支撑在盆构件20上。通道35延伸通过盆构件20并经过支撑构件39，提供墨液贮器19和口鼻部15之间的流体连通。竖管38布置在口鼻部15中，位于通道35和打印头16之间，将打印头16和喷嘴（未示出）连接成与墨液贮器19流体连通。
如图9和图10所示，O形环59布置在支撑构件39和口鼻部15之间，以密封两个部件之间的界面并且防止从墨液贮器19行进到口鼻部15的墨液从盒10泄露。筛网37可从行进到口鼻部15上的打印头16的墨液过滤碎屑，并且可防止气泡从竖管38行进到墨液贮器19。
示例
制备了盒的四个实施例，并且填充了基于有机溶剂的墨液。墨液为大约85%甲基乙基甲酮作为有机溶剂。盒被存放在温度受控的环境中一段时间。盒在一开始然后在规则的时间间隔被称重，以确定已经从墨液贮器迁移到盒之外的溶剂量。建立了加速存放测试，以将盒在52 ℃下存放两个星期，然后将存放温度改变为35 ℃。在两个星期、约三个月和约六个月时确定每个盒的重量。通过测量每个时间点（两个星期、三个月和六个月）时的盒重量与初始盒重量的变化来确定重量损失。
比较示例A是没有屏障层的盒（如图1-3所示）。示例1包括在盆构件和板上的钢插入件（如图4-8所示）。钢插入件为大约0.254英寸厚并且由305型不锈钢制成。示例2包括在盆构件和板上的复合金属箔层（如图11所示）。复合层是可商购的产品，包括被聚合物层围绕的金属层，作为第一外层的定向聚丙烯（OPP）层、白色层压层、金属箔层0.007 mm厚、乙烯丙烯酸共聚物层、以及作为第二外层的线性低密度聚乙烯（LLDPE）层。示例3包括在盆构件和板上的钢插入件（如图4-8所示），另外，这些部件由具有蒸气阻隔增强填料的HDPE模制而成。
下表1示出了从每个示例的溶剂损失。可以看出，与比较示例A相比，在第一个14天之后，示例1减少了溶剂损失达几乎50%。与比较示例A相比，在第一个14天之后，示例2减少了溶剂损失达超过60%。与比较示例A相比，在第一个14天之后，示例3减少了溶剂损失达超过50%。因此可以看出，与没有屏障层的相同盒设计相比，所公开的屏障层的各种实施例减少了溶剂损失达超过40%，并且将溶剂损失减少到墨液重量的小于5%。
表1
| 设计 | 52 ℃下14天之后的溶剂损失 | 52 ℃下14天然后35 ℃下77天之后的溶剂损失 | 52 ℃下14天然后35 ℃下168天之后的溶剂损失 |
| 比较示例A | 6.1% | 14.3% | 21.2% |
| 示例1（钢插入件） | 3.1% | 7.8% | 13.8% |
| 示例2（箔） | 2.4% | 5.9% | n/a |
| 示例3（钢插入件和聚合物填料） | 2.7% | 7.7% | n/a |
虽然本文已经示出了描述了本发明的优选实施例，显然这样的实施例仅仅作为示例提供并且不是限制性的。本领域技术人员在不偏离本发明教导的情况下将会想到许多变形、改变和替换。因此，所意图的是在所附权利要求书的完整精神和范围内解释本发明。
Claims (21)
1.一种用于基于有机溶剂的墨液的热喷墨盒，包括：
盒壳体；
附接到所述壳体的打印头；
布置在所述壳体内的可皱缩墨液贮器，所述墨液贮器具有开口，墨液通过所述开口被供应到与所述墨液贮器流体连通的打印头，所述贮器包括：
盆构件，所述盆构件限定所述墨液贮器的第一主要部分；和
可移动板，所述可移动板限定所述墨液贮器的第二主要部分；
其中，所述盆构件和所述可移动板中的至少一个包括屏障层，用于减少溶剂从所述墨液贮器到外部环境的迁移。
2.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述屏障层布置在所述盆构件和所述可移动板二者上。
3.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述屏障层包括金属层。
4.如权利要求3所述的热喷墨盒，其中，所述金属层包括钢。
5.如权利要求3所述的热喷墨盒，其中，所述金属层在0.1 mm和0.5 mm之间厚。
6.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述屏障层包括复合层，所述复合层包括被一个或多个聚合物层围绕的金属箔层。
7.如权利要求6所述的热喷墨盒，其中，所述箔层在0.002 mm和0.02 mm之间厚。
8.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述盒不包括除了所述开口之外的分离的填充孔。
9.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述盆构件的一部分被围绕所述屏障层的周围模制。
10.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述可移动板的一部分被围绕所述屏障层的周围模制。
11.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述盆构件和所述可移动板中的至少一个包括蒸气阻隔材料。
12.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述盆构件包括高密度聚乙烯材料。
13.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述墨液贮器具有面对墨液的表面区域，并且所述屏障层覆盖所述表面区域的至少60%。
14.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，所述屏障层包括大致平坦表面，环形突起从所述平坦表面延伸。
15.如权利要求1所述的热喷墨盒，还包括布置在所述墨液贮器中的墨液组合物，其中，所述墨液组合物包括有机溶剂。
16.如权利要求15所述的热喷墨盒，其中，所述有机溶剂选自酮和乙醇。
17.如权利要求15所述的热喷墨盒，其中，所述有机溶剂具有在20 ℃温度下至少16 mmHg的蒸气压力。
18.如权利要求15所述的热喷墨盒，其中，所述溶剂以所述墨液组合物的重量的至少70%的量存在。
19.如权利要求15所述的热喷墨盒，其中，所述一个或多个屏障层与所述墨液组合物接触。
20.如权利要求1所述的热喷墨盒，其中，在52 ℃下，经过两个星期的时间，与从墨液贮器到没有屏障层的相同盒的盒外部的溶剂迁移相比，所述屏障层使得从墨液贮器到盒外部的溶剂迁移减小至少30%。
21.一种用于基于有机溶剂的墨液的热喷墨盒，包括：
盒壳体；
附接到所述壳体的打印头；
布置在所述壳体内的可皱缩墨液贮器，所述墨液贮器具有开口，墨液通过所述开口被供应到与所述墨液贮器流体连通的打印头，所述贮器包括：
第一刚性构件，所述第一刚性构件限定所述墨液贮器的第一主要部分；和
第二刚性构件，所述第二刚性构件限定所述墨液贮器的第二主要部分；
其中，所述第一构件和所述第二构件中的至少一个包括金属屏障层，用于减少溶剂从所述墨液贮器到外部环境的迁移。
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