墨水匣结构及其压力调节机构.pdf

本发明是为一种墨水匣结构，其至少包含：一壳体，其内设有一墨水槽，用以储存墨水，该壳体上设有一第一通气孔与一出墨口，其中第一通气孔与外界大气相连通，且出墨口设置于壳体的底部并与墨水槽相连通；一套筒，其是设置于墨水槽与出墨口之间，且具有一容置空间；一第一滤心，其是设置于套筒的容置空间内，用以将墨水从墨水槽导引至出墨口供墨；以及一第二滤心，设置于第一通气孔上，藉由墨水于第二滤心内的毛细作用以补充外界空气进入墨水槽内，以调节墨水槽内的压力。

1.  一种墨水匣结构，其至少包含：
一壳体，其内设有一墨水槽，用以储存墨水，该壳体上设有一第一通气孔与一出墨口，其中该第一通气孔与外界大气相连通，且该出墨口设置于该壳体的底部并与该墨水槽相连通，该壳体还包括一第二通气孔，设置于该壳体上方且与外界大气相连通；
一套筒，其是设置于该墨水槽与该出墨口之间，且具有一容置空间，其中该套筒的上方且/或筒壁上设置多个孔洞，藉以减小墨水与该第一滤心的接触面积；
一第一滤心，其是设置于套筒的该容置空间，用以将墨水从该墨水槽导引至该出墨口供墨，其中该第一滤心是由轴向排列集置的纤维所组成；以及
一第二滤心，设置于该第一通气孔上，藉由墨水于该第二滤心内的毛细作用以补充外界空气进入该墨水槽内，以调节该墨水槽内的压力，其中该第二滤心是由轴向排列集置的纤维所组成。

2.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于该第一滤心是由聚丙烯与聚乙烯的聚合物所组成。

3.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于该第一滤心的密度介于0.01g/cm³至0.8g/cm³之间。

4.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于该第二滤心是由聚丙烯与聚乙烯的聚合物所组成。

5.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于该第二滤心是由发泡材质所组成。

6.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于还包括一滤网，设置于该第一滤心与该出墨口之间。

7.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于该壳体还包括：
一迂回气道，形成于该壳体的底部且与该第一通气孔相通连；以及
一气道盖板，用以覆盖该迂回气道与保护该第一通气孔与该第二滤心。

8.  如权利要求1所述的墨水匣结构，其特征在于该墨水匣结构还包括一气袋，该气袋与该第二通气孔相连通，用以将外界空气导入该气袋，以藉由该气袋的膨胀与收缩调节该墨水槽内的压力。

9.  如权利要求1所述的墨水匣供墨结构，其特征在于该墨水匣结构还包括多个气袋，该多个气袋是与该第二通气孔相连通，用以将外界空气导入该气袋，以藉由该气袋的膨胀与收缩调节该墨水槽内的压力。

10.  一种压力调节机构，其是应用于一墨水匣内以调节该墨水匣内的压力，其中该墨水匣具有一墨水槽、一第一通气孔与一出墨口，该压力调节机构至少包括：
一套筒，其是设置于该墨水槽与该出墨口之间，且具有一容置空间；
一第一滤心，其是设置于套筒的该容置空间，用以将墨水从该墨水槽导引至该出墨口供墨；以及
一第二滤心，设置于该第一通气孔上，藉由墨水于该第二滤心内的毛细作用以补充外界空气进入该墨水槽内，以调节该墨水槽内的压力。

墨水匣结构及其压力调节机构
(1)技术领域
本发明有关一种墨水匣结构及其压力调节机构，尤指一种适用于喷墨打印机的墨水匣结构及其压力调节机构。
(2)背景技术
近年来随着个人计算机普及与互联网的快速发展，喷墨打印机目前已成为个人计算机设备中必备的产品。对一般的使用者来说，一台基本型的喷墨打印机就足以应付各种文件打印的需求。众所周知，影响喷墨打印机打印品质的因素有很多，例如墨水的组成，纸张的选择以及墨水匣的供墨方式等等。为追求更完美的打印品质，相关研发者已投入大量时间与心力于墨水匣储墨与供墨结构设计，以期能符合结构简单、制作成本低、高储墨能力以及高打印品质等要求。
喷墨打印技术发展至今，控制墨滴从墨水槽释至喷墨媒体的方式可大致分为两大主流：一为的热气泡式(Thermal Bubble Ink Jet)技术；另一则为的压电致动式(Piezo-electric)技术。其中热气泡式(Thermal Bubble Ink Jet)技术，其工作原理是利用加热电阻器(thin film resistor)加热使部分墨水产生气泡进而将墨水排挤出，并使之通过喷孔片上的数个喷孔而下墨至喷墨媒体上。另外，压电致动式(Piezo-electric)技术即为主要是利用石英晶体的导电性，于通电后电流使石英晶体产生固定的震荡频率而将墨水推出喷嘴。
虽然这两种喷墨打印方式可以有效地从墨水槽将墨滴喷至喷墨媒体，但是在没有打印的状况下并无法防止墨水由喷墨头外漏，因此传统的墨水匣尚需要一种能够使喷墨头在没有打印状况下保持墨水不外漏的技术。为达到此目的，传统方式是在墨水槽内提供一微量的背压(Back Pressure)。此处所提及的背压是指在墨水槽中形成部分的真空状态或是较大气压力小的墨水槽内压力，藉以阻止墨水经由喷墨头任意流动至外界。此外，所谓增加背压即表示增加墨水匣内部压力与大气压力的差值。
墨水匣中的背压必须随时能够阻止墨水外漏，而且背压也不可过大，以致墨水无法克服背压而喷不出来。此外，墨水匣的设计必须能在任何环境下都可以维持操作。因此，墨水匣的背压必须维持在一良好操作状态中，也即当喷墨头不动作时，可以保持住墨水不外漏，同时当打印状态时，不致影响墨水喷出。如果墨水消耗而导致液面降低时，根据理想气体公式，体积增加时墨水槽中的背压会因此增加。前述增加的背压若无法适当调节，则喷墨头将在后续的工作中会因无法克服增加的背压而不能下墨。
因此，热气泡式喷墨技术必须有独特的储墨及供墨结构，并配合特殊的压力调节设计以适应不同压力、温度、湿度及墨量等条件变化而调整墨水匣内的压力，使墨水匣保持恒定状态，以维持良好的打印品质。在热气泡式喷墨打印技术中，现用典型墨水匣供墨结构可进一步分为两大类：
一、具有多孔特性的发泡棉为储墨及供墨材料：这类型的墨水匣供墨结构主要是将具有多孔特性的发泡棉填塞入墨水匣内，然后藉由发泡棉的材料特性与虹吸作用将墨水导引至出墨口供墨。然而，由于发泡棉于墨水匣内占有固定的空间，且因发泡棉多孔的因素具有虹吸现象，因此无法将墨水完全充满，而仅能灌入发泡棉约85％容积的量以避免产生漏墨，因而使得墨水匣的储墨量大幅地降低。此外，在墨水匣使用后会有部分墨水被发泡棉吸收而无法完全释出，因此造成一定比例的墨水残留。另一方面，由于墨水是由数种化学原料搭配组成的组合物，为使墨水达到稳定的特定效果，所加入的部份原料具有侵蚀性，因此当长时间浸泡发泡棉时则可能会有部份成份变异或使发泡棉残余物沉积阻塞的情形产生，进而影响到打印品质。况且，发泡棉为一软性体，易因外力的大小而肆意变化形状，因此于置入墨水匣时明显地较费时且不易完成。故此类型的墨水匣供墨结构与方式仍具有许多缺点尚待改进。
二、以气袋，气袋配合弹片或气袋配合弹簧与压板等方式：利用气袋设计调节墨水匣内部压力以使墨水匣稳定地供应墨滴至喷墨媒体的方式已为熟悉此技术的人士所周知，相关技术业已揭示于Baldwin等人的美国专利第5,537,134号，台湾发明专利申请号第79107818与80105007号，且上述技术并于本发明参考。上述气袋的运作原理即是在墨水匣内部压力变化时，利用大气压力使气袋体积变化以调节墨水匣内的压力，或配合弹片挤压气袋产生压力达到背压平衡，如此以避免漏墨或无法供墨的情形产生。然而，此类型的储墨与供墨方式，不只是墨水匣的组装费时且其制造过程也十分烦琐。此外，适应机构精准度的需求，各部位零组件的组合皆需有相对程度的制程品质要求，因此所造成的人力与物力投入更是无可计量。再者，此类型的墨水匣供墨结构由于组合零组件较为复杂且占空间，因而使墨水匣的储墨量大大降低。另外一方面，由于负压平衡的考虑，灌墨作业流程必须同时完成，对此也需投入特定机具方能达到，因此上述类型的墨水匣供墨结构仍有待改进。
请参阅图1，其是显示一习知墨水匣结构的压力调节机构示意图。如图1所示，此传统墨水匣结构内具有一压力调节机构，该压力调节机构包括一对弹片11与可膨胀收缩的气袋12，该弹片11与气袋12设置于墨水匣地墨水槽13内，且气袋12与墨水匣外部空气相连通，可将外界空气导入气袋12内。此压力调节机构可改变墨水槽13内空气的体积以调整背压的变化，藉此墨水槽13中的背压可维持在一操作范围的内而使得墨水在未使用状况下不致于漏墨，并且当喷墨头加热时可顺利地喷出墨滴。
请参阅图2，气袋12的膨胀将使得弹片11偏离而产生弹力，而该弹力将迫使气袋12收缩，因此弹片11与气袋12的配合将保持一平衡状态。气袋12的膨胀与收缩的平衡状态会影响到墨水槽13的体积，并且藉以调节墨水槽13内的背压在正常操作范围内，使墨水匣不受外界空气压力变化或墨水消耗的影响而能照常运作。
然而，利用弹片11与气袋12组合而成的压力调节机构，在制造技术上必须精准地掌握弹片11的弹性系数及气袋12的涨缩性能，方能在功效上获得满意的结果。此外，若是弹片11与气袋12之间的附着程度不佳而造成两者分离时，也可能使压力调节机构对压力变化的感测能力变差。另外，由于在制造技术上对弹片11与气袋12的物理特性要求较为严谨，因此相对地产品生产的成本提高且生产效率降低。
请参阅图3，其是揭示另一习知的墨水匣负压调节装置示意图。如图所示，喷墨组件2是由一壳体21与一盖体22所构成，其中该壳体21与该盖体22相结合形成一墨水槽23，用以储存墨水。盖体22上具有一墨水注入口221，可用以填充墨水，且该墨水注入口221于墨水填充后可藉由一密封柱塞222以将其密封。
墨水槽23内具有一弹性气袋24，该弹性气袋24可通过导管223与外界大气相连通，且可将外界空气导入弹性气袋24内，以调节墨水匣内部的压力。墨水槽23内另具有一压板25以及一弹簧26，其中该弹簧26的两端分别与压板25的一侧壁及壳体21的一侧壁耦接，而弹性气袋24的两相对侧则与壳体21的另一侧壁及压板25的另一侧壁耦接。藉由弹簧26的设计可压挤弹性气袋24内的空气，使弹性气袋24可和缓地调节墨水槽23内的压力。
壳体21的底部具有一出墨口211，该出墨口211处设置有一喷墨印头27，可适应需求将墨水以墨滴方式喷至喷墨媒体上。另外，壳体21的底部还包括一补气通道212，该补气通道212由延伸壁213所形成，且其上方设置一阻塞体28，其中该阻塞体28是可为一球体，例如一钢珠，该阻塞体28与延伸壁213的开口接触。墨水槽23的底部另具有一弹性结构29，该弹性结构具有彼此相连接的第一部份29a与第二部分29b，该第一部份29a是与该阻塞体28接触且该第二部分29b与压板25耦接。
于上述结构中，当墨水槽23内的弹性气袋24因为墨水槽23的墨水消耗而膨胀至一预定程度时，弹性气袋24会使压板25往B方向移动，而压板25则会推挤弹性装置29的第二部分29b，进而使弹性装置29的第一部份29a不与阻塞体28接触，使空气得以经由补气通道212进入墨水槽23内以调节墨水匣内的压力，进而降低弹性气袋24的体积。另外，当弹性气袋24因压力调节收缩而使压板25往A方向移动时，压板25带动弹性装置29的第二部分29b，使该第一部份29a紧密接触阻塞体28，使阻塞体28阻塞该补气通道212。
然而，在实际应用上，弹性结构29与补气通道212多设置于壳体21底部的固定位置上，受其设置位置的影响，弹性气袋24推挤压板25至一特定距离后，压板25便无法再偏离而使弹性气袋24不能再张大。又弹性气袋24配合压板25的操控灵敏度不足，依平衡原理，当空气进入墨水匣内时会造成环境变化而影响墨水匣内部的负压，这样的结构并无法稳定地提供负压调节的功能，故此类的墨水匣也可能有漏墨，无法供墨或出墨不均的问题发生。
因此，如何发展一种可避免上述缺点，且可稳定供墨的墨水匣供墨结构与其压力调节机构，实为目前迫切需要解决的问题。
(3)发明内容
本发明的主要目的是提供一种适用于喷墨打印机的墨水匣结构及其压力调节机构。藉由本发明的墨水匣结构及其压力调节机构，不只可提高墨水匣的储墨量、供墨的稳定性、墨水匣负压应变灵敏度及应变速度，并且可以提升打印品质。
为达上述目的，本发明提供一种墨水匣结构，其至少包含：一壳体，其内设有一墨水槽，用以储存墨水，该壳体上设有一第一通气孔与一出墨口，其中第一通气孔与外界大气相连通，且出墨口设置于壳体的底部并与墨水槽相连通；一套筒，其是设置于墨水槽与出墨口之间，且具有一容置空间；一第一滤心，其是设置于套筒的容置空间，用以将墨水从墨水槽导引至出墨口供墨；以及一第二滤心，设置于第一通气孔上，藉由墨水于第二滤心内的毛细作用以补充外界空气进入墨水槽内，以调节墨水槽内的压力。
为达上述目的，本发明另提供一种压力调节机构，其是应用于一墨水匣内以调节墨水匣内的压力，其中墨水匣具有一墨水槽、一第一通气孔与一出墨口。该压力调节机构至少包括：一套筒，其是设置于墨水槽与出墨口之间，且具有一容置空间；一第一滤心，其是设置于套筒的容置空间，用以将墨水从墨水槽导引至出墨口供墨；以及一第二滤心，设置于第一通气孔上，藉由墨水于第二滤心内的毛细作用以补充外界空气进入墨水槽内，以调节墨水槽内的压力。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)附图说明
图1是显示一习知墨水匣结构示意图。
图2是显示图1的墨水匣结构于气袋膨胀状态的示意图。
图3是显示另一习知的墨水匣结构示意图。
图4是显示本发明较佳实施例的墨水匣结构示意图。
图5是显示图4的墨水匣结构的上视图。
图6是显示本发明另一较佳实施例的墨水匣结构示意图。
图7是显示本发明又一较佳实施例的墨水匣结构示意图。
图8是显示本发明再一较佳实施例的墨水匣结构示意图。
(5)具体实施方式
请参阅图4，其是显示本发明较佳实施例的墨水匣结构示意图。如图4所示，本发明的墨水匣结构包含一壳体31，该壳体31内设有一墨水槽311与一第一通气孔312，其中墨水槽311可用以储存墨水，而第一通气孔312则与外界大气相连通。壳体31的底部另设有一出墨口313，该出墨口313与墨水槽311相连通，且可适应需求而将墨水槽311内的墨水以墨滴的方式喷至喷墨媒体(未图示)上。
请再参阅图4，套筒32设置于壳体31内部且位于墨水槽311与出墨口313之间。在套筒32的内部具有一容置空间，该容置空间可容置一第一滤心33。于此实施例中，第一滤心33以组织纹理为条状的高密度滤心为较佳，其密度是介于0.01g/cm³至0.8g/cm³之间且可由轴向排列集置的纤维或聚丙烯和聚乙烯的聚合物所组成。第一滤心33可藉由虹吸作用将墨水从墨水槽311导引至出墨口313供墨。
另外，在壳体31的第一通气孔312上设置有一第二滤心34，该第二滤心34可由轴向排列集置的纤维或聚丙烯和聚乙烯的聚合物所组成。第二滤心34可藉由墨水在其内部的毛细现象而将外界空气适当地补充至墨水匣内部，以调节该墨水槽内的压力，进而避免墨水漏墨或无法下墨的情形产生。
请再参阅图5，其是为本发明较佳实施例的墨水匣结构上视图。如图5所示，套筒32的上方且/或筒壁(未图示)上设置有一或数个孔洞321(以圆孔为较佳)，套筒32与这些孔洞321的设计主要是为了减低墨水与第一滤心33的接触面积，藉此墨水槽311中的墨水便无法与第一滤心33大面积地接触，而仅能通过小孔径的孔洞321使微量的墨水通过。因此，第一滤心33虽充满了墨水，但仍可藉由虹吸作用以稳定、微量且连续地方式导引墨水至出墨口313，如此便能使墨水匣稳定且精准地供墨，可进一步地提升打印品质。
于上述实施例中，第一滤心33与出墨口313之间还可设置一滤网35，以避免墨水中的杂质或第一滤心33的材料或沉积物阻塞出墨口313而影响打印品质，甚或无法供墨。此外，壳体31上还可包含一迂回气道(未图示)与第一通气孔312相连通，且于该迂回气道与第一通气孔312外还可增设一气道盖板36，藉以覆盖迂回气道以及保护第一通气孔312与第二滤心34。
由上述叙述可知，本发明的墨水匣结构主要是以套筒32、第一滤心33以及第二滤心34以作为负压调节机构。由平衡原理可知，当空气藉由第二滤心34的调节通过第一通气孔312而进入墨水匣内时，即会造成环境变化而影响墨水槽311内的压力，于此情况下由于第一滤心33具有条状的组织纹理且藉由虹吸作用极利于流体传导，此外墨水槽311内的背压仍可能大于第一滤心33的组织密度而会使其继续下墨，因此为减缓墨水槽311的供墨压力，于是使用套筒32并于其上方或筒壁形成一或数个小孔洞321，藉此可减小墨水与第一滤心33的接触面积，使墨水槽311中的墨水无法与第一滤心33大面积地接触，而仅能通过小孔径的孔洞321使微量的墨水通过。因此，第一滤心33虽充满了墨水，但仍可藉由虹吸作用而以稳定，微量且连续地方式导引墨水至出墨口313，如此便可达到稳定供墨的目的。
当然，本发明的墨水匣供墨结构除上述主要构件外，也可增加气袋或气袋与弹片等构件，以进一步提升压力调节机构的灵敏性。请参阅图6，其是显示本发明另一较佳实施例的墨水匣供墨结构示意图。于此实施例中，墨水匣供墨结构可增设一第二通气孔314与气袋37，该第二通气孔314是设置于壳体31上方，而气袋37则设置于壳体31内部且与第二通气孔314相连通。藉由气袋37的膨胀与收缩可细微地调节墨水匣内部的压力，因此可进一步地提升压力调节机构的灵敏度。
此外，气袋的数量也不限定于一个而已，于其它实施例中也可如图7与图8所示藉由设置两个或三个气袋37，以提升负压调节机构的灵敏度。另外，为了改善气袋调节墨水匣负压的稳定性，也可增设弹片(未图示)于气袋37旁，当气袋37膨胀使弹片偏离而产生弹力时，弹力将迫使气袋37收缩，因此弹片与气袋37的配合将使墨水槽内的体体变化较为和缓，因此可避免供墨不均或经由出墨口32漏墨的情形产生。
相较于习知的墨水匣结构与其压力调节机构，本发明与习知技术不同之处在于藉由套筒32、第一滤心33与第二滤心34的相互作用，以调整出墨口313喷出墨滴的量以及稳定墨水槽311内的压力，而不需藉由任何机械组件致动或阻塞来达到压力调节的目的。故本发明的墨水匣结构明显地组装较为容易，且不会发生组件作动故障而引发压力调节不稳及出墨口漏墨或出墨不均等问题。再者，藉由本发明的墨水匣结构与其压力调节机构，无须将发泡棉塞入墨水槽内，且相关构件占墨水匣内部的体积较小，因此明显地增加了储墨能力。藉由本发明墨水匣结构与其压力调节机构不只可以有效地提高墨水匣供墨的稳定性、墨水匣负压应变灵敏度与应变速度，并且可以提升打印品质。因此，本发明极具有产业的价值。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变形都将落在本发明权利要求书的范围内。