专利名称：墨水匣的弹性负压调节座的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种负压式防漏装置，可应用于喷墨打印机的墨水匣的内部；特别是涉及一种墨水匣的弹性负压调节座，其防漏装置能利用弹性负压调节座本身的弹性力量，控制外界空气通往墨水匣内的进气通道，使匣内的负压恒定维持于一可操作并又可防止墨水从喷墨打印头里渗出的负压范围内。
目前已有两种被普遍采用的系统可使喷墨打印头(print head)能依照一系列的控制指令喷射墨滴；其一为热气泡系统(thermal bubblesystem)，其二为压电系统(piezoelectric system)。采用上述两种系统的喷墨打印头，都设有复数个微孔(orifice)，而每一微孔各有其相连的墨腔(ink chamber)。在操作中，墨水从储墨匣导入喷墨打印头的墨腔，然后从微孔中将墨滴喷向所喷印的目标表面。热气泡型态的喷墨打印头，利用一薄膜电阻(thin-film resistor)对墨腔里的墨水加热而使之瞬间汽化，并借由墨水汽化的膨胀力量迫使墨水从喷墨打印头的微孔里喷出。压电型态的喷墨打印头则具有压电元件(piezoelectricelement)可根据一是列的控制指令而动作，动作时压电元件在喷墨打印头里产生压力波(pressure wave)，可迫使墨腔里定量的墨水从喷墨打印头的微孔中喷出。
虽然上述两种系统都可算是性能可靠且操作效率良好的喷墨打印头设计，但却都缺乏一种可在其静止状态防止墨水从微孔中渗出(permeating)的防渗漏措施。墨水如果从微孔里渗漏，将会使喷出的墨滴落点变得不准确，进而影响打印的品质。为解决这一问题，必须在墨水匣内维持一轻微负压(slight underpressure)，使喷墨打印头在暂停或停止动作时，让墨腔里的墨水不会从微孔里渗出。
下文中，所谓的负压，是指墨水匣内的压力小于外界空气(ambientair)压力时的压力差值。墨水匣内必须维持足够程度的负压，才能避免墨水从喷墨打印头里的微孔渗漏。但是如果负压过大，将会抵消喷墨打印头内喷出墨滴的喷印动力，其可能的影响包括使喷出的墨滴尺寸无法维持稳定或渐渐变小，使喷印的质量变差，严重时甚至会使墨滴无法完全喷出。
为维持正常操作，负压值必须经常维持在一可操作的范围内(operating range)。也就是说，负压必须使之大于可防止墨水从喷墨打印头渗漏的压力值，同时，又必须小于可能妨碍喷印的压力值。为了同时满足上述条件，针对各种不同等级的产品要求，目前已有许同不同的技术。
例如，约翰·迪恩(John H.Dion)等人提出的“放宽喷墨水匣的可操作环境条件的方法与装置(Method And Apparatus For Extending TheEnvironmental Operating Range Of An Ink Jet Print Cartridge)”美国专利第4,992,802号，采用两个压力控制机构以维持墨水匣内的负压，其中第一压力控制机构用以控制补气或补墨的流量，第二压力控制机构用以控制储墨的容积，借助上述机构作用，可共同维持一墨水匣内的负压在一可正常范围内操作。
迪恩等人的发明，虽然能合理地控制墨水匣内的负压，但其构造却略嫌复杂，而且比较浪费墨水匣内储存墨水的空间。相比之下，结构比较简单的，有詹姆斯 帕乐雪客(James E.Poll acek)等人所提出的“喷印笔的调节器(Regulator For Ink-jet Pens)”美国专利第5,040,002号。该专利直接在储墨水匣上开设通气孔，又在通气孔上设一金属阀座，利用磁力使阀门一直关闭，直到匣内的负压大到使外界的空气压力足以冲开阀门时才补进外面的空气，随后磁力又将使阀门紧密，继续保持气密以维持匣内的负压。借由上述机理，使墨水匣内的负压可被灵敏地维持在一既定的范围内操作。
此种利用磁力阀门来控制补气通道的墨水匣构造，其构造虽然远比迪恩等人的发明简单，但是万一此种产品在运送过程中不慎接近强力磁场，则金属阀座与阀门的磁力将会受到改变。如此一来，其负压的设定范围便无法准确地控制，故会连带地影响产品的打印及品质。
本发明的上述目的是这样实现的一种墨水匣的弹性负压调节座，设于一喷墨笔的墨水匣内，该喷墨笔包括喷墨打印头及墨水匣等两部分，其关键在于墨水匣的一面设有通气孔，并包括一弹性座体，具有弹性而与该墨水匣的内表面相接，并且又与该通气孔相通；以及一气密材料，装置在弹性座体里面，借由该弹性座体的弹性产生顶紧之力，使该气密材料偏向封堵该通气孔的位置。
本发明的上述目的也可以是这样实现的一种墨水匣的弹性负压调节座，设于一喷墨笔的墨水匣内，该喷墨笔包括喷墨打印头及墨水匣等两部分，其关键在于墨水匣的一面设有通气孔，并包括一弹性座体，具有弹性而与该墨水匣的内表面相接，并且又与该通气孔相通；一气袋，设于该墨水匣内，与该弹性座体相通，当外界空气进入该气袋时，可使该气袋随之膨胀而升高该墨水匣内的墨水液位，并缩小该墨水匣内原有的空气的容积空间；以及一气密材料，装置在弹性座体里面，借由该弹性座体的弹性产生顶紧之力，使该气密材料偏向封堵该通气孔的位置。
由此可见，本发明所提供的墨水匣的弹性负压调节座，可在墨水匣上设一通气孔及一负压调节座；该负压调节座包括一具有弹性的弹性座体及一气密材料，利用弹性座体本身的材料变形而产生力量来顶紧该气密材料，借以封堵该通气孔。在持续喷墨打印的操作中，墨水匣内的墨水液位逐渐消耗降低，由于有气密材料封堵了通气孔，故使外界空气无法补入，因此匣内空气的容积便因墨水液位降低而渐渐变大。根据波义尔与查理定律(Boyle’s and Charles’laws)可以理解在不考虑温度变化的情况下，当气体的质量不变(因无外界的空气补入，故墨水匣内的气体质量将维持不变)，气体若体积变大，则其压力将随之减小。因此当打印头持续打印消耗墨水时，匣内的负压将持续地增加。当负压接近可操作范围的临界值(Critical VaIue，例如-10公分·水柱压力)时，使弹性座顶紧气密材料的力量刚好与大气压力作用在弹性座上的力量平衡；因此，当负压再继续增加时，气密材料会被大气压力轻微推开，让微量的空气流入墨水匣内，使匣内的负压又回复到可操作的范围内。
此时因匣内的负压减小，弹簧或弹性材料的力量又会立即将阀门关闭，切断外界空气进入的路径而继续保持匣内的负压状态。
图11为本发明第五实施例的另一可行的结构变化。
如图1所示，应用本发明的喷印笔可包括一墨水匣10及一喷墨打印头20组合而成。喷墨打印头20具有若干个微孔21，利用软性电极板22接收控制信号，根据所输入的一系列的信号，可使不同的微孔21依据指令喷出墨滴于喷印的目标物上。
该喷墨打印头20可采用热气泡系统(thermal bubble system)或压电系统(piezoelectric system)的其中任何一种。无论采用上述哪一种系统的喷墨打印头20，其内部每一微孔21都分别各有与之相连的墨腔(inkchamber)。在喷墨的操作中，墨水30从墨水匣10导入喷墨打印头20的墨腔(已知构造，未图示)，然后从微孔21中将墨滴喷向所喷印的目标表面。若是采用热气泡型态的喷墨打印头，则喷墨打印头20里面会有一薄膜电阻(thin-film resistor)(已知元件，未图示)对墨腔里的墨水30加热而使之瞬间汽化，并借由墨水汽化的膨胀力量迫使墨水30从喷墨打印头20的微孔里喷出。若选择采用压电型态的喷墨打印头，则喷墨打印头20应设有压电元件(piezoelectric element)，使之根据软性电极板22所接收的控制信号动作，动作时使压电元件在喷墨打印头里产生压力波(pressure wave)，而迫使墨腔里定量的墨水30随之从喷墨打印头20的微孔21中喷出。
第一实施例如图2所示，根据本发明的一具体实施例，在墨水匣10上设通气孔12，墨水匣10内侧固定一弹性座体11。弹性座体11可为一金属簧片或具有伸缩弹性的材料制成，在其中央连接一气密“O”型环13。该弹性座体11产生一顶紧的力量，使气密“O”型环13封堵通气孔12周围而达到气密效果。此时大气压力作用在气密“O”型环13中间区域范围内的弹性座体11上，当墨水匣10在喷墨打印中逐渐消耗墨水时，由于墨水液位降低而渐渐增加负压，最后会使大气压力对弹性座体11的作用力与弹性座体11顶紧气密“O”型环13的力量达到一平衡状态。该平衡点，通常设在一可操作负压范围的临界值，例如墨水匣10内部压力与外界大气压力的压差介于9～11公分·水柱压力，较为理想的是，可设定于10公分·水柱压力。
如图3所示，当负压再继续增加，大气压力胜过弹性座体11的顶紧力量，气密“O”型环13将被推开，使微量的空气通过弹性座体11上的气孔14进入墨水匣10内。由于空气进入以后，墨水匣10内的空气质量增加，因此负压随之减少。负压减少之后，墨水匣10内的空气压力抵消部分大气压力的作用力，将使弹性座体11的顶紧力量再度胜过大气压力，而又顶紧气密“O”型环13，外界的空气便因气密“O”型环13的封堵而停止进入墨水匣10内。
第二实施例如图4所示，根据本发明的一具体实施例，又可在墨水匣10上设通气孔12，墨水匣10内侧固定一弹性座体11。弹性座体11可为一金属簧片或具有伸缩弹性的材料制成，在其中央连接一锥形或蛋头型气密材料15。该弹性座体11产生一顶紧的力量，使锥形或蛋头型气密材料15封堵通气孔12而达到气密效果。此时大气压力作用在锥形或蛋头型气密材料15上，当墨水匣10在喷墨打印中逐渐消耗墨水时，由于墨水液位降低而渐渐增加负压，最后会使大气压力对锥形或蛋头型气密材料15的作用力与弹性座体11的顶紧力量达到一平衡状态。该平衡点，通常设在一可操作负压范围的临界值，例如墨水匣10内部压力与外界大气压力的压差介于9～11公分·水柱压力，较为理想的是，可设定于10公分·水柱压力。
如图5所示，当负压再继续增加，大气压力胜过弹性座体11的顶紧力量，锥形或蛋头型气密材料15将被推开，使微量的空气通过弹性座体11上的气孔14进入墨水匣10内。由于空气进入以后，墨水匣10内的空气质量增加，因此负压随之减少。负压减少之后，墨水匣10内的空气压力抵销部分大气压力的作用力，将使弹性座体11的顶紧力量再度胜过大气压力，而又顶紧气密“O”型环13，通气孔12便又被重新封堵，使墨水匣10内的负压得以被保持在一可操作的范围内。
使气孔14封闭的目的在于切断外界空气进入墨水匣10内的路径。因此若使用其他形状的气密块取代该锥形或蛋头型气密材料15，将也属可行的同等替代元件。
第三实施例较为理想的是，第一实施例的负压调节座结构可再作如图6所示的修改变化。在前述第一实施例的结构中再增加一气袋40。
如图7所示，当负压继续增加，大气压力胜过弹性座体11的顶紧力量时，气密“O”型环13被推开，使微量的空气通过弹性座体11上的气孔14进入气袋40，气袋40膨胀，以占据匣内的空气容积空间及填补耗减的墨水30原先所占有的容积空间。由于空气未直接进入墨水匣内与原有的空气相混，因此原有的空气质量不变，在其容积缩小的情况下，将使墨水匣内的压力上升，而导致其负压值回到既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压减少，因此弹性座体11又可立刻顶回气密“O”型环13，使通气孔12立刻再度被封闭。
第四实施例
另一较佳实施例，可在第二实施例的负压调节座结构作如图8所示的变化。也即，在前述第二实施例的结构中另增加一气袋40。
如图9所示，当负压继续增加，大气压力胜过弹性座体11的顶紧力量时，锥形或蛋头型气密材料15被推开，使微量的空气通过弹性座体11上的气孔14进入气袋40，气袋40膨胀，而使匣内的墨水液位31上升，同时并占据匣内的空气容积空间。由于空气未直接进入墨水匣内与原有的空气相混，因此原有的空气质量不变，在其容积缩小的情况下，将使内部的压力上升，而使其负压值回到既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压减少，因此弹性座体11又可立刻顶回锥形或蛋头型气密材料15，使通气孔12立刻再度被封闭。
使通气孔12封闭的目的在于切断外界空气进入气袋40的路径。因此若使用其他形状的气密块取代该锥形或蛋头型气密材料15，将也属可行的同等替代元件。
第五实施例如图10或图11所示，在一墨水匣50里，利用一弹簧片51固定在墨水匣50的内部，在其未端则连接一锥形或蛋头型气密材料53，借以堵住墨水匣50上的通气孔52。
在以上所述各实施例的结构中，均可另行增加一墨水袋。如图10所示的结构为例，当墨水袋54因墨水消耗而缩小，导致匣内的负压因空气容积空间增加而增加，最后在负压与大气压力的合力胜过弹簧片51的力量时，锥形或蛋头型气密材料53将被推开，使微量的空气通过通气孔52进入墨水匣50内，使其负压值回到既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压减少，因此弹簧片51又可立刻推回锥形或蛋头型气密材料53，使通气孔52立刻再度被封闭。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其目的并非用以限定本发明，任何熟悉本发明的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当有能力作某些等效的设计与润饰，例如，用钢珠或其他形状的气密材料代替上述的锥形或蛋头型气密材料15，对熟悉本发明的普通技术人员而言，这些简单的改变应该无需一一绘图举例说明，本发明将不放弃主张这些等效设计的权利。因此本发明的保护范围应当以权利要求所确定的范围，及根据该范围由一般等同论解释所及的内容为准。
权利要求
1.一种墨水匣的弹性负压调节座，设于一喷墨笔的墨水匣内，该喷墨笔包括喷墨打印头及墨水匣等两部分，其特征在于墨水匣的一面设有通气孔，并包括一弹性座体，具有弹性而与该墨水匣的内表面相接，并且又与该通气孔相通；以及一气密材料，装置在弹性座体里面，借由该弹性座体的弹性产生顶紧之力，使该气密材料偏向封堵该通气孔的位置。
2.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体为一金属簧片。
3.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体是由塑料制成。
4.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体是由橡胶制成。
5.如权利要求l所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的气密材料为一环体。
6.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的气密材料为一具有气密功能的“O”型环。
7.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的气密材料为一锥形或蛋头型。
8.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体具有气孔，可供空气从该气孔流入该墨水匣内。
9.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体的顶紧之力，在该墨水匣内、外的压力差到达10公分·水柱压力(cm·H2O)时，与大气压力作用于该弹性座体的力量平衡。
10.如权利要求1所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的喷墨打印头与一墨水袋相连。
11.一种墨水匣的弹性负压调节座，设于一喷墨笔的墨水匣内，该喷墨笔包括喷墨打印头及墨水匣等两部分，其特征在于墨水匣的一面设有通气孔，并包括一弹性座体，具有弹性而与该墨水匣的内表面相接，并且又与该通气孔相通；一气袋，设于该墨水匣内，与该弹性座体相通，当外界空气进入该气袋时，可使该气袋随之膨胀而升高该墨水匣内的墨水液位，并缩小该墨水匣内原有的空气的容积空间；以及一气密材料，装置在弹性座体里面，借由该弹性座体的弹性产生顶紧之力，使该气密材料偏向封堵该通气孔的位置。
12.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体为一金属簧片。
13.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体是由塑料制成。
14.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体是由橡胶制成。
15.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的气密材料为一环体。
16.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的气密材料为一具有气密功能的“O”型环。
17.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的气密材料为一锥形或蛋头型。
18.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体具有气孔，可供空气从该气孔流入该气袋内，而使该气袋随之膨胀。
19.如权利要求11所述的墨水匣的弹性负压调节座，其特征在于所述的弹性座体的顶紧之力，在该墨水匣内、外的压力差到达10公分·水柱压力(cm·H2O)时，与大气压力作用于该弹性座体的力量平衡。
全文摘要
一种墨水匣的弹性负压调节座，在墨水匣设一通气孔与外界大气相通，并连接一具有弹性的弹性座体，而在座体内可装置气密元件，借由弹性座体的提供的弹力，顶紧该气密元件使能紧密地封堵通气孔，而使外界的空气完全无法进入墨水匣内。在操作中，当墨水匣内的墨水液位逐渐在喷印的操作中消耗降低，由于阀门密闭使外界空气无法补入时，匣内的负压将持续地增加。当负压增加到一定程度时，气密元件会被大气压力轻微推开，使微量的空气流入匣内，并使负压又回复到可操作的范围内。此时因匣内、外的压差减小，弹性座体又顶紧气密元件，使墨水匣的通气孔又停止进气，借以继续保持匣内的负压状态。
文档编号B41J2/175GK1401490SQ01130638
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月16日 优先权日2001年8月16日
发明者周景瑜, 陈文忠 申请人:飞赫科技股份有限公司