CN1224517C - 喷墨盒的墨水填充方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种喷墨盒的墨水填充方法及装置，所披露的墨水填充方法首先是在封闭喷墨盒之前先令气袋膨胀，以便在封闭喷墨盒之后借由气袋的收缩产生足够的负压，而后在灌墨作业之初封闭喷墨盒的对外通道，仅仅保留灌墨口，接着初始化喷墨盒的内容积，使之达到最大，再从灌墨口将定量且足以充满至预定分量的墨水注入喷墨盒，然后封闭灌墨口并使所述气袋的气袋口连通大气，使喷墨盒内形成负压，最后开启喷墨口并将喷墨口的位置调转至喷墨盒的最高点处，通过对喷墨盒内产生正压的手段，强制排出靠近喷墨口处的残余气泡，即可快速地完成墨水充填，并且避免喷墨盒故障、降低灌墨作业的失败以及墨水的消耗。

Description

喷墨盒的墨水填充方法及装置

技术领域

本发明涉及一种墨水的填充方法及装置，特别是一种对喷墨打印设备使用的喷墨盒填充墨水的方法及装置。

背景技术

喷墨打印机已经是一种相当可靠且很有效率的打印工具。通常，喷墨打印机具有喷墨打印头，可相对于喷印的表面往返移动并喷出墨滴；控制系统将喷墨打印头移至适当的位置，然后使之喷射墨滴，墨滴落在喷印表面而形成所要的影像或资料内容。这类打印机里面通常使用一种墨水笔，主要包含储存及供应墨水的卡盒及喷墨打印头等两部分。

目前已有两种被普遍采用的系统可使喷墨打印头依照一系列的控制指令喷射墨滴，其一为热气泡系统，其二为压电系统。采用上述两种系统的喷墨打印头都设有多个微孔，而每一微孔各有其相连的墨腔。在操作中，墨水从卡盒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。热气泡型的喷墨打印头利用一薄膜电阻对墨腔内的墨水加热而使之瞬间汽化，并藉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。压电型的喷墨打印头则具有压电组件，可根据一系列的控制指令动作，动作时压电组件在喷墨打印头里产生压力波，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静止状态防止墨水从微孔中渗出的防渗漏机构。墨水若从微孔里渗漏出来，将会使喷出的墨滴落点变得不准确，进而影响打印质量。为解决该问题，必须在墨水盒内维持一轻微负压，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漏出来。

下文中，所谓的负压，意指墨水盒内的压力小于外界空气的压力差值。墨水盒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向外渗漏。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，负压值必须要能经常维持在一可操作的范围内。也就是说，负压必须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。为了同时满足上述限制，针对各种不同等级的产品要求，目前已有许多不同的技术。

例如，John H.Dion(约翰·迪恩)等人提出的「Method and Apparatusfor Extending the Environmental Operating Range of an Ink Jet PrintCartridge」(“放宽喷墨水盒的可操作环境条件的方法与装置”)美国专利US4,992,802号，采用两个压力控制机构以维持墨水盒内的负压，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，藉上述机构作用，可共同维持墨水盒内的负压在一可正常操作的范围内。

迪恩等人的发明，虽然能合理地控制墨水盒内的负压，但其构造略嫌复杂，而且比较浪费墨水盒内储存墨水的空间。相比之下，结构比较简单的有James E.Pollacek(詹姆式·帕乐学克)等人所提出的「RegulatorFor Ink-jet Pens」(“喷印笔的调节器”)美国专利US5,040,002号。该专利所披露的是直接在墨水盒上开设通气孔，又在通气孔上设一金属阀座，利用磁力使阀门一直关闭，直到盒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闭，继续保持气密以维持盒内的负压。藉由上述机构，使墨水盒内的负压可被灵敏地维持在一既定的操作范围内。

已知的一种灌墨步骤是在气袋未预先充气的情形下，先将墨水灌入喷墨盒之中，待墨水填充完毕并且将灌墨口封闭之后，才对气袋充气以便利用气袋的收缩力量在喷墨盒内产生足够的负压，但是，这种在封闭灌墨口之后才对气袋充气的方式，会因为气袋的充气动作而将部分的墨水自喷墨头芯片处强迫挤出喷墨盒，不但造成浪费，也会污染喷墨头芯片的清洁。

另一方面，在墨水充填后，喷墨盒的喷墨口处却会有残余的气泡，造成喷墨盒故障与灌墨作业失败，因而研发出一种对喷墨盒填充墨水的方法与装置以快速地充填墨水，并解决该问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种对喷墨盒填充墨水的方法，特别是一种能够快速地完成墨水充填，并且排出喷墨盒内残余气泡的方法。

本发明的另一目的在于提供一种对喷墨盒填充墨水的装置，可以快速地将预定分量的墨水填充入喷墨盒，并且排出喷墨盒内残余的气泡、避免喷墨盒故障、降低灌墨作业的失败与墨水的消耗。

本发明所披露的方法可以通过下列几个阶段的步骤完成灌墨作业，包括有：

封闭喷墨盒的对外通道仅保留灌墨口的步骤，在此步骤，利用灌墨装置的夹具将喷墨盒的对外通道如气泡口与喷墨口封闭，仅保留灌墨口以供灌墨嘴连接；

初始化喷墨盒的内容积的步骤，在此步骤，将喷墨盒的气袋中的气体排出，使喷墨盒的内容积达到最大，防止因为气袋内的残余空气而影响墨水的填充量及影响墨水的注入；

注入满额墨水的步骤，在此步骤中，将预定最大容量的墨水注入喷墨盒之中，可利用如定量注射，监视填充重量，或是以上两者合并的方式来实现；及

封闭灌墨口使喷墨盒的内部形成负压的步骤，特别是在封闭喷墨盒之前就先令气袋膨胀，以便在封闭喷墨盒之后藉由气袋的收缩产生足够的负压，除了可以避免后续再对气袋充气的步骤之外，还可以避免气袋充气而造成部分墨水被迫挤出的浪费情形。

至上一步骤为止已完成了前段将墨水注入喷墨盒的操作，最后再通过下列的步骤进行排除喷墨盒内残余气泡的排气操作，自喷墨口排气的步骤是先将喷墨口开启，调整喷墨口的位置，使之位于喷墨盒的最高点处，再通过对喷墨盒的内部施加正压的方式将靠近喷墨口处的残余气泡强制排出喷墨口。

附图说明

图1A为喷墨盒的结构示意图；

图1B为图1A所示喷墨盒的侧视图；

图1C为图1A所示喷墨盒的俯视图；

图1D为图1A所示喷墨盒的仰视图；

图2为本发明的对喷墨盒填充墨水方法的流程图；

图3为喷墨盒的另一种灌墨口位置的示意图；及

图4～5为本发明的对喷墨盒填充墨水装置的构造示意图。

具体实施方式

首先，以喷墨盒1为例子，说明本发明所披露的灌墨方法的最佳实施例，如图1A～1D所示，喷墨盒1的构造包括有：

卡盒11，是一种中空的容器，用以储存墨水；

喷墨头12，设在卡盒11的底部，具有许多细小的喷墨口121，连通卡盒11的内部与大气，用以将卡盒11内的墨水喷射至记录媒体(如纸张或其类似物)，在靠近喷墨头12的位置处还设有一滤网122，避免墨水中的杂质堵塞喷墨头12的喷墨口121；

灌墨口13，位于卡盒11的顶面，连通卡盒11的内部与外界，作为墨水的注入通道；

气袋14，配置在卡盒11的内部，通过位于卡盒11的气袋口141与大气相通，负责调整气袋14内的容积，且与弹性组件142间藉由板件143相连接，常态下，由弹性组件142通过板件143对气袋14施予一压力，迫使气袋14在卡盒11内的体积缩小，以便在使用过程中让卡盒11内形成一适当的负压；

负压调节器，一般而言它就是一种压力调节阀，已有许多已知的构造与技术披露于前述的背景技术之中，这个负压调节器通过一位于卡盒11的气泡口15与大气相通，与气袋14互相配合用以调整卡盒11内的负压，具体而言，气袋14负责在卡盒11内生成负压，但是随着墨水喷出量的增加，卡盒11内的负压值将会升高，若负压太大，则喷墨头12将无法顺利地喷出墨水，所以在负压值上升达某一程度时，该负压调节器就会自动开启气泡口15，将少量的空气引入卡盒11之中，以使负压值降低至适当的程度。

如图2所示，本发明所提出的方法主要包括下列步骤：

A.封闭喷墨盒的对外通道仅保留灌墨口的步骤，在该步骤，利用灌墨装置的夹具将喷墨盒的对外通道如气泡口与喷墨口封闭，仅保留灌墨口以供灌墨嘴连接；

B.初始化喷墨盒的内容积的步骤，在此步骤，将喷墨盒的气袋中的气体排出，使喷墨盒的内容积达到最大，防止因为气袋内的残余空气而影响墨水的填充量及影响墨水的注入，也就是具有空气的气袋会导致后续注墨时必须额外施加压力以推动气袋，或是必须以慢速注墨方式，才得以避免在注墨时因气袋的作用而使墨水倒灌出喷墨盒，造成墨水的消耗；

C.注入满额墨水的步骤，在此步骤中，将预定最大容量的墨水注入喷墨盒之中，可利用如定量注射，监视填充重量，或是以上两者合并的方式来实现；

D.封闭灌墨口使喷墨盒的内部形成负压的步骤，特别是在封闭喷墨盒之前就先令气袋膨胀，以便在封闭喷墨盒之后藉由气袋的收缩产生足够的负压，除了可以避免后续再对气袋充气的步骤，还可以避免气袋充气而造成部分墨水被迫挤出的浪费情形，至此一步骤为止已完成了前段将墨水注入喷墨盒的操作，最后，再通过下列的步骤排除喷墨盒内残余气泡；

E.自喷墨口排气的步骤，在此步骤，先将喷墨口开启，调整喷墨口的位置，使之处于喷墨盒的最高点，再通过对喷墨盒的内部施加正压的方式将靠近喷墨口处的残余气泡强制排出喷墨口。

上述的步骤包括灌墨(A～D)及排气(E)的步骤，而下面再以上述各步骤为基础，分别针对灌墨及排气步骤说明本发明的优选实施例。

本发明所披露的墨水填充方法的灌墨步骤的优选实施例包括有下列的步骤：

1.封闭气泡口及喷墨口，防止灌墨过程中漏墨，仅保留灌墨口以供填充墨水；

2.排出气袋内多余空气，防止因气袋内有空气影响灌墨数据(含灌墨量及气袋空气量)；

3.注入定量墨水，使墨水达到预定满额的墨水量；

4.从气袋口注入空气，通过控制注入的空气量，使喷墨盒内充满墨水；及

5.先封闭灌墨口并使该气袋的气袋口连通大气，使喷墨盒内形成负压。

步骤2的作用在于将喷墨盒的内容积初始化，使喷墨盒的内容积达到最大，防止因为气袋内的残余空气而影响后续步骤中的墨水填充量。

基本上，前述的步骤3与步骤4的作用是让喷墨盒内的墨水量达到满额的存量，然后在步骤5封闭灌墨口之后，藉由弹性组件施压于板件而使气袋受压，即可在喷墨盒内形成负压，所以在操作的先后顺序上也可以将步骤3与步骤4对调，但不影响其结果。举例：假设喷墨盒的最大内容积为43cc，预定填充的满额墨水量为41cc，依步骤3、4的顺序操作，与依步骤4、3的顺序操作实施例分别如下：

第一种实施例(依步骤3、4顺序操作)：

步骤3，先自灌墨口处注入40cc的墨水；

步骤4，自气袋口注入空气2.5cc并且让气袋维持撑开的条件；

步骤5，先封闭灌墨口并使该气袋的气袋口连通大气，使喷墨盒内形成负压。

第二种实施例(依步骤4、3顺序操作)

步骤3，先自气袋口注入空气2.5cc并且让气袋维持撑开的条件；

步骤4，自灌墨口处注入40cc的墨水；

步骤5，先密封灌墨口并使该气袋的气袋口连通大气，使喷墨盒内形成负压。关于注入定量墨水的方式有多种优选的实施例，例如：可以利用定量的注射器来实现，也可以利用重量检出器通过监视注入喷墨盒的墨水重量的方式来实现，当然也可以整合上述两种方式进行定量墨水的注入操作。

而在气袋口对气袋注入定量空气的方式亦有多种，例如：可以利用定量的注射器实现，也可以在喷墨盒注入满额的墨水到达的水位线处设置液面检出器(如使用光学检测组件)，以便在墨水的液面到达预设的水位时停止对气袋注入空气，但是这种检知墨水液面高度的方式，仅能配合前述的第一种实施例进行，亦即先注入定量的墨水，然后利用这种检知墨水的液面位置的方式控制注入气袋的空气量。

然而各种厂牌的喷墨盒的灌墨口位置可能不同，其中以灌墨口位置设于卡盒的最高点者最佳，除了能使注入的墨水液面最接近灌墨口，也能降低喷墨盒内的残余空气量。若是卡盒的灌墨口设计并非位于最高点(如图3所示)，仍能通过倾斜喷墨盒的手段，在使灌墨口位于最高液面的条件下，使墨水的注入量达到最多。

按照本发明的墨水填充方法的排气步骤的优选实施例，包括有下列的步骤：

6.倒转喷墨盒，使喷墨口位于最高点；及

7.从气袋口施加正压，排出滤网至喷墨头之间的空气，并使喷墨头的内侧充满墨水，至此便完成墨水的填充作业。

步骤6、7主要是对已经注入墨水并且封闭灌墨口的喷墨盒进行排气的操作，其目的是将介于喷墨盒的滤网与喷墨之间的残余气泡排出，因为在填充墨水的过程中，原先存在于滤网与喷墨头之间的空气，会因为致密的滤网所阻挡而难以完全地被排出，而在滤网与喷墨之间残存部分气泡，若是不将这些气泡排出，则在将来利用喷墨头的细密的喷墨口喷射墨水时，这些气泡势必会影响喷墨口的喷墨动作。

在步骤6倒转喷墨盒的动作，目的是将喷墨盒的喷墨口位置调整至最高点，以便介于喷墨口与滤网之间的气泡能向上浮起至最接近喷墨口的位置，接着通过对喷墨盒内部施加正压的手段强迫将这些残余的气泡从喷墨口排出，而具体的实施方式是自气袋的气袋口处注入适量的空气，迫使气袋在喷墨盒之内膨胀而产生所需的正压。当然在此过程中必然会有少量的墨水随着气泡被排出喷墨口，这时可以利用一耦合于喷墨口处的抽取器将渗出的少量墨水抽离，以保持喷墨口处的清洁。

在这个排气过程中，优选的实施方式是利用喷墨盒内的正压将气泡排出喷墨口，若是利用负压在喷墨口的外部将气泡抽出，则是较不理想的作法，因为这样不但不易把气泡排出，甚至会抽出许多墨水，而使喷墨盒中的墨水量消耗许多。

图4及图5为实现本发明的方法的墨水填充装置的优选实施例，该装置包括有：

一载具21，负责承载待填充墨水的喷墨盒1，在此载具21恰好对准喷墨盒1的气泡口15与喷墨口121的位置处均设有封口组件211(如软性的橡胶垫或其类似物)，当喷墨盒1被固定于这个载具21的同时，就可以利用这种封口组件211将气泡口15与喷墨口121封闭；

一气袋抽填器22，包含有一吸引口器221与连接此吸引口器221的空气抽放单元222，吸引口器221恰好可以密合于气袋14的气袋口141，并且由空气抽放单元222对气袋14进行抽气或是灌气的操作；

一注射器23，包含有一灌墨嘴231与连接这个灌墨嘴231的墨水供应单元232，由墨水供应单元232将所需的墨水通过灌墨嘴231而注入喷墨盒1之中；

一封口单元24，负责将封闭灌墨口的塞子31塞入灌墨口13；

一调转器25，负责将已经填充墨水并且封闭灌墨口的喷墨盒1倒转至可使喷墨口121位于最高点的位置，以便进行排气操作；以及

一抽取器26，负责在进行排气操作的过程中，将喷墨口121处渗出的墨水抽离，以保持喷墨口121处的清洁。

其中载具21的优选实施方式是采可动式设计，它是由一移动机构带动而沿着预定的路径往复移动，而注射器23与封口单元24则被安排在载具21的移动路径的上方，当载具21搭载着喷墨盒1移动时，承载塞子31的组件30亦同步移动，因此在喷墨盒1位于注射器23下方时，注射器23即注入墨水于喷墨盒1之中，在此同时，封口单元24取得塞子31，待完成注入墨水的动作后，喷墨盒1再由载具21搭载而至封口单元24下方，以将灌墨口13封闭，紧接着，由可为吸引器或是夹具的调转器25将喷墨盒1倒转至可使喷墨口121位于最高点的位置，再进行排气操作及以抽取器26保持喷墨口121处清洁的动作。

Claims (13)

1.一种喷墨盒的墨水填充方法，应用于喷墨盒，所述喷墨盒具有一喷墨头、一灌墨口、一气袋及一气泡口，且该喷墨头具有一喷墨口，该方法包括下列步骤：

在封闭喷墨盒之前先令气袋膨胀，以便在封闭喷墨盒之后借由气袋的收缩产生足够的负压；

封闭所述喷墨盒的对外通道仅保留所述灌墨口，其中所述对外通道包括所述气泡口及所述喷墨口；

初始化所述喷墨盒的内容积，使所述气袋中的气体排出，而达到最大内容积；

自所述灌墨口注入满额墨水；及

封闭所述灌墨口并使所述气袋的气袋口连通大气，使所述喷墨盒内部形成负压。

2.如权利要求1记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述灌墨口注入满额墨水步骤的方法选自定量注射或监视填充重量或上述两种方式的组合之一。

3.如权利要求1记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述灌墨口注入满额墨水的步骤包括下列步骤：

自所述灌墨口注入定量墨水；及

自所述气袋口注入空气，且使所述气袋维持撑开。

4.如权利要求1记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述灌墨口注入满额墨水的步骤包括下列步骤：

自所述气袋口注入空气，且使所述气袋维持撑开；及

自所述灌墨口注入定量墨水。

5.如权利要求3或4记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述灌墨口注入定量墨水步骤的方法选自以一定量注射器注入墨水或以一重量检出器通过监视注入所述喷墨盒的墨水重量或是上述两种方式的组合之一。

6.如权利要求3或4记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述气袋口注入空气，且使所述气袋维持撑开的步骤的方法为以一定量注射器注入。

7.如权利要求3记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述气袋口注入空气，且使所述气袋维持撑开步骤的方法为设置一液面检出器于所述喷墨盒注入满额墨水后到达的水位线处，以在墨水的液面到达预设的水位时停止对所述气袋注入空气。

8.如权利要求1记载的喷墨盒的墨水填充方法，还包括自所述喷墨口排气的步骤，先将所述喷墨口开启，并调整所述喷墨口的位置使之处于所述喷墨盒的最高点，以使位于所述喷墨口与邻近所述喷墨头处的滤网间的气泡浮至最接近所述喷墨口的位置，再对所述喷墨盒内部施加正压，而将靠近所述喷墨口处的残余气泡强制排出所述喷墨口。

9.如权利要求8记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述喷墨口排气步骤中的对喷墨盒内部施加正压为自所述气袋口处注入适量空气，迫使所述气袋在所述喷墨盒内膨胀而产生正压。

10.如权利要求8记载的喷墨盒的墨水填充方法，其特征在于自所述喷墨口排气步骤之后还包括抽离出位于所述喷墨口的少量墨水的步骤。

11.一种喷墨盒的墨水填充装置，应用于一喷墨盒，所述喷墨盒具有一卡盒、一喷墨头、一灌墨口、一气袋及一气泡口，其中所述卡盒用以储存墨水，所述喷墨头位于所述卡盒的底部，用以将所述卡盒内墨水喷射至记录媒体，且靠近其位置处还设置有一滤网，以避免墨水中杂质堵塞所述喷墨头的喷墨口，所述灌墨口位于所述卡盒顶部，用以作为注入墨水的通道，而所述气袋与所述气泡口分别配置在所述卡盒内部及底部，皆用以形成适当的负压，所述墨水填充装置包括：

一载具，沿着一预定的路径往复移动，负责承载待填充墨水的所述喷墨盒，在所述载具恰好对准所述气泡口与所述喷墨口的位置处均设置有一封口组件，以在所述喷墨盒被固定于所述载具的同时，以所述封口组件封闭所述气泡口与所述喷墨口；

一气袋抽填器，包含有一吸引口器与连接所述吸引口器的一空气抽放单元，所述吸引口器恰好密合于所述气袋的气袋口，并由所述空气抽放单元对所述气袋进行抽气或灌气；

一注射器，包含有一灌墨嘴与连接所述灌墨嘴的一墨水供应单元，由所述墨水供应单元将所需的墨水通过所述灌墨嘴而注入所述喷墨盒之中；

一封口单元，负责以一塞子塞入所述灌墨口，将已经填充墨水的所述喷墨盒的所述灌墨口封闭；及

一调转器，以将经填充墨水并且封闭了所述灌墨口的所述喷墨盒倒转至可使所述喷墨口位于最高点的位置，以便进行排气操作。

12.如权利要求11记载的喷墨盒的墨水填充装置，其特征在于所述封口单元为软橡胶垫。

13.如权利要求11记载的喷墨盒的墨水填充装置，还包括一抽取器，用以在进行排气操作的过程中，将自所述喷墨口处渗出的墨水抽离，以保持所述喷墨口处的清洁。

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