TW501986B - Negative pressure type ink leakproof device of ink cartridge - Google Patents

Description

501986 五、發明說明（1) 【應用領域】 本發明係有關一 表機之墨水匣的内部 的力量，管制外界空 之負壓恆可維持於一 裡滲出的負壓範圍内 【發明背景】 喷墨印表機已經 具一。通常，噴墨印表 的表面來回移動並喷 至適當的位置然後使 成所要的影像或資料 墨水筆（i n k p e η ) 及喷墨印表頭等兩部 頭 種負，式防漏裝置，可應用於喷墨印 二尤指一種防漏裝置能利用彈性元件 虱，往墨水匣内之進氣閥門，使匣内 可操作並又可防止墨水從喷墨印表 疋種相當可靠且很有效率的列印工 機具有一噴墨％表頭，可相對於噴印 出墨滴。一控制系統將喷墨印表頭移 之貝射墨滴，墨滴落在喷印表面而形 内谷。這類印表機裡面通常使用〜種 主要包含儲存及供應墨水的儲墨 分。 目前已有兩種被普遍採用的系統可使噴墨印表頭 (p r i n t h e a d )依照一系列的控制指令喷射墨滴；其一 熱氣泡糸統（thermal bubble system)，其二為壓恭李“ 統（piezoelectric system )。採用上述兩種系統的喷墨 印表頭，都設有複數個微孔（or i f i ce )，而每一微孔各$ 有其相連之墨腔（ink chamber )。在操作中，墨水從儲 墨匣導入喷墨印表頭的墨腔，然後從微孔中將墨滴喷向所 喷印的目標表面。熱氣泡型態的喷墨印表頭，利用一薄膜 電阻（thin-film resistor)對墨腔裡的墨水加熱而使之 瞬間汽化，並藉由墨水汽化的膨脹力量迫使墨水從喷墨印 501986

表頭的微孔裡喷出。壓電型態的喷墨印表頭則具有壓電元 件（piezoelectric element)可根據一系列的控制指令 作動，作動時壓電元件在喷墨印表頭裡產生壓力波 7 (pressure wave)，可迫使墨腔裡定量的墨水從喷墨印 表頭的微孔中喷出。

雖然上述兩種系統都可算是性能可靠且操作效率良好 的喷墨印表頭設計，但卻都缺乏一種可在靜止狀態防止墨 水從微孔中滲出（per meat i ng )的防滲漏機制。墨水若會 從！孔裡滲漏，將會使喷出的墨滴1點變不準確，進而影 響列印的品質。為解決此一問題，必須在墨水匣内維持— 輕微負壓(slight underpressure )，使喷墨印表頭在斬 停或停止作動時，讓墨腔裡的墨水不會從微孔裡滲出。 下文中，所謂的負壓，意指墨水匣内的壓力小於外界 空氣（ambient air )時的壓力差值。墨水匣内必須維持 足夠程度的負壓，才能避免墨水從喷墨印表頭裡的微孔浪 漏。但是如果負壓過大，將會抵銷噴墨印表頭内喷出墨滴 的喷印動力’其可能的影響包括：使喷出的墨滴尺寸無法 維持穩定或漸漸變小，使噴印的品質變差，嚴重時甚二 使墨滴無法完全喷出。 、 τ 3會 為維持正常操作，負壓值必須要能經常维拄— 一 、’付在一可操作的 範圍内（operating range )。也就是，負壓必須使之 於可防止墨水從喷墨印表頭滲漏的壓力儐，π :、 人 j 土々m，同時，又必 小於可能妨礙喷印的壓力值。為了同時滿足上述限制，# 對各種不同等級之產品訴求’目前已有許多不同的技術針

第6頁 501986 五、發明說明（3) 例如，約翰•迪恩（John H. Dion)等人提出的「放 寬噴墨水匣之可操作環境條件的方法與裝置（Method And Apparatus For Extending The Environmental

Operating Range Of An Ink Jet Print Cartridge )」 美國專利第4，9 9 2，8 0 2號，採用兩個壓力控制機構以維持 墨水匣内的負壓，其中第一壓力控制機構用以控制補氣或 補墨的流量，第二壓力控制機構用以控制儲墨的容積，藉 上述機構作用，可共同維持一墨水匣内的負壓在一可正^ 範JS内操作。

迪恩等人的發明，雖然能合理地控制墨水匣内的負 壓，但其構造卻略嫌複雜，而且比較浪費墨水 水的空間。相較之下，料比較簡單的，有詹=儲 雪客（James E· Pollacek)等人所提出的「喷印筆之調 節器（Regulator For Ink-jet Pens )」美國專利第 5，0 4 0，0 〇 2號。該專利直接在儲墨水匣上開設通氣孔，又 在通氣孔上設一金屬閥座，利用磁力使閥門一直關閉，直 到E内的負壓大到使外界的空氣壓力足以衝開閥門時才補 進外面的空氣，隨後磁力又將使閥門緊密，繼續保持氣密 以維持匣内的負壓。藉由上述機制，使墨水匣内的負壓可 被靈敏地維持在一既定的範圍内操作。 此種利用磁力閥門來控 構造雖然遠較迪恩等人的發 運送過程中不慎接近強力磁 將會受到改變。如此一來， 制補氣通道的墨水匣構造，其 明簡單，但是萬一此種產品在 場’則金屬閥座與閥門的磁力 其負壓的設定範圍便無法準確

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地控制，故會連帶地影響產 【發明目的及概述】 針對帕樂雪客的發明，本發 會受磁力影響的閥門構造。 ，氣孔與外界大氣相通，並 彈簧或彈性材料使閥門傾向 水匣内的墨水液位逐漸在喷 門密閉使外界空氣無法補入 降一低而變大，此現象可根據 and Charles， laws)可知 慮溫度變化的情況下，氣體 變=。因此當印表頭持續列 持續地增加。當負壓接近設 用在閥門上的力量剛好與大 故g負壓再繼續增加時，閥 里的王氣流入匣^内，使負壓 時因匣内的負壓減小，彈簧 閥門關閉，繼續保持匣内的 為讓本發明之上述和其 懂，下文特舉若干較佳實施 明0 品的列印及品質。 明提出另一種簡化構造，但不 根據本發明，可在墨水£設一 在通氣孔上設一閥門，利用一 於德、閉狀態。在操作中，當墨 印的操作中消耗降低，由於閥 ’ S内空氣的容積因墨水液位 波義爾與查理定律（Boy le，s 菖氣體的質量不變，在不考 若體積變大，則其壓力將隨之 印消耗墨水時，匣内的負壓將 定值時，使彈簧或彈性材料作 氣作用在閥門上的力量平衡， 門會被大氣壓力輕微推開，微 又回復到可操作的範圍内。^ 或彈性材料的力量又會立即將 負壓狀態。 ' 他目的、特徵及優點更 例，並配合所附圖示詳細^

【實 10及 施例詳細說明】 圖:示，應用本發明之喷印筆可包括 貝墨印表頭20組合而成。噴墨印表頭2〇具有若干個 501986 五、發明說明（5) 微孔21 ’利用軟性電極板2 2接收控制信號，根據所輸入之 一系列的信號，可使不同之微孔2 1依據指令喷出墨滴於喷 印的目標物上。 該嘴墨印表頭20可採用熱氣泡系統（thermal bubble system)或壓電系統（piez〇eiectric system)的其中任 何一種。無論採用上述哪一種系統的噴墨印表頭20，其内 ' 部每一微孔21都分別各有與之相連的墨腔（ink chamber )。在喷墨的操作中，墨水3 〇從墨水匣丨〇導入噴墨印表頭 20W墨腔（已知構造，未圖示），紙後從微孔21中將墨滴 喷向所喷印的目標表面。若係採用熱氣泡型態的喷墨印表Ο 頭，則喷墨印表頭2 0裡面會有一薄膜電阻（th丨n— f丨i m resistor )(已知元件，未圖示）對墨腔裡的墨水3〇加熱 而使之瞬間汽化，並藉由墨水汽化的膨脹力量迫使墨水3 〇 從噴墨印表頭20的微孔裡噴出。若選擇採用壓電型態的喷 墨印表頭，則噴墨印表頭2 〇應設有壓電元件 (piezoelectric element)，使之根據軟性電極板22所 |接收$控制信號作動，作動時令壓電元件在喷墨印表頭裡 產生壓力波（pressure wave)，而迫使墨腔裡定量的墨 水3 0隨之從喷墨印表頭2 〇的微孔2 1中噴出。 【第一實施例】 Ο 如第二圖繪示，根據本發明之/具體實施例，在墨水 匣1 0的一面設有通氣孔1 2，内側並又設有固定座丨丨、頂針 1 3及螺旋彈簧1 4。固定座11與通氣孔1 2相通而可容納頂針 13及螺旋彈簧14。頂針13具有一圓錐面或蛋頭狀表面、 五、發明說明⑹ " "" - 1 3 0 1，可與通氣孔】2邊緣緊 咬豕冢么接觸，亚元全截斷空氣的通 心。舁该圓錐面或蛋頭狀表面]3 〇丨相連的有針桿1 3 〇 2，可 牙套螺旋彈簧1 4，藉由螺旋彈簧丨4推頂圓錐面或蛋頭狀表 = 1301下方的凸緣1 30 3，可使圓錐面或蛋頭狀表面13〇丨偏 向抵緊通氣孔1 2，使墨水匣1 〇得以完全氣密。 使通氣孔1 2封閉的目的在於切斷外界空氣進入黑水匣 2的路徑。因此若使用其他形狀之氣密塊取代該圓錐面或 東頭狀表面1 3 0 1，將亦屬可行之均等替代元件。 【3二實施例】

——較佳者，可再作如第三圖所示之修改變化。在前述第 二實施例之結構中再增加一氣袋15，並在固定座n上設一 氣孔11 0 1，使之與氣袋15相通。 如第二圖所不，在一喷墨操作中，墨水液位3丨隨喷印 2行逐漸降低，匣内的負壓亦隨之逐漸增大。然而在一 大卞作的負壓範圍内，螺旋彈黃1 4施加於頂針1 3的力量恆 旦於外界之大氣壓力作用於圓錐面或蛋頭狀表面1301的力 里’因此墨水匣1 〇得繼續保持氣密。

限佶t圖四，繪示，當匣内的繼續產生的負壓已到達一極 取、K t A大氣壓力作用於圓錐面或蛋頭狀表面13 01的力量 空=:旋彈更14的力量，迫使頂針13退縮而讓外界的微量 脹虱Γ由通氣孔12進入墨水匣10内的氣袋15。氣袋15膨 地”{匣内的墨水液位3 1上升，匣内空氣的空間隨之相對 内、、’佰$，使匣内的負壓值降回既定的可操作的負壓範圍 。由於匿内負壓減少，因此螺旋彈簧14將立刻推回頂針

> 五、發明說明（7) 1 3 使通氣孔1 2立刻再度被封閉 【第三實施例】 如第五圖所繪示，依據本發明，如杲、隹 件’省略頂之針桿1 302,而：留： = 再簡化構 面以抵緊通氣孔12，亦屬 j =或蛋頭狀表 板彈簧或彈片16的支持，使圓 ：轭方案。利用-薄 於抵緊通氣孔1 2 & t a κ >>. 5蛋頭狀表面1 3 Ο 1傾向 更内= :第‘六圖所示，同前述原理，當 圓濰面哎I 适徑限值日寸，大氣壓力作用於 隹囱次虫頭狀表面1301的力量超過 加於頂針1 3的力量，栘in雜而十疋.极泮尹、次每片1 6施 缩，冰w认/ f 使0 或蛋頭狀表面U〇l因而退 膨服，使_墨：:二 :地=，使，内的負壓值降回既定的；；：二以 回圓= = =板彈簀或彈片16立刻以 乂贫碩狀表面1301，使通氣孔12立刻再度封 沾使t虱孔12封閉的目的在於切斷外界空氣進入氣代 涵路徑。因此若使用其他形狀之氣密塊取代該圓錐面^ 碩狀表面1301，將亦屬可行之均等替代元件。 或蛋 【第四實施例】 如第七圖所繪示，依據本發明，如果再進一步 構件，省略氣袋。並且利用鋼珠4 〇取代具圓錐面或二化 表面1301的構件，在鋼珠4〇下方利用一彈性，，〇，，型俨^、狀 代彈黃。同理，如第八圖所繪示，當匣内繼續產生的取^ 已到達一極限值時，大氣壓力作用於鋼珠4〇表面的旦j ^里超

第11頁 )υΐ986 五'發明說明（8) 過彈性0型環41施加於鋼珠4〇的力量，使鋼珠40因而退 縮’外界的微量空氣將進入墨水匣1 〇内，使匣内的負壓值 回復到既定的可操作的負壓範圍内。由於匣内負壓值減 少’因此彈性π〇π型環41將立刻推回鋼珠40，通氣孔12便 再度被立刻封閉。 一般而言’以上無論採用哪一種系統的喷墨印表頭 2〇 ’要有效防止其靜止時滲漏墨水3〇，則墨水匣1〇裡應至 夕使之維持於負2 · 5公分·水柱高（cm ·迅c )的負壓。但 若-是墨水£10裡面的負壓超過負10公分•水柱高、（cm · J )時’則f開始影響喷墨印表頭2〇的正常作動。因 ^=上各灵^例，所採用之彈性元件施加於圓錐面或蛋 ϋ面1301或鋼珠4Q上的力量，在墨水 公分·水柱高時，應剛好二 公分.皮h t e 衡。在墨水匣1 0内的負壓接近負1 0 二圓時’使大氣能推開彈性元件施 孔12進Kim?1或鋼珠4°，而讓空氣從通氣 近以乃公分-水柱高一心^:^程中二負壓接 性必須足以推回圓錐面或蛋頭 Y 彈性兀件的彈 軋孔12再度封閉，讓墨水㈣内的負：：珠4。’使通 墨印表頭2 0滲漏墨水3 0的負壓範圍。、 ' ;一可防止贺 【弟.五實施例】 固 如第十圖所示，亦可利用 疋座11之内而推迫一氣密，，〇 •滑動座51與彈簧52裝置於 型裱50，藉以截斷匣外空

^01986 五、發明說明（9) 氣進入墨水匣1 〇内的路徑。當匣内繼蜻 一朽版姑口士丄尸广 田匣円沲、*·貝產生的負壓已到達 f限值％ ’大氣虔力作用於滑動座51的力量超 的力量，使滑動座51因而帶動氣密，，〇,,型環5〇HZ ，空氣將進入墨水㈣内，㈣的負壓？回= =的可刼作的負壓範圍内。由於匣内負壓值減少， 黃52的力量又重新勝過大氣壓力作用的力量，因 回氣密"0"型環50，使通氣孔12進入墨水匣1〇内的护 度被氣密"0”型環50封閉。 二# 以阻：ii2tj，皆可在墨水社α内增設一墨水袋60， 外界空氣與墨水直接接觸。若以第四實施 造 為代表例，請參第九圖所示。在喷 耗將使墨水袋60持續扁缩嘭,1匕符、.負4 的总縮而βΓ 匡内的空氣將因墨水袋60 續產生的負壓已到達一極二:加負S。同？ " S内繼 使鋼珠4。因而退縮=的二施加於鋼珠4〇的力量’ 使匡内的負壓值回復=^空氣將進入墨水_内， 匿内負壓值減少，=Hi可^作的負壓？内。由於 40，通氣孔12便再度被立刻圭^閉型祕將立刻推回鋼珠 雖然本發明已以較佳之實 非用以限定本發明，任何孰奶j ^路如上…目的亚 離本發明之精神和範圍内‘：：本項發明之技藝者’在不脫 飾，因此本發明之保譁範=可作些許之等效的設計與潤 定者為準。’、又圍§以後附之申請專利範圍所界 501986 圖式簡單說明 第一圖、繪示依據本發明之實施例的立體外觀示意圖。請 注意：本圖僅屬示意用途，並未按照實際比率繪製。 第二圖、繪示依據本發明之第一實施例，不使用氣袋之結 構的不意圖。 第三圖、繪示依據本發明之第二實施例，在氣袋充氣前的 結構示意圖。 第四圖、繪示依據本發明之第二實施例，在氣袋充氣後的 結構示意圖。 第玉圖、繪示依據本發明之第三實施例，在氣袋充氣前的 結構示意圖。 第六圖、繪示依據本發明之第三實施例，在氣袋充氣後的 結構示意圖。 第七圖、繪示依據本發明之第四實施例，在進氣前的鋼珠 狀態示意圖。 第八圖、繪示依據本發明之第四實施例，在進氣中的鋼珠 狀態示意圖。 第九圖、繪示依據本發明之第四實施例，增加一墨水袋的 示意圖。 第十圖、繪示依據本發明之第五實施例，局部之剖面結構 圖。 【代表符號】

10 墨水匣 11 固定座 1101 氣孑L

第14頁 501986 圖式簡單說明 12 通氣孑L 13 頂針 1301 圓錐面或蛋頭狀表面 1302 針桿 1303 凸緣 14 彈簧 15 氣袋 16 薄板彈簧或彈片 20. 喷墨印表頭 21 微孔 . 22 軟性電極板 30 墨水 31 墨水液位 40 鋼珠 41 彈性"0”型環 50 氣密型環 51 滑動座 52 彈簧 60 墨水袋 ❿ Φ

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Claims (1)

1. J^i986 六 、申請專利範圍 、一種墨水匣之負壓式防漏裝置，設於一噴墨筆之墨水 艮内，該喷墨筆包括喷墨印表頭及墨水匣等兩部^， 其中墨水匣的一面設有通氣孔，並包括·· 一固定座，與該墨水匣之通氣孔相通； 一氣密塊，例如具有圓錐面或蛋頭狀表面的塊狀 =件，以可往復活動的方式裝設於該固定座的内部， 並且可利用其圓錐面或蛋頭狀表面封堵該墨水昆之通 氣孔；及 〜 > 一具有彈性的元件裝設於該Jp定座内，供推抵該 氡密塊，使之偏向於可封堵該墨水匣之通氣孔的位Μ 置。 2、 2申請專利範圍第丨項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 ，其中該具有圓錐面或蛋頭狀表面的元件係指一 '十，該頂針具有一針;，盘一 fn 4¾ Si -¾ -¾ 、 頭部相連。 十才干” 0錐面或蛋頊狀表面的 3、 =申請專利範圍第2項所㉛之墨水 接。 計的碩部下方具有一凸緣與該針桿相 Ϊ申^ ί利範圍第3項所述之墨水匣之負壓@@ 罝其中該呈古^ t 工心貝缓式防漏裝 該頂針之針^ ^性的元件係指一螺旋彈簧，穿套於 該頂針之圓；面：：端=頂在該凸緣上，藉以迫使 之通氣孔的位置3蛋頭狀表面偏向於可封堵該墨水匣 h如申請專利範圍第1項所述之墨水昆之負壓式防漏裝 第16頁 501986 六、申請專利範圍 置，其中該具有彈性的元件係指一薄板彈簀或彈片。 6、 如申請專利範圍第5項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中具有圓錐面或蛋頭狀表面的元件係連接於該 薄板彈簧或彈片的端部，而藉由該薄板彈簧或彈片的 彈性力量，迫使該氣密塊偏向於可封堵該墨水匣之通 氣孔的位置。 7、 如申請專利範圍第1項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中該具有彈性的元件係指一彈性” 〇”型環。 8、 _如申請專利範圍第7項所述之墨木匣之負壓式防漏裝 置，其中該氣密塊係指一鋼珠，而利用該彈性” 〇”型環 推迫該鋼珠，使該鋼珠偏向於可封堵該墨水匣之通氣 孔的位置。 9、 如申請專利範圍第1項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中該具有彈性的元件，在該墨水匣内的壓力介 於負2. 5至負10公分•水柱壓力（Cm · H20 )時，其施 加於該氣密塊的力量足以抵抗外界大氣壓力，封閉該 墨水匣之通氣孔。 1 0、一種墨水匣之負壓式防漏裝置，設於一喷墨筆之墨水 匣内，該喷墨筆包括喷墨印表頭及墨水匣等兩部分， 其中墨水匣的一面設有通氣孔，並包括： 一固定座，與該墨水匣之通氣孔相通，該固定座 之一側具有一氣孔； 一氣袋，與該固定座之氣孔相通，可於進氣時在 該墨水匣内膨脹；

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   狀元件Ά主t!如是具有圓錐面或蛋頭狀表面的塊 部，並且可利用：活動的方式裝設於該固定座的内 之通氣孔；及"圓錐面或蛋頭狀表面封堵該墨水H 氣密塊：U::元件裝：於該固定座内’供推抵該 置。 帛肖於可封堵該墨水昆之通氣孔的位 11 、 12 > 13、 14、 15、 如 中 請 專 利範 圍 第 10 項 所 置 其 中 該氣 密 塊 係 指 _丨· 一 針 桿 與 一圓 雜 面 或 蛋 頭 如 中 請 專 利範 圍 第 11 項 所 置 其 中 該頂 針 的 頭 部 下 接 〇 如 中 請 專 利範 圍 第 12 項 所 置 其 中 該具 有 彈 性 的 元 該 頂 針 之 針桿 J 其 ^— 端 並 針 之 圓 錐 面或 蛋 頭 狀 表 面 氣 孔 的 位 置。 如 中 請 專 利範 圍 第 10 項 所 置 5 其 中 該具 有 彈 性 的 元 如 中 請 專 利範 圍 第 14 項 所 置 J 其 中 具有 圓 錐 面 或 蛋 薄 板 彈 簧 或彈 片 的 端 部 7 性 力 量 5 迫使 該 氣 密 塊 偏 述之墨水匣之負壓式防漏裝 頂針畋頭部，該頂針具有一 狀表面的頭部相連。 述之墨水匣之負壓式防漏裝 方具有一凸緣與該針桿相 述之墨水匣之負壓式防漏裝 件係指一螺旋彈簧，穿套於 且頂在該凸緣上，迫使該頂 偏向於可封堵該墨水ϋ之通 述之墨水匣之負壓式防漏裝 件係指一薄板彈簧或彈片。 述之墨水匣之負壓式防漏裝 ，狀表面的元件係連接於該 藉由該薄板彈簧或彈片的彈 向於可封堵該墨水匣之通氣

   501986 六、申請專利範圍 孔的位置。 1 6、如申請專利範圍第1 0項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中該具有彈性的元件係指一彈性” 〇”型環。 1 7、如申請專利範圍第1 6項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中該具有圓錐面或蛋頭狀表面的元件係指一鋼 珠，利用該彈性"0”型環推迫該鋼珠，使該鋼珠偏向 於可封堵該墨水匣之通氣孔的位置。 1 8、如申請專利範圍第1 0項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 _ 置，其中該具有彈性的元件，矣該墨水匣内的壓力介 於負2 · 5至負1 0公分•水柱壓力（Cm · H2 0 )時，其施 加於該氣密塊的力量足以抵抗外界大氣壓力，封閉該 墨水匣之通氣孔。 1 9、如申請專利範圍第1 8項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中該具有彈性的元件，係指一薄板彈簧或彈 片。 2 0、如申請專利範圍第1 8項所述之墨水匣之負壓式防漏裝 置，其中該具有彈性的元件，係指一彈性” 〇”型環。 2 1、一種墨水匣之負壓式防漏裝置，設於一喷墨筆之墨水 匣内，該喷墨筆包括喷墨印表頭及墨水匣等兩部分， 其中墨水臣的一面設有通氣孔，並包括： 一固定座，與該墨水匣之通氣孔相通； 一氣密π 0 ”型環，容裝於固定座，位於該通氣孔 之一端的外圍； 一滑動座，以可往復滑動的方式容裝於固定座

   第19頁 501986 六、申請專利範圍 内，上方供固定該氣密” οπ型環，及 一具有彈性的元件裝設於該固定座内，供推抵該 滑動座，使之偏向於壓緊氣密π 0”型環，藉以封堵該 墨水匣之通氣孔的位置。 2 2、如申請專利範圍第1項、第11項或第2 1項中之任何一 項所述之墨水匣之負壓式防漏裝置，其中該喷墨印表 頭係與一墨水袋連接。

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