喷墨打印头的墨水导管塞头及其激光焊接方法转让专利
申请号 : CN200710186376.6
文献号 : CN100584623C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : J·J·布坎南 , G·V·法塔克
申请人 : 莱克斯马克国际公司
摘要 :
一种喷墨打印头，包括：一个具有内部和外部的主体，在主体的内部有多个墨水室，每个墨水室有一个墨水排出口；多个墨水供料槽，每一个都用于接收一个墨水排出口排出的墨水；至少两个墨水导管，每一个都位于一个墨水排出口和一个墨水供料槽之间，且都有一个设在主体的外部的开口；至少两个墨水导管塞头部分，每一个都覆盖设在主体的外部的一个开口上，所述的至少两个墨水导管塞头部分由一种柔性材料制的带或多个成角度配置的连板连接起来。
权利要求 :
1.一种喷墨打印头，包括：
一个具有内部和外部的主体，在主体的内部有多个墨水室，每个 墨水室有一个墨水排出口；
多个墨水供料槽，每一个都用于接收一个墨水排出口排出的墨水；
至少两个墨水导管，每一个都位于一个墨水排出口和一个墨水供 料槽之间，且都有一个设在主体的外部的开口；
至少两个墨水导管塞头部分，每一个都覆盖设在主体的外部的一 个开口上，所述的至少两个墨水导管塞头部分由一种柔性材料制的带 或多个成角度配置的连板连接起来。
2.按照权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述墨水导 管塞头部分还包括一个顶盖和一个插入部。
3.按照权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于，所述插入部 摩擦接合墨水导管内壁。
4.按照权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于，所述顶盖对 激光基本透明。
5.按照权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述墨水导 管塞头部分相互成角度配置。
说明书 :
技术领域
本发明涉及喷墨打印头，特别涉及用于密封在喷墨打印头中的墨 水室和加热器薄片之间的墨水导管的塞头，尤其涉及把这类墨水导管 塞头激光焊接到喷墨打印头主体。
背景技术
喷墨打印技术是公知的，一般地说，是通过从喷墨打印头即刻发 射的墨水滴，在所要求的位置冲击打印介质，如纸张，而产生图象。 这种打印头由一种装置，如喷墨打印机中的可移动打印架支撑，并相 对于前进的打印介质往复运动，按照微处理机或其他控制器的指令及 时发射墨水滴。墨水滴发射的时间控制与被打印图象的象素图案相适 应。除打印机外，涉及喷墨技术的类似装置还有传真机、照相复印、 绘图仪等。
一种普通热喷墨打印头包括：一个本机载的或远端的彩色或单色 墨水供料源，一个加热器薄片，一个连接在加热器薄片的喷嘴或节流 孔板，一个用于在使用时把加热器薄片电连接到打印机的输/输出连 接器，如磁带自动连接(TAB)电路。而加热器薄片一般包括通过在 硅基底上沉积、屏蔽和浸蚀技术制造的多个薄膜电阻器或加热器。
为了打印或发射一个单滴墨水，特别提供一种具有小电流的单独 加热器，以便快速加热小容器墨水。这使得墨水在本机墨水室(位于 加热器和喷嘴板之间)汽化，并在此排出，经由喷嘴板喷射到打印介 质上。
制造打印头时，由一种单一的材料，常常是塑料，形成多个墨水 室，并且在各个墨水室与连接在加热器薄片的墨水供料槽之间设有墨 水导管。这种墨水导管是通过在塑料模型中移动中心销而形成，这样， 在其主体内造成一个开口，在使用前要求密封这个开口，因此，墨水 不会泄漏。
一般地说，塞头通过超声振动粘结或焊接在墨水导管的开口上。 然而，超声焊接常导致烧化颗粒和其他物质进入打印头(可能堵塞墨 水导管和/或喷嘴孔)，而使打印头过早失效。粘结则有不实用的太长 的固化时间的问题。在美国专利No.6260961中，Seu等人提出了一个 超声焊接或粘结塞头(密封件66)的实例。
因此，必须可靠、坚固、快速制造打印头，而且不引起堵塞墨水 导管和喷嘴。
一种普通热喷墨打印头包括：一个本机载的或远端的彩色或单色 墨水供料源，一个加热器薄片，一个连接在加热器薄片的喷嘴或节流 孔板，一个用于在使用时把加热器薄片电连接到打印机的输/输出连 接器，如磁带自动连接(TAB)电路。而加热器薄片一般包括通过在 硅基底上沉积、屏蔽和浸蚀技术制造的多个薄膜电阻器或加热器。
为了打印或发射一个单滴墨水，特别提供一种具有小电流的单独 加热器，以便快速加热小容器墨水。这使得墨水在本机墨水室(位于 加热器和喷嘴板之间)汽化，并在此排出，经由喷嘴板喷射到打印介 质上。
制造打印头时，由一种单一的材料，常常是塑料，形成多个墨水 室，并且在各个墨水室与连接在加热器薄片的墨水供料槽之间设有墨 水导管。这种墨水导管是通过在塑料模型中移动中心销而形成，这样， 在其主体内造成一个开口，在使用前要求密封这个开口，因此，墨水 不会泄漏。
一般地说，塞头通过超声振动粘结或焊接在墨水导管的开口上。 然而，超声焊接常导致烧化颗粒和其他物质进入打印头(可能堵塞墨 水导管和/或喷嘴孔)，而使打印头过早失效。粘结则有不实用的太长 的固化时间的问题。在美国专利No.6260961中，Seu等人提出了一个 超声焊接或粘结塞头(密封件66)的实例。
因此，必须可靠、坚固、快速制造打印头，而且不引起堵塞墨水 导管和喷嘴。
发明内容
采用与下述的喷墨打印头墨水导管塞头及其把这种塞头激光焊接 到打印头的方法相关的装置、方法原理和技术，解决上述问题及其他 问题。
在一个实施例中，喷墨打印头有一个整体的主体，在墨水室墨水 排出口和与加热器薄片墨水槽相应的墨水供料槽之间具有一个墨水导 管。墨水导管塞头激光焊接到打印头上，防止在使用时因墨水从其排 出口流向墨水供料槽时从墨水导管泄漏。在另一个实施例中，墨水导 管塞头有一个顶盖和一个插入部。顶盖有一个激光透明周边，在顶盖 插入部通过开口插入且顶盖的底面与开口表面接触后，这个透明周边 由激光照射使其顶盖底面焊接到墨水导管的开口上(开口由沿周边延 伸的表面限定)。激光焊接技术包括：激光束沿顶盖顶侧周边前进或同 时焊接顶侧周边。
在另一个实施例中，墨水导管塞头具有两个连接在一起的塞头部 分，其连接方法是：一种柔性材料带把塞头各部分弯曲成一种特定取 向，或者，多个成角度排列的连板把塞头各部分预排列成一种特定取 向。有连接了的塞头各部分的墨水导管塞头可以进行激光焊以密封喷 墨打印头的墨水导管。它们也具有顶盖和插入部，并且都具有激光透 明特征。
也公开了一种安装这种打印头的喷墨打印机。
还公开了一种喷墨打印头，包括：一个具有内部和外部的主体， 在主体的内部有多个墨水室，每个墨水室有一个墨水排出口；多个墨 水供料槽，每一个都用于接收一个墨水排出口排出的墨水；至少两个 墨水导管，每一个都位于一个墨水排出口和一个墨水供料槽之间，且 都有一个设在主体的外部的开口；至少两个墨水导管塞头部分，每一 个都覆盖设在主体的外部的一个开口上，所述的至少两个墨水导管塞 头部分由一种柔性材料制的带或多个成角度配置的连板连接起来。
优选地，所述墨水导管塞头部分还包括一个顶盖和一个插入部。
优选地，所述插入部摩擦接合墨水导管内壁。
优选地，所述顶盖对激光基本透明。
优选地，所述墨水导管塞头部分相互成角度配置。
在以下的说明中，将陈述本发明的这些实施例及其他实施例、方 面、优点及特点，参照本发明及其附图的这些说明，或参照本发明的 实践，可在一定程度上明白本发明。通过在所附的权利要求书中指出 的工具、程序及其组合，可以实现及获得本发明的内容、优点和特点。
在一个实施例中，喷墨打印头有一个整体的主体，在墨水室墨水 排出口和与加热器薄片墨水槽相应的墨水供料槽之间具有一个墨水导 管。墨水导管塞头激光焊接到打印头上，防止在使用时因墨水从其排 出口流向墨水供料槽时从墨水导管泄漏。在另一个实施例中，墨水导 管塞头有一个顶盖和一个插入部。顶盖有一个激光透明周边，在顶盖 插入部通过开口插入且顶盖的底面与开口表面接触后，这个透明周边 由激光照射使其顶盖底面焊接到墨水导管的开口上(开口由沿周边延 伸的表面限定)。激光焊接技术包括：激光束沿顶盖顶侧周边前进或同 时焊接顶侧周边。
在另一个实施例中，墨水导管塞头具有两个连接在一起的塞头部 分，其连接方法是：一种柔性材料带把塞头各部分弯曲成一种特定取 向，或者，多个成角度排列的连板把塞头各部分预排列成一种特定取 向。有连接了的塞头各部分的墨水导管塞头可以进行激光焊以密封喷 墨打印头的墨水导管。它们也具有顶盖和插入部，并且都具有激光透 明特征。
也公开了一种安装这种打印头的喷墨打印机。
还公开了一种喷墨打印头，包括：一个具有内部和外部的主体， 在主体的内部有多个墨水室，每个墨水室有一个墨水排出口；多个墨 水供料槽，每一个都用于接收一个墨水排出口排出的墨水；至少两个 墨水导管，每一个都位于一个墨水排出口和一个墨水供料槽之间，且 都有一个设在主体的外部的开口；至少两个墨水导管塞头部分，每一 个都覆盖设在主体的外部的一个开口上，所述的至少两个墨水导管塞 头部分由一种柔性材料制的带或多个成角度配置的连板连接起来。
优选地，所述墨水导管塞头部分还包括一个顶盖和一个插入部。
优选地，所述插入部摩擦接合墨水导管内壁。
优选地，所述顶盖对激光基本透明。
优选地，所述墨水导管塞头部分相互成角度配置。
在以下的说明中，将陈述本发明的这些实施例及其他实施例、方 面、优点及特点，参照本发明及其附图的这些说明，或参照本发明的 实践，可在一定程度上明白本发明。通过在所附的权利要求书中指出 的工具、程序及其组合，可以实现及获得本发明的内容、优点和特点。
附图说明
图1A是按本发明的喷墨打印头的一个底部透视图，打印头的墨 水导管开口由激光焊接的墨水导管塞头闭合密封；
图1B是按本发明的示于图1A的喷墨打印头的侧向透视图；
图1C是按本发明的示于图1A的喷墨打印头的一个顶视图；
图1D是按本发明的示于图1C的喷墨打印头的一个剖切侧向透视 图；
图2是按本发明的开口墨水导管的分解透视图，示出在用墨水导 管塞头闭合之前；
图3是按本发明的、由墨水导管塞头闭合的墨水导管透视图；
图4是按本发明的、由墨水导管塞头闭合的和在周边焊接操作时 由激光束扫描的墨水导管的透视图；
图5是按照本发明的、由墨水导管塞头闭合的并在焊接操作中对 该塞头进行激光焊接的墨水导管的透视图；
图6A是按照本发明的喷墨打印头的底部透视图，其开口墨水导 管由具有两个塞头部分连接在一起的墨水导管塞头闭合密封；
图6B是按照本发明的、示于图6A的喷墨打印头的一个透视图， 其墨水导管由具有两个塞头部分结合在一起的墨水导管塞头闭合；
图6C是按照本发明的、一种带状的墨水导管塞头实施例的透视 图；
图7是按照本发明的、一种带状的墨水导管塞头另一个实施例的 侧视图；
图8是按照本发明的喷墨打印机的透视图，打印机内装有喷墨打 印头，打印头具有原位激光焊接的墨水导管塞头，和/或带状的墨水导 管塞头。
图1B是按本发明的示于图1A的喷墨打印头的侧向透视图；
图1C是按本发明的示于图1A的喷墨打印头的一个顶视图；
图1D是按本发明的示于图1C的喷墨打印头的一个剖切侧向透视 图；
图2是按本发明的开口墨水导管的分解透视图，示出在用墨水导 管塞头闭合之前；
图3是按本发明的、由墨水导管塞头闭合的墨水导管透视图；
图4是按本发明的、由墨水导管塞头闭合的和在周边焊接操作时 由激光束扫描的墨水导管的透视图；
图5是按照本发明的、由墨水导管塞头闭合的并在焊接操作中对 该塞头进行激光焊接的墨水导管的透视图；
图6A是按照本发明的喷墨打印头的底部透视图，其开口墨水导 管由具有两个塞头部分连接在一起的墨水导管塞头闭合密封；
图6B是按照本发明的、示于图6A的喷墨打印头的一个透视图， 其墨水导管由具有两个塞头部分结合在一起的墨水导管塞头闭合；
图6C是按照本发明的、一种带状的墨水导管塞头实施例的透视 图；
图7是按照本发明的、一种带状的墨水导管塞头另一个实施例的 侧视图；
图8是按照本发明的喷墨打印机的透视图，打印机内装有喷墨打 印头，打印头具有原位激光焊接的墨水导管塞头，和/或带状的墨水导 管塞头。
具体实施方式
在最佳实施例的详细说明中，参考构成本说明书一部分的附图， 以及作为举例的实施本发明的特定实施例。对这些实施例进行充分详 细的说明，使技术人员能够实施本发明，当然，可以利用其他实施例， 在不背离本发明范围前提下，其工艺和其他方面都可变化。因此，不 能在有限意义上理解下面的详细说明，本发明的范围只由附录的权利 要求书和其等同物规定。
按照本发明，下面说明带状墨水导管塞头和/或激光焊接密封封闭 打印头墨水导管的墨水导管塞头，因而消除了现有技术超声焊接或粘 结塞头存在的问题。
图1A至图1D的各个视图描述了本发明一个喷墨打印头，标号为 10。这个打印头有一个具有内部16和外部18的整体主体14。在内部， 有许多墨水室12，容纳初始墨水或再填充墨水。如图1C所示，内壁 20分隔这些墨水室，这个壁呈T形，分开三个等容积墨水室。这些墨 水室最好包括一个深蓝、深红及黄色墨水的初始供料。在其他实施例 中，这些墨水室包括黑色墨水、光敏墨水和/或深蓝、深红和黄色墨水。 虽然没有示出，本专业技术人员可以判断，这些墨水室也可连接到一 个由供料管输送的远端墨水源。为产生背压，这些墨水室也含有一个 泡沫插件或一个压力肺(未示出)。
在近打印头主体14的底部处，如打印时的安排方向，每个墨水室 有一个墨水排出口22，可以使墨水从墨水室流出。在墨水排出口的上 面有一根竖管24，它可以有一个设置在其上表面26的一个过滤器(未 示出)，防止夹杂物从墨水室流入墨水排出口。
沿着主体的底面30，设有多个墨水供料槽32，其形状及取向与要 连接的加热器薄片上的墨水槽相适应。使用时，墨水室的墨水从墨水 室12通过墨水排出口22流入墨水供料槽32。对于每一个墨水室12， 每一个墨水排出口22，和每一个墨水供料槽32，都标以一个下标a， b，c，以分别表明该结构与另一种结构对应。一般地说，前墨水室12b 的墨水通过墨水排出口22b直接向下流到墨水供料槽32b，而后墨水 室12a、12c的墨水，通过墨水排出口22a、22c向下流动，在到达各 自墨水供料槽32a、32c之前，还要通过水平墨水导管40a、40c。
在整体主体14制造时，各种芯销在模型中滑动，因而沿主体14 的外部18形成墨水导管的一个开口42，如果保留这个开口或未密封， 在使用时这个开口可能造成墨水泄漏。因此，本发明设计用一个墨水 导管塞头50密封这种开口，防止在使用期间墨水在墨水导管通路流动 时出现墨水泄漏。为防止烧化颗粒污染和/或阻塞墨水导管和喷嘴孔， 本发明设计用激光焊接墨水导管塞头，以密封墨水导管40的开口42。
参考图2，在一个实施例中，墨水导管塞头50有一个顶盖52和 一个插入部54。墨水导管有一个与开口42共面的、并环绕及限定这 个开口的表面56。焊接前，墨水导管塞头插入部54通过开口42插入， 并与墨水导管的内壁60摩擦接合。插入部继续插入，直至顶盖52的 底面58与墨水导管的表面56接触。图3示出一个完全装好的墨水导 管塞头50。在底面58与表面56接触处有一个激光焊接界面62。
虽然所述墨水导管50和开口42是矩形形状，但本发明包括任何 形状，特别可以包括圆形、椭圆形、菱形、多边形、曲线形、不规则 形状或其他结构塞头、开口和表面。本专业技术人员也可明白墨水导 管塞头50和表面56有一个相互共存的表面界面，其中一个或两者有 一个延伸超越另一个界面的部分。
本发明还设计了一种只有顶盖52而没有插入部54的墨水导管塞 头50。在这样一个实施例中，如图3所示，本发明设计仅用底面58 密封开口42，这个底面的周边58与表面56接触形成焊接界面。图3 描述了一种具有或不具有插入部的墨水导管塞头50。
在任何实施例中，墨水导管塞头的结构都至少包括一个具有激光 透明特征的部分。在一种形式中，墨水导管塞头基本上完全对激光透 明，顶盖可与插入部或不与插入部54成一整体。主体的一种优选的成 分是聚苯醚加聚苯乙烯(PPE/PS)，如Noryl的SE1牌号树脂中的成 分，顶盖成分包括(但不限于)一般用途聚苯乙烯，高冲击聚苯乙烯， 如苯乙烯-丁二烯共聚物(CBC)，苯乙烯-丙烯共聚物(SMMA)。其 它还包括聚酯和含有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二 醇酯(PBT)的聚酯掺合物，以及它们与聚碳酸酯(PC)，丙烯腈苯 乙烯丙烯酸(ASA)或其他树脂的掺合物。当机体是PET(聚对苯二 甲酸乙二酯)时，最佳顶盖成分包括上述聚合物，和/或包括共聚酯， 乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)，乙二醇改性聚甲基丙烯酸 环乙酯对苯二酸盐(PCTG)和酸改性聚甲基丙烯酸环乙酯(PCTA) 等。当顶盖包括低承载玻璃纤维材料，如天然聚对苯二甲酸乙二酯 (15％玻璃纤维)，或聚酯型掺合物时，也可得到适当的焊接。其他材 料成分还包括PC/PCTG，PC/PBT，PC/PET，PBT/PETG，PET/PBT， 当然，在焊接到聚酯主体时，这些材料要求对激光功率进行调整。在 其他实施例中，选定PBT/ASA连接到如像苯乙烯异丁烯酸甲酯 (SMMA)和苯乙烯丙烯腈(SAN)一类材料上。一种PET/PBT掺 合物与SMMA，透明丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，ABS和 异丁烯酸ABS(MABS)形成良好的结合。上面讨论的这些材料汇总 于附录1。选择材料成分时，应该考虑与墨水的兼容性。
在另一种实施例中，因为只有在上述焊接界面62上方的顶盖部分 要求进行激光照射，因此只要求顶盖部分具备激光透明特征。换句话 说，本发明另一个实施例设计只有墨水导管塞头周边具备激光透明特 征。如图4所示，这个周边一般由墨水导管塞头50邻接焊接界面62 的区域构成，这个区域由沿着激光路径70的激光束70照射(虚线表 示尚未受激光照射的部分)。如图所示，墨水导管塞头的顶面51受到 入射激光束冲击。
此外，所示激光路径70描述了把墨水导管塞头激光焊接到墨水导 管的一种方法，称为轮廓焊接，因此，激光束沿着这个路径扫过或前 进，在其尾迹中造成激光焊接。最好顶盖周边总体受到激光冲击，但 是，某些实施例中，并不是整个周边受到激光冲击。
我们叙述了在激光焊接时用透镜聚焦和其他控制激光束的方法， 但本专业技术人员可以判断，我们极大地简化了光程，光程还可以包 括其他光学结构，如反射镜、纤维光缆、光波导、激光扫描装置(如 旋转多焦反射镜)、其他透镜，等。优选地，激光束源于一种激光源 76，如激光二极管。
在一个实施例中，激光源是激光功率约为50W(瓦)的810nm(纳 米)波长的铝镓的砷化物(AlGaAs)半导体激光器。
其他实施例包括(但不限于)具有类似功率强度的各种类型连续 波激光器，如波长为940-990nm的铟镓的砷化物(InGaAs)半导体激 光器、波长为630-680nm的铝镓铟的磷化物(AlGaInP)半导体激光 器、固态激光器，如波长为1064nm的灯泵抽动的掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光器，波长为1064nm的二极管泵抽动的掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光器，等。
可以采用一个夹持装置，一个加压件或其他构件(未示出)，以便 在墨水导管塞头顶盖和墨水导管之间施加压力接合，使它们在焊接时 保持相对位置。
如前所述，墨水导管塞头50的至少一部分包括一种激光透明材 料。墨水导管，即主体14包括一种激光透明材料。然而，这些结构的 透明性或吸收能力并不意味100％的激光被传送、阻塞或吸收。只要 求透明性或不透明性能使足够的激光通过墨水导管塞头，并被主体吸 收，以产生适当的激光焊。焊接时，激光束72通过墨水导管塞头的对 激光透明的部分，并被能吸收激光的主体14所吸收。因为激光照射， 焊接界面被加热，使顶盖底面和表面46熔化。冷却时，两者合而为一， 构成墨水密封。
因为已知许多参数，如被焊工件的厚度t牵涉到激光焊接的满意 程度，因此，优选地，所选参数能至少使冲击墨水导管塞头的入射激 光的50％通过这种墨水导管塞头。本专业技术人员知道，这类参数还 包括激光束波长、激光束入射角、工件表面粗糙度、工件温度、工件 成分，当工件为塑料时，还包括添加剂，如阻燃剂、增塑剂、填料， 以及着色剂。
在另一种激光焊接墨水导管塞头50的方法中，如图5所示，用多 个激光源76形成一种同步焊接结构，即用基本同步的激光路径冲击墨 水导管的顶面51的周边。如前所述，这个图描述一个明显简化的光程， 该光程还可包括纤维光学、光波长、反射镜、扫描装置、透镜，等。
参考图6A，在喷墨打印头10的整体的主体14的外部18，处于 墨水排出口22a，22c和墨水供料槽32a，32c之间的墨水导管有多个 开口42a，42c，在使用前应该密封。如图6B所示，在一个实施例中， 一种带状的墨水导管塞头80密封这种开口。参考图6C，带状的墨水 塞头80有多个由连板84a，84c连接成一体的塞头部分82。和以上所 述一样，每个塞头部分82a，82c都有一个顶盖86和插入部88。插入 部88a，88c分别装入开口42a，42c，顶盖底面90a，90c与延伸构成 开口的表面56接触。因为开口42a相对于开口42c斜一个角度，因此 连板84a，84c成一个角度配置(与分隔连板的一个面成角度α)，这 样，两个塞头部分82按基本上与两个开口的角度取向相匹配的一个专 有取向预先配置。制造时，操作人员可以方便容易地同时密封墨水导 管的两个开口。
本专业技术人员可以判断，虽然图6C示出两个连板84a，84c， 但可以有任何数量的连板。本发明甚至设计了一次预成形的连板，使 塞头的各个部分保持特定的预定取向。本发明还设计了：连板形状和 尺寸可以随设计要求，如密封强度、材料成分、成本、制造方便、装 饰等变化，所有这些因素都在这种设计中得以实现。本专业技术人员 可以判断，一个连板84a的角度配置可以不同于另一个连板84c，连 板的这种角度配置，可以使塞头各部分基本上与两个开口的角度取向 匹配，本发明可以满意地工作。
参照上述说明，我们把前述所有实施例结合为一独特的墨水导管 塞头50，及在成分、布局、结构方面的等同物。为便于制造，连板84 的成分最好大体上类似于塞头部分82。
参考图7，用一种柔性材料带92取代图6A-6C中的连板结构，施 加一个力(用力线F指示)，柔性材料使塞头部分82弯曲成一个特定 取向，这个取向基本上与被连接开口42的斜取向匹配。优选的柔性材 料的成分包括用于制造塞头部分的任何材料，包括聚乙烯、聚丙烯和 热塑性化学兼容的塑料，橡胶的任何变种等。
把连板带或柔性材料连接到塞头部分的方法包括(但不限于)粘 结、热拉软、超声或激光焊接等。虽然最好是带状墨水导管塞头激光 焊接闭合开口42，但是本专业技术人员可以明白，本发明也可利用现 有技术的粘结和超声焊接方法，而不受限制，除非附录权利要求书有 所限制。
由于前面说明了墨水导管塞头密封喷墨打印头的墨水导管，下面 则进一步说明使用打印头的外部装置实例。图8示出一个喷墨打印机 401形式的外部装置，该装置包含一个喷墨打印头10。打印机401包 括一个具有多个槽441的托架421，槽内容纳一个或几个打印头。如 在技术上已经知道的那样，施加一个运动力作用到传动皮带501上， 引导托架421沿打印区461上的一个轴481往复运动(通过控制器571 的输出591控制)。托架421相对于打印介质(如纸张521)作往复运 动，纸张521在打印机401内沿纸张路径从输入纸架541通过打印区 461，向输出纸架561送进。
在打印区，如箭头所示，托架421在总的垂直于纸张前进方向的 往复方向进行往复运动。按照打印机微处理机或其他控制器571的指 令，引导打印头中的墨水滴从加热器薄片及时喷出。墨水滴发射的时 间控制与被打印图象象素图案相适应。通常，这类图案是由与(通外 部输入)的控制器电连接的装置产生，这种装置在打印机之外面，如 计算机、扫描机、照相机、显示屏装置、个人数据助理等。
为了打印或发射单滴墨水，这种加热器特别设有小的电流，以快 速加热小容量墨水。这使得墨水在本机墨水室中汽化，并在此排出， 经由喷嘴板喷射到打印介质上。
具有用户选择界面601的控制面板也可把输入601提供到控制器 571，可为打印机提供附加的能力和耐用性。
如这里所述的那样，除热技术外，术语喷墨打印头还可以包括压 电技术，等，还可以包括一种侧射结构，以取代这种顶射结构。
上面的说明用于图示和说明本发明的各个方面。并不打算使这些 说明完全而无遗漏，或把本发明局限在所公开的精确形式内。选用上 述实施例是为了最好地说明本发明的原理和实际应用，能使技术人员 在各个实施例中利用本发明，并进行各种改型以适应所设计的特定使 用。从公平、合法及正当的权利角度来说，所有这类改进和改型都在 所附的权利要求书所确定的本发明范围内。
本申请是中国专利申请No.200480014802.2(申请日：2004年4 月13日；发明名称：喷墨打印头的墨水导管塞头及其激光焊接方法) 的分案申请。
按照本发明，下面说明带状墨水导管塞头和/或激光焊接密封封闭 打印头墨水导管的墨水导管塞头，因而消除了现有技术超声焊接或粘 结塞头存在的问题。
图1A至图1D的各个视图描述了本发明一个喷墨打印头，标号为 10。这个打印头有一个具有内部16和外部18的整体主体14。在内部， 有许多墨水室12，容纳初始墨水或再填充墨水。如图1C所示，内壁 20分隔这些墨水室，这个壁呈T形，分开三个等容积墨水室。这些墨 水室最好包括一个深蓝、深红及黄色墨水的初始供料。在其他实施例 中，这些墨水室包括黑色墨水、光敏墨水和/或深蓝、深红和黄色墨水。 虽然没有示出，本专业技术人员可以判断，这些墨水室也可连接到一 个由供料管输送的远端墨水源。为产生背压，这些墨水室也含有一个 泡沫插件或一个压力肺(未示出)。
在近打印头主体14的底部处，如打印时的安排方向，每个墨水室 有一个墨水排出口22，可以使墨水从墨水室流出。在墨水排出口的上 面有一根竖管24，它可以有一个设置在其上表面26的一个过滤器(未 示出)，防止夹杂物从墨水室流入墨水排出口。
沿着主体的底面30，设有多个墨水供料槽32，其形状及取向与要 连接的加热器薄片上的墨水槽相适应。使用时，墨水室的墨水从墨水 室12通过墨水排出口22流入墨水供料槽32。对于每一个墨水室12， 每一个墨水排出口22，和每一个墨水供料槽32，都标以一个下标a， b，c，以分别表明该结构与另一种结构对应。一般地说，前墨水室12b 的墨水通过墨水排出口22b直接向下流到墨水供料槽32b，而后墨水 室12a、12c的墨水，通过墨水排出口22a、22c向下流动，在到达各 自墨水供料槽32a、32c之前，还要通过水平墨水导管40a、40c。
在整体主体14制造时，各种芯销在模型中滑动，因而沿主体14 的外部18形成墨水导管的一个开口42，如果保留这个开口或未密封， 在使用时这个开口可能造成墨水泄漏。因此，本发明设计用一个墨水 导管塞头50密封这种开口，防止在使用期间墨水在墨水导管通路流动 时出现墨水泄漏。为防止烧化颗粒污染和/或阻塞墨水导管和喷嘴孔， 本发明设计用激光焊接墨水导管塞头，以密封墨水导管40的开口42。
参考图2，在一个实施例中，墨水导管塞头50有一个顶盖52和 一个插入部54。墨水导管有一个与开口42共面的、并环绕及限定这 个开口的表面56。焊接前，墨水导管塞头插入部54通过开口42插入， 并与墨水导管的内壁60摩擦接合。插入部继续插入，直至顶盖52的 底面58与墨水导管的表面56接触。图3示出一个完全装好的墨水导 管塞头50。在底面58与表面56接触处有一个激光焊接界面62。
虽然所述墨水导管50和开口42是矩形形状，但本发明包括任何 形状，特别可以包括圆形、椭圆形、菱形、多边形、曲线形、不规则 形状或其他结构塞头、开口和表面。本专业技术人员也可明白墨水导 管塞头50和表面56有一个相互共存的表面界面，其中一个或两者有 一个延伸超越另一个界面的部分。
本发明还设计了一种只有顶盖52而没有插入部54的墨水导管塞 头50。在这样一个实施例中，如图3所示，本发明设计仅用底面58 密封开口42，这个底面的周边58与表面56接触形成焊接界面。图3 描述了一种具有或不具有插入部的墨水导管塞头50。
在任何实施例中，墨水导管塞头的结构都至少包括一个具有激光 透明特征的部分。在一种形式中，墨水导管塞头基本上完全对激光透 明，顶盖可与插入部或不与插入部54成一整体。主体的一种优选的成 分是聚苯醚加聚苯乙烯(PPE/PS)，如Noryl的SE1牌号树脂中的成 分，顶盖成分包括(但不限于)一般用途聚苯乙烯，高冲击聚苯乙烯， 如苯乙烯-丁二烯共聚物(CBC)，苯乙烯-丙烯共聚物(SMMA)。其 它还包括聚酯和含有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二 醇酯(PBT)的聚酯掺合物，以及它们与聚碳酸酯(PC)，丙烯腈苯 乙烯丙烯酸(ASA)或其他树脂的掺合物。当机体是PET(聚对苯二 甲酸乙二酯)时，最佳顶盖成分包括上述聚合物，和/或包括共聚酯， 乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)，乙二醇改性聚甲基丙烯酸 环乙酯对苯二酸盐(PCTG)和酸改性聚甲基丙烯酸环乙酯(PCTA) 等。当顶盖包括低承载玻璃纤维材料，如天然聚对苯二甲酸乙二酯 (15％玻璃纤维)，或聚酯型掺合物时，也可得到适当的焊接。其他材 料成分还包括PC/PCTG，PC/PBT，PC/PET，PBT/PETG，PET/PBT， 当然，在焊接到聚酯主体时，这些材料要求对激光功率进行调整。在 其他实施例中，选定PBT/ASA连接到如像苯乙烯异丁烯酸甲酯 (SMMA)和苯乙烯丙烯腈(SAN)一类材料上。一种PET/PBT掺 合物与SMMA，透明丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，ABS和 异丁烯酸ABS(MABS)形成良好的结合。上面讨论的这些材料汇总 于附录1。选择材料成分时，应该考虑与墨水的兼容性。
在另一种实施例中，因为只有在上述焊接界面62上方的顶盖部分 要求进行激光照射，因此只要求顶盖部分具备激光透明特征。换句话 说，本发明另一个实施例设计只有墨水导管塞头周边具备激光透明特 征。如图4所示，这个周边一般由墨水导管塞头50邻接焊接界面62 的区域构成，这个区域由沿着激光路径70的激光束70照射(虚线表 示尚未受激光照射的部分)。如图所示，墨水导管塞头的顶面51受到 入射激光束冲击。
此外，所示激光路径70描述了把墨水导管塞头激光焊接到墨水导 管的一种方法，称为轮廓焊接，因此，激光束沿着这个路径扫过或前 进，在其尾迹中造成激光焊接。最好顶盖周边总体受到激光冲击，但 是，某些实施例中，并不是整个周边受到激光冲击。
我们叙述了在激光焊接时用透镜聚焦和其他控制激光束的方法， 但本专业技术人员可以判断，我们极大地简化了光程，光程还可以包 括其他光学结构，如反射镜、纤维光缆、光波导、激光扫描装置(如 旋转多焦反射镜)、其他透镜，等。优选地，激光束源于一种激光源 76，如激光二极管。
在一个实施例中，激光源是激光功率约为50W(瓦)的810nm(纳 米)波长的铝镓的砷化物(AlGaAs)半导体激光器。
其他实施例包括(但不限于)具有类似功率强度的各种类型连续 波激光器，如波长为940-990nm的铟镓的砷化物(InGaAs)半导体激 光器、波长为630-680nm的铝镓铟的磷化物(AlGaInP)半导体激光 器、固态激光器，如波长为1064nm的灯泵抽动的掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光器，波长为1064nm的二极管泵抽动的掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光器，等。
可以采用一个夹持装置，一个加压件或其他构件(未示出)，以便 在墨水导管塞头顶盖和墨水导管之间施加压力接合，使它们在焊接时 保持相对位置。
如前所述，墨水导管塞头50的至少一部分包括一种激光透明材 料。墨水导管，即主体14包括一种激光透明材料。然而，这些结构的 透明性或吸收能力并不意味100％的激光被传送、阻塞或吸收。只要 求透明性或不透明性能使足够的激光通过墨水导管塞头，并被主体吸 收，以产生适当的激光焊。焊接时，激光束72通过墨水导管塞头的对 激光透明的部分，并被能吸收激光的主体14所吸收。因为激光照射， 焊接界面被加热，使顶盖底面和表面46熔化。冷却时，两者合而为一， 构成墨水密封。
因为已知许多参数，如被焊工件的厚度t牵涉到激光焊接的满意 程度，因此，优选地，所选参数能至少使冲击墨水导管塞头的入射激 光的50％通过这种墨水导管塞头。本专业技术人员知道，这类参数还 包括激光束波长、激光束入射角、工件表面粗糙度、工件温度、工件 成分，当工件为塑料时，还包括添加剂，如阻燃剂、增塑剂、填料， 以及着色剂。
在另一种激光焊接墨水导管塞头50的方法中，如图5所示，用多 个激光源76形成一种同步焊接结构，即用基本同步的激光路径冲击墨 水导管的顶面51的周边。如前所述，这个图描述一个明显简化的光程， 该光程还可包括纤维光学、光波长、反射镜、扫描装置、透镜，等。
参考图6A，在喷墨打印头10的整体的主体14的外部18，处于 墨水排出口22a，22c和墨水供料槽32a，32c之间的墨水导管有多个 开口42a，42c，在使用前应该密封。如图6B所示，在一个实施例中， 一种带状的墨水导管塞头80密封这种开口。参考图6C，带状的墨水 塞头80有多个由连板84a，84c连接成一体的塞头部分82。和以上所 述一样，每个塞头部分82a，82c都有一个顶盖86和插入部88。插入 部88a，88c分别装入开口42a，42c，顶盖底面90a，90c与延伸构成 开口的表面56接触。因为开口42a相对于开口42c斜一个角度，因此 连板84a，84c成一个角度配置(与分隔连板的一个面成角度α)，这 样，两个塞头部分82按基本上与两个开口的角度取向相匹配的一个专 有取向预先配置。制造时，操作人员可以方便容易地同时密封墨水导 管的两个开口。
本专业技术人员可以判断，虽然图6C示出两个连板84a，84c， 但可以有任何数量的连板。本发明甚至设计了一次预成形的连板，使 塞头的各个部分保持特定的预定取向。本发明还设计了：连板形状和 尺寸可以随设计要求，如密封强度、材料成分、成本、制造方便、装 饰等变化，所有这些因素都在这种设计中得以实现。本专业技术人员 可以判断，一个连板84a的角度配置可以不同于另一个连板84c，连 板的这种角度配置，可以使塞头各部分基本上与两个开口的角度取向 匹配，本发明可以满意地工作。
参照上述说明，我们把前述所有实施例结合为一独特的墨水导管 塞头50，及在成分、布局、结构方面的等同物。为便于制造，连板84 的成分最好大体上类似于塞头部分82。
参考图7，用一种柔性材料带92取代图6A-6C中的连板结构，施 加一个力(用力线F指示)，柔性材料使塞头部分82弯曲成一个特定 取向，这个取向基本上与被连接开口42的斜取向匹配。优选的柔性材 料的成分包括用于制造塞头部分的任何材料，包括聚乙烯、聚丙烯和 热塑性化学兼容的塑料，橡胶的任何变种等。
把连板带或柔性材料连接到塞头部分的方法包括(但不限于)粘 结、热拉软、超声或激光焊接等。虽然最好是带状墨水导管塞头激光 焊接闭合开口42，但是本专业技术人员可以明白，本发明也可利用现 有技术的粘结和超声焊接方法，而不受限制，除非附录权利要求书有 所限制。
由于前面说明了墨水导管塞头密封喷墨打印头的墨水导管，下面 则进一步说明使用打印头的外部装置实例。图8示出一个喷墨打印机 401形式的外部装置，该装置包含一个喷墨打印头10。打印机401包 括一个具有多个槽441的托架421，槽内容纳一个或几个打印头。如 在技术上已经知道的那样，施加一个运动力作用到传动皮带501上， 引导托架421沿打印区461上的一个轴481往复运动(通过控制器571 的输出591控制)。托架421相对于打印介质(如纸张521)作往复运 动，纸张521在打印机401内沿纸张路径从输入纸架541通过打印区 461，向输出纸架561送进。
在打印区，如箭头所示，托架421在总的垂直于纸张前进方向的 往复方向进行往复运动。按照打印机微处理机或其他控制器571的指 令，引导打印头中的墨水滴从加热器薄片及时喷出。墨水滴发射的时 间控制与被打印图象象素图案相适应。通常，这类图案是由与(通外 部输入)的控制器电连接的装置产生，这种装置在打印机之外面，如 计算机、扫描机、照相机、显示屏装置、个人数据助理等。
为了打印或发射单滴墨水，这种加热器特别设有小的电流，以快 速加热小容量墨水。这使得墨水在本机墨水室中汽化，并在此排出， 经由喷嘴板喷射到打印介质上。
具有用户选择界面601的控制面板也可把输入601提供到控制器 571，可为打印机提供附加的能力和耐用性。
如这里所述的那样，除热技术外，术语喷墨打印头还可以包括压 电技术，等，还可以包括一种侧射结构，以取代这种顶射结构。
上面的说明用于图示和说明本发明的各个方面。并不打算使这些 说明完全而无遗漏，或把本发明局限在所公开的精确形式内。选用上 述实施例是为了最好地说明本发明的原理和实际应用，能使技术人员 在各个实施例中利用本发明，并进行各种改型以适应所设计的特定使 用。从公平、合法及正当的权利角度来说，所有这类改进和改型都在 所附的权利要求书所确定的本发明范围内。
本申请是中国专利申请No.200480014802.2(申请日：2004年4 月13日；发明名称：喷墨打印头的墨水导管塞头及其激光焊接方法) 的分案申请。