CN1796138A - 液体容纳容器和液体供应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐用的液体容纳容器和一种耐用的液体供应装置，它们都使用了气液分离膜。因此，设置在液体容纳容器(1)中的通气口处的气液分离膜(2)包括小纤维部分(2A)和环状节点部分(2B)，该小纤维部分(2A)由纤维状部分构成，该环状节点部分(2B)使小纤维部分(2A)的纤维状部分的端部成束，并且是封闭的，以包围小纤维部分(2A)。

Description

液体容纳容器和液体供应装置

技术领域

本发明涉及一种液体容纳容器和一种液体供应装置，该液体容纳容器容纳液体例如墨水。

背景技术

作为一种容纳液体的容器，已知一种传统的液体容纳容器，其具有在控制液体通过的同时通过气体的气液分离膜。例如，日本专利公报No.61-24458提出了一种喷墨打印头，其具有安装有气液分离膜的墨盒。形成在墨盒的一部分中的开口被气液分离膜覆盖。该气液分离膜用于在防止墨水泄漏的同时将气泡从墨盒中除去。

通过在液体容纳容器的开口中安装具有这种气液分离功能的膜，可在不泄漏的情况下容纳液体，并使气体通过该膜从液体容纳容器除去。

然而，使用传统的气液分离膜的液体容纳容器不是十分耐用。例如，如果长期使用安装有如日本专利公报No.61-24458所披露的传统气液分离膜的墨盒，墨水(液体)可浸入气液分离膜，从而减小气液分离膜的透气度。另外，气液分离膜可能不能阻挡墨水，这样墨水可泄漏到墨盒的外部。这可导致打印装置的污染或故障。

当液体的表面张力较低时，这样的缺陷变得更明显了。然而，例如，对于用于喷墨打印装置的墨水，较小表面张力的要求已增加。

具体而言，当重复操作时可能出现问题，该操作包括在液体容纳容器的内部和外部之间形成压力差以使气体通过气液分离膜从该容器排出到外部。这样，气液分离膜的液体阻挡性能可能过早地退化。然后，液体可浸入该气液分离膜，导致液体泄漏。特别地，在使用日本专利公报No.61-24458中所披露的这种墨盒的情况下，将气体通过气液分离膜除去的操作必须经常重复很多次。因而，确保气液分离膜的重复耐用性很重要。

另外，在这种墨盒中使用的气液分离膜需要具有尽可能大的透气度(每单位面积透过的气体量)，以减小从墨盒中除去气体所需的压力差或时间。另外，在运送期间由温度变化或者墨盒的振动或翻转引起的墨水膨胀可在墨水上临时施加高正压力。因此，为了减小墨水通过气液分离膜泄漏到外部的可能性，气液分离膜必须具有高承受液压。承受液压意味着在与气液分离膜紧密接触的液体例如墨水上施加压力以使液体通过气液分离膜所需的极限压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用气液分离膜的耐用的液体容纳容器和一种液体供应装置。

在本发明的第一方面中，提供了一种液体容纳容器，其具有开口，在该开口处可设置气液分离膜，该气液分离膜限制液体通过而允许气体通过，其中，所述气液分离膜包括纤维状区域和环状成束区域，该纤维状区域包括纤维状部分，该环状成束区域使所述纤维状部分的端部成束，并且该环状成束区域是封闭的，以包围所述纤维状区域。

在本发明的第二方面中，提供了一种液体供应装置，其具有在液体供应通道中的开口，在该开口处可设置限制液体通过的同时允许气体通过的气液分离膜，其中，所述气液分离膜包括纤维状区域和环状成束区域，该纤维状区域包括纤维状部分，该环状成束区域使所述纤维状部分的端部成束，并且该环状成束区域是封闭的，以包围所述纤维状区域。

本发明是基于从试验结果以及下述的相关分析和试验获得的认识。

首先，制造液体容纳容器，该液体容纳容器在开口处设有普通气液分离膜，以控制液体的流出，该开口被用来将内部残留的气体除去。作为液体的墨水被容纳在液体容纳容器中，并进行实际使用的耐用性试验。然后，墨水浸入气液分离膜并进一步泄漏。具体而言，当在容器的内部和外部之间重复地形成压力差，通过气液分离膜重复地将气体从容器中除去时，很明显地发生以下这些：墨水浸入气液分离膜并且墨水从气液分离膜泄漏。

这里，气液分离膜具有多孔结构，并由具有如极细纤维状结构的区域(称为“小纤维”)和其中纤维状部分的端部被成束的区域(称为“节点”)构成。由于多孔结构的孔尺寸远大于气体分子的尺寸，所以气液分离膜具有透气性。如果液体与气液分离膜接触，该液体将透过该小孔。因此，需要有限的能量以使液体通过气液分离膜。从而，当液体受到不超过预定极限压力时，液体不能通过气液分离膜。

发明人细致地分析并研究使气体从容器重复去除产生的现象。由此，发明人发现，在发生墨水浸透或墨水泄漏的气液分离膜的一部分中，膜结构被部分破坏。发明人进一步发现，破坏不发生在气液分离膜的节点部分，而是对应于小纤维部分的纤维状结构的破裂。小纤维部分的纤维状结构与气液分离膜的气液分离机理密切相关。纤维状结构的破裂与液体泄漏密切相关。

本发明基于这样的知识。

本发明可长期保持具有气液分离膜的开口的功能，以防止例如液体的泄漏，由此改善液体容纳容器和液体供应装置的耐用性。

从结合附图对实施例的以下说明中，本发明的上述以及其它目的、效果、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1A是根据本发明第一实施例的液体容纳容器的示意性透视图，图1B是该液体容纳容器的示意性剖视图；

图2是图1中的气液分离膜的表面结构的示意图；

图3A是仅示出从图2中所抽取的小纤维部分的示意图，图3B是仅示出从图2中所抽取的节点部分的示意图；

图4A和4B是说明试验的示意剖视图，其中，重复使气体从图1B所示的液体容纳容器排出的操作；

图5是根据本发明第四实施例的液体容纳容器的示意性剖视图；

图6是使气体从图5所示的液体容纳容器排出的操作的示意性剖视图；

图7是根据本发明第五实施例的液体容纳容器的示意图。

具体实施方式

将参照附图对本发明的实施例进行说明。

(第一实施例)

图1A至图4B为示出本发明第一实施例的示意图。在本实施例中，用树脂材料制造盒状液体容纳容器1。

在液体容纳容器1的顶面上形成作为开口的小窗口。然后，通过热封安装气液分离膜2，以封闭小窗口，由此形成通气口3。热封是一种安装气液分离膜2的合适方法。然而，当然，本发明并不局限于此。例如，可采用机械固定(铆接)或利用粘合剂粘接。另外，液体容纳容器1与液体供应系统(未示出)相连，从而作为液体的墨水4可自由地充入液体容纳容器1中以及从液体容纳容器1中排出。例如，液体供应系统将墨水从墨盒供应到打印头。在该情况下，通过打开和关闭阀可使墨盒连接到在液体容纳容器1中形成的液体引入口。通过打开和关闭阀使打印头连接到在液体容纳容器1中形成的液体导出口。

在本示例中使用的气液分离膜2是通过单轴拉伸含有聚四氟乙烯的树脂膜以形成具有多孔结构的膜，然后使膜的表面经受防液处理而制造的。在本示例中的拒液处理使用了一种在膜表面上形成氟化物层的技术。然而，可根据膜的材料和所容纳液体的类型适当地使用各种普通处理方法中的任意一种。或者，如果不需要的话，可省略该处理。

气液分离膜2的表面形状由区域(小纤维部分)2A和区域(节点部分)2B构成，区域2A具有如极细纤维的结构，区域2B具有其中纤维状部分的端部被捆束的结构。图2示意性地示出了气液分离膜2的表面结构。图3A为仅示出了从图2所示的表面结构中所抽取的小纤维部分2A的示意图，以便于可容易地理解气液分离膜的结构。类似地，图3B为仅示出了从图2所示的表面结构中所抽取的节点部分2B的示意图，以便于可容易地理解气液分离膜的结构。

由于气液分离膜2是通过单轴拉伸而形成的，所以小纤维部分2A的纤维状结构由基本上沿一个方向排列的纤维构成。使纤维的端部捆束在一起，以形成节点部分2B。节点部分2B具有更多特征的表面形状，即，其是环状的，并且环状结构几乎是连续的。在该情况下，环状形状不必是圆形，而是包括对应于“封闭的结构以包围”作为纤维状区域的小纤维部分2A的所有形状。除了圆形之外，环状形状可以是菱形、椭圆形、卵形、梯形或者无限形状。环状形状包括封闭的以包围作为纤维状区域的小纤维部分2A的所有结构。

节点部分2B仅为环状成束区域，其为封闭的以包围小纤维部分2A；通过搁束构成小纤维部分2A的纤维状部分的端部获得成束区域。从图2清楚地看出，对于节点部分2B而言，以下这些不特别地限定：由节点部分2B包围的小纤维部分2A的尺寸或形状，以及构成小纤维部分2A的纤维状部分的数量。另外，从图3B清楚地看出，节点部分2B被形成，从而使包围不同小纤维部分2A的多个纤维状部分连接在一起。

在这样的结构中，纤维状小纤维部分2A被连接到环状节点部分2B；该结构与网球拍的框架和线类似。在这样的结构中，环状节点部分2B限制了施加在小纤维部分2A的纤维状结构上沿着小纤维部分被拉方向的作用力。这减小了小纤维部分2A的变形量，以提高断裂强度。

将作为液体的染料墨水4(表面张力＝28mN/m)充入被如此制造的液体容纳容器1中。然后，进行试验，其中在液体容纳容器1中的气体5和液体容纳容器1的外部之间反复形成气压差，以使气体5通过气液分离膜2从液体容纳容器1中排出到外部。图4A和4B说明了该试验。也就是说，在图4A中，液体容纳容器1中的气体5的压力被设定得低于液体容纳容器1外部的大气压，以如图4B所示使气体5通过气液分离膜2排出。随后，重复操作，该操作包括如图4A所示使气体5导入液体容纳容器1中，然后如图4B所示使气体5排出。最初，气液分离膜2的透气度为5.7μm/(Pa·s)，并且在液体容纳容器1的内部和外部之间的最大气压差为20kPa。如图4A和4B所示的排出气体5的操作被重复的次数为10,000。

在说明书中所使用的术语“透气度”是指表示基于单位压力差在单位时间内可透过单位面积膜的气体(空气)量。特别地，通常使用在ISO-5636/5或JIS-P8117中的透气度定义。本示例与该定义一致。如此定义的透气度也可被称为ISO透气度。

在如图4A和4B所示的这样操作的试验期间和之后，密切观察气液分离膜2的状态和透过气体变化量。结果，没有观察到以下这些：液体浸透气液分离膜2和液体向外泄漏，这些在现有技术中经常发生。透过气体量不会急剧地减少。另外，气液分离膜2的表面结构的仔细分析没有表明膜结构破坏。

在现有技术中，在上述应用中经常使用的气液分离膜的承受液压的增大被认为是抑制液体浸透气液分离膜和液体泄漏所必需的。然而，承受液压与透气度相反。也就是说，必须减小气液分离膜的孔尺寸，以提高承受液压。这迫使牺牲透气度。然而，根据集中试验的结果，本发明人证实在不需要减小透气度，即不需要使承受液压增大到超过所需的情况下，可改善重复耐用性。也就是说，如果重复地除去气体，在不需要使承受液压增大到大于抑制液体渗透和抑制液体泄漏所需的情况下，使用上述这种气液分离膜可改善重复耐用性。

在本示例中，气液分离膜2相对于染料墨水4的承受液压为60kPa。该数值远远大于正压力的数值，如果在实际使用的情况下温度变化或者液体容纳容器翻转，该正压力可在液体容纳容器例如普通墨盒中临时出现。因此，在实际使用期间，虽然发生了温度的变化或液体容纳容器的翻转，但是液体不会从液体容纳容器1中泄漏。

(第二实施例)

在第二实施例中，构成小纤维部分2A的纤维状结构的纤维具有0.2微米的平均厚度。用于制造液体容纳容器1的其它条件与第一实施例中的那些类似。

由于构成小纤维部分2A的纤维状结构的纤维变厚，对应于应力的刚性增大，以使得纤维状结构不容易被破坏。例如，如果纤维是圆柱状的，它们的厚度加倍使得抗拉刚度增大到四倍。然而，过大的纤维厚度减小了气液分离膜的孔尺寸，从而妨碍获得足够的透气度。

根据试验的结果，本发明人发现在气液分离膜2具有上述结构的情况下，当构成小纤维部分2A纤维状结构的纤维具有至少0.1微米的平均厚度时，获得了足够的断裂强度。在说明书中所使用的术语“纤维的平均厚度”是指构成小纤维部分2A的每根纤维的最薄部分的直径的平均值。利用气液分离膜2的电子显微镜图像实际测量该平均厚度。当然，用于计算该平均值的样本数量应该较大。例如，如果使用至少100根纤维用于计算，可得到在统计上具有足够可靠精度的平均值。在本示例中，通过实际测量在根据电子显微镜图像区域的100×100μm区域中的每根纤维(大约300根)的最薄部分的直径，算出小纤维部分2A中的纤维的平均厚度。

将液体充入根据本实施例的液体容纳容器1中，并进行试验，其中如第一实施例那样重复排出气体5的操作。试验条件与第一实施例中的那些类似。结果，即使在重复试验之后，也防止了以下这些的发生：液体浸入气液分离膜2和液体从气液分离膜2向外泄漏。另外，没有观察到以下这些：透过气液分离膜2的气体量的减小和膜结构的破坏。

(第三实施例)

在本实施例中，在液体容纳容器1的顶部形成开口3(参见图1A和1B)；该开口为具有3×7mm横截面的矩形，气体透过该开口。气液分离膜被安装在开口3处，以形成通气口3。在这样的情况下，开口3的短轴(长度为3mm的方向)被设置成平行于构成气液分离膜的纤维状区域的纤维基本上排列的方向。

根据试验的结果，本发明人发现上述结构尤其对我们的目标产生了良好的影响。如上所述，气液分离膜的强度影响由气液分离膜的纤维状部分的破裂而导致的液体泄漏。也就是说，施加在纤维上的膨胀力必须被最小化，以防止破裂。为了实现这些，抑制整个膜的变形是有效的。

然而，例如，当减小形成在容器中的开口的尺寸，以抑制整个膜的变形时，不利的是，减小了透气面积，因而减小了整个透气度。

根据试验的结果，本发明人在构成纤维状区域的纤维基本上沿一个方向排列的气液分离膜中观察到膜强度的各向异性，换句话说，该强度在外力作用下不容易变形。也就是说，气液分离膜在垂直于纤维排列方向的方向上是柔软的，而在平行于纤维排列的方向上具有非常高的膜强度。

因此，考虑到这点，在不减小该区域的情况下重复除去气体的期间，对抑制液体泄漏进行试验，以获得下述结构的方法。也就是说，本发明人发现，通过使开口3形成为具有长轴和短轴(矩形)并将矩形的短轴设为平行于气液分离膜的强度很大的方向，即排列纤维的方向，获得具有极耐用的气液分离膜的液体容纳容器。

在该情况下，开口3为矩形。然而，当然，当垂直于气体透过方向的开口横截面被形成为具有短轴和长轴时，并且当开口横截面的短轴平行于构成气液分离膜的纤维状区域的纤维被基本上排列的方向时，发挥类似的效果。在说明书中所使用的术语“具有短轴和长轴的形状”是指最多只具有两个对称轴线、并因而具有距图形中心不同距离的所有图形，如此可定义短轴和长轴。典型形状包括矩形、椭圆形、卵形、菱形、平行四边形和梯形。显而易见，该形状包括通过使上述图形的角部略微倒角或倒棱所得到的图形。

本实施例在稍后说明的第四和第五实施例中尤其有效。

(第四实施例)

图5和6为说明本发明第四实施例的示意图。在本实施例中，在上述第二实施例中所形成的液体容纳容器被用作墨水容器(墨盒)1，以形成喷射容纳在墨水容器中的墨水的墨水喷射装置。

如图5和6所示构造本装置中的墨水容器1。气液分离膜2被设置在通过利用墨水容器1的内部和外部之间的压力差可将墨水容器1中存在的气体5排出的位置。也就是说，在墨水容器1的顶面形成具有气液分离膜2的通气口3。为通气口3设置盖6，从而盖6可与通气口3接触和分离。盖6如图6所示覆盖通气口3，以在气液分离膜2上方形成压力可控制的密封室R(参见图6)。通过可打开和关闭的打开和关闭阀(未示出)将盖6连接到负压产生部件例如负压泵。通过将负压导入如图6所示形成的密封室R，通过气液分离膜2可在墨水容器1的内部和外部之间形成压力差。

管道7A和8A被连接到墨水容器1的底部，以构成墨水导入系统7和墨水导出系统8。管道7A和8A分别设有可控制墨水流动的阀7B和8B。管道7A被连接到将墨水再充入墨水容器1内部的墨水再充入部(未示出)。管道8A被连接到将容纳在墨水容器1中的墨水喷出的喷墨部(未示出)。例如，喷墨部为喷墨打印头。在装有喷墨打印头的情况下，从墨水容器1内部供应的墨水可通过喷嘴喷射到打印介质上，以在打印介质上打印图像。

如果使用这样的墨水容器1，墨水通过墨水导入系统7的管道7A被充入墨水容器1。在该情况下，如图5所示，盖6被向上与通气口3分离。另外，在墨水导入系统8中的阀8B被打开，以使管道8A可用。

在墨水容器1被充满墨水之后，阀7B和8B被关闭。另外，盖6被用来关闭通气口3，以形成如图6所示的密封室R。然后，负压被导入密封室R，以减小在密封室R中的压力。通过气液分离膜2减小在墨水容器1中的压力。如图6所示，混入并留在墨水容器1内的气体5通过气液分离膜2被从密封室R排出到墨水容器1的外部。

由此，在将气体5从墨水容器1的内部排出之后，盖6与通气口3分离。然后，通过适当可控制地打开和关闭阀7B和8B，在通过墨水导入系统7将墨水从墨水再充入部充入墨水容器1内部的同时，可通过墨水导出系统8将墨水从墨水容器1供应到喷墨部。通过气液分离膜2将气体5从墨水容器1中排出，以抑制气体5留在墨水容器1中。这可避免气体5导入喷墨部。例如，如果喷墨部为喷墨打印头，当气泡进入喷墨打印头时，通过喷嘴喷射墨水所需的能量可被气泡体积的变化吸收。在一些情况下，温度的变化可增大或减小气泡的体积，从而使通过喷嘴的墨水喷射变得不稳定。通过抑制气体5留在墨水容器1中来避免该问题。

来自墨水导入系统7的气体5可与墨水一起进入墨水容器1中。由此，周期性地或在适当时候重复通过气液分离膜2排出气体5的操作。在如前面所述的排出操作期间，如图6所示，阀7B和8B被关闭，并且盖6被用来形成密封室R，从而可将负压导入密封室R中。另外，在墨水导入系统7中的阀7B可以是一种常打开阀，当墨水容器1中的压力达到最大预定值时，该打开阀自动关闭，以将气体5从墨水容器1中排出。或者，如图6所示，盖6可被始终用来形成密封室R。然后，可将负压导入密封室R，以将气体5从墨水容器1中排出，或者，密封室R可向空气敞开。

在本实施例中，可与如上所述的墨水再充入和供应操作相关联地重复排出气体5的操作。在墨水容器1的内部和外部之间的气压差为20kPa。排出气体5的操作次数为10,000。结果，不会发生墨水浸透气液分离膜2和墨水泄漏。可改善重复耐用性。

(第五实施例)

图7为说明本发明第五实施例的示意图。根据本实施例的墨水容器1使用气液分离膜2，以将墨水4供应到液体容纳容器1的内部。

墨水容器1设有墨水再充入口1A、墨水供应口1B以及吸取口1C。墨水再充入口1A与用于墨水4的供应通道11连接。墨水供应口1B与墨水供应通道(未示出)连接，墨水4通过该墨水供应通道被供应到喷墨打印头等。吸取口1C与负压供应通道12例如负压泵连接。吸取口1C包括气液分离膜2，通过该气液分离膜2将负压导入墨水容器1。

当液体容纳容器1中的墨水4的液面L低于图7中所示的实线时，墨水4必须被再充入墨水容器1，首先，关闭与墨水供应口1B相连的墨水供应通道。然后，利用吸取口1C使负压通过气液分离膜2导入墨水容器1中。负压用于通过墨水再充入口1A使墨水从墨水再充入通道11吸取和再充入到墨水容器1。随着墨水被吸取和再充入，液面L逐渐升高。然后，当液面L升高到图7中由交替的长虚线和两个短虚线示出的位置并且墨水4与气液分离膜2接触时，墨水4的吸取和再充入自动停止。也就是说，由于气液分离膜2在阻止墨水4通过的同时允许来自墨水容器1的气体5通过，所以，当液面L到达气液分离膜2的位置时，墨水4的吸取和再充入自动停止。

这样，气液分离膜2可被用于将预定量的墨水4再充入墨水容器1中。

本实施例示出了一种结构，其中通过从墨水容器的外部减小墨水容器内的压力以在墨水容器的内部和外部之间形成压力差将气体除去的同时，充入墨水。然而，可通过对墨水容器的内部施加压力以在墨水容器的内部和外部之间形成压力差将气体除去的同时，充入墨水。

(其它实施例)

液体容纳容器被广泛地用作容器，其不但容纳墨水而且容纳各种液体中的任何一种。

另外，通过在液体容纳容器的内部和外部之间形成压力差(压力在容器的内部较低并且在容器的外部较高)，本发明可使气体通过气液分离膜从液体容纳容器的内部排出到液体容纳容器的外部。如在上述第一到第三实施例的情况，液体容纳容器中的开口可为通气口，该通气口允许气体通过气液分离膜从液体容纳容器排出，在该开口处可安装该气液分离膜。如在第四实施例的情况，该开口可为吸取口，该吸取口允许所需的负压通过气液分离膜吸取将要被导入的液体。或者，该开口可允许大气压通过气液分离膜作用在液体容纳容器的内部。

本发明还可用于液体供应装置，该液体供应装置包括与上述液体容纳容器的元件类似并且布置在液体供应通道中的元件，本发明还用于液体供应装置，该液体供应装置包括在液体供应通道中的上述开口。液体供应通道被用来将液体从液体再充入部供应到例如液体容纳容器部分或使用液体的喷墨打印头部分。如果在这样的液体供应通道中形成上述这样的开口，可提供在布置于上述开口处的气液分离膜的内部和外部之间必定形成压力差的配置。

参照优选实施例详细地说明了本发明，显而易见的是，在不脱离本发明的情况下，本领域的技术人员从上述内容可以在更广泛的范围内进行变化和修改，因此，权利要求旨在覆盖所有这些变化。

Claims (8)

1.一种液体容纳容器，其具有开口，在该开口处可设置气液分离膜，该气液分离膜限制液体通过而允许气体通过，

其特征在于，所述气液分离膜包括纤维状区域和环状成束区域，该纤维状区域包括纤维状部分，该环状成束区域使所述纤维状部分的端部成束，且该环状成束区域是封闭的，以包围所述纤维状区域。

2.根据权利要求1所述的液体容纳容器，其特征在于，所述纤维状部分具有至少0.1微米的平均厚度。

3.根据权利要求1所述的液体容纳容器，其特征在于，所述纤维状部分被基本上沿着一个方向排列。

4.根据权利要求1所述的液体容纳容器，其特征在于，所述气液分离膜的材料含有聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的液体容纳容器，其特征在于，形成压力差，使所述液体容纳容器外部的压力低于所述液体容纳容器内部的压力，以将留在所述液体容纳容器内的所述气体通过所述气液分离膜排出到所述外部。

6.根据权利要求3所述的液体容纳容器，进一步包括开口，该开口具有包括短轴和长轴的横截面，其中，位于所述开口处的所述气液分离膜中的纤维的方向基本上平行于所述开口的所述短轴方向。

7.根据权利要求1所述的液体容纳容器，其特征在于，所述液体容纳容器构成容纳液体墨水的墨盒。

8.一种液体供应装置，其在液体供应通道中具有开口，在该开口处可设置限制液体通过而允许气体通过的气液分离膜，

其特征在于，所述气液分离膜包括纤维状区域和环状成束区域，该纤维状区域包括纤维状部分，该环状成束区域使所述纤维状部分的端部成束，并且该环状成束区域是封闭的，以包围所述纤维状区域。

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