專利名稱：制造用于噴墨式打印機(jī)的墨水貯存器的方法
相關(guān)應(yīng)用的相互參考本發(fā)明是美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)＿＿的部分繼續(xù)專利申請(qǐng)，該美國(guó)專利申請(qǐng)的代理記錄號(hào)10991407-1，題目為“用于噴墨打印機(jī)的墨水貯存器(Ink Reservoir For An Inkjet Printer)”，1999年10月29日申請(qǐng)，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及給噴墨式打印機(jī)提供墨水的墨水容器。具體而言，本發(fā)明涉及這種墨水容器，其使用熱粘結(jié)纖維網(wǎng)使墨水容器保持墨水并從該墨水容器提供受控釋放的墨水。
噴墨式打印機(jī)通常使用安裝在滑架中的噴墨打印頭，打印頭在打印介質(zhì)如紙上來回移動(dòng)。當(dāng)打印頭在打印介質(zhì)上來回移動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)起動(dòng)打印頭在打印介質(zhì)上沉淀或噴出墨滴以形成圖象和文字。墨水或者是由滑架攜帶或者是由安裝在打印系統(tǒng)上不隨滑架移動(dòng)的墨水源提供給打印頭。
在滑架不攜帶墨水源的情況下，墨水源可通過使用導(dǎo)管與打印頭連續(xù)地流體連通以連續(xù)地使打印頭裝滿墨水。或者，可以通過把打印頭靠近便于把打印頭和墨水源連接起來的充填站放置，以使打印頭間歇地與墨水源連接。
在滑架攜帶有墨水源的情況下，墨水源與打印頭可成為一體，從而在墨水用完時(shí)替換整個(gè)打印頭和墨水源?；蛘撸芸蓴y帶有墨水源并與打印頭可分開更換。在墨水源可以分開更換的情況下，當(dāng)墨水用完時(shí)可更換墨水源，而打印頭在打印頭壽命結(jié)束時(shí)更換。不管墨水源位于打印系統(tǒng)中何處，重要的是墨水源要給噴墨打印頭提供可靠的墨水供應(yīng)。
在打印系統(tǒng)中墨水源除了把墨水提供給噴墨打印頭，還經(jīng)常提供額外的功能，如保持在墨水源和噴墨打印頭內(nèi)的通常稱為背壓的負(fù)壓。這種負(fù)壓必須足夠大以使與墨水源相關(guān)聯(lián)的頭壓保持在一個(gè)低于大氣壓的值，以防止墨水或者從墨水源或者從噴墨打印頭中泄漏，通常稱為流涎。在噴墨打印機(jī)貯存和工作中經(jīng)歷的溫度和大氣壓的廣泛范圍上，要求墨水源提供負(fù)壓或背壓。
先前已經(jīng)使用的一種負(fù)壓產(chǎn)生裝置是一種能產(chǎn)生毛細(xì)管壓力的多孔件，如墨水吸收件。曾經(jīng)用網(wǎng)狀聚氨酯泡沫作為這種墨水吸收件，其在Baker等人的、題目為“具有改進(jìn)的墨水貯存和輸送能力的熱噴墨筆主體結(jié)構(gòu)(Thermal Inkjet Pen Body Construction HavingImproved Ink Storage and Feed Capability)”、1988年9月13日公開的、已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利4771295中公開。
目前對(duì)墨水源還有一種要求，即其能充分利用低價(jià)材料并且相對(duì)容易制造，從而降低墨水源的成本，這將減少每頁(yè)打印的費(fèi)用。此外，這些墨水容器應(yīng)該是體積高效的，以提供一種相對(duì)緊湊的墨水源以減少打印系統(tǒng)的總體尺寸。還有，這些墨水源應(yīng)該以不同的成形要素構(gòu)成以優(yōu)化打印系統(tǒng)的尺寸。最后，這些墨水源應(yīng)該與噴墨打印系統(tǒng)中使用的墨水相容以防止這些墨水的污染。墨水的污染將縮短打印頭的壽命和降低打印質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是涉及制造在墨水貯存器中使用的用于給噴墨打印頭提供墨水的毛細(xì)管件的方法。該方法包括擠壓出一種三維毛細(xì)管件。該方法還包括以與墨水貯存器的至少一個(gè)尺寸相應(yīng)的分離長(zhǎng)度切斷擠出物。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，三維毛細(xì)管件是在墨水貯存器中用于保持墨水的纖維網(wǎng)該纖維網(wǎng)在接觸點(diǎn)處彼此熱熔結(jié)以限定毛細(xì)管存儲(chǔ)件來貯存墨水，該纖維網(wǎng)的至少一條纖維是雙成分纖維，該雙成分纖維具有芯材料和至少部分包圍芯材料的外皮材料。芯材料為聚丙烯，而外皮材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是包括本發(fā)明的墨水容器的噴墨式打印機(jī)的示例性實(shí)施例；圖2是本發(fā)明的墨水容器和從墨水容器接受墨水以完成打印的噴墨打印頭的圖示；圖3是本發(fā)明的墨水容器的分解圖，示出墨水貯存器、用于插入存儲(chǔ)器的熔合纖維網(wǎng)和用于關(guān)閉貯存器的貯存器蓋；圖4A表示圖3所示的熔合纖維網(wǎng)；圖4B為沿圖4A中的插入圖3所示的墨水存儲(chǔ)器的熔合纖維網(wǎng)的線4B-4B所截取的高度放大的透視圖；圖5A是沿圖4中的線5-5所截取的單纖維的截面圖；圖5B是圖4中所示纖維的另一個(gè)實(shí)施例，其具有交叉形狀或X形狀的芯部分；圖6為沿圖4中的線6-6所截取的在接觸點(diǎn)處熔合的一對(duì)纖維的截面圖；圖7是本發(fā)明中充填圖3所示的墨水源的方法的簡(jiǎn)化示圖；圖8是圖3中所示與噴墨打印頭可流體連通的墨水容器的示圖；圖9是本發(fā)明的制造圖3中所示本發(fā)明的墨水容器的方法的示圖；圖10是按比例所示的本發(fā)明的擠出物在被切割形成毛細(xì)管存儲(chǔ)件之前的透視圖；圖11是本發(fā)明的用于制造本發(fā)明的墨水容器的方法的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1是打印系統(tǒng)10的一個(gè)示例性實(shí)施例的透視圖，示出其蓋處于打開狀態(tài)，其中至少包括本發(fā)明的一個(gè)墨水容器12。在討論本發(fā)明中用于制造本發(fā)明的墨水容器12的方法之前先來詳細(xì)討論墨水容器將是有幫助的。打印系統(tǒng)10包括至少一個(gè)安裝在打印機(jī)部分14上的噴墨打印頭(未示出)。噴墨打印頭響應(yīng)來自打印機(jī)部分14的起動(dòng)信號(hào)來噴墨。噴墨打印頭由墨水容器12裝滿墨水。
噴墨打印頭優(yōu)選安裝在掃描滑架18中，并相對(duì)于圖1中所示的打印介質(zhì)移動(dòng)?；蛘?，噴墨打印頭固定，而打印介質(zhì)移動(dòng)經(jīng)過打印頭以完成打印。噴墨式打印機(jī)部分14包括介質(zhì)托盤20以接受打印介質(zhì)22。當(dāng)打印介質(zhì)22步進(jìn)通過打印區(qū)域時(shí)，掃描滑架使打印頭相對(duì)于打印介質(zhì)22移動(dòng)。打印機(jī)部分14可選擇地起動(dòng)打印頭以在打印介質(zhì)上沉淀或噴出墨滴以完成打印。
如圖1中所示的打印系統(tǒng)10示出兩個(gè)可更換的墨水容器12，其表示一個(gè)用于黑色墨水的墨水容器12和一個(gè)包括青色、品紅色和黃色的三色分開的墨水容器12，允許用四種顏料打印。本發(fā)明的方法和裝置可應(yīng)用在使用其它配置的打印系統(tǒng)10上，如打印系統(tǒng)10使用多于或少于4種墨水顏色，如應(yīng)用在通常使用6種或更多顏色的高逼真度打印。
圖2是打印系統(tǒng)10的示圖，其包括墨水源或墨水容器12、噴墨打印頭24和用于可使墨水容器12和打印頭24流體連通的流體互連件26。
打印頭24包括外殼28和墨水噴出部分30。墨水噴出部分30響應(yīng)打印機(jī)部分14的起動(dòng)信號(hào)以噴墨來完成打印。外殼28限定小的墨水貯存器以容納被噴出部分30用于噴墨的墨水32。當(dāng)噴墨打印頭24噴出墨水或用完貯存在外殼28中的墨水32時(shí)，墨水容器12使打印頭24裝滿墨水。容納在墨水源12中的墨水量通常明顯大于容納在外殼28中的墨水量。因此，墨水容器12是打印頭24的主要的墨水源。
墨水容器12包括具有流體出口36和空氣入口38的貯存器34。纖維網(wǎng)設(shè)置在貯存器34中，該纖維網(wǎng)是在接觸點(diǎn)處熱熔合的以限定毛細(xì)管存儲(chǔ)件40。毛細(xì)管存儲(chǔ)件40在噴墨打印系統(tǒng)10中執(zhí)行幾個(gè)重要功能。毛細(xì)管存儲(chǔ)件40必須有充分的毛細(xì)作用來保持墨水，以防止墨水在墨水容器12從打印系統(tǒng)10中插入和取出期間從貯存器34中泄漏。這種毛細(xì)作用力必須足夠大以防止墨水在各種各樣的環(huán)境條件例如溫度和壓力改變的情況下從貯存器34中泄漏。毛細(xì)管作用應(yīng)該足以在貯存器34的所有方向上使墨水保持在墨水容器12中和承受在操作中墨水容器12可能經(jīng)受的沖擊和振動(dòng)。
一旦墨水容器12被安裝進(jìn)入打印系統(tǒng)10中，并通過流體互連物26與打印頭可流體連通，毛細(xì)管存儲(chǔ)件40應(yīng)該允許墨水從墨水容器12流到噴墨打印頭24上。當(dāng)噴墨打印頭24從噴出部分30噴出墨水時(shí)，負(fù)表壓，有時(shí)也稱作背壓，在打印頭24中建立。在打印頭24中的負(fù)表壓應(yīng)該足以克服把墨水保持在毛細(xì)管存儲(chǔ)件40中的毛細(xì)作用力，從而允許墨水從墨水容器12流進(jìn)打印頭24，直到達(dá)到平衡。一旦達(dá)到平衡，打印頭24中的表壓等于把墨水保持在墨水容器12中的毛細(xì)作用力，墨水不再?gòu)哪萜?2流向打印頭24。打印頭24中的表壓通常將依賴于從墨水噴出部分30噴出墨水的速度。當(dāng)打印速度或噴墨速度增加時(shí)打印頭中的表壓變成更大負(fù)壓，使墨水以高速?gòu)哪萜?2流進(jìn)打印頭24。在噴墨打印系統(tǒng)10的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，打印頭24產(chǎn)生等于10英寸水的最大背壓或等于10英寸水的負(fù)表壓。
打印頭24可有包括在其中的一個(gè)調(diào)節(jié)裝置，以補(bǔ)償例如溫度和壓力變化的環(huán)境改變。如果這些變化沒有被補(bǔ)償，那么可能發(fā)生墨水從打印頭噴出部分30無控制的泄漏。在某些打印系統(tǒng)10的構(gòu)造中，打印頭24不包括調(diào)節(jié)裝置。代替的是用毛細(xì)管件40保持在打印頭24中的超過正常壓力和溫度變化范圍的負(fù)背壓。毛細(xì)管件40的毛細(xì)作用力將把墨水拉回毛細(xì)管件，從而在打印頭24中建立一個(gè)較小的負(fù)背壓。較小的負(fù)背壓將防止墨水在如壓力改變和溫度改變的大氣環(huán)境的改變中從噴出部分30泄漏或流出。毛細(xì)管件40應(yīng)該在打印頭24中提供足夠大的背壓或負(fù)表壓以防止墨水在正常存儲(chǔ)和工作條件下發(fā)生流誕。
圖2中的實(shí)施例示出墨水容器12和打印頭24分別可以可分離地更換。當(dāng)墨水用完時(shí)墨水容器12可被更換，并且打印頭24在壽命到頭時(shí)可被更換。本發(fā)明的方法和裝置可應(yīng)用在有不是圖2所示的那些結(jié)構(gòu)的其它結(jié)構(gòu)的噴墨打印系統(tǒng)10中。例如，墨水容器12和打印頭24可被整體形成為一個(gè)單獨(dú)的打印盒。當(dāng)盒中的墨水用完時(shí)，然后可更換包括墨水容器12和打印頭24的打印盒。
圖2中所示的墨水容器12和打印頭24包括單色墨水?；蛘?，墨水容器12可被分隔成三個(gè)分開的腔，每個(gè)腔包含不同顏色的墨水。在這種情況下，要求有三個(gè)打印頭24，每個(gè)打印頭與墨水容器12內(nèi)的不同腔流體連通。還可能有其它結(jié)構(gòu)，如有更多或更少的腔與墨水容器12相連，和把打印頭分隔開并給打印頭或噴出部分30的不同分隔部提供各個(gè)墨水顏色。
圖3是圖2所示的墨水容器12的分解圖。墨水容器12包括墨水貯存器部分34、毛細(xì)管件40和蓋42，蓋具有空氣入口38以允許空氣進(jìn)入墨水貯存器34。毛細(xì)管件40被插入墨水貯存器34。貯存器34被充滿墨水，這一點(diǎn)在圖7中將詳細(xì)討論，蓋42被放置在墨水貯存器34上以密封貯存器。在優(yōu)選實(shí)施例中，由H、W和L分別表示的高度、寬度和長(zhǎng)度中的每一個(gè)分別都大于一英寸，以提供一個(gè)大容量墨水容器12。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的毛細(xì)管件40由在接觸點(diǎn)熱熔合的纖維網(wǎng)形成。這些纖維優(yōu)選由雙成分纖維形成，該雙成分纖維具有外皮和芯材料，外皮由例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其共聚物的聚酯形成，芯材料由低價(jià)、低縮率和高強(qiáng)度的熱塑性聚合物形成，優(yōu)選為聚丙烯或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯。
纖維網(wǎng)優(yōu)選為由纖維熔噴工藝形成。對(duì)于這種纖維熔噴工藝，希望選用的芯材料的熔融指數(shù)類似于外皮聚合物的熔融指數(shù)。使用這種纖維熔噴工藝，芯材料的主要要求是其在被擠壓時(shí)是結(jié)晶的，或者其在這種纖維熔噴工藝過程中是可結(jié)晶的。因此，其它的高度結(jié)晶的熱塑性聚合物，例如高密度聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚酰胺，例如尼龍和尼龍66也可以使用。聚丙烯是優(yōu)選的芯材料，這是由于其價(jià)格低和容易加工。此外，使用聚丙烯芯材料提供芯的強(qiáng)度，允許使用不同的熔噴工藝加工纖細(xì)纖維。芯材料應(yīng)該也能夠形成與外皮材料的粘結(jié)。
圖4B是形成毛細(xì)管件40的纖維網(wǎng)的高度簡(jiǎn)化示圖。示出沿圖4A中毛細(xì)管件40的線4B-4B所截取的斷開的高度放大圖。毛細(xì)管件40由纖維網(wǎng)組成，纖維網(wǎng)中各單纖維46在接觸點(diǎn)被熱粘結(jié)或是被熱熔合到其它的纖維上。組成毛細(xì)管件40的纖維網(wǎng)46可以由自身回繞的單纖維46形成，或是由大量纖維46形成。纖維網(wǎng)形成具有箭頭44表示的普通纖維定向的自支撐結(jié)構(gòu)。由纖維網(wǎng)46限定的自支撐結(jié)構(gòu)限定在形成曲折空隙通道的纖維之間的空間或間隙。該空隙通道成形為具有極好的毛細(xì)管性能以把墨水保持在毛細(xì)管件40中。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，毛細(xì)管件40使用熔噴工藝成形，從而單個(gè)纖維46被熱粘結(jié)或是被熔接在一起以在遍布纖維網(wǎng)上的不同的接觸點(diǎn)熔合。
圖5A表示沿圖4中線5A-5A所截取的剖面圖，示出單個(gè)纖維46的剖面。各個(gè)單個(gè)纖維46是雙成分纖維，其具有芯50和外皮52。為表示清楚，纖維46的大小和外皮52和芯50的相關(guān)部分被高度放大。芯材料優(yōu)選至少包括整個(gè)纖維內(nèi)容物重量的30％到90％。在該優(yōu)選實(shí)施例中，各單纖維46平均具有直徑為12微米或更少。
圖5B表示類似于圖5A中所示纖維46的另一種纖維46，所不同的是圖5B中纖維46為交叉形或x形橫截面而不是圓形橫截面。圖5B中所示纖維46具有非圓形或交叉形的芯50和能完全覆蓋芯材料50的外皮52。也可以使用不同的其它可選的橫截面纖維，如三葉形或y形纖維，或h形截面纖維，在此僅列舉一些。非圓形纖維的使用導(dǎo)致在織物表面的表面面積增加。纖維網(wǎng)40的毛細(xì)管壓力和吸收性與可濕的纖維表面成正比地增加。因此，非圓形纖維的使用將提高毛細(xì)管件40的毛細(xì)管壓力和吸收性。
提高毛細(xì)管壓力和吸收性的另一個(gè)方法是減小纖維46的直徑。具有恒定的纖維體積密度或重量的較小纖維46的使用，提高了纖維的表面面積。較小纖維46將提供更均勻的保持力。因此，通過改變纖維46的直徑和改變纖維46的形狀，可得到打印系統(tǒng)10的理想的毛細(xì)管壓力。
圖6示出單個(gè)纖維46的熱熔接或熱熔合。圖6是沿在兩單纖維之間的接觸點(diǎn)處的線66所截取的截面。各單纖維46具有芯50和外皮52。在兩單纖維46之間的接觸點(diǎn)處，外皮材料52或者熔接在一起或是與鄰近的纖維46的外皮材料熔合。不使用粘結(jié)劑或粘合劑可完成單條纖維的熔合。此外，不要求任何保持裝置可把單纖維固定在一起，從而形成自支撐結(jié)構(gòu)。
圖7示意性示出把墨水充填到本發(fā)明的墨水容器12中的過程。墨水容器12示出了插入到貯存器34中的毛細(xì)管件40。示出蓋42被取下。墨水由其中裝有墨水源56的墨水容器54提供給貯存器34。流體管58允許墨水從墨水源54流進(jìn)貯存器34。當(dāng)墨水流進(jìn)貯存器時(shí)，墨水由于這種纖維網(wǎng)的毛細(xì)作用被吸進(jìn)在纖維網(wǎng)40的纖維46之間的間隙空間48。一旦毛細(xì)管件40不再具有吸墨的能力，在墨水容器54中的墨水就會(huì)停止流動(dòng)。然后把蓋42放置在墨水貯存器34上。
盡管沒有圖7中所示的蓋42也可以實(shí)現(xiàn)充填墨水貯存器34的方法，貯存器34還可以用其它方式充填。例如可選擇的是，貯存器可以在蓋42就位時(shí)被充填，墨水可以通過在蓋42中的氣孔從墨水源54提供到貯存器。或者，貯存器34可以倒過來，墨水可以通過流體出口36從墨水源54提供到墨水貯存器34。一旦進(jìn)到貯存器34，墨水被毛細(xì)管件40吸收。在加工時(shí)最初充填墨水貯存器34的時(shí)候可使用本發(fā)明的方法，本發(fā)明的方法也可作為一旦墨水用完進(jìn)行重新充填墨水的方法。
本發(fā)明的毛細(xì)管件40的使用高度簡(jiǎn)化了充填墨水容器的過程，毛細(xì)管件40優(yōu)選為具有聚丙烯芯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯外皮的雙成分纖維。本發(fā)明的毛細(xì)管件40的親水性比先前作為熱力學(xué)噴墨筆的吸收材料使用的聚氨酯泡沫的要好，如這種在BAKER等人在1988年9月13日公開的、題目為“具有改進(jìn)的墨水貯存和輸送能力的熱噴墨筆主體結(jié)構(gòu)(Thermal Inkjet Pen Body Construction Having Improved InkStorage and Feed Capability)”、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利No.4771295中公開的熱噴墨筆中的吸收材料。聚氨酯泡沫在其未處理狀態(tài)有一個(gè)大的墨水接觸角，因此，如果不使用昂貴的和費(fèi)時(shí)的步驟例如真空充填以使泡沫濕潤(rùn)就難以充填其中具有聚氨酯泡沫的墨水容器。可以處理聚氨酯泡沫以增大或減小墨水接觸角；但是，這種處理除了制造費(fèi)用高和復(fù)雜，還將增加墨水的不純，這將縮短打印頭的壽命或降低打印頭質(zhì)量。本發(fā)明的毛細(xì)管件40的使用具有相對(duì)低的墨水接觸角，從而在不需要處理毛細(xì)管件40的情況下使墨水容易被吸入毛細(xì)管件40。
圖8表示工作中的噴墨打印系統(tǒng)10。隨著墨水容器12正確裝入噴墨打印系統(tǒng)10，通過流體管26在墨水容器12和噴墨打印頭24之間可建立流體連接。有選擇的起動(dòng)噴出墨水的墨滴噴出部分30在噴墨打印頭24中產(chǎn)生負(fù)表壓。該負(fù)表壓把毛細(xì)管存儲(chǔ)件40內(nèi)的保持在纖維46之間的間隙空間里的墨水吸出。由墨水容器12提供給噴墨打印頭24的墨水再裝滿噴墨打印頭24。當(dāng)墨水經(jīng)流體出口36離開貯存器時(shí)，空氣經(jīng)氣孔38進(jìn)入以取代一定容積的墨水，并離開貯存氣34，從而防止在貯存器34內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓或負(fù)表壓。
圖9是用于制造本發(fā)明的墨水源12的本發(fā)明的裝置的示圖。該過程首先是由纖維成形裝置60形成一條或多條纖維。然后纖維被用于形成插進(jìn)墨水貯存器34的毛細(xì)管件40。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，纖維成形裝置60形成具有芯材料和外皮材料的雙成分纖維。在該優(yōu)選實(shí)施例中，芯材料為聚丙烯芯，而外皮為聚酯外皮，優(yōu)選為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯外皮。如纖維成形裝置60的示圖所示，芯成形材料62由外皮成形材料64包圍以形成如圖5A和圖5B所示的雙成分纖維。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，纖維成形裝置60是一種用于熔噴雙成分纖維的裝置，所述雙成分纖維被壓入使纖維變細(xì)的高速氣流，從而成形為纖細(xì)的雙成分纖維。纖維46沉積在例如傳送帶的傳輸裝置66上。單個(gè)纖維有點(diǎn)卷繞，但是具有沿如箭頭44所示的傳輸方向的普通的纖維定向。
具有有點(diǎn)隨機(jī)的兩維定向的纖維網(wǎng)46被聚集并被插入形成圖10所示的擠出物70的成形模具68中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，成形模具68是熱空氣或熱蒸氣模具，其能加熱單纖維46并使它們形成所需的擠出形狀。如圖10所示的擠出物是矩形，具有用與之相關(guān)聯(lián)的“h”和“w”表示的高度和寬度。擠出物70應(yīng)該具有合適的形狀以插入墨水貯存器34。因此，墨水貯存器34可以成形為任意的可擠出的形狀。成形模具68加熱單纖維46以使單纖維在接觸點(diǎn)彼此熱粘結(jié)或熔接。
然后擠出物70由冷卻裝置72冷卻以限定纖維46的粘結(jié)，從而確保存在圖4B所示的足夠大的空隙空間48。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻裝置72噴出冷卻劑例如水或空氣。
然后冷卻的擠壓物70被提供給切割裝置76，切割裝置76以分離長(zhǎng)度切斷該擠出物70。切割裝置76是鋸、刀片或某些傳統(tǒng)的切割裝置用于切割該擠出物70。如圖10所示，被切成“L”長(zhǎng)的該擠出物70適合裝在具有相應(yīng)長(zhǎng)度尺寸的墨水貯存器34中。該擠出物70在墨水貯存器34中的裝配通常將依賴于是否希望毛細(xì)管件40的壓力在毛細(xì)管件40內(nèi)提供一個(gè)毛細(xì)作用梯度。因此，如果要求有壓力，該擠出物70將被切成比毛細(xì)管貯存器34的長(zhǎng)度稍大一些，或者如果不要求有壓力，該擠出物70將被切成等于毛細(xì)管貯存器的長(zhǎng)度或比毛細(xì)管貯存器34的長(zhǎng)度稍小一些。
當(dāng)斷開物適當(dāng)?shù)囟ǔ擅?xì)管貯存器34的尺寸時(shí)，切斷的擠出物表示毛細(xì)管件40。然后使用插入裝置78將毛細(xì)管件40插到墨水貯存器34中。然后使用類似于圖7中描述的技術(shù)使墨水貯存器34充滿墨水。
通過成形模具68形成的擠出物70可用均勻散開的纖維來成形，均勻散開的纖維為容納墨水形成均勻的空隙和間隙?；蛘撸w維可沿帶有稍微增加的、從擠出物70的中心到外周的密度梯度的擠壓方向定向。增加的密度梯度將把墨水從擠出物70的外周的集中和濃縮的墨水中拉回。在擠出物或毛細(xì)管件40中增加的密度梯度可依照下述拉普拉斯方程得出方程1Pc=Twpγ(cosθ)A0]]>其中γ表示墨水比重，Pc表示毛細(xì)管壓力，Twp表示纖維總的濕潤(rùn)周長(zhǎng)，θ表示墨水與單纖維的接觸角，而A0表示開口截面積。開口截面積與方程2的面積相關(guān)聯(lián)。
方程2A0＝E×AreaE表示毛細(xì)管件40的孔隙度。孔隙度與方程3的纖維的質(zhì)量和纖維的總體積相關(guān)聯(lián)。
方程3 纖維質(zhì)量表示毛細(xì)管件40的總質(zhì)量，纖維的密度表示纖維材料自身的密度，即，使用的所有聚合物的有效結(jié)合單位密度，而總體積是全部毛細(xì)管件40的體積。此外，由方程4，孔隙度與纖維的密度和纖維的體積密度相關(guān)聯(lián)。方程4來源于用方程3的分子和分母除以毛細(xì)管件40的總體積。
方程4 方程4的體積密度表示全部毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的密度，即，毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的質(zhì)量除以毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的體積，或者是每單位體積的質(zhì)量。
毛細(xì)管壓力是作用在毛細(xì)管存儲(chǔ)件40內(nèi)的墨水的吸力。從方程1可看出，當(dāng)開口截面積下降時(shí)，毛細(xì)管壓力增加，而墨水將移動(dòng)到高吸力區(qū)。在毛細(xì)管存儲(chǔ)件40中形成密度梯度，朝著毛細(xì)管件40的周邊產(chǎn)生較其中心更大的纖維密度。較大的纖維密度減小朝著周邊的截面積。因此，將從毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的內(nèi)部向毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的外部或外周吸取墨水。定位在毛細(xì)管件40外周的流體出口36允許從毛細(xì)管壓力較小的內(nèi)部位置將墨水吸取到靠近流體出口36的位置周圍的較高毛細(xì)管壓力的區(qū)域。因此，墨水貯存器34可以被高效地排盡而不會(huì)使墨水置留在毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的內(nèi)部區(qū)域。
通過壓縮毛細(xì)管存儲(chǔ)件40也可得到纖維密度梯度。壓力趨向于減少被壓面積中的開口截面積，因此在該區(qū)域內(nèi)增加毛細(xì)管壓力使該區(qū)域理想地充滿墨水。局部擠壓在流體出口附近的毛細(xì)管存儲(chǔ)件40將提高向流體出口36吸墨的毛細(xì)作用。使用由單纖維46形成的毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的優(yōu)點(diǎn)是具有不顯著影響孔隙度、只通過改變單纖維46的直徑就能改變毛細(xì)管壓力的能力。參照方程1和方程4，通過減小纖維直徑和增加每單位體積的纖維數(shù)，纖維總的濕潤(rùn)周邊增加，從而增加了毛細(xì)管壓力，但是體積密度和孔隙度不變。相反，粘接聚氨酯以增加其毛細(xì)管壓力，就增加了每單位體積的固體材料的量，增加了體積密度，而減小了孔隙度。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，墨水貯存器34成形為具有帶斜度的幾何圖案或逐漸變細(xì)的形狀使得貯存器開口的外周大于底部的外周。流體出口36形成在墨水貯存器34的底部。然后毛細(xì)管存儲(chǔ)件40成形以適合裝入墨水貯存器34的開口，并在插入期間壓靠墨水容器的底部各端。墨水貯存器34的底部抵觸量決定了局部的壓縮量。在墨水貯存器34的底部附近毛細(xì)管存儲(chǔ)件40的壓縮將產(chǎn)生增加的毛細(xì)作用，朝著墨水貯存器34的底部吸取墨水，從而墨水可從流體出口34流出。
圖11指出制造本發(fā)明墨水容器12的總體方法。如步驟80所示，形成有長(zhǎng)、寬和高的尺寸的墨水貯存器40。這些長(zhǎng)、寬和高尺寸被選為適合于噴墨打印系統(tǒng)10。如步驟82所示，形成纖維以用于毛細(xì)管存儲(chǔ)件40中。如步驟84所示，這些纖維被熔合在一起形成有寬度和高度的矩形擠出物。在擠出物70中的纖維在接觸點(diǎn)被熱熔接或熱熔合在一起。然后如步驟86所示，擠出物70被冷卻以形成自支撐結(jié)構(gòu)。如步驟88所示，擠出物70被切為一長(zhǎng)度尺寸。如步驟90所示，該切割擠出物70被插入墨水貯存器34中。最后如步驟92所示，墨水貯存器34被充滿墨水。
本發(fā)明的方法和裝置除使用一些前面用到的技術(shù)如使用聚氨酯泡沫充當(dāng)毛細(xì)管存儲(chǔ)件40之外有幾大優(yōu)點(diǎn)。使用被擠出的熱熔接纖維要比聚氨酯泡沫容易插入墨水貯存器34。聚合物纖維材料的摩擦系數(shù)比大多數(shù)泡沫的低，因此使材料較容易使用自動(dòng)化設(shè)備來處理。高摩擦系數(shù)材料例如泡沫難以插入或充填到矩形容器中，因?yàn)榕菽瓱o論在何處與容器壁接觸，角和邊將卷起來，因而不能充滿各個(gè)角落。泡沫不能充滿角落將使墨水殘留在這些角落里，從而減少了墨水的使用效率。相反，使用聚合物纖維將容易滑進(jìn)并充滿墨水貯存器34的各個(gè)角落。此外，使用聚合物纖維使插入操作變得更簡(jiǎn)單，因而非常適合大量加工。
在毛細(xì)管存儲(chǔ)件40中使用的聚酯纖維材料也是較容易處理的，因?yàn)樵摬牧峡梢砸苑Q作棒料的長(zhǎng)擠出物形式被傳輸，然后其被切斷并插入墨水貯存器34中。此外，使用聚酯纖維作為毛細(xì)管存儲(chǔ)件40使墨水容器的尺寸和形狀的使用范圍更廣。墨水貯存器34的形狀幾乎可以是任何可擠出的形狀。
本發(fā)明的聚酯纖維存儲(chǔ)件40的尺寸可大于兩英寸或更大一些。相反，使用泡沫材料作為存儲(chǔ)件40需要粘結(jié)以得到更高的毛細(xì)管壓力。粘結(jié)操作將使泡沫變平，使孔更小些。粘結(jié)加工將受限于使泡沫的厚度小于一英寸，因?yàn)橐蟠┩复笥谝挥⒋绲暮穸鹊臒崃亢蛪毫⑹古菽瓟嚅_，使之不再適合作為毛細(xì)管存儲(chǔ)件40。
墨水容器12使用相對(duì)低成本的雙成分纖維46，該雙成分纖維46優(yōu)選為包括聚丙烯芯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯外皮。單纖維在接觸點(diǎn)被熱粘結(jié)以形成具有好的毛細(xì)作用性能的無支撐結(jié)構(gòu)。選用纖維46的材料為天然親水性的以噴出墨水。選用特殊的纖維46的材料以具有比噴出墨水的表面張力要大的表面能量。使用天然親水性毛細(xì)管存儲(chǔ)件40允許在不需要通常在例如聚氨酯泡沫的親水性較小的材料中使用的特殊的真空充填技術(shù)就能快速地使墨水充滿貯存器34。親水性較小的材料通常要求在墨水中增加表面活性劑或者是處理毛細(xì)管存儲(chǔ)件以提高可濕性或親水性。表面活性劑將使墨水成分從其最優(yōu)化成分改變。
此外，為毛細(xì)管存儲(chǔ)件40選用的纖維46的材料對(duì)噴墨的反應(yīng)性比通常在這種應(yīng)用中使用的其它材料的要小。在這種情況下，墨水成分與毛細(xì)管存儲(chǔ)件起反應(yīng)，最初放入泡沫的墨水不同于從泡沫中取走以補(bǔ)充打印頭24的墨水。這種墨水的污染將導(dǎo)致打印頭壽命的縮短和打印質(zhì)量的降低。
最后，本發(fā)明的毛細(xì)管存儲(chǔ)件使用制造成本比泡沫類型的貯存器要低的擠出的聚合物。此外，這些擠出的聚合物將對(duì)環(huán)境更友好，并且花費(fèi)的制造能量比先前使用的泡沫類型的存儲(chǔ)件的要少。
權(quán)利要求
1.制造毛細(xì)管件40的一種方法，毛細(xì)管件40在給噴墨打印頭24提供墨水的墨水貯存器34中使用，該方法包括擠壓出三維毛細(xì)管件70；和以與墨水貯存器34的至少一個(gè)尺寸相適合的分離長(zhǎng)度切斷擠出物70；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括形成具有長(zhǎng)度、寬度和高度尺寸的墨水貯存器34，其中三維毛細(xì)管件擠出物70具有等于墨水貯存器34的寬度和高度尺寸的第一和第二尺寸，并且其中擠出長(zhǎng)度與墨水貯存器34的長(zhǎng)度尺寸相適合。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中毛細(xì)管件40由至少一條連續(xù)纖維46限定，連續(xù)纖維46在接觸點(diǎn)處自身粘結(jié)以形成自支撐結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在擠出毛細(xì)管件70之前，該方法還包括將至少一條連續(xù)纖維46變成擠出物70的形狀，該擠出物70具有在接觸點(diǎn)處自身熱熔結(jié)的至少一條連續(xù)纖維46，在冷卻時(shí)形成自支撐結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將毛細(xì)管件40插入墨水貯存器34中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括用墨水充滿墨水貯存器34，使毛細(xì)管件40在其中吸墨。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中墨水貯存器34具有頂部和底部，其底部具有設(shè)置于其中的流體出口36，并且其中三維毛細(xì)管件40由具有纖維定向的纖維網(wǎng)46形成，還包括把三維毛細(xì)管件插入墨水貯存器34中，該三維毛細(xì)管件的纖維定向與流體出口36相互垂直。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在擠出三維毛細(xì)管件40之前，該方法還包括形成雙成分纖維網(wǎng)46，每條纖維具有被外皮材料52包圍的芯材料50，纖維網(wǎng)46具有纖維定向軸44，加熱該雙成分纖維網(wǎng)46，使單纖維在接觸點(diǎn)處彼此熱熔結(jié)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在擠出由加熱形成擠出物形狀的雙成分纖維網(wǎng)46組成的三維毛細(xì)管件40之后，該方法還包括使三維毛細(xì)管件40冷卻以形成具有互相連通的空隙空間48的自支撐結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述三維毛細(xì)管件40是在墨水貯存器34中用于保持墨水的纖維網(wǎng)46，該纖維網(wǎng)46在接觸點(diǎn)處彼此熱熔結(jié)以限定毛細(xì)管存儲(chǔ)件40來貯存墨水，該纖維網(wǎng)46的至少一條纖維是雙成分纖維，該雙成分纖維具有芯材料50和至少部分包圍芯材料50的外皮材料52，芯材料50為聚丙烯，而外皮材料52材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
11.一種制造給噴墨打印頭24提供墨水的墨水容器12的方法，該方法包括形成纖維網(wǎng)46，該纖維網(wǎng)46在接觸點(diǎn)處彼此熱熔結(jié)以限定毛細(xì)管存儲(chǔ)件40來貯存墨水；把纖維網(wǎng)46插入到墨水貯存器34中；和使墨水充滿貯存器34，其中墨水被吸進(jìn)纖維網(wǎng)46中的間隙空間。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成纖維網(wǎng)46，包括形成具有被外皮材料52包圍的芯材料50的雙成分纖維46；將雙成分纖維46集聚成纖維網(wǎng)40；加熱雙成分纖維46以在接觸點(diǎn)處熔結(jié)；和冷卻雙成分纖維46以形成自支撐三維結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中纖維網(wǎng)40包括至少一條纖維46，該纖維46是具有芯材料50和至少部分包圍芯材料50的外皮材料52的雙成分纖維，芯材料50為聚丙烯，而外皮材料52為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
14.一種制造給噴墨打印頭24提供墨水的墨水容器12的方法，該方法包括形成具有長(zhǎng)、寬和高尺寸的墨水貯存器34，該墨水貯存器34具有流體出口36以使墨水沿高度尺寸方向從墨水貯存器34中流出；擠出毛細(xì)管材料40，該毛細(xì)管材料40具有擠出寬度和正交于擠出長(zhǎng)度尺寸的高度尺寸，其中擠出寬度與墨水貯存器34的寬度尺寸相適合；和以與墨水貯存器34的長(zhǎng)度尺寸相適合的分離長(zhǎng)度切斷擠出物。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將切斷的擠出毛細(xì)管材料70插入墨水貯存器34，該毛細(xì)管材料的擠出長(zhǎng)度尺寸與流體出口36相互垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造在墨水貯存器(34)中使用的用于給噴墨打印頭(24)提供墨水的毛細(xì)管件(40)的方法。該方法包括擠出三維毛細(xì)管件(70)。該方法還包括以與墨水貯存器(34)的至少一個(gè)尺寸相適合的分離長(zhǎng)度切斷擠出物(70)。
文檔編號(hào)D04H3/02GK1411411SQ00817372
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2000年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者D·奧爾森, J·K·皮尤, D·C·約翰森 申請(qǐng)人:惠普公司