Патент на изобретение №2296059

(54) ЕМКОСТЬ ДЛЯ ЧЕРНИЛ ИЛИ ЧЕРНИЛЬНЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ СТРУЙНОГО ПРИНТЕРА

(57) Реферат:

Чернильный картридж содержит корпус, сжимаемую емкость с чернилами, помещенную во внутреннее пространство корпуса, уплотнение, через которое может проходить игла или трубка, герметизирующее канал для подачи чернил и/или выходное отверстие сжимаемой емкости, уплотнение, через которое может проходить игла или трубка, герметизирующее расположенный в корпусе канал утилизации отработанных чернил. Вышеуказанный корпус, окружающий сжимаемую емкость и канал подачи чернил, образует приемник чернил, выполненный с возможностью по мере сжатия емкости постепенно принимать в пространство снаружи от сжимаемой емкости, но целиком в пределах корпуса, по меньшей мере, все чернила, содержащиеся в сжимаемой емкости. Сжимаемая емкость с чернилами выполнена в виде полученной выдувным формованием пластиковой емкости с горлышком или головкой и имеет оболочку со смещенным относительно любой центральной оси оболочки отверстием для подачи чернил, причем в оболочке предусмотрен скос или усечение части контура емкости для улучшения забора чернил из сжимаемой емкости. Усовершенствованная конструкция чернильного картриджа позволяет уменьшить его габариты, применять менее дорогостоящие компоненты и использовать более простые и дешевые процессы изготовления. Также такой чернильный картридж менее подвержен загрязнению неиспользованными отработанными чернилами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится в целом к чернильному картриджу и соответствующим способам изготовления или использования и соответствующим сборочным узлам или комбинациям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Под используемым здесь термином “чернильный картридж” понимают картридж, являющийся частью струйного печатающего устройства или установленный в нем или в его части. Этот термин относится также к чернильным картриджам, используемым только для заправки картриджа принтера, так что указанный термин “чернильный картридж”, если не оговорено иное, является общим для этих обоих вариантов применения, а также любых других вариантов применения чернильного картриджа.

На прилагаемой к описанию фиг.1 изображен традиционный чернильный картридж 100 для струйного принтера, имеющий два отделения – содержащее мешок 111 с чернилами отделение 110 подачи чернил и утилизирующее отработанные чернила отделение 120 с размещенным в нем поглощающим материалом 121 для хранения отработанных чернил, поступающих после процесса печати. Отделения 110 и 120 разделены внутренней перегородкой 101, образующей отдельные камеры. Находящийся в отделении 110 мешок 111 для чернил соединен с выходным каналом 112, а поглощающий материал 121 прилегает к входному каналу 122, благодаря чему при размещении в струйном принтере создается замкнутый контур движения жидкости.

Проблемы, возникающие в связи с наличием двух отделений в изображенном на Фиг.1 чернильном картридже 100, связаны с необходимостью иметь достаточно большое утилизирующее отработанные чернила отделение 120 для размещения поглощающего материала, способного утилизировать весь объем чернил, находящихся в мешке 111 для чернил. Такая способность предусматривается для маловероятного случая, когда необходимо утилизировать все чернила, подаваемые из мешка 111 для чернил. Это означает, что объем отделения 120 утилизации отработанных чернил должен быть практически равным объему отделения 110 для подачи чернил. В результате картридж 100 имеет большой объем, вмещающий весь объем подаваемых чернил в каждом отделении картриджа.

В патенте США №5157421 предложен вариант уменьшения габаритов чернильного картриджа. На фиг.2 изображен предложенный в этом патенте США картридж 200, имеющий уменьшенные габариты. Картридж включает средство подачи чернил в виде мешка 210 для чернил и средство утилизации отработанных чернил, при этом оба эти средства помещены в одну и ту же камеру 201. Средство утилизации отработанных чернил имеет мешок 220 для отработанных чернил, заполненный полимерным поглощающим материалом 221. Этот материал обладает высокой поглощающей способностью и требует примерно от половины до одной десятой объема от занимаемого традиционным поглощающим материалом, используемым в обычных чернильных картриджах. Таким образом возможно использовать меньший объем поглощающего материала 221 в мешке 220 для отработанных чернил. Далее, при использовании одной камеры 201, вмещающей как мешок 210 для чернил, так и мешок 220 для отработанных чернил, увеличение объема мешка 220 для отработанных чернил при утилизации отработанных чернил компенсируется уменьшением объема мешка 210 для подачи чернил за счет подачи чернил в печатающий механизм струйного принтера. Это позволило существенно уменьшить размеры и объем чернильного картриджа по сравнению с традиционным.

Усовершенствованная конструкция, раскрытая в патенте США №5157421, позволяет уменьшить габариты чернильного картриджа, однако при этом усложняется процесс производства и возрастает стоимость картриджа. В частности, рассматриваемый картридж имеет два мешка: один – для подачи чернил и второй – для утилизации отработанных чернил. Соответственно, стоимость складывается из стоимости двух мешков вместо одного. Полимерный материал с высокой поглощающей способностью дороже традиционных. Далее, мешок для чернил и мешок для отработанных чернил выполняют из многослойного материала, например нейлоновой, полиэтиленовой и тонкой металлической пленок, ламинированных вместе. Затем этот дорогостоящий многослойный ламинированный материал герметизируют со всех сторон и приваривают к впускному каналу 230 и выпускному каналу 240 (выполненным обычно из твердого пластика, например полиэтилена высокой плотности, если контактный слой многослойного материала выполнен из полиэтиленовой пленки) с использованием соответствующей технологии, например горячей сварки. Наваривание ламинированного пленочного материала на жесткий пластик является сложным и рискованным процессом из-за высокого процента отбраковки для предотвращения утечки между ламинированной пленкой и жестким пластиком. Далее, в зависимости от вида печатающего механизма струйного принтера возможно попадание некоторого количества отработанных чернил обратно в мешок для подачи чернил и загрязнение неиспользованных чернил в чернильном картридже.

Рассмотренные проблемы, свойственные раскрытому в патенте США №5157421 чернильному картриджу, приводят к исключительно высокой стоимости товара.

Цель настоящего изобретения состоит в создании чернильного картриджа меньших размеров с применением менее дорогостоящих компонентов и использованием более простых и дешевых процессов изготовления.

Дополнительная цель заключается в создании чернильного картриджа с меньшей вероятностью загрязнения неиспользованных чернил отработанными чернилами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Чернильный картридж согласно настоящему изобретению включает систему подачи чернил и систему утилизации чернил. Его применение возможно вместе с устройством заправки принтерных картриджей, раскрытом в заявке, поданной одновременно с данной заявкой.

В соответствии с первым вариантом изобретение относится к чернильному картриджу, содержащему или включающему:

корпус, ограничивающий внутреннее пространство и имеющий два канала, ведущие в это пространство;

сжимаемую емкость с чернилами, находящуюся во внутреннем пространстве корпуса и имеющую выходное отверстие (“отверстие для подачи чернил”), расположенное в одном из указанных каналов (“канале подачи чернил”) или рядом с ним;

опционально-помещенный на указанное отверстие или рядом с ним обратный клапан, допускающий только выпуск чернил из емкости;

выполненное либо как часть опционально устанавливаемого обратного клапана, либо отдельно от него – уплотнение, через которое может проходить игла или трубка, герметизирующее обратный клапан и/или отверстие для подачи чернил;

опционально-погружную трубку, идущую от опционально устанавливаемого обратного клапана или вышеуказанного отверстия для подачи чернил, причем указанная погружная трубка имеет входное отверстие, расположенное на самой нижней внутренней стороне сжимаемой емкости или в непосредственной близости от нее при нахождении чернильного картриджа в рабочем положении; и

уплотнение, через которое может проходить игла или трубка, герметизирующее расположенный в корпусе второй канал (канал утилизации отработанных чернил),

отличающийся тем, что вышеуказанный корпус, окружающий сжимаемую емкость, сжимающуюся по мере расходования чернил, образует приемник чернил, выполненный с возможностью по мере сжатия емкости постепенно принимать в пространство снаружи от сжимаемой емкости, но целиком в пределах корпуса, по меньшей мере, все чернила, содержащиеся в сжимаемой емкости.

Предпочтительно, корпус выполняют, по меньшей мере, из двух формованных частей, причем первая формованная часть выполнена с возможностью установки и размещения в ней, по меньшей мере, сжимаемой емкости с чернилами и опционально-устанавливаемого какого-либо обратного клапана перед соединением двух формованных частей.

Предпочтительно, наличие указанного обратного клапана и погружной трубки.

Предпочтительно, узел, включающий в себя сжимаемую емкость с чернилами, обратный клапан и погружную трубку, установлен в одной части корпуса до герметичного присоединения другой части корпуса.

Предпочтительно, одно или оба уплотнения вставляют в каналы после герметичного соединения частей корпуса друг с другом.

Предпочтительно, сжимаемая емкость с чернилами выполнена в виде полученной выдувным формованием пластиковой емкости с горлышком или головкой, расположенной в отверстии для подачи чернил или рядом с ним, причем указанное горлышко или головка сжимаема в меньшей степени, чем большая часть остальной сжимаемой емкости.

Предпочтительно, сжимаемая емкость с чернилами имеет оболочку со смещенным относительно любой центральной оси оболочки отверстием для подачи чернил, в которой предусмотрен скос или усечение части контура емкости для улучшения забора чернил из сжимаемой емкости через входное отверстие указанной погружной трубки.

Чернильный картридж согласно настоящему изобретению представляет собой устройство в виде помещенных в один картридж тонкостенной пластиковой бутылки и камеры утилизации отработанных чернил. Предпочтительно, корпус картриджа выполнен из двух формованных частей, герметично скрепленных вместе с использованием какой-либо подходящей соединительной технологии, например ультразвуковой сварки, склеивания или иным способом.

Предпочтительно, бутылка для подачи чернил представляет собой тонкостенную форму, полученную выдувным формованием из заготовки или черновой формы из полиэтилена низкой плотности. При необходимости заготовка может иметь короткое время жизни даже без охлаждения до температуры окружающей среды. Полученная выдувным формованием бутылка, возможно, служит наилучшим средством для хранения жидкого материала типа чернил. В отличие от мешка для чернил, который со всех сторон подвергают повышающей риск утечки чернил термосварке, выдувная бутылка, несмотря на низкую стоимость, имеет повсюду однородную стенку и имеет лишь небольшое отверстие в форме полученного литьем под давлением горлышка, обеспечивающего подачу чернил внутрь бутылки и наружу из нее. Однородная стенка бутылки устраняет возможность утечки. Стенка бутылки тонкая и относительно мягкая. При отборе из бутылки некоторого количества чернил с помощью трубки, вводимой через соответствующим образом запечатанное горлышко (например, с помощью пробки), стенка бутылки сжимается, поскольку отбор чернил понижает внутреннее давление в бутылке. Предпочтительно, материал и толщина стенки выбраны такими, чтобы обеспечить ее полное сжатие после полного израсходования чернил.

Таким образом, поскольку бутылку помещают предпочтительно в корпус из двух сваренных вместе формованных компонентов, сжатие бутылки освобождает пространство для отработанных чернил в той же камере. Заваренный по контуру картридж имеет канал подачи и канал возврата отработанных чернил. Канал подачи и канал возврата отработанных чернил закрыты резиновыми пробками, выполненными с возможностью прокалывания для создания герметичного жидкостного сообщения в обоих направлениях между чернильным картриджем и струйным принтером, принтерным картриджем или другим подобным устройством, использующим чернила.

Внутренняя камера корпуса чернильного картриджа способна вместить все утилизированные отработанные чернила. При маловероятном худшем сценарии, когда все чернила из бутылки необходимо утилизировать в камере утилизации отработанных чернил, происходит полное сжатие бутылки с соответствующим увеличением пространства камеры для отработанных чернил, позволяющим полностью вместить весь объем отработанных чернил. Фактически размеры картриджа согласно настоящему изобретению могут быть меньше традиционных и предпочтительно – меньше, чем в конструкции, раскрытой в патенте США №5157421, поскольку ни мешок для чернил, ни поглощающий материал для рассматриваемого картриджа не требуются.

Хорошо известно, что качество чернил имеет большое значение для обеспечения нормального процесса печатания и качества печати. Отработанные чернила могут содержать частицы грязи и избыточное количество воздушных пузырьков, что представляет главную угрозу качеству струйной печати. Поэтому для обеспечения потока чернил только наружу, предпочтительно наличие в канале для подачи чернил обратного клапана, исключающего вероятность поступления отработанных чернил обратно в бутылку с чернилами и загрязнение свежих чернил.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображен поперечный разрез традиционного чернильного картриджа, известного из уровня техники.

На фиг.2 изображен поперечный разрез усовершенствованного чернильного картриджа, известного из уровня техники.

На фиг.3 изображен поперечный разрез чернильного картриджа согласно настоящему изобретению.

На фиг.4а и 4b схематично изображена сжимаемая бутылка, используемая в картридже согласно фиг.3.

На фиг.5a-5d схематично изображены различные конструктивные решения, минимизирующие количество неиспользованных чернил, остающихся в картридже согласно настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант осуществления изобретения изображен на фиг.3.

Чернильный картридж 10 имеет компонент 11 корпуса, закрываемый с помощью сопряженного компонента корпуса с формированием единой камеры 12, содержащей средство подачи чернил (в виде пластиковой бутылки 20) и средство утилизации чернил, встроенное в ту же камеру 12 картриджа 10.

Бутылка 20 с чернилами снабжена пластиковой иглой или трубкой (т.е. погружной трубкой) 30, установленной на смещенном участке с горлышком бутылки. Пластиковая трубка 30 обеспечивает эффективную подачу чернил из бутылки и, следовательно, из картриджа. Дополнительно, с горлышком бутылки соединен (например, одет на него) обратный клапан 50. На горлышко 21 бутылки помещена резиновая пробка 40, служащая для герметизации бутылки, предотвращения утечки чернил и формирования подающего канала 14 чернильного картриджа.

Затем предварительно собранный узел бутылки для чернил устанавливают на одной половине корпуса 11 чернильного картриджа, как показано на чертеже. Еще одна резиновая пробка 41 находится в корпусе 11 в канале 15 возврата отработанных чернил. Затем закрывают корпус с помощью второй половины или сопряженного компонента корпуса чернильного картриджа и герметизируют с использованием, например, ультразвуковой сварки.

Для эксплуатации чернильный картридж вставляют в устройство (в сам струйный принтер или в иное устройство) так, чтобы две трубки прошли через резиновые уплотнительные пробки 40 и 41 подающего канала 14 и канала 15 возврата отработанных чернил соответственно. После полного проникновения происходит самогерметизация прокалывающих трубок резиновыми уплотнительными пробками 40 и 41, перекрывающая жидкостное сообщение между картриджем 10 и устройством (например, требующим заправки чернилами принтерным картриджем или самим струйным принтером), его использующим. Это устройство обычно имеет специальный всасывающий механизм, который втягивает чернила из подающего канала 14, при этом все получаемые в устройстве отработанные чернила возвращаются в камеру 12 утилизации отработанных чернил по каналу 15 возврата отработанных чернил.

Встроенный обратный клапан 50 улучшает процесс печати и качество печати за счет предотвращения загрязнения отработанными чернилами чернил в снабжающей бутылке картриджа.

Пластиковая бутылка 20 для чернил представляет собой тонкостенную бутылку, изготовленную выдувным формованием. Она выполнена из пластического материала типа полиэтилена низкой плотности или другого похожего эластичного материала. Стенка бутылки, обладающая гибкостью благодаря тщательному выбору ее материала и толщины, выполнена с возможностью сжатия при отборе чернил из бутылки 20. При уменьшении количества чернил в бутылке 20 в результате их отбора с помощью всасывающего механизма, использующего бутылку устройства, происходит падение внутреннего давления, приводящее к сжатию стенок бутылки.

Рассмотрим фиг.4а и 4b. Заполненная чернилами бутылка 20 занимает почти весь объем чернильного картриджа 10, оставляя при этом небольшое пустое пространство, служащее в качестве камеры 12 утилизации отработанных чернил. Отбор чернил через проходящую сквозь резиновую уплотнительную пробку 40 трубку 60 вызывает сжатие бутылки 20. При нормальном рабочем сценарии, когда все чернила израсходованы и большая их часть потреблена устройством, происходит полное сжатие бутылки 20, как показано на фиг.4b.

Тем не менее, некоторое количество чернил будет возвращено в увеличившуюся вследствие сжатия бутылки 20 камеру 12 утилизации отработанных чернил. При маловероятном худшем сценарии, когда все израсходованные чернила будут возвращены в виде отработанных, объем указанной камеры достаточен для принятия всех отработанных чернил благодаря увеличению пространства камеры 12 утилизации отработанных чернил до максимального.

Вернемся к фиг.3.

В противоположность традиционной выдувной бутылке с расположенным, как правило, по центру оболочки бутылки горлышком бутылка 20 предпочтительно имеет горлышко 21, смещенное в направлении одной из сторон оболочки бутылки. Дополнительно, в нижнем углу с той же стороны, что и горлышко 21 корпуса бутылки, предпочтительно выполнен скос или усечение 22.

Корпус 11 чернильного картриджа предпочтительно имеет соответствующий скошенный угол 13.

Скосы позволяют установить чернильный картридж 10 и, следовательно, бутылку 20 с чернилами под углом порядка 45°. Пластиковая игла 30 имеет особую форму со скошенным концом 31, обращенным к скошенной области 22 бутылки 20. Цель такой конструкции состоит в уменьшении количества неиспользуемых чернил согласно фиг.5а-5d.

До того как мы рассмотрим количество остающихся в бутылке чернил (то есть чернил, которые невозможно полностью извлечь), следует заметить, что для обеспечения нормального потока чернил необходим достаточный просвет Н между концом пластиковой иглы 30 и стенкой, точнее, областью скоса 22 бутылки 20. Просвет Н нежелательно делать слишком малым, так как это препятствует потоку чернил.

На фиг.5а и 5b показано, что, когда пластиковая игла расположена либо в центре, либо с одной из сторон бутылки, но бутылка выполнена без скоса, количество неиспользуемых чернил составляет L1×Н×Т. При выполнении позволяющего установить картридж наклонно скоса согласно фиг.5 с, но с пластиковой иглой с плоским концом количество остающихся чернил примерно равно (L2)(H+Y)×Т. На фиг.5d показано, что при выполнении позволяющего установить картридж наклонно скоса и с пластиковой иглой со скошенным под тем же углом концом количество неиспользуемых чернил приблизительно равно L2×Н×Т. Поскольку L1 больше чем L2 (L1>L2), количество неиспользуемых чернил будет минимальным в изображенной на фиг.5d конструкции, воплощенной в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения. Таким образом, раскрытое выше изобретение позволяет получить картридж с меньшими габаритами и снизить производственные затраты.

Формула изобретения

1. Чернильный картридж, содержащий корпус, ограничивающий внутреннее пространство и имеющий канал подачи чернил с погружной трубкой и канал утилизации отработанных чернил, ведущие в это пространство, сжимаемую емкость с чернилами, помещенную во внутреннее пространство корпуса, уплотнение, через которое может проходить игла или трубка, герметизирующее канал для подачи чернил и/или выходное отверстие сжимаемой емкости, уплотнение, через которое может проходить игла или трубка, герметизирующее расположенный в корпусе канал утилизации отработанных чернил, отличающийся тем, что вышеуказанный корпус, окружающий сжимаемую емкость, сжимающуюся по мере отбора из нее чернил через погружную трубку и канал подачи чернил, образует приемник чернил, выполненный с возможностью по мере сжатия емкости постепенно принимать в пространство снаружи от сжимаемой емкости, но целиком в пределах корпуса, по меньшей мере, все чернила, содержащиеся в сжимаемой емкости, сжимаемая емкость имеет выходное отверстие, ограничивающее подачу чернил из емкости через погружную трубку и канал подачи чернил, погружная трубка имеет входное отверстие на самой нижней внутренней стороне сжимаемой емкости или в непосредственной близости от нее при нахождении чернильного картриджа в рабочем положении, сжимаемая емкость с чернилами и погружная трубка установлены в одной части корпуса перед ее герметичным соединением со второй частью корпуса, сжимаемая емкость с чернилами выполнена в виде полученной выдувным формованием пластиковой емкости с горлышком или головкой, расположенной в отверстии для подачи чернил или рядом с ним, причем указанное горлышко или головка сжимаема в меньшей степени, чем большая часть остальной сжимаемой емкости, сжимаемая емкость с чернилами имеет оболочку со смещенным относительно любой центральной оси, если таковая имеется, оболочки отверстием для подачи чернил, причем в оболочке предусмотрен скос или усечение части контура емкости, для улучшения забора чернил из сжимаемой емкости через входное отверстие указанной погружной трубки.

2. Картридж по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен, по меньшей мере, из двух формованных частей, причем первая формованная часть выполнена с возможностью принятия и размещения в ней, по меньшей мере, сжимаемой емкости с чернилами до соединения обеих формованных частей вместе.

3. Картридж по п.2, отличающийся тем, что одно или оба уплотнения вставлены в каналы после герметичного соединения частей корпуса между собой.

РИСУНКИ