專利名稱：墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種負壓式防漏裝置，可應用于噴墨打印機的墨水匣的內(nèi)部；特別是涉及一種墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其防漏裝置能利用彈性負壓調(diào)節(jié)座本身的彈性力量，控制外界空氣通往墨水匣內(nèi)的進氣通道，使匣內(nèi)的負壓恒定維持于一可操作并又可防止墨水從噴墨打印頭里滲出的負壓范圍內(nèi)。
目前已有兩種被普遍采用的系統(tǒng)可使噴墨打印頭(print head)能依照一系列的控制指令噴射墨滴；其一為熱氣泡系統(tǒng)(thermal bubblesystem)，其二為壓電系統(tǒng)(piezoelectric system)。采用上述兩種系統(tǒng)的噴墨打印頭，都設有復數(shù)個微孔(orifice)，而每一微孔各有其相連的墨腔(ink chamber)。在操作中，墨水從儲墨匣導入噴墨打印頭的墨腔，然后從微孔中將墨滴噴向所噴印的目標表面。熱氣泡型態(tài)的噴墨打印頭，利用一薄膜電阻(thin-film resistor)對墨腔里的墨水加熱而使之瞬間汽化，并借由墨水汽化的膨脹力量迫使墨水從噴墨打印頭的微孔里噴出。壓電型態(tài)的噴墨打印頭則具有壓電元件(piezoelectricelement)可根據(jù)一是列的控制指令而動作，動作時壓電元件在噴墨打印頭里產(chǎn)生壓力波(pressure wave)，可迫使墨腔里定量的墨水從噴墨打印頭的微孔中噴出。
雖然上述兩種系統(tǒng)都可算是性能可靠且操作效率良好的噴墨打印頭設計，但卻都缺乏一種可在其靜止狀態(tài)防止墨水從微孔中滲出(permeating)的防滲漏措施。墨水如果從微孔里滲漏，將會使噴出的墨滴落點變得不準確，進而影響打印的品質(zhì)。為解決這一問題，必須在墨水匣內(nèi)維持一輕微負壓(slight underpressure)，使噴墨打印頭在暫?；蛲Ｖ箘幼鲿r，讓墨腔里的墨水不會從微孔里滲出。
下文中，所謂的負壓，是指墨水匣內(nèi)的壓力小于外界空氣(ambientair)壓力時的壓力差值。墨水匣內(nèi)必須維持足夠程度的負壓，才能避免墨水從噴墨打印頭里的微孔滲漏。但是如果負壓過大，將會抵消噴墨打印頭內(nèi)噴出墨滴的噴印動力，其可能的影響包括使噴出的墨滴尺寸無法維持穩(wěn)定或漸漸變小，使噴印的質(zhì)量變差，嚴重時甚至會使墨滴無法完全噴出。
為維持正常操作，負壓值必須經(jīng)常維持在一可操作的范圍內(nèi)(operating range)。也就是說，負壓必須使之大于可防止墨水從噴墨打印頭滲漏的壓力值，同時，又必須小于可能妨礙噴印的壓力值。為了同時滿足上述條件，針對各種不同等級的產(chǎn)品要求，目前已有許同不同的技術。
例如，約翰·迪恩(John H.Dion)等人提出的“放寬噴墨水匣的可操作環(huán)境條件的方法與裝置(Method And Apparatus For Extending TheEnvironmental Operating Range Of An Ink Jet Print Cartridge)”美國專利第4,992,802號，采用兩個壓力控制機構以維持墨水匣內(nèi)的負壓，其中第一壓力控制機構用以控制補氣或補墨的流量，第二壓力控制機構用以控制儲墨的容積，借助上述機構作用，可共同維持一墨水匣內(nèi)的負壓在一可正常范圍內(nèi)操作。
迪恩等人的發(fā)明，雖然能合理地控制墨水匣內(nèi)的負壓，但其構造卻略嫌復雜，而且比較浪費墨水匣內(nèi)儲存墨水的空間。相比之下，結構比較簡單的，有詹姆斯 帕樂雪客(James E.Poll acek)等人所提出的“噴印筆的調(diào)節(jié)器(Regulator For Ink-jet Pens)”美國專利第5,040,002號。該專利直接在儲墨水匣上開設通氣孔，又在通氣孔上設一金屬閥座，利用磁力使閥門一直關閉，直到匣內(nèi)的負壓大到使外界的空氣壓力足以沖開閥門時才補進外面的空氣，隨后磁力又將使閥門緊密，繼續(xù)保持氣密以維持匣內(nèi)的負壓。借由上述機理，使墨水匣內(nèi)的負壓可被靈敏地維持在一既定的范圍內(nèi)操作。
此種利用磁力閥門來控制補氣通道的墨水匣構造，其構造雖然遠比迪恩等人的發(fā)明簡單，但是萬一此種產(chǎn)品在運送過程中不慎接近強力磁場，則金屬閥座與閥門的磁力將會受到改變。如此一來，其負壓的設定范圍便無法準確地控制，故會連帶地影響產(chǎn)品的打印及品質(zhì)。
本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的一種墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，設于一噴墨筆的墨水匣內(nèi)，該噴墨筆包括噴墨打印頭及墨水匣等兩部分，其關鍵在于墨水匣的一面設有通氣孔，并包括一彈性座體，具有彈性而與該墨水匣的內(nèi)表面相接，并且又與該通氣孔相通；以及一氣密材料，裝置在彈性座體里面，借由該彈性座體的彈性產(chǎn)生頂緊之力，使該氣密材料偏向封堵該通氣孔的位置。
本發(fā)明的上述目的也可以是這樣實現(xiàn)的一種墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，設于一噴墨筆的墨水匣內(nèi)，該噴墨筆包括噴墨打印頭及墨水匣等兩部分，其關鍵在于墨水匣的一面設有通氣孔，并包括一彈性座體，具有彈性而與該墨水匣的內(nèi)表面相接，并且又與該通氣孔相通；一氣袋，設于該墨水匣內(nèi)，與該彈性座體相通，當外界空氣進入該氣袋時，可使該氣袋隨之膨脹而升高該墨水匣內(nèi)的墨水液位，并縮小該墨水匣內(nèi)原有的空氣的容積空間；以及一氣密材料，裝置在彈性座體里面，借由該彈性座體的彈性產(chǎn)生頂緊之力，使該氣密材料偏向封堵該通氣孔的位置。
由此可見，本發(fā)明所提供的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，可在墨水匣上設一通氣孔及一負壓調(diào)節(jié)座；該負壓調(diào)節(jié)座包括一具有彈性的彈性座體及一氣密材料，利用彈性座體本身的材料變形而產(chǎn)生力量來頂緊該氣密材料，借以封堵該通氣孔。在持續(xù)噴墨打印的操作中，墨水匣內(nèi)的墨水液位逐漸消耗降低，由于有氣密材料封堵了通氣孔，故使外界空氣無法補入，因此匣內(nèi)空氣的容積便因墨水液位降低而漸漸變大。根據(jù)波義爾與查理定律(Boyle’s and Charles’laws)可以理解在不考慮溫度變化的情況下，當氣體的質(zhì)量不變(因無外界的空氣補入，故墨水匣內(nèi)的氣體質(zhì)量將維持不變)，氣體若體積變大，則其壓力將隨之減小。因此當打印頭持續(xù)打印消耗墨水時，匣內(nèi)的負壓將持續(xù)地增加。當負壓接近可操作范圍的臨界值(Critical VaIue，例如-10公分·水柱壓力)時，使彈性座頂緊氣密材料的力量剛好與大氣壓力作用在彈性座上的力量平衡；因此，當負壓再繼續(xù)增加時，氣密材料會被大氣壓力輕微推開，讓微量的空氣流入墨水匣內(nèi)，使匣內(nèi)的負壓又回復到可操作的范圍內(nèi)。
此時因匣內(nèi)的負壓減小，彈簧或彈性材料的力量又會立即將閥門關閉，切斷外界空氣進入的路徑而繼續(xù)保持匣內(nèi)的負壓狀態(tài)。


圖11為本發(fā)明第五實施例的另一可行的結構變化。
如圖1所示，應用本發(fā)明的噴印筆可包括一墨水匣10及一噴墨打印頭20組合而成。噴墨打印頭20具有若干個微孔21，利用軟性電極板22接收控制信號，根據(jù)所輸入的一系列的信號，可使不同的微孔21依據(jù)指令噴出墨滴于噴印的目標物上。
該噴墨打印頭20可采用熱氣泡系統(tǒng)(thermal bubble system)或壓電系統(tǒng)(piezoelectric system)的其中任何一種。無論采用上述哪一種系統(tǒng)的噴墨打印頭20，其內(nèi)部每一微孔21都分別各有與之相連的墨腔(inkchamber)。在噴墨的操作中，墨水30從墨水匣10導入噴墨打印頭20的墨腔(已知構造，未圖示)，然后從微孔21中將墨滴噴向所噴印的目標表面。若是采用熱氣泡型態(tài)的噴墨打印頭，則噴墨打印頭20里面會有一薄膜電阻(thin-film resistor)(已知元件，未圖示)對墨腔里的墨水30加熱而使之瞬間汽化，并借由墨水汽化的膨脹力量迫使墨水30從噴墨打印頭20的微孔里噴出。若選擇采用壓電型態(tài)的噴墨打印頭，則噴墨打印頭20應設有壓電元件(piezoelectric element)，使之根據(jù)軟性電極板22所接收的控制信號動作，動作時使壓電元件在噴墨打印頭里產(chǎn)生壓力波(pressure wave)，而迫使墨腔里定量的墨水30隨之從噴墨打印頭20的微孔21中噴出。
第一實施例如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，在墨水匣10上設通氣孔12，墨水匣10內(nèi)側固定一彈性座體11。彈性座體11可為一金屬簧片或具有伸縮彈性的材料制成，在其中央連接一氣密“O”型環(huán)13。該彈性座體11產(chǎn)生一頂緊的力量，使氣密“O”型環(huán)13封堵通氣孔12周圍而達到氣密效果。此時大氣壓力作用在氣密“O”型環(huán)13中間區(qū)域范圍內(nèi)的彈性座體11上，當墨水匣10在噴墨打印中逐漸消耗墨水時，由于墨水液位降低而漸漸增加負壓，最后會使大氣壓力對彈性座體11的作用力與彈性座體11頂緊氣密“O”型環(huán)13的力量達到一平衡狀態(tài)。該平衡點，通常設在一可操作負壓范圍的臨界值，例如墨水匣10內(nèi)部壓力與外界大氣壓力的壓差介于9～11公分·水柱壓力，較為理想的是，可設定于10公分·水柱壓力。
如圖3所示，當負壓再繼續(xù)增加，大氣壓力勝過彈性座體11的頂緊力量，氣密“O”型環(huán)13將被推開，使微量的空氣通過彈性座體11上的氣孔14進入墨水匣10內(nèi)。由于空氣進入以后，墨水匣10內(nèi)的空氣質(zhì)量增加，因此負壓隨之減少。負壓減少之后，墨水匣10內(nèi)的空氣壓力抵消部分大氣壓力的作用力，將使彈性座體11的頂緊力量再度勝過大氣壓力，而又頂緊氣密“O”型環(huán)13，外界的空氣便因氣密“O”型環(huán)13的封堵而停止進入墨水匣10內(nèi)。
第二實施例如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，又可在墨水匣10上設通氣孔12，墨水匣10內(nèi)側固定一彈性座體11。彈性座體11可為一金屬簧片或具有伸縮彈性的材料制成，在其中央連接一錐形或蛋頭型氣密材料15。該彈性座體11產(chǎn)生一頂緊的力量，使錐形或蛋頭型氣密材料15封堵通氣孔12而達到氣密效果。此時大氣壓力作用在錐形或蛋頭型氣密材料15上，當墨水匣10在噴墨打印中逐漸消耗墨水時，由于墨水液位降低而漸漸增加負壓，最后會使大氣壓力對錐形或蛋頭型氣密材料15的作用力與彈性座體11的頂緊力量達到一平衡狀態(tài)。該平衡點，通常設在一可操作負壓范圍的臨界值，例如墨水匣10內(nèi)部壓力與外界大氣壓力的壓差介于9～11公分·水柱壓力，較為理想的是，可設定于10公分·水柱壓力。
如圖5所示，當負壓再繼續(xù)增加，大氣壓力勝過彈性座體11的頂緊力量，錐形或蛋頭型氣密材料15將被推開，使微量的空氣通過彈性座體11上的氣孔14進入墨水匣10內(nèi)。由于空氣進入以后，墨水匣10內(nèi)的空氣質(zhì)量增加，因此負壓隨之減少。負壓減少之后，墨水匣10內(nèi)的空氣壓力抵銷部分大氣壓力的作用力，將使彈性座體11的頂緊力量再度勝過大氣壓力，而又頂緊氣密“O”型環(huán)13，通氣孔12便又被重新封堵，使墨水匣10內(nèi)的負壓得以被保持在一可操作的范圍內(nèi)。
使氣孔14封閉的目的在于切斷外界空氣進入墨水匣10內(nèi)的路徑。因此若使用其他形狀的氣密塊取代該錐形或蛋頭型氣密材料15，將也屬可行的同等替代元件。
第三實施例較為理想的是，第一實施例的負壓調(diào)節(jié)座結構可再作如圖6所示的修改變化。在前述第一實施例的結構中再增加一氣袋40。
如圖7所示，當負壓繼續(xù)增加，大氣壓力勝過彈性座體11的頂緊力量時，氣密“O”型環(huán)13被推開，使微量的空氣通過彈性座體11上的氣孔14進入氣袋40，氣袋40膨脹，以占據(jù)匣內(nèi)的空氣容積空間及填補耗減的墨水30原先所占有的容積空間。由于空氣未直接進入墨水匣內(nèi)與原有的空氣相混，因此原有的空氣質(zhì)量不變，在其容積縮小的情況下，將使墨水匣內(nèi)的壓力上升，而導致其負壓值回到既定的可操作的負壓范圍內(nèi)。由于匣內(nèi)負壓減少，因此彈性座體11又可立刻頂回氣密“O”型環(huán)13，使通氣孔12立刻再度被封閉。
第四實施例

另一較佳實施例，可在第二實施例的負壓調(diào)節(jié)座結構作如圖8所示的變化。也即，在前述第二實施例的結構中另增加一氣袋40。
如圖9所示，當負壓繼續(xù)增加，大氣壓力勝過彈性座體11的頂緊力量時，錐形或蛋頭型氣密材料15被推開，使微量的空氣通過彈性座體11上的氣孔14進入氣袋40，氣袋40膨脹，而使匣內(nèi)的墨水液位31上升，同時并占據(jù)匣內(nèi)的空氣容積空間。由于空氣未直接進入墨水匣內(nèi)與原有的空氣相混，因此原有的空氣質(zhì)量不變，在其容積縮小的情況下，將使內(nèi)部的壓力上升，而使其負壓值回到既定的可操作的負壓范圍內(nèi)。由于匣內(nèi)負壓減少，因此彈性座體11又可立刻頂回錐形或蛋頭型氣密材料15，使通氣孔12立刻再度被封閉。
使通氣孔12封閉的目的在于切斷外界空氣進入氣袋40的路徑。因此若使用其他形狀的氣密塊取代該錐形或蛋頭型氣密材料15，將也屬可行的同等替代元件。
第五實施例如圖10或圖11所示，在一墨水匣50里，利用一彈簧片51固定在墨水匣50的內(nèi)部，在其未端則連接一錐形或蛋頭型氣密材料53，借以堵住墨水匣50上的通氣孔52。
在以上所述各實施例的結構中，均可另行增加一墨水袋。如圖10所示的結構為例，當墨水袋54因墨水消耗而縮小，導致匣內(nèi)的負壓因空氣容積空間增加而增加，最后在負壓與大氣壓力的合力勝過彈簧片51的力量時，錐形或蛋頭型氣密材料53將被推開，使微量的空氣通過通氣孔52進入墨水匣50內(nèi)，使其負壓值回到既定的可操作的負壓范圍內(nèi)。由于匣內(nèi)負壓減少，因此彈簧片51又可立刻推回錐形或蛋頭型氣密材料53，使通氣孔52立刻再度被封閉。
雖然本發(fā)明已以較佳的實施例公開如上，但其目的并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本發(fā)明的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當有能力作某些等效的設計與潤飾，例如，用鋼珠或其他形狀的氣密材料代替上述的錐形或蛋頭型氣密材料15，對熟悉本發(fā)明的普通技術人員而言，這些簡單的改變應該無需一一繪圖舉例說明，本發(fā)明將不放棄主張這些等效設計的權利。因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所確定的范圍，及根據(jù)該范圍由一般等同論解釋所及的內(nèi)容為準。
權利要求
1.一種墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，設于一噴墨筆的墨水匣內(nèi)，該噴墨筆包括噴墨打印頭及墨水匣等兩部分，其特征在于墨水匣的一面設有通氣孔，并包括一彈性座體，具有彈性而與該墨水匣的內(nèi)表面相接，并且又與該通氣孔相通；以及一氣密材料，裝置在彈性座體里面，借由該彈性座體的彈性產(chǎn)生頂緊之力，使該氣密材料偏向封堵該通氣孔的位置。
2.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體為一金屬簧片。
3.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體是由塑料制成。
4.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體是由橡膠制成。
5.如權利要求l所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的氣密材料為一環(huán)體。
6.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的氣密材料為一具有氣密功能的“O”型環(huán)。
7.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的氣密材料為一錐形或蛋頭型。
8.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體具有氣孔，可供空氣從該氣孔流入該墨水匣內(nèi)。
9.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體的頂緊之力，在該墨水匣內(nèi)、外的壓力差到達10公分·水柱壓力(cm·H2O)時，與大氣壓力作用于該彈性座體的力量平衡。
10.如權利要求1所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的噴墨打印頭與一墨水袋相連。
11.一種墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，設于一噴墨筆的墨水匣內(nèi)，該噴墨筆包括噴墨打印頭及墨水匣等兩部分，其特征在于墨水匣的一面設有通氣孔，并包括一彈性座體，具有彈性而與該墨水匣的內(nèi)表面相接，并且又與該通氣孔相通；一氣袋，設于該墨水匣內(nèi)，與該彈性座體相通，當外界空氣進入該氣袋時，可使該氣袋隨之膨脹而升高該墨水匣內(nèi)的墨水液位，并縮小該墨水匣內(nèi)原有的空氣的容積空間；以及一氣密材料，裝置在彈性座體里面，借由該彈性座體的彈性產(chǎn)生頂緊之力，使該氣密材料偏向封堵該通氣孔的位置。
12.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體為一金屬簧片。
13.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體是由塑料制成。
14.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體是由橡膠制成。
15.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的氣密材料為一環(huán)體。
16.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的氣密材料為一具有氣密功能的“O”型環(huán)。
17.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的氣密材料為一錐形或蛋頭型。
18.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體具有氣孔，可供空氣從該氣孔流入該氣袋內(nèi)，而使該氣袋隨之膨脹。
19.如權利要求11所述的墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，其特征在于所述的彈性座體的頂緊之力，在該墨水匣內(nèi)、外的壓力差到達10公分·水柱壓力(cm·H2O)時，與大氣壓力作用于該彈性座體的力量平衡。
全文摘要
一種墨水匣的彈性負壓調(diào)節(jié)座，在墨水匣設一通氣孔與外界大氣相通，并連接一具有彈性的彈性座體，而在座體內(nèi)可裝置氣密元件，借由彈性座體的提供的彈力，頂緊該氣密元件使能緊密地封堵通氣孔，而使外界的空氣完全無法進入墨水匣內(nèi)。在操作中，當墨水匣內(nèi)的墨水液位逐漸在噴印的操作中消耗降低，由于閥門密閉使外界空氣無法補入時，匣內(nèi)的負壓將持續(xù)地增加。當負壓增加到一定程度時，氣密元件會被大氣壓力輕微推開，使微量的空氣流入匣內(nèi)，并使負壓又回復到可操作的范圍內(nèi)。此時因匣內(nèi)、外的壓差減小，彈性座體又頂緊氣密元件，使墨水匣的通氣孔又停止進氣，借以繼續(xù)保持匣內(nèi)的負壓狀態(tài)。
文檔編號B41J2/175GK1401490SQ01130638
公開日2003年3月12日 申請日期2001年8月16日 優(yōu)先權日2001年8月16日
發(fā)明者周景瑜, 陳文忠 申請人:飛赫科技股份有限公司