专利名称：墨水匣的负压式防漏装置的制作方法
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；特别是涉及一种防漏装置能利用弹性元件的力量，控制外界空气通往墨水匣内的进气阀门，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的墨水匣的负压式防漏装置。
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.Pollacek)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负压式防漏装置，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，并包括一固定座，与该墨水匣的通气孔相通；一气密块，为具有圆锥面或蛋头状表面的块状元件，以可往复活动的方式装设于该固定座的内部，并且可利用其圆锥面或蛋头状表面封堵该墨水匣的通气孔；以及一具有弹性的元件装设于该固定座内，供推抵该气密块，使之偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
本发明的上述目的也可以是这样实现的一种墨水匣的负压式防漏装置，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，并包括一固定座，与该墨水匣的通气孔相通，该固定座的一侧具有一气孔；一气袋，与该固定座的气孔相通，可于进气时在该墨水匣内膨胀；一气密块，为具有圆锥面或蛋头状表面的块状元件，以可往复活动的方式装设于该固定座的内部，并且可利用其圆锥面或蛋头状表面封堵该墨水匣的通气孔；以及一具有弹性的元件装设于该固定座内，供推抵该气密块，使之偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
本发明的上述目的还可以是这样实现的一种墨水匣的负压式防漏装置，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，并包括一固定座，与该墨水匣的通气孔相通；一气密“O”型环，容装于固定座，位于该通气孔的一端的外围；一滑动座，以可往复滑动的方式容装于固定座内，上方供固定该气密“O”型环，以及一具有弹性的元件装设于该固定座内，供推抵该滑动座，使之偏向于压紧气密“O”型环，借以封堵该墨水匣的通气孔的位置。
由此可见，本发明所提供的墨水匣的负压式防漏装置，可在墨水匣设一通气孔与外界大气相通，并在通气孔上设一阀门，利用一弹簧或弹性材料使阀门倾向于密闭状态。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时，由于阀门密闭使外界空气无法补入，匣内空气的容积因墨水液位降低而变大，此现象可根据波义尔与查理定律(Boyle’sand Charles’laws)可知当气体的质量不变，在不考虑温度变化的情况下，气体若体积变大，则其压力将随之变小。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。当负压接近设定值时，使弹簧或弹性材料作用在阀门上的力量刚好与大气作用在阀门上的力量平衡，故当负压再继续增加时，阀门会被大气压力轻微推开，微量的空气流入匣内，使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，继续保持匣内的负压状态。
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(ink chamber)。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的一面设有通气孔12，内侧并又设有固定座11、顶针13及螺旋弹簧14。固定座11与通气孔12相通而可容纳顶针13及螺旋弹簧14。顶针13具有一圆锥面或蛋头状表面1301，可与通气孔12边缘紧密接触，并完全截断空气的通路。与该圆锥面或蛋头状表面1301相连的有针杆1302，可穿套螺旋弹簧14，借由螺旋弹簧14推顶蛋头状表面1301下方的凸缘1303，可使圆锥面或蛋头状表面1301偏向抵紧通气孔12，使墨水匣10得以完全气密。
使通气孔12封闭的目的在于切断外界空气进入墨水匣10的路径。因此若使用其他形状的气密块取代该圆锥面或蛋头状表面1301，将也属可行的同等替代元件。
第二实施例较为理想的是，可再作如图3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15，并在固定座11上设一气孔1101，使之与气袋15相通。
如图3所示，在一喷墨操作中，墨水液位31随喷印的进行逐渐降低，匣内的负压也随之逐渐增大。然而在一可操作的负压范围内，螺旋弹簧14施加于顶针13的力量恒定大于外界的大气压力作用于圆锥面或蛋头状表面1301的力量，因此墨水匣10得以继续保持气密。
如图4所示，当匣内继续产生的负压已到达一极限值时，大气压力作用于圆锥面或蛋头状表面1301的力量胜过螺旋弹簧14的力量，迫使顶针13退缩而让外界的微量空气经由通气孔12进入墨水匣10内的气袋15。气袋15膨胀，使匣内的墨水液位31上升，匣内空气的空间随之相对地缩小，使匣内的负压值降回既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压减少，因此螺旋弹簧14将立刻推回顶针13，使通气孔12立刻再度被封闭。
第三实施例如图5所示，依据本发明，如果进一步再简化构件，省略顶针13的针杆1302，而保留其圆锥面或蛋头状表面1301以抵紧通气孔12，也属可行的实施方案。利用一薄板弹簧或弹片16的支持，使圆锥面或蛋头状表面1301倾向于抵紧通气孔12的方向。如图6所示，同前述原理，当匣内继续产生的负压已到达一极限值时，大气压力作用于圆锥面或蛋头状表面1301的力量超过薄板弹簧或弹片16施加于顶针13的力量，使圆锥面或蛋头状表面1301因而退缩，外界的微量空气将进入墨水匣10内的气袋15，气袋15膨胀，使匣内的墨水液位31上升，匣内空气的空间随之相对地缩小，使匣内的负压值降回既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压值减少，因此薄板弹簧或弹片16立刻推回圆锥面或蛋头状表面1301，使通气孔12立刻再度封闭。
使通气孔12封闭的目的在于切断外界空气进入气袋15的路径。因此若使用其他形状的气密块取代该圆锥面或蛋头状表面1301，将也属可行的同等替代元件。
第四实施例如图7所示，依据本发明，如果再进一步简化构件，省略气袋。并且利用钢珠40取代具圆锥面或蛋头状表面1301的构件，在钢珠40下方利用一弹性“O”型环41取代弹簧。同理，如图8所示，当匣内继续产生的负压已到达一极限值时，大气压力作用于钢珠40表面的力量超过弹性“O”型环41施加于钢珠40的力量，使钢珠40因而退缩，外界的微量空气将进入墨水匣10内，使匣内的负压值回复到既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压值减少，因此弹性“O”型环41将立刻推回钢珠40，通气孔12便再度被立刻封闭。
一般而言，以上无论采用哪一种系统的喷墨打印头20，要有效防止其静止时渗漏墨水30，则墨水匣10里应至少使之维持于负2.5公分·水柱高(cm·H2O)的负压。但若是墨水匣10里面的负压超过负10公分·水柱高(cm·H2O)时，则将开始影响喷墨打印头20的正常作动。因此，以上各实施例，所采用的弹性元件施加于圆锥面或蛋头状表面1301或钢珠40上的力量，在墨水匣10内的负压接近负10公分·水柱高(cm·H2O)时，应刚好与大气压力作用于该元件的力量平衡。在墨水匣10内的负压接近负10公分·水柱高(cm·H2O)时，使大气能推开弹性元件施加于圆锥面或蛋头状表面1301或钢珠40，而让空气从通气孔12进入墨水匣10内。在墨水匣10的充气过程中，负压接近负2.5公分·水柱高(cm·H2O)之前，该弹性元件的弹性必须足以推回圆锥面或蛋头状表面1301或钢珠40，使通气孔12再度封闭，让墨水匣10内的负压维持于一可防止喷墨打印头20渗漏墨水30的负压范围。
第五实施例如图10所示，也可利用一滑动座51与弹簧52装置于固定座11之内而推迫一气密“O”型环50，借以截断匣外空气进入墨水匣10内的路径。当匣内继续产生的负压已到达一极限值时，大气压力作用于滑动座51的力量超过弹簧52的力量，使滑动座51因而带动气密“O”型环50退缩，外界的微量空气将进入墨水匣10内，使匣内的负压值回复到既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压值减少，因此弹簧52的力量又重新胜过大气压力作用的力量，因此重新推回气密“O”型环50，使通气孔12进入墨水匣10内的路径再度被气密“O”型环50封闭。
以上各实施例，均可在墨水匣10内增设一墨水袋60，以阻截外界空气与墨水直接接触。若以第四实施例的构造为代表例，请参照图9所示。在喷墨打印时，墨水持续消耗将使墨水袋60持续扁缩变小，匣内的空气将因墨水袋60的扁缩而容积变大，同时逐渐地增加负压。同理，当匣内继续产生的负压已到达一极限值时，大气压力作用于钢珠40表面的力量便超过弹性“O”型环41施加于钢珠40的力量，使钢珠40因而退缩，外界的微量空气将进入墨水匣10内，使匣内的负压值回复到既定的可操作的负压范围内。由于匣内负压值减少，因此弹性“O”型环41将立刻推回钢珠40，通气孔12便再度被立刻封闭。
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，当可作适当的等效设计与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求所确定的范围为准。
权利要求
1.一种墨水匣的负压式防漏装置，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，并包括一固定座，与该墨水匣的通气孔相通；一气密块，为具有圆锥面或蛋头状表面的块状元件，以可往复活动的方式装设于该固定座的内部，并且可利用其圆锥面或蛋头状表面封堵该墨水匣的通气孔；以及一具有弹性的元件装设于该固定座内，供推抵该气密块，使之偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
2.如权利要求1所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有圆锥面或蛋头状表面的元件是指一顶针，该顶针具有一针杆，与一圆锥面或蛋头状表面的头部相连。
3.如权利要求2所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的顶针的头部下方具有一凸缘与该针杆相接。
4.如权利要求3所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件是指一螺旋弹簧，穿套于该顶针的针杆，其一端并且顶在该凸缘上，借以迫使该顶针的圆锥面或蛋头状表面偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
5.如权利要求1所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件是指一薄板弹簧或弹片。
6.如权利要求5所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有圆锥面或蛋头状表面的元件是连接于该薄板弹簧或弹片的端部，而借由该薄板弹簧或弹片的弹性力量，迫使该气密块偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
7.如权利要求1所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件是指一弹性“O”型环。
8.如权利要求7所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的气密块是指一钢珠，而利用该弹性“O”型环推迫该钢珠，使该钢珠偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
9.如权利要求1所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件，在该墨水匣内的压力介于负2.5至负10公分·水柱压力(cm·H2O)时，其施加于该气密块的力量足以抵抗外界大气压力，封闭该墨水匣的通气孔。
10.一种墨水匣的负压式防漏装置，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，并包括一固定座，与该墨水匣的通气孔相通，该固定座的一侧具有一气孔；一气袋，与该固定座的气孔相通，可于进气时在该墨水匣内膨胀；一气密块，为具有圆锥面或蛋头状表面的块状元件，以可往复活动的方式装设于该固定座的内部，并且可利用其圆锥面或蛋头状表面封堵该墨水匣的通气孔；以及一具有弹性的元件装设于该固定座内，供推抵该气密块，使之偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
11.如权利要求10所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的气密块是指一顶针，该顶针具有一针杆，与一圆锥面或蛋头状表面的头部相连。
12.如权利要求11所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的顶针的头部下方具有一凸缘与该针杆相接。
13.如权利要求12所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件是指一螺旋弹簧，穿套于该顶针的针杆，其一端并且顶在该凸缘上，迫使该顶针的圆锥面或蛋头状表面偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
14.如权利要求10所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件是指一薄板弹簧或弹片。
15.如权利要求14所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有圆锥面或蛋头状表面的元件是连接于该薄板弹簧或弹片的端部，借由该薄板弹簧或弹片的弹性力量，迫使该气密块偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
16.如权利要求10所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件是指一弹性“O”型环。
17.如权利要求16所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有圆锥面或蛋头状表面的元件是指一钢珠，利用该弹性“O”型环推迫该钢珠，使该钢珠偏向于可封堵该墨水匣的通气孔的位置。
18.如权利要求10所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件，在该墨水匣内的压力介于负2.5至负10公分·水柱压力(cm·H2O)时，其施加于该气密块的力量足以抵抗外界大气压力，封闭该墨水匣的通气孔。
19.如权利要求18所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件，是指一薄板弹簧或弹片。
20.如权利要求18所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的具有弹性的元件，是指一弹性“O”型环。
21.一种墨水匣的负压式防漏装置，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，并包括一固定座，与该墨水匣的通气孔相通；一气密“O”型环，容装于固定座，位于该通气孔的一端的外围；一滑动座，以可往复滑动的方式容装于固定座内，上方供固定该气密“O”型环，以及一具有弹性的元件装设于该固定座内，供推抵该滑动座，使之偏向于压紧气密“O”型环，借以封堵该墨水匣的通气孔的位置。
22.如权利要求1、11或21所述的墨水匣的负压式防漏装置，其特征在于所述的喷墨打印头是与一墨水袋连接。
全文摘要
一种墨水匣的负压式防漏装置，在墨水匣设一通气孔与外界大气相通，并在通气孔上设一阀门，利用一弹簧或弹性材料使阀门倾向于密闭状态。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时，由于阀门密闭使外界空气无法补入，匣内空气的容积因墨水液位降低而变大。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。当负压接近设定值时，使弹簧或弹性材料作用在阀门上的力量刚好与大气作用在阀门上的力量平衡，故当负压再继续增加时，阀门会被大气压力轻微推开，微量的空气流入匣内，使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，继续保持匣内的负压状态。
文档编号B41J2/175GK1401488SQ01130
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, 邱创先 申请人:飞赫科技股份有限公司