TW200922798A - Flow control in an ink pen - Google Patents

Description

200922798 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 本發明係關於墨水筆之流量控制技術。 【先前技術3 5 發明背景 喷墨印表機的墨水筆之尺寸會直接影響到印表機的大 小與成本。（墨水筆一般被稱之為墨水匣或喷墨列印頭總 成）。在一些高階辦公用印表機中所使用的較大型高性能喷 墨筆必須具有龐大的結構以及多個致動器，以便將喷墨筆 10 正確地定位於印表機内，如此一來便擴大了印表機的尺寸 與成本。在較高性能墨水筆中的墨水輸送糸統内之墨水過 濾與流量控制零件，有一些是墨水筆中體積最龐大的零 件。這些零件被植入於墨水筆的本體内，因此構成大部分 的墨水筆尺寸。藉由減少墨水過濾或流量控制零件的尺 15 寸，或者減少兩者之尺寸，可以顯著地降低墨水筆的尺寸。 【發明内容3 依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於墨水筆 的壓力調節器，包含：一隔膜，係介於一低壓區及一高壓 區之間，該隔膜可回應於隔膜兩側的壓力差增加而朝向該 20 低壓區移動；一閥體，可在一個允許墨水流入低壓區内的 開啟位置及一個墨水可能無法流入低壓區内的關閉位置之 間進行操作；第一槓桿，可回應於隔膜朝向低壓區的移動 而在第一支點上旋轉；以及第二槓桿，係連接至該閥體， 該第二槓桿可回應於第一槓桿的旋轉而在第二支點上旋 5 200922798 轉，藉此使閥體從關閉位置移動到開啟位置。 圖式簡單說明 第1圖是顯示喷墨印表機的方塊圖。 第2圖是顯TF墨水筆的-範例性實_之方塊圖。 5 帛3圖是顯示墨水筆的一範例性實施例之外部正視圖。 第4圖是例如第3圖所示的墨水筆之分解立體圖。 第5圖是第4圖所示的墨水筆中之筆本體的立體圖。 第6圖是沿著第7圖的直線6_6所作之第4圖的墨水筆之 正視剖面圖。 1〇 第7圖是沿著第6圖的直線7_7所作之第4圖的墨水筆之 平面剖面圖。 第8圖與第9圖是第4圖至7的墨水筆本體之平面剖面 圖，分別顯示在流量控制閥的致動期間壓力調整器的操作 零件之位置。 15 第10圖與第11圖分別為第4至7圖所示的墨水筆之壓力 調節器中所使用的調節器連桿之正視圖與平面圖。 第12圖與第13圖分別為第4至7圖所示的墨水筆之壓力 調節器中所使用的閥連桿之正視圖與平面圖。 【實施方式3 20較佳實施例之詳細說明 為了減少較高性能「偏軸式」喷墨墨水筆的尺寸所 二研發出本發明的一些實施例。因此，將參考偏軸式墨水 筆及噴墨印表機而說明本發明的範例性實施例。然而，本 發明的實施例並未被侷限於圖式及以下說明中所提及之墨 200922798 水筆或印表機而已，也可以產生並實施出其他形式的實施 例。因此，以下的說明並不應該被解讀成限制本發明的範 圍，反而本發明的範圍應該由稍後的申請專利範圍界定才 是。 5 w下文中所使用的「隔膜」-詞意味著-個沿著其周 邊固定的薄片’係用以作為兩個區域之間的界線，且對應 於此兩個區域之間的壓力變化而移動。「槓桿」一詞意味著 -種結構穩固的構件，可對應於作用在此構件上的反作用 力而繞著支撐點旋轉。槓桿旋轉所繞的支架則稱之為支 1〇點。雖然槓桿能夠被撓曲至某些程纟，但是它必須能夠承 受反作用力而不會彎曲變形。因此，槓桿必須是一種結構 穩固的構件。支點位於反作用力作用於構件上的位置之間 的槓桿被稱之為第一類槓桿，支點位於反作用力作用於構 件的位置一側上之槓桿則稱之為第二類或第三類槓桿，這 I5 -點係取決於輸入力/負載及輸出力/負載的位置與特性而 定。 參考第1圖，喷墨印表機10包括一列印頭12、一墨水供 應源14、一泵16、一印刷介質搬運機構18、及一電子印表 機控制器20。第1圖中的列印頭12一般代表一個或多個列印 2〇頭及相關的機械與電子零件，用以將墨水滴喷在紙張或印 刷介質22的帶子上。典型的熱喷墨列印頭包括一噴嘴板， 上配置有多個噴墨喷嘴及發射電阻，這些發射電阻係形 成於噴墨噴嘴後方的一個積體電路晶片上。這些噴墨噴嘴 通常沿著噴嘴板配置成多行，每個列印頭係操作式地連接 200922798 至印表機控制器20與墨水供應源14。操作時，印表機控制 器20選擇性地提供能量至發射電阻，而且當發射電阻被供 給能重時會在墨水蒸發室内形成一個蒸氣泡，透過噴嘴將 一滴墨水噴在印刷介質22上。在壓電式列印頭上，使用壓 5電元件而從噴嘴噴出墨水。位於噴嘴附近的壓電元件產生 相當快速的變形而將墨水透過噴嘴噴出。 墨水室24及列印頭12通常如第1圖的虛線所示般被— 起放置於墨水筆26内，墨水從墨水供應源14通過墨水室24 而流到列印頭12。例如墨水筆26的墨水筆，當它消耗掉_ 10個遠端可再充滿的墨水供應源14時能允許更換墨水，此種 墨水筆有時候被稱之為偏軸式(off_axis)墨水筆。墨水室Μ 一般代表墨水筆26中的一個或多個墨水室24，通過這此墨 水室，墨水可直達列印頭12。例如，如上所述，墨水在到 達列印頭之前可通過過濾室與壓力調節室。印表機1〇可以 15包括一系列跨過印刷介質22的寬度之靜止墨水筆26。2 乃- 方面’印表機10可以包括一個或多個墨水筆26，這些墨水 筆在一個移動滑架上橫跨著印刷介質22的寬度而來回進行 掃描。介質搬運機構18使印刷介質22前進而通過列印頭 12。對於靜止的墨水筆26來說，介質搬運機構18可以使介 20質22連續前進而通過列印頭12。對於掃描中的墨水筆％來 說，介質搬運機構18可以使介質22前進，而遞增地通過墨 水筆26。每當印好一長條時便停止，然後使介質22前進以 準備列印下一長條。 控制器20接收來自電腦或其他主機裝置28的列印資料 200922798 且處理該資料，使其成為印表機控制資訊與影像資料。控 制器20控制滑架及介質搬運機構18的移動。如上所述，控 制器20係電氣式地連接到列印頭12 ,以提供能量至發射電 阻上，藉此將墨水滴噴在介質22上。藉由協調墨水筆26與 5介質22的相對位置以及墨水滴的噴出，控制器20能夠根據 從主機裝置28所接收到的列印資料而在介質上產生出想 要的影像。 第2圖是顯示墨水筆2 6的一個範例性實施例之方塊 圖。參考第2圖，墨水從一個單獨的墨水供應源（未顯示）通 10過一入口 32而被抽到墨水筆26内的過濾室3〇中。在流入調 節室36之前，墨水通過過濾室3〇内的一個過濾器34。（根據 第2圖所示的墨水筆26之實施例，第i圖的墨水室24例如可 包括一個過濾室30與一個調節室36。）墨水從調節室％流到 列印頭12，在§亥處墨水如上述般噴至印刷介質上。在許多 15喷墨印表機中，墨水以些微的負壓（真空）流至列印頭，致使 當列印頭並未被致動時可控制墨水自由流經噴墨喷嘴。一 旦沒有此負壓，墨水可能會從喷嘴外漏或淌出。因此，調 節至36中的壓力調節器38將調節室36内的壓力維持在想要 的負壓範圍内。 !〇 第3至7圖顯示一種的墨水筆40的範例性實施例，其可 用作為第1圖與第2圖的方塊圖中所示之墨水筆％。第3圖是 墨水筆40的外部之正視圖，第4圖是墨水筆4〇的分解立體 圖。第5圖是顯示墨水筆本體的内部設計之立體圖，第6圖 與第7圖分別是墨水筆40的正視圖與平面剖面圖。首先參考 9 200922798 第3至4圖以及第6圖，墨水筆40包括一個下方外部殼體c、 一上方外部殼體44、及一外蓋或帽蓋46。列印頭（未顯示) 係放置於下外殼42中，致使列印頭噴嘴板48(第6圖）沿著墨 水筆40的底部暴露出來，用以將墨水滴5〇(第6圖）喷在紙張 5或其他印刷介質52上（第6圖）。墨水筆40的本體54被放置^ 上外殼42與下外殼44内，這一點從第6圖的剖面圖可以清楚 地看出。 現在參考第4至7圖，所顯示的墨水筆4〇之範例性實施 例被建構成能容納且喷出兩種不同的墨水。墨水筆本體54 10在縱向上被一個中央障壁58分割成兩個單元56A與56B。第 4圖中的墨水筆40之分解立體圖是從墨水筆單元56B的内側 看進去（就是單元56A的外側），同時第5圖的墨水筆本體“ 之詳細立體圖是從墨水筆單元56A的内側看進去（就是單元 56B的外側）。墨水流經每個墨水筆單元56A與56B，而流至 15 一個單獨的列印頭。當墨水筆40被安裝於一印表機内，墨 水入口埠60A與60B係連接至一個偏軸式墨水供應源及一 個泵吸系統（第3至7圖中並未顯示），例如第丨圖的方塊圖中 所不之墨水供應源14與泵16。墨水被抽吸而流經入口埠6〇a 與60B，且流入對應的過濾室62a、62b内。墨水從過濾室 2〇 62A、62B流入一個對應的壓力調節室64A、_。對於每個 單元56A與56B來說’以下所描述的零件均㈣。因此，為 求方便，省略掉“A”、“B”的部件編號，且單獨使用_個部 件編號，以表示在單元A與單元的相同零件。 過濾器66被支撐於每個過濾室62A、62B内的-個過渡 10 200922798 器框架68上，過濾器66被支撐於過濾器框架68的内側面與 外側面上。因此，每個過濾室62A、62B被過濾器66分割成 兩個分支腔室（sub-chamber)--個外部/上游分支腔室及一 個内部/下游分支腔室。每個墨水入口埠6〇A、6〇B開啟至外 5部分支腔室内。在過濾器框架68的角落中之—開口使内部 過濾器分支腔室暴露至一通道7〇,而通過障壁58至壓力調 節室64A、64B。通過入口埠60A、60B而被抽吸到每個外部 過濾分支腔室的墨水，係通過過濾器66而進入對應的内部 分支腔室，且然後透過通道70離開而進入調節室64A、 10 64B。（從入口埠60A經過墨水筆單元56A到調節室64b之墨 水流係藉由第9圖中的箭頭72所顯示）。内部障壁74將八單元 過濾室62A與B單元調節室64B分隔開來，内部障壁76將6 單元過濾室62B與B單元調節室64B分隔開來。 在每個調節室64A、64B内的壓力調節器78可控制墨水 15從過濾室62A、62B流入調節室64A、64B内。墨水透過出口 80流出調節室64A、64B且進入對應的列印頭。壓力調節器 78包括一隔膜82、一流量控制閥84、及一連桿86。連桿86 係用以連接隔臈82與流量控制閥84。隔膜82係作為調節室 64A、64B(低壓區）與調節室64八、64B外部的高壓區9〇之間 20的障壁。在所顯示的實施例中，隔膜82沿著本身的周邊而 被固定在一框架92上，隔膜82可以被形成為一個熱熔接至 框架92上的薄塑膠膜。此薄膜可以被溶接至適當位置上且 具有些許鬆弛，致使此薄膜可以對應於區域64八、648與9〇 中的壓力變化而朝内陷縮或朝外膨脹。可以使用任何適合 200922798 的隔膜82。隔膜82另外可以被形成為一個塑膠片伸長交又 框架92。 連桿86包括兩個槓桿94、96及兩個彈簧98、ι〇〇。調節 損桿94對應於朝内移動的隔膜82所產生之輸入力而在= 5 1〇2上㈣桿％對應於在支點U)2上旋轉的調節損桿 94所產生的輸入力而在支點1〇4上旋轉。在所顯示的實施例 中’調節槓桿94被形成為一個矩形板，此矩形板是由金屬 或”他此夠支撐隔膜82的適當堅硬材質所製成。因此，積 桿94有時候_之為壓力板94。固定於柱體106上的調節^ 10簧98追使壓力板94朝外而緊靠著隔膜82，藉此偏動隔膜a 使其朝向高㈣90。固定於柱體刚上的閥彈簧·迫使間 才貝桿96的輸入力端朝外移動，藉此偏動流量控制閥84使其 朝向關閉位置。 、 [5 n。麵顯^實施财，調節槓桿94與彈簧98被、组合於 2部件(歡為婦連桿u_。連桿⑽係詳細地顯示於 10,與第U圖中。參考第職叩，調節彈簧％是—葉 片彈黃，此葉片彈簧被形成為—個沿著壓力板94的中央部 2伸之从部分(tang)。而且，尖銳部分/彈簧％朝向調節 0 = 4A、6糊部延伸。此結構能使壓力祕如上般產生移 2與旋轉’而不會使尖銳部分/彈簧98接觸到隔购。在壓 _板94周圍的滾壓邊緣能有助於防止隔膜a受損。 示的實施财，_桿96與_簧⑽被組合於單一部件 圖中為112)内，連桿112詳細地顯示於第12圖與第13 。多考第12圖與第13圖，閥彈簧⑽是—個葉片彈菁， 12 200922798 此葉片彈簧被形成為沿著閥槓桿96的中央部位延伸之尖銳 部分。 藉由比較第7至9圖中用於調節室64b的調節器零件之 位置，可以看出壓力調節器78的操作。在f7，，壓力調 節器78是處於顧的狀態下，其中調節室刚正叫微負壓 保持住墨水。調節彈簧98偏動隔膜82上的壓力板94朝外， 以對抗在高壓力區90中的關壓力（通常為大氣壓朴間彈 簧100偏動流量控制_，使其朝向_位置，以防止黑水 經過通道70而流人調節室6蝴。假如必要或想要的話了加 固材114可以被添加至隔膜82的中央位置，跨過用於彈簧98 的壓力板94中之開口’藉此強化該隔膜82。加固材114例如 可以被形成為-個具有餐厚度的_賴，且與形成隔 膜82所用的塑膠薄膜相同。在另一個範例中，加固材ιΐ4也 可以由-種固定至隔膜82上的更堅硬材質所形成。 現在t匕較第7圖與第8圖，從列印頭喷出墨水會降低 調節室64B内的壓力，因而增加了隔膜82兩邊的壓力差。所 増加的壓力差會朝内擠壓隔膜82與壓力板94，如第8圖所 不’壓力板94朝内移動直到碰到支點1〇2為止。然後，壓力 板94在支點1〇2上旋轉，直到它例如在—個突出尖端ιΐ6上 接觸閥槓桿96為止。當墨水從列印頭噴出時，調節室_ 内的壓力持續降低’直到旋轉中的壓力板94卡住並旋轉支 點104上的閥槓桿96而打開閥體84為止，如第9圖所示，藉 此允岭墨水流人調節室64B内。從加壓過濾室㈣流入調節 至64B内的墨水’可增加調節室64B内的壓力，降低隔膜82 13 200922798 兩側的壓力差。減少的塵差 9,上移動。严_94首先朝=調㈣黃%使壓力板 板94瓦先朝外旋轉，鬆開間槓桿96，且 :::菁__咖，且然後朝外移動以返回第7圖 印頌上立置。為了將墨水以想要的堡力供應至列 節室嫌繼她物以及使調 可以朝:::=ΓΤ6被彼此相對定位成使得壓力板94 耩能允… 不需要打開或關閉閥體84。此種結 lo is 2〇 賴力範圍而供應墨水到列印 〜力變：：：内所捕捉到的空氣。在溫度或 朝内Lr:藉由朝外移動隔膜82，或者允許隔賴 ㈣積==::::64B内的體積等方式， 的背壓。 、 在凋節室64A、64B内維持想要 量控制Μ力板94的移動與旋轉有助於降低打開或關閉流 產生出二需的面積’同時仍允許對調節室内的體積變化 將續^或想要的調節，因此有助於減少墨水筆尺寸。 樟ΐΐ2^Γ黃功能組合在單—部件内（調節連桿u°及閥連 能約產/、有助於降低墨水筆尺寸，簡化墨水筆總成，且 J產生-個更乾淨的總成。 範例性實於^ "中開頭所述’圖式及上述說明中所提及的 法。^ Μ僅作為說明之用’並非用以偈限本發明之方 乃可以構思並實施出其他形式的實施例。因此， 14 200922798 上述的說明並不應該被解讀成限制本發明的範圍，反而本 發明的範圍應該由稍後的申請專利範圍界定才是。 【阖式簡單說明】 第1圖是顯示喷墨印表機的方塊圖。 5 第2圖是顯示墨水筆的一範例性實施例之方塊圖。 第3圖是顯示墨水筆的一範例性實施例之外部正視圖。 第4圖是例如第3圖所示的墨水筆之分解立體圖。 第5圖是第4圖所示的墨水筆中之筆本體的立體圖。 第6圖是沿著第7圖的直線6-6所作之第4圖的墨水筆之 10 正視剖面圖。 第7圖是沿著第6圖的直線7-7所作之第4圖的墨水筆之 平面剖面圖。 第8圖與第9圖是第4圖至7的墨水筆本體之平面剖面 圖，分別顯示在流量控制閥的致動期間壓力調整器的操作 15 零件之位置。

第10圖與第11圖分別為第4至7圖所示的墨水筆之壓力 調節器中所使用的調節器連桿之正視圖與平面圖。 第12圖與第13圖分別為第4至7圖所示的墨水筆之堡力 調節器中所使用的閥連桿之正視圖與平面圖。 20 【主要元件符號說明】 10···噴墨印表機 12···列印頭 Μ…墨水供應源 16...泵 18…印刷介質搬運機構 20···印表機控制器 22···印刷介質 24···墨水室 15 200922798 26…墨水筆 28…主機裝置 30···過慮室 32...入口 36…調節室 38…壓力調節器 40…墨水筆 42…下方外部殼體 44…上方外部殼體 46…外蓋 48…喷嘴板 50…墨水滴 52…印刷介質 54…本體 56A.··單元 56B···單元 58…障壁 60A…墨水入口埠 60B···墨水入口埠 62A…過濾室 62B.·.過濾室 64A…壓力調節室 64B."壓力調節室 66…過濾器 68…過濾器框架 70…通道 74…内部障壁 76…内部障壁 78…壓力調節器 80···出口 82…隔膜 84…流量控制閥 86…連桿 90…高壓區 92…框架 94…壓力板 94…槓桿 96…槓桿 98…彈簧 100···彈簧 102…支點 104…支點 16 200922798 106."柱體 112…閥連桿 108…柱體 114…加固材 110…連桿 116···突出尖端 17

Claims (1)

1. 200922798 十、申請專利範圍： 1· 一種用於墨水筆的壓力調節器，包含： 一隔膜，係介於一低壓區及一高壓區之間，該隔膜 可回應於隔膜兩側的壓力差增加而朝向該低壓區移動； 一閥體’可在一個允許墨水流入低壓區内的開啟位 置及一個墨水可能無法流入低壓區内的關閉位置之間 進行操作； 第一槓桿，可回應於隔膜朝向低壓區的移動而在第 一支點上旋轉；以及 第二槓桿，係連接至該閥體，該第二槓桿可回應於 第一槓桿的旋轉而在第二支點上旋轉，藉此使閥體從關 閉位置移動到開啟位置。 2·如申請專利範圍第1項之壓力調節器，其中，可回應於 隔膜朝向低壓區的移動而在第一支點上旋轉之第一槓 桿，包含可回應於隔膜朝向低壓區的移動而產生移動， 且可回應於隔膜朝向低壓區的進一步移動而在第一支 點上產生旋轉之第一槓桿。 3.如申請專利範圍第1項之壓力調節ϋ，另外包含-個用 以偏動隔敎其朝向高駭的第__彈簧，及—個用以偏 動閥體使其朝向關閉位置的第二彈簧。 4·如申凊專利範圍第3項之麼力調節器，其巾，第一彈簧 擠壓第一槓桿’使其緊靠著隔膜，藉此偏動隔膜朝向高 5區，而第二彈簧核於第二槓桿上，用以偏動間體 使其朝向關閉位置。 18 200922798 5·如申請專利範圍第3項之壓力調節器，其中，第一彈簀 與第一槓桿被組合於單一部件内，且第二彈簧與第二槓 桿被組合於單一部件内。 6· —種用於墨水筆的壓力調節器，包含： 5 一隔膜，係介於一低壓區及一高壓區之間，該隔膜 被偏動而朝向高壓區，且該隔膜可回應於隔膜兩側的壓 力差增加而朝向低壓區移動； 一閥體，用以控制墨水流入低壓區内；以及 一連桿，係用以連結隔膜與閥體，該連桿包含：第 单連杯，可回應於隔膜朝向低壓區的移動而產生移 動，且然後回應於隔膜朝向低壓區的進一步移動而產生 旋轉；以及第二連桿，可回應於第一連桿的旋轉而旋 轉，藉此打開閥體。 7. 如申請專利範圍第6項之壓力調節器，其中，第一單連 15 桿包含一個承載於隔膜上的板體以及一彈簧，該彈簧係 用以擠壓該板體使其緊靠著隔膜而朝向高壓區。 8. 如申請專利範圍第6項之壓力調節器其中，第一單連 桿包括一個可以在第一支點上旋轉的第一槓桿，而且第 二連桿包含一個可以在第二支點上旋轉的第二槓桿。 2〇 9·—種用於墨水筆的壓力調節器，包含： 一隔膜，用以形成一墨水室周邊的一部分，該隔膜 可朝内朝外移動，以便交替地收縮與膨脹該墨水室； 一閥體，可在一個允許墨水流入墨水室内的開啟位 置及一個墨水可能無法流入墨水室内的關閉位置之間 19 200922798 進行操作，該閥體被偏動而朝向關閉位置； 一連桿，係用以連接隔膜與閥體； 該連桿在隔膜上朝外擠壓，壓迫隔膜而使墨水室膨 脹； 5 該連桿在閥體仍保持關閉的第一動作範圍内可以 朝外朝内移動；以及 該連桿可以在第二動作範圍内旋轉，以便使閥體從 關閉位置移動到開啟位置，且允許閥體從開啟位置移動 至關閉位置。 10 10.如申請專利範圍第9項之壓力調節器，其中，該連桿包 含： 第一部件，可回應於隔膜朝内移動而產生移動，且 然後回應於隔膜朝内的進一步移動而產生旋轉；以及 第二部件，可回應於第一部件的旋轉而旋轉，以便 15 使閥體從關閉位置移動至開啟位置。 20