用于喷墨打印设备的墨盒 本发明是2000年10月10日申请的发明名称为“用于喷墨打印设备的墨盒”的第00129671.X号发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
本发明涉及一种可拆卸地连结到打印设备并给根据打印信号喷射墨滴的打印设备的打印头提供墨水的墨盒。
背景技术
典型的喷墨打印设备的打印头通过供墨通道与墨盒相连。打印头设计成从墨盒接收墨水。打印装置在供墨通道中配备有一个中空的供墨针，向打印头供墨。墨盒形成有一个向打印头供墨的供墨孔。当墨盒安置到打印设备上时，中空供墨针插入到墨盒的供墨孔中并通过中空供墨针把墨水供应到打印头。
待审日本专利申请(OPI)229137/1993和174879/1997公开了一种此类结构的墨盒，它在墨盒的内侧包括一个位于供墨孔上部的阀门元件。当供墨针插入时，此类墨盒的供墨孔打开，并当供墨针移开时闭合。所以墨盒能够避免墨水泄漏或能够重复地连结到打印设备。另一方面，待审日本专利申请(OPI)232438/1995公开了一种具有储存与墨盒有关的数据的半导体存储装置地墨盒。
但是，常规的上述阀门元件有一个缺点，即墨盒的半导体存储装置和打印设备的控制单元之间的连结不充分。具体地说，为了密封供墨孔，阀门元件总是在供墨针的插入方向被一个弹簧顶着，所以墨盒不能完全地装配到打印设备的托架当中，因为当墨盒被安置到托架上之后弹簧的回复力把墨盒相对于托架向上推到某一程度。这导致几乎不能实现墨盒关于托架的精确定位，并且如果把存储装置安置到墨盒上，将由于顶着阀门元件的弹簧的回复力导致的偏差而不能把存储装置的终端连结到打印设备电路的接触元件。
另外，如果在原始墨盒还没有用完的时候从打印设备的托架上卸下带有上述阀门元件的常规的墨盒以更换不同种类或类型的墨盒，则墨水可能会经过供墨孔从墨盒中泄漏出来。当墨盒被循环利用并且阀门或填充元件用坏，并因而阀门机构的密闭性减弱时这个问题将显得更加突出。
另外，对于带有上述存储装置的常规的墨盒，如果存储装置开始与打印设备的终端接触而供墨针不能正确地进入供墨孔并因而还不能开始供墨，则打印操作可能开始并且空气将会输运到打印头的喷嘴。这将导致损坏打印头的严重后果，并且除了更换打印头外没有恢复的希望。因此，需要在存储装置的接触电极与供墨孔和供墨针之间有适当的相互联系。
【发明内容】
鉴于常规墨盒存在上述缺陷提出了本发明。因此，本发明的一个目的在于提供一种能够使安置在墨盒上的存储装置和外部电路单元之间充分连结的墨盒，无论顶着阀门的弹簧的反作用回复力怎样都使得墨盒的存储装置能够稳定地电连结到外部电路单元。
本发明的另一个目的在于提供一种甚至在墨水还没有用完就从打印设备上卸下墨盒以便更换的情况下也能防止墨水经供墨孔泄漏的墨盒。
本发明的再一个目的在于提供一种能够实现存储装置的接触电极与供墨孔和供墨针之间适当的互连关系的墨盒。
上述和其它目的可通过提供一种用于喷墨打印设备的墨盒而实现，其中打印设备有一个打印头和一个连接至打印头的供墨针，根据本发明，该墨盒包括：一个腔体，该腔体界定一个容纳墨水于其中的墨腔；一个供墨孔，形成在所述腔体的一个壁中，用于使所述墨腔与打印头通过供墨针相通，所述供墨针沿一方向插入供墨孔中；一个多孔元件，设置在所述墨腔的至少一部分中；一个包括充填元件的再密封结构，该结构的至少一部分设置在所述供墨孔的一个区域中；和一个存储装置，设置在所述腔体的一个壁上，用于存储与所述墨腔中含有的墨水有关的信息。
当供墨针插入墨盒的供墨孔中时墨水从墨盒的墨腔供应到打印设备的打印头。当存储装置连结到平行于供墨针插入方向的墨盒壁上时，无论墨盒和打印设备之间的距离由于弹簧的回复力给阀体朝充填元件施压所导致的变化如何，都可以稳固地保持墨盒的存储装置和打印设备的外电极之间的电连结。
【附图说明】
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1A表示根据本发明的黑色墨盒的俯视图，图1B表示根据本发明的黑色墨盒的仰视图；
图2A表示根据本发明的彩色墨盒的俯视图，图2B表示根据本发明的彩色墨盒的仰视图；
图3A表示显示第一侧面的电路基板透视图，图3B表示显示第二侧面的电路基板透视图；
图4表示黑色墨盒安装到打印设备托架上时的截面图；
图5表示供墨孔的放大截面图；
图6表示根据本发明的墨盒的另一个实施例；
图7A表示黑色墨盒覆盖元件的俯视图，图7B表示黑色墨盒覆盖元件22的仰视图；
图8A表示带膜的黑色墨盒，图8B表示带膜的彩色墨盒；和
图9表示阀门元件的另一个实施例。
【具体实施方式】
图1A和图1B仅作为一个实施例表示喷墨打印设备的黑色墨盒。如图所示，墨盒1基本上是一种矩形的平行六面体。墨盒1配置有一个腔体2，腔体2由一个墨腔60(如图4所示)和一个开口，以及一个密封腔体2的覆盖元件3形成。墨盒1还包括一个形成在外壁、即此实施例中的底壁2a中的供墨孔4。打印设备包括一个带有喷嘴和保持与打印头流体连通的供墨针的打印头。墨盒1的供墨孔4设计成当墨盒1安置在打印设备上并且供墨针插入供墨孔4中时经打印设备的供墨针向打印头供墨。底壁2a的形状基本上为正方形，由两条较长的侧面墨盒两条较短的侧面形成。供墨孔4形成在离其中一个较短的边较近的位置。
墨盒1还包括一个存储装置6，存储装置6有一个固定到非底壁2a的壁上的电路基底。存储装置6放置在供墨孔4的附近，并且最好位于一个平行于供墨针52插入方向的外侧壁2b上，如图4所示。如图1A和1B中所示，存储装置6设置在腔体2侧壁2b的中心线上，该壁的宽度短于腔体2另一个壁的宽度。腔体2基本上呈矩形，腔体2的侧壁2b基本上垂直于底壁2a，底壁2a上形成供墨孔4。另外，平行于侧壁2b设置一个有平面基底的存储装置。
因为墨盒1的供墨孔4必须相对于打印设备的供墨针精确定位，所以在供墨孔的周围而非墨盒的其它部分实现更精确地定位。因此，当根据本实施例把存储装置6设置在供墨孔4的附近时，必定达到存储装置6关于打印设备的接触元件精确定位。另外，当墨盒1安置到托架上时，墨盒1位置关于托架的偏差水平在墨盒的中心比在其侧边部分小。因此，当存储装置6设置在侧壁2b横向的中心时，存储装置6的位置的偏差水平必定较小。
根据本实施例，腔体2形成有一个凹陷部分，存储装置6容放其中。
供墨孔4最初用一个密封元件7密封，使得在使用之前空气或气泡不会进入供墨孔4或墨水不会漏出供墨孔4。出于有助于在打印设备的盒支撑件上安装和拆卸墨盒1的目的，墨盒1形成有一个凸起部分10，该部分设计成与打印设备的盒支撑件挂钩衔接。因为凸起部分10从安置存储装置6的侧壁2b延伸，所以可以达到存储装置与打印设备的接触元件静电定位。
作为一个实施例，图2A和图2B表示一种彩色墨盒20。类似如图1A和图1B所示的黑色墨盒1，墨盒20基本上是一个矩形的平行六面体。墨盒20有一个腔体21，腔体的内部被隔离壁分成多个盛装不同墨水如不同颜色的墨水的墨腔。根据图2A和图2B所示的实施例，限定有五个墨腔23～27，每个墨腔有一个开口。墨盒20还包括一个密封所有墨腔23～27的开口的覆盖元件35。墨盒20在其一侧上包含多个供墨孔28～32，每个供墨孔28～32对应于一个墨腔23～27。每个供墨孔28～32保持与各个墨腔23～27连通，并能够在供墨针插入每个供墨孔28～32中时向相应的供墨针供墨。如图2B所示，供墨孔28～32形成在接近一个壁的边缘的位置处。
墨盒20还设置有一个固定在没有形成供墨孔28～32的壁上的存储装置34。根据本实施例，如图2B所示，存储装置34实际上设置在多个墨腔23～27总宽度的中心。该存储装置34位于供墨孔28～32的附近并在其中储存例如规定墨盒20的数据。
供墨孔28～32最初用密封元件35密封，使得在使用之前空气或气泡不会进入供墨孔28～32或墨水不会漏出供墨孔28～32。出于有助于在打印设备的盒支撑件上安装和拆卸墨盒20的目的，墨盒20形成有一个凸起部分36，该部分设计成与打印设备的盒支撑件挂钩衔接。
图3A和3B分别表示存储装置6或34的第一侧面和第二侧面的透视图。当存储装置6或34分别安装到墨盒1或20时，图3B中所示的第二侧面连接到墨盒1或20。所以图3A中所示的第一侧面看见是在一个表面上。第一侧面形成有电极42和43，电极设计成与打印设备的盒支撑件的接触器连结。半导体存储器44连结到第二侧上，即存储装置6或34的后侧。半导体存储器44可以经过存储装置6或34的电极42和43或接触器40被打印设备的盒支撑件接入，使得可以在存储器44中存入或读出与墨水或墨盒有关的信息。存储装置6设置有一个基底，多个电极终端42、43和半导体存储器44。电极终端42、43设置在基底的前表面，存储器44设置在基底的其它后表面。因为半导体存储器即芯片设置在基底的后侧，所以当存储装置连结到墨盒1时芯片不会暴露，并且即使用户把墨盒1落到地板上，也没有损坏墨盒的可能性。
半导体存储器44由一个诸如为永久性的存储器的可重复写入的电元件形成，如EEPROM。当从制造厂发送墨盒1或20时，把与墨水或墨盒1或20有关的数据提前写入到半导体存储器44上。提前写入的数据例如可以是指定墨盒1或20、包含在墨盒1或20中的墨水量和与表示墨水或墨盒1或20的制造商商标有关的数据等一组数。半导体存储器44形成有一个区域，用户消耗的墨水量可以写到其上。
图4表示黑色墨盒1安装到打印设备托架51上时的截面图。打印设备包括一个打印头50和一个供墨针52。当墨盒1安装到有打印头50固定其上的托架51的预定位置时，供墨针52与墨盒1的供墨孔4形成一种密封连结，通过供墨孔4与墨腔60保持连通。
供墨针52是中空的，并且由一个在其顶端有锥形部分的柱体形成。因此，供墨针52很容易插入供墨孔4并从中移开。当供墨针52插入供墨孔4中时，供墨针52与装配在供墨孔4中的充填元件61形成密封连结，下面将进行描述。
图5表示供墨孔4和设置其中的阀门机构的放大截面图。充填元件61被压装在供墨孔4中。充填元件61基本上在其中心限定有一个孔，使得供墨针52从中穿过，如图4所示。
充填元件61由一种弹性材料制成，如包括硅橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、二元乙丙橡胶、腈橡胶的橡胶材料和弹性体材料。
充填元件61的孔有一个楔形部分62和一个在墨腔60附近的柱形装配部分63，楔形部分导引打印设备的供墨针52。阀门机构包括一个安装在充填元件61和墨腔60之间的供墨孔4中的阀体65。阀体65总是通过弹簧64垂直顶着充填元件61。所以阀体65和充填元件61形成一个密封连结。当供墨针52插入供墨孔4中时阀体65由供墨针52顶着弹簧64的回复力打开供墨孔4。
存储装置6的电极终端42和43沿供墨针52插入充填元件61的方向的长度设计成比整个供墨针52从充填元件61插入供墨孔4的最大长度减去供墨针被弹簧64的回复力退回的长度长，其中弹簧的回复力作为顶着阀体65所产生的反作用力。终端电极设置在存储装置6的基底上，其位置处于供墨针52的顶部与阀体65接触时电极终端开始与打印设备的接触元件40电连结的地方。另外，电极终端沿供墨针52插入充填元件方向的长度比供墨针52滑入腔体同时推动阀体65顶着弹簧64的回复力的长度长。
返回来参见图4，当墨盒1安装到盒支撑件70上并且向下推杆71时，供墨针52的顶部穿过密封供墨孔4的密封元件7。然后，供墨针52的顶部顶着弹簧64的回复力打开阀体65，使得墨腔60变成与打印头50保持连通。存储装置6通过此实施例中形成在盒支撑件70处的接触器40与安装在打印设备中的控制装置连结，图中未示出。接触器40在垂直于供墨针52插入方向的方向上有一个回复力。
根据本实施例的存储装置6安装在一个侧壁上，该侧壁基本上平行于供墨针52的插入方向。因此，通过形成稍大于与接触器40的接触所需大小的存储装置6的电极42和43，存储装置6的电极端子42和43可以确保与盒51的接触器40的连结，无论打印设备的墨盒1和盒支撑件70之间的距离如何。另外，通过沿供墨针52的插入方向形成较长的电极端子42，存储装置6的电极端子42和43可以确保墨盒1的接触器40之间的连结，无论供墨针52的插入方向如何。希望存储装置6和接触器40的放置能使得仅当供墨针52插入供墨孔4中时，接触器40与存储装置6的电极42和43形成电接触，从而打开阀体65并从墨腔60向打印头50供墨。
通过上述结构，可以从存储器44中读出数据的事实意味着墨盒1恰当地安装到了盒支撑件70上，因为只有当形成电极42和43与接触器40之间的电连结时存储器44才可以被读取。因此，即使控制打印设备打印操作的程序包括一个通过数据可被从存储器44中读出的事实判断墨盒1安装到盒支撑件70上的指令序列，也不会有在墨还没有提供给打印头50时打印设备即开始打印操作的危险。
利用这种结构可以避免在墨盒1没有恰当地安装到盒支撑件70上时打印头50吸入空气。这一事实可避免在打印头50吸入空气或气泡时所需的恢复打印头50的操作而浪费大量的墨水。
另外，供墨孔4形成在离墨盒1的一个短边比另一个底壁29更近的位置，并通过设置在托架51上的供墨针52而在供墨针52插入供墨孔4中时保持恒定的位置。所以设置在供墨孔4附近的形成在墨盒1的一个壁上的存储装置6也保持在相对恒定的位置。因此，确保存储装置6的电极42和43与接触器40之间的电连结，即使当托架51横向往返移动并发生震动时也不改变存储装置6的位置。
当打印操作开始并且打印头50开始消耗墨水时，即当打印头50发射墨滴时，图中未示出的控制装置如微电脑在这种条件下对发射的墨滴计数以计算耗墨量。控制装置经过接触器40在存储装置6的半导体存储器44上写下耗墨量。
为了能得到高打印质量或所希望的打印状况，打印设备最好根据不同类型的打印介质采用不同的墨盒。
如图5所示，图中表示没有使用墨盒1或20的状态，墨盒1或20的阀体65被弹簧64顶着接近供墨孔4。因此，甚至在为了更换而从托架5上拆下墨盒1或20中时，墨水也不会从墨腔60或23～27中泄漏，并且无用的空气和气泡也不会进入墨腔60或23～27中。
终端沿供墨针插入充填元件并插入阀座方向的长度比供墨针从阀座插入供墨孔的整体长度减去供墨针被弹性元件的回复力退回的长度的最大长度长，其中弹簧的回复力作为顶着阀体所产生的反作用力。
当半导体存储器44储存与耗墨量有关的信息时，甚至在墨盒1或20拆下一次并再装到墨盒托架51上时也可以计算剩在墨腔60或23～27中的墨量。所以可以很容易地检测到墨盒1的墨水用完或接近用完的状态。
图6为根据本发明的墨盒的另一个实施例。墨盒101包括一个在墨腔60或23～27中的多孔元件80和过滤器71。过滤器71位于墨腔和供墨孔4之间，并有一个一侧与多孔元件80接触的平面形状。多孔元件80有一个比打印头50的喷嘴产生的负压小但足以保留其中墨水的毛细管力。过滤器71也有一个比多孔元件80的毛细管力大但比打印头50产生的负压小的毛细管力。过滤器71可以是多孔材料或网状材料制成的片状元件。多孔元件80和过滤器71的孔眼大小和网眼大小确定其毛细管力。换言之，多孔元件80和过滤器71的毛细管力可以通过选择适当的孔眼大小或网眼大小来控制。
墨盒101的覆盖元件3形成有一个肋状部分，该部分包括多个凸起部分72，每个凸起部分彼此隔开预定的距离。由于这些凸起部分72，墨腔60中多孔元件80和覆盖元件3或22之间的空间得以限定。供墨孔4的一部分形成向墨腔60或23～27的内部突伸。因此，多孔材料80被高度压缩在供墨孔4的附近以减小孔眼尺寸，使得多孔元件80在供墨孔4附近的毛细管力变得比多孔元件80其它部位的大。
覆盖元件3或22有一个墨水注入孔73或74以及一个设计成对外围空气打开的空气孔75或76。
图7A表示黑色墨盒覆盖元件3的俯视图。覆盖元件3有一个连结气孔75和放气孔79的细绕组槽77。放气孔79在使用墨盒之前先用膜密封，但当除去膜以开始使用时，该膜变成对外面空气敞开，这在下面将有描述。
图7B表示彩色墨盒覆盖元件22的俯视图。覆盖元件22有一个把气孔76连结到放气孔180的细槽78。放气孔180在使用墨盒之前先用膜密封，但当除去膜以开始使用时，该膜变成对外面空气敞开，这在下面将有描述。
在下面的描述中墨水被导入墨盒的墨腔中。首先用膜密封供墨孔4。然后把图中没有示出的中空墨水导管插入到墨水注入孔73或74中，并且把真空管插入气孔75或76中。此时，墨腔60或23～27处于低压或真空下，并且在此状态下从墨水导管导入。
当墨腔60或23～27处于低压状态、即空气被从供墨孔4或多孔元件80中除去时，可以用很少的剩余空气把墨水完全导入墨腔60或23～27。整个多孔材料80由此被墨水填充。
图8A和8B分别表示带膜的墨盒1和2。
墨水被导入墨腔60或23～27后，如果需要，则把墨盒1或20放到真空腔中以对墨腔60或23～27进一步减压。然后，把膜81或82贴到覆盖元件3或22的表面，从而使墨腔60或23～27避开外面空气。膜81或82有一个用于在使用时易于除去膜81或82一部分的舌状部分81a或82a。作为一种产品运送墨盒1或22。如果需要，可以把墨盒包装到一个在减压状态下具有高度密闭性的密封的膜包中。
在使用这种结构的墨盒1或21之前，通过拉舌状部分81a和82a来移开膜82或82的一部分，从而打开放气孔79或180。因此，通过一个毛细管分别使墨腔60或23～27变为对周围空气敞开，其中毛细管具有由小槽77或78以及膜81和82形成的很大的流体阻力。
墨盒1或22安装到盒支撑件并实现与打印头50的流体连通后，打印开始时打印头50中的负压吸出多孔元件80保留的墨水。墨盒1或20的过滤器71除去空气或尘埃并仅让墨水通过打印头50。
如图5所示，因为墨盒1或20的阀体65总是被弹簧64的回复力顶着，所以供墨孔4在供墨针52开始与充填元件61接触时被阀门机构闭合。因此，甚至在为了换不同类型的墨水打印而把墨盒1或20从托架5上卸下时，墨水也不会从墨腔60中泄漏，无用的空气和气泡也不会浸入供墨孔4。
另外，在优选实施例中，甚至在阀体65和充填元件61之间的密封连结变松时，因为墨水被墨腔60或23～27中的多孔元件80保留并被具有大毛细管力的过滤器71阻挡，所以墨水也不会从供墨孔4中泄漏。墨水由于细槽77或78和膜81及82之间的毛细管作用产生的流体阻力而被保持在墨腔60或23～27中。
在实施例的一种结构中，充填元件61可以在其中墨腔60或23～27一侧有缝隙孔径，该缝隙可以被供墨针52的插入所打开，并通过在移去供墨针52时产生的毛细管力保存墨水。在这种结构中，不需要阀体65。所以墨盒结构还可以进一步简化。
当墨腔60或23～27通过细槽77或78和膜81及膜82产生的毛细管与周围空气保持连通时还可以避免墨水的蒸发。所以，存储装置可以精确地储存关于墨腔60或23～27中剩余墨量的信息。
图9是根据本发明此实施例的另一实例的截面图。在本实施例中，墨盒201的墨腔60可以被隔离壁83分成墨腔60a和泡沫腔60b，其中隔离壁83的底部形成有连接孔83a以连接墨腔60a和泡沫腔60b。
在泡沫腔60b中墨盒201容纳多孔元件84。过滤器71、墨水注入孔73和空气孔75安置在泡沫腔60b中。墨腔60a用作墨水存储盒。此结构的墨盒可执行与上述实施例中墨盒相同的操作。
另外，在前述实施例中虽然多孔元件80或84因其毛细管力而避免了墨水的泄漏，但只包含过滤器71而不用任何多孔元件的墨盒在一定程度上也可以避免墨水由于阀体65和充填元件之间密封连结的弱化而导致的泄漏。
墨水可通过利用与供墨针52有相同功能的填充单元导入此结构的墨盒1或20中。填充单元的供墨针部分插在供墨孔4中打开阀体65。墨盒由此再循环。存储装置6的半导体存储器44可以有一个这样的区域，可以写入墨盒1或20的填充次数以便调节循环次数，换言之，避免墨盒循环次数太多。因此，可以制造出高可靠性的循环用的墨盒。