供墨卡匣的制作方法

专利名称：供墨卡匣的制作方法
专利说明供墨卡匣 本发明有关一种喷墨打印机的供墨卡匣。在信息爆炸，电脑系统广泛使用的时代中，非但电脑本身的使用大量激增，其品质与处理速度也同时受到严格的要求。而且与电脑相互配合的所有辅助设施也同时受到此趋势的影响不但各式各样的辅助设施纷纷推陈出新，其功能与品质也日渐革新改进。在所有常见的电脑设备中，最普遍与常见者当推打印机，打印机也渐渐成为所有电脑使用者所不可缺少的配备装置。
由市场上打印机的沿革演进历史来看，依照一般的使用来分类，打印机大致可分为三种早期的点矩阵打印机、后来的喷墨式打印机、以及最后的激光打印机。点矩阵打印机虽然价格便宜，然而其打印速度缓慢、打印品质不佳却成为其致命伤，以致于无法与喷墨或激光打印机在市场上互相竞争，因而目今已少有人使用。现下市面上多使用喷墨或激光打印机，所述二者两相比较的下各有优劣其一，喷墨打印机价格较为低廉，激光印打印机价格较为高昂，此为喷墨打印机所占优势之处；其二，喷墨打印机的打印品质较低，而激光打印机的打印品质较高，此为激光打印机所占优势之处。
由于喷墨打印机虽然相对于激光打印机而言占有价格的优势，但其打印品质相对的寡劣往往使其在高要求打印品质的应用场合上渐渐失其竞争力。一般来说，喷墨打印机非但有墨水扩散的弊病，且其因为采用流体为其打印材料，因而流体的许多自然缺陷便同时成为其打印品质的杀手。例如流体型态的不可固定性(nonrigid body)，流动的不顺畅，流体内含有气泡以及流体黏滞系数过小以致于流动方向控制不易等所造成的影响。
喷墨打印机供墨卡匣最原始的现有技术是将墨水直接填充于供墨卡匣中，也即在供墨卡匣的容器空间中只单单容纳墨水一种物质，此外别无其他。之后由于此种技术几乎完全暴露上述喷墨打印机的缺点，也就是流体的不易控制性(Uncontrollable)所衍生出来的弊端在此原始的供墨卡匣技术中表露无遗。随后虽然针对此点，新的设计不断有所改进，然而却无法完全避免流体难以控制所带来的问题。下面简略介绍本技术领域的现有技术状况一、现有技术(一)如前所述，喷墨打印机供墨卡匣最原始的现有技术是在供墨卡匣的容器结构空间内直接将墨水灌注填充于其中，如

图1所示。图1显示的是一个简易供墨卡匣的示意图，其中N代表喷墨头也就是墨水所由喷出的装置，而S1则表示所述供墨卡匣用以容纳墨水的空间，也就是用来填充墨水的地方。
此种现有技术虽然毫无创意，但是甚为简便，成本低廉，然而此种技术确将上述流体的缺点完全暴露出来。因为喷墨头位于下方，导致整个供墨卡匣在下方(就是喷墨头处)开了一个供墨孔，加上万有引力导致水往低处流的因素，供墨卡匣里头的墨水便有向下泄漏的趋势。于是要防止墨水向下流出，唯一所凭借的就只有流体的“表面张力”了。只有流体在喷墨头处的表面张力与液压达成力平衡状态方能阻止墨水的外漏。
然而就一般而言，液体的表面张力均不甚大，因此如欲以表面张力承受墨水在喷墨头处的液压，势必对针喷墨孔的纵深及直径、墨水的黏滞系数及表面张力、剩余墨水的重量及高度等因素加以设计，通过精密的计算来选择所有的参数以达到最佳化。
不过因为液体的表面张力实在太小，其在力平衡方程式中所具影响力相对于其他因素而言不大的情况下，导致上述任何一项参数如果有稍许的变化，很可能会打破力平衡，导致液体的表面张力承受不了压力而造成打印机墨水外漏的情况。因此所有可能影响力平衡的因素在墨水不断使用的过程的中都需加以精密的设计与控制。然而影响变化的因素为数不少且有些难以控制，例如墨水在不断使用中造成液压的变化；温度、墨水组成成分以及溶液杂质对黏滞系数、表面张力的影响；以及供墨卡匣中空气压力以及当地大气压力种种的影响不但难以控制，而且在其于力平衡方程式中影响力远大于流体表面张力的情况下，任何一变因的少许变化都会轻易打破力平衡方程式，此种精密流体机械控制领域的技术不但花费甚高，且诚属困难不易达到。
二、现有技术(二)根据现有技术(一)加以改进，是在供墨卡匣的结构空间内装入具吸水力的材料(如海绵)，如图2所示。此种改进相对于现有技术(一)而言，虽然可以对墨水外漏的缺点加以弥补，然而却会发生无法完全用尽所有填充墨水的弊病。
如图2所示，当供墨卡匣中填充海绵后，由于海绵具有强大的吸水力，可以将墨水紧紧吸附在供墨卡匣中，防止墨水下向外漏，减轻表面张力在此方面的负担。因此，在力平衡方程式中，防止墨水外漏的力不只有墨水的表面张力，另外增加了海绵的吸附能力，且海棉的吸附力在计算上其级数大于墨水的表面张力，因此，在现有技术(一)中许多足以影响平衡又难以控制的因素即使有稍微的变化，也不致轻易破坏力平衡。在此情况下，通过海绵提供的吸附力，供墨卡匣中的墨水便不致轻易外漏，可以免除掉所述打印机漏水的缺点，此即为所述技术最大的功效。
然而由因供墨卡匣中的容量空间有限，因此如果填充海绵于内，则可以灌注的墨水量便减少了。而且，由于海绵等吸水材料具有吸附力，因此在墨水即将用完之际，会有部份的墨水因重力效应无法克服海绵吸附力而被保持在卡匣内，导致此无法利用的墨水于是便浪费掉了。例如原先可以填充40g墨水的空间，在装入海绵后被占据掉部份的空间，因而往往只能填充30g左右的墨水量，但此30g的墨水又由于海绵吸附力的效应，导致会有6-7g左右的墨水无法使用，因此原先理论上能够利用40g的墨水，事实上真正利用到的只有23-24g而已，在空间及墨水的利用上甚为可惜。
此外，供墨不顺也为本技术的致命伤。由于海绵不但具有吸水力，且由于其组织结构松散，非但墨水即便空气等都会被吸附。因此，海绵在供墨卡匣供墨的同时，会在其内残留大小气泡，若气泡无法顺利排出，则在打印时，遇有气泡便会导致墨水供应不顺畅，而导致打印中断或是打印颜色深浅不一，导致打印品质降低。
最后，因此技术欲将海绵放置于供墨卡匣内，且海绵材质与墨水特性息息相关，其制程复杂，制造品质不易控制，导致生产技术困难，费用也随的大幅度提升。
本技术虽然能够克服墨水外漏的缺点；然而由于无法充分利用供墨卡匣的空间以及所有填充的墨水，打印品质降低以及制程复杂等却成为此技术的最大弊病，因而实非一良好实用的技术。
三、现有技术(三)现有技术(一)虽然能够充分利用供墨卡匣的空间以及所填充的墨水，然而会有漏水的缺点；现有技术(二)虽然克服了漏水的缺点，然却无法充分利用供墨卡匣的空间以及所填充的墨水，此二者各有所偏，此技术为改进前述现有技术(一)及(二)的缺点而结合所述二者的技术而成，旨在求取上述二者中间的一个平衡点。
如图3所示，本技术将供墨卡匣内的空间分成S31与S32两部份，S31的部份采用现有技术(一)的模式，S32采用现有技术(二)的模式，也就是说，S31的空间只用来填充墨水，而S32的空间则除了墨水外，另外装填了海绵等吸水材料。
S31只用来填充墨水，而不置入海绵的结果，是撷取现有技术(一)的优点，摒除现有技术(二)的缺点；其在结构位置上与喷墨打印头N并不直接相连接，也摒除现有技术(一)的缺点，而撷取现有技术(二)的优点。换句话说，由于S31不填充海绵，则可以达到充分利用所述空间与其所填充墨水的优点。此外，由于S31的空间不与喷墨打印头N直接相连接，也不会发生墨水外漏的缺点。
而S32除墨水外，也填充海绵于内，且在结构位置上与喷墨打印头N直接相连接，是撷取现有技术(二)的优点，摒除现有技术(一)的缺点。换句话说，S32填充海绵于内，且在结构位置上与喷墨打印头N直接相连接，可以避免墨水外漏。
此技术结合前二现有技术的优点，在其中取得一平衡点，然而采用此模式无论如何有其极限。为了避免墨水外漏，海绵的填充量或有多有少，然而不可能完全没有，而只要有海绵填充于其中，终究会发生现有技术(二)无法完全利用供墨卡匣的空间以及其所填充的墨水。另外为避免墨水外漏的情形发生，海绵的填充区必要与喷墨打印头N相连接，也因为如此，使海绵中的气泡会导致打印时供墨不顺，有细白纹现象产生，而降低打印品质等缺点无法完全根除。
上述三种现有技术除有已说明的诸般缺点外，还有一个无法克服的共同缺点。因供墨卡匣在墨水逐渐用完的过程中，由于墨水逐渐消耗，墨水水位渐渐降低，供墨卡匣的上端也会逐渐腾出空间。此空间如果保持为一控制质量系统(control mass system)，则在气体(空气)无法补充的结果，根据理想气体方程式PV＝nRT (1)其中P压力V体积n气体莫耳数R气体常数T温度此时气体总莫耳数(n)、气体常数(R)、与温度(T)皆保持固定，而在墨水逐渐使用的过程中，所述控制质量系统(control mass system)的体积(V)会逐渐变大，根据上开方程式(1)，此时气体的压力(P)会逐渐变小。
据上述推论可知，在墨水逐渐用完的过程中，供墨卡匣上方空间中的气体压力会逐渐变小，换句话说，在原本所述空间压力就小于一大气压(负压力)的状况下，由于所述空间的压力渐渐变小，导致所述空间与外界(一大气压)的压力差越来越大。在力平衡方程式中，所述压力差(外界压力大于内部压力)会阻止墨水向下流出，换言之，所述压力差越大，对墨水吸力愈大，墨水愈不易流出。
由于喷墨打印机会有漏墨的弊病，因此借助外界压力大于内部压力产生的吸力，可以增加阻止墨水外漏的力量，此为设计时所需考虑的利多因素。然而如果供墨卡匣上方空间一直没有气体加入，即保持控制质量(control mass)，则所述空间与外界压力差愈来愈大的结果，其吸力将会大到墨水完全无法流出，致使供墨卡匣无法使用。
因此，供墨卡匣上方空间的气体补充是必不可少的，然而为了不使所述空间的压力增大到与外界压力相同，及为了使内部一直保持负压力，所以对于外界气体要进入所述空间必须设有阻力，而所述阻力恰等于外界压力与所设计的所述空间压力差。例如在现有技术(三)供墨卡匣空间S32的上端开一小孔H31，通过此处来使外界空气进入S32，接着通过H32与S31，来到S33以增加其压力，此时S32中的墨水与海绵，以及S31中的墨水俱成为维持设计者所欲的内外压力差的阻力。
然而为保持所述阻力以维持设计者所欲的内外压力差，气体由外界进入供墨卡匣的速度便不可太快。然而当打印工作增多时，墨水在同一时间大量消耗，此时供墨卡匣中的墨水水位将快速下降。在此情况下，由于墨水迅速消耗，内部空间同时迅速增加，在压力与体积成反比的前提下，内部压力同时迅速降低。此时，由于空气进入供墨卡匣受有阻力，使外界空气无法迅速补充所减少的压力，这时候内外压力差便会增强到有足够力量阻止墨水的流出或使其流出不顺造成打印中断或者打印墨水浓度不够导致打印品质下降。据上所述，因目前所有的现有技术若非有漏墨的缺点，便是不能充分利用供墨卡匣空间与所有填充墨水，或因供墨不顺导致打印中断以及降低打印品质。而且，为保持设计者所欲的内压力差，因而在气体进入供墨卡匣的时设有阻力，这样虽可有效维持设计者所欲的内压力差，然而却使气体的补充速度同时变得缓慢，导致在大量打印时，墨水大量消耗，内外压力差在同一时间迅速增加。此时缓慢补充的气体无法即时回复内部的压力，导致墨水不易流出而降低打印品质。种种现行现有技术的弊病需要有效克服。
本发明的目的是提供一种供墨卡匣，可充分利用其空间以大幅增加含墨量并充分利用每一滴灌注于其中的墨水，以及使墨水供应顺畅并在在大量打印时维持供墨顺畅以保持打印品质。
为实现上述目的，本发明的供墨卡匣，由一壳体界定其含墨容量且具有与喷墨头连结的供墨口，其特点是，还包括一第一气阀，位于所述壳体下方且具有第一物质；一第二气阀，连接所述壳体的气孔并具有可线性位移的第二物质；由所述供墨口供应墨水所形成的所述壳体内外部压力差，通过所述第一物质提供外部气体进入所述壳体内部，且由所述第二物质的线性位移调节所述壳体内外部的压力平衡。
本发明采用双气阀控制方式，其方式是以第一气阀补充空气以维持内部压力，另第二气阀用以调节供墨卡匣内墨水高度，使空气还来不及进入供墨卡匣内时，通过第二气阀来提升内部的压力，以达到供墨水顺畅的目的。本发明的供墨卡匣内部并不置入海绵等吸水材料，因此能够充分利用供墨卡匣的空间以增加含墨量及墨水使用量。此外在墨水供墨的过程中，尤其在大量打印时，供墨卡匣内部压力迅速降低，导致以喷墨头为基准的内外压力差过大，而使墨水受到强大吸力不易流出时，本发明可以通过调节浮球23的下降来提升墨水匣的液面高度，进而增加卡匣的内部压力(气体压力与墨水液压均增加)，来迅速达到平衡，保持以喷墨头为基准的供墨卡匣内外压力的平衡，消除供墨不顺以及打印品质下降的缺点。图1是现有技术(一)的示意图；图2是现有技术(二)的示意图；图3是现有技术(三)的示意图；图4是本发明供墨卡匣内外达到压力平衡的示意图；图5是本发明供墨卡匣在打印后，墨水液高下降而双气阀控制机构尚未作动时的示意图；图6是本发明供墨卡匣在打印后墨水液高下降经双气阀控制机构作动而达到另一平衡状态的示意图；图7是本发明供墨卡匣另一实施例的结构示意图。本发明在供墨卡匣中利用双气阀控制机构来实现本发明的目的，所述双气阀控制机构是以一补充压力气阀及一调节压力气阀相互配合使用。本发明采用补充压力气阀的功用仍用来提供空气进入供墨卡匣的通道，通过增加其内部空气的分子数目来增加内部压力；而本发明采用调节压力气阀的功用是用来调节所述补充压力气阀以克服补充压力速度缓慢的缺点。
首先参考图4它显示本发明供墨卡匣内外达到压力平衡的示意图。本发明的供墨卡匣1包括一双气阀控制机构，所述双气阀控制机构是由一补充压力气阀10及一调节压力气阀20所组成。补充压力气阀10在供墨卡匣1的含墨空间中位于下方的位置。在较佳实施例中，所述补充气阀10最好位于含墨空间的底层，其结构是通过一浮球11控制气体进入供墨卡匣1的含墨空间中，且浮球11与墨水4间设有滤网12。另一调节压力气阀20是设在供墨卡匣1内部的含墨空间，其结构是形成具有不同内径的中空细管构件，所述细管构件的具有较小内径部份21与外部空气相通，即供墨卡匣1设有气孔2与所述较小内径部份21连接相通，而细管构件的具有较大内径部份22处于含墨空间中，且所述部份22内部设有一浮球23，所述浮球23在较大内径部份22中可在一预设范围内进行线性位移，这样的结构设计使调节压力气阀20的中空细管构件一端与外部空气相通，而另一端与含墨空间相通，且浮球23是介于细管构件中的空气与墨水之间。此外，中空细管构件的下方开口也设有滤网12。
继续参考图4，供墨卡匣1内部空间设有一双气阀控制机构，与双气阀相通的外界压力P0约为1大气压(atm)，而喷嘴片3位于供墨卡匣1的供墨口下方。当供墨卡匣1处于起始状态时，含墨空间中含有比重ρ的墨水4且起始的墨水液高假设为h1，此外，起始的供墨卡匣1内部形成有气体体积V1的气压值P1，而喷嘴片3上数个喷嘴的墨水所形成的表面张力造成一合力为PC。
当供墨卡匣1未操作使用时，起始值压力保持平衡，即供墨卡匣1内外的压力达到平衡，而这平衡状态可由下式(1)来表达P0+PC＝P1+h1ρ(1)在本发明的实施例中，供墨卡匣1的外部压力系P0+P，内部压力为P1+h1ρ，当两者压力相等时，则供墨卡匣1内部的墨水4得以保持在所述卡匣1中。
请参考图5，显示本发明供墨卡匣在打印后，墨水液高下降而双气阀控制机构尚未作动时的示意图。当墨水量因为喷墨打印机开始打印后而减少时，墨水4在供墨卡匣1内部的液高便由h1下降至h2，而起始含墨空间上方的气体体积V1为一密封空间，随着墨水液高的下降使所述气体体积变大为V2，即表示供墨卡匣内部的气压值下降为P2，此是为了满足波以尔定律，可由下列方程式(2)加以表示P1V1＝P2V2因此，此时供墨卡匣1内外部形成压力差，而造成下列不等式(3)成立P0+PC＞P2+h2ρ(3)接着参考图6，它是显示本发明供墨卡匣在打印后墨水液高下降经双气阀控制机构作动而达到另一平衡状态的示意图。当供墨卡匣1的内部形成压力差时，双气阀控制机构即产生作动调整内外部的压力差值。补充压力气阀10通过浮球11的控制可使气泡进入到含墨空间中，到达墨水4上方的气体空间V2，而增加内部的气压值。在本发明的实施例中，浮球11的大小可通过精密计算其周围隙缝而获得，并使其达到外部气体可通过浮球11的周围隙缝进入供墨卡匣1的内部，而墨水4并不致于泄漏的效果。然而，实际上，通过补充压力气阀10补充气体的速度较为缓慢，且配合调节压力气阀20的作动，将使补充气体的过程中，墨水4可被保持在含墨空间中而不致泄漏。
就在补充压力气阀10进行气体补充的同时，调节压力气阀20也产生相对的作动。当供墨卡匣1的内外部压力处不等式(3)的状态时，如上所述补充压力气阀10便会进行气体补充的功能，然而，若是仅仅靠气泡的补充来恢复压力平衡状态，将可能使供墨卡匣1在不等式(3)的状态下造成供墨不顺的现象，因为内外部的间压力差到达某一程度，将会抑制供墨流量。
因此，调节压力气阀20将可通过浮球23的位移，而迅速调节压力差，使喷嘴片3可以顺畅地喷出墨水4。所述浮球23的作动在于不等式(3)的压力差形成时，便自动调节在细管构件的较大内径部份22中的位置，所以随着打印过程中墨水液高的下降将使浮球23的位置逐渐往下调整，使得供墨状态保持顺畅，并且在喷墨打印机停止打印后，双气阀控制机构可以作动到另一压力平衡状态，而这平衡状态将可由下式(4)来表达P0+PC＝P3+h3ρ (4)在了解本发明的详细说明后，可在不脱本发明的精神的前提下进行各种变化与改变，例如图7所示，在补充压力气阀10的结构上，可在壳体表面形成一气道5连接外部空气与补充压力气阀10，借以使其补充气体时有不同的功效，或者调节压力气阀20的构造可直接由中空细管构件组成，排除使用浮球23，则在供墨卡匣1形成内外压力差时，仍可通过外部气压P0直接调节所述中空细构件中的液面高度以达到迅速调节压力差的功能；再者，任何取代浮球23功能的构件，如活塞或类似的结构等，而借着外部气压P0以获得迅速调节卡匣内外压力差的功效，均可视为本发明的调节压力气阀的均等功效。
本发明利用两气阀来帮助本发明在墨水打印的过程中迅速达到平衡状态，重点在利用一补充压力气阀10补充气体的方式来增加供墨卡匣内的压力，且另外以一调节压力气阀20迅速调节内外压力差。由于补充压力气阀10补充气体的速度过慢，导致在使用墨水的过程中，尤其是大量打印的时候，补充压力气阀10无法迅速补充供墨卡匣内的压力，使得供墨卡匣内的压力差过大，导致墨水不易流出，而产生细纹现象造成打印品质低落的缺点。由于本发明所采用的调节压力气阀20对外界状况变化的反应相当迅速，因而在墨水使用的过程中，调节浮球23会随的不断下降，同时也提升墨水液面的高度，进而增加供墨卡匣的内部压力。
由于在墨水使用的过程中，供墨卡匣的内部压力会不断降低(包括气体压力与墨水液压)，但是补充压力气阀10提高内部压力的速度不快，因而本发明利用灵敏度高的调节压力气阀20来迅速达到接近平衡的平衡状态。而调节浮球23所会下降的高度则是受方程式(4)所限制，且其可加快压力平衡的进行速度确实无庸置疑。如无法以调节浮球23的下降来迅速达到平衡，补充压力气阀10也会因系统的不平衡状态的存在而继续补充气体以提高内部压力，直到达到平衡状态。
权利要求
1.一种供墨卡匣，由一壳体界定其含墨容量且具有与喷墨头连结的供墨口，其特征在于，还包括一第一气阀，位于所述壳体下方且具有第一物质；一第二气阀，连接所述壳体的气孔并具有可线性位移的第二物质；由所述供墨口供应墨水所形成的所述壳体内外部压力差，通过所述第一物质提供外部气体进入所述壳体内部，且由所述第二物质的线性位移调节所述壳体内外部的压力平衡。
2.如权利要求1所述的供墨卡匣，其特征在于，所述壳体是由所述第一气阀的第一物质控制来补充内部的压力。
3.如权利要求1或2所述的供墨卡匣，其特征在于，所述壳体是由所述第二气阀的第二物质调节内外的压力平衡。
4.如权利要求1或2所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第一气阀通过所述第一物质控制气体进入所述壳体内以使墨水不由第一气阀泄漏。
5.如权利要求1所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第一物与第二物质为浮球。
6.一种供墨卡匣，具有容纳墨水的含墨室及供墨口，所述供墨口供应墨水时，可由一气泡制造物质提供所述含墨室的气泡，所述供墨卡匣主要包括一调节压力气阀，是设置于所述含墨室中，并具有可随压力差变化而位移的第二物质，以调节所述含墨室的内外部压力平衡。
7.一种供墨卡匣，具有相通的第一室与第二室，所述第一室容纳一气泡制造物质，且所述供墨卡匣还包括一调节压力气阀设于所述第二室中，其特征在于所述第二室的墨水减少时，由所述气泡制造物质补充内部的压力，且所述调节压力气阀具有可位移的第二物质，以调节所述第二室的内外部压力平衡。
8.一种供墨卡匣，具有容纳墨水的供墨室，其特征在于，包括一补充压力阀，具有第一浮球；一调节压力阀，具有可在一距离范围内位移的第二浮球；及在所述供墨室的墨水减少时，所述补充压力阀由所述第一浮球控制气泡进入所述供墨室，且所述调节压力阀由所述第二浮球随压力差变化的位移而调节所述供墨室内外部的压力平衡。
9.一种供墨卡匣，其特征在于，包括一补充压力气阀，用以补充外部气体进入所述供墨卡匣内部；及一调节压力气阀，用以调节所述供墨卡匣的内外压力差。
10.一种供墨卡匣，其特征在于，具有双气阀控制机构，所述双气阀控制机构包括一第一气阀，用以提供气体进入所述供墨卡匣内部；及一第二气阀，用以调节所述供墨卡匣内的压力变化。
全文摘要
本发明的供墨卡匣，由一壳体界定其含墨容量且具有与喷墨头连结的供墨口，其特点是，还包括一第一气阀，位于壳体下方且具有第一物质；一第二气阀，连接壳体的气孔并具有可线性位移的第二物质；由供墨口供应墨水所形成的壳体内外部压力差，通过第一物质提供外部气体进入壳体内部，且由第二物质的线性位移调节壳体内外部的压力平衡。由于供墨卡匣内部并不置入海绵等吸水材料，因此能够充分利用供墨卡匣的空间以增加含墨量及墨水使用量。此外在墨水供墨的过程中本发明可以通过调节浮球的下降来提升墨水匣的液面高度，进而增加卡匣的内部压力来迅速达到平衡，保持以喷墨头为基准的供墨卡匣内外压力的平衡，使供墨顺畅及确保打印品质。
文档编号B41J2/175GK1394750SQ0112179
公开日2003年2月5日 申请日期2001年7月10日 优先权日2001年7月10日
发明者陈文斌 申请人:研能科技股份有限公司