CN1089296C - 压力控制装置 - Google Patents

Abstract

一种压力控制装置，配置在喷墨笔墨水储槽中的底部，喷孔的顶端为圆弧面，圆球放在圆弧面并与之接触，圆球与喷孔为线接触，一簧片，固定于墨水储槽中的底部，簧片具有第一部分与第二部分，第一部分与圆球紧密接触；第二部分与墨水储槽中的压板接触，当压板因气袋膨胀而向簧片挤压时，压迫簧片的第二部分，使第一部分与圆球分离，此时圆球与喷孔之间便产生间隙，外界的空气便进入墨水储槽中，而改变储槽内的压力。

Description

压力控制装置、喷墨型墨水匣以及压力控制方法

                             技术领域

本发明涉及一种压力控制装置、喷墨型墨水匣以及压力控制方法，特别是涉及一种喷墨笔墨水储槽内流体的压力控制装置。

                             背景技术

在现有的喷墨印刷技术中，将墨水由墨水储槽输出到印刷纸面的控制方法是需流量控制方式。

虽然需流量控制方式的印头可以有效地从笔内的储槽获得墨水而喷出墨滴，但是需流量控制方式需要一种控制机制，使得印头在不打印时，墨水不会渗出印头。此种控制机制通常是在印头处提供一轻微的负压，以防止墨水不会渗出印头。所谓的负压是指在墨水储槽中形成部分真空，量度负压时是以正值表示，所以负压的增加代表真空度的提高，通过负压的增加可以阻止墨水流出印头。虽然负压的增加可以阻止墨水流出印头，但是如果负压太大会导致印头无法克服负压使得墨水滴无法喷出。另一方面，喷墨笔墨水储槽内的负压必须能够随周围环境压力的改变做出相对应的调节，使负压保持在适当的范围内，使得喷墨笔能正常操作。如，当周围环境压力下降时，要使墨水不渗漏出印头的负压值会较大。

现有技术用来调节墨水储槽内的负压是由一种墨水槽内称为调节器的机制来达成。此调节器一般而言为一弹性气袋，其机制设计成使调节器的弹性气袋得以在气袋最大容量与最小容量之间变动，墨水储槽的容积也因之改变而调节储槽内的负压值。如当周围环境压力下降时，喷墨笔内的负压便随之降低，此时调节器便开始动作(弹性气袋收缩)以增加墨水储槽的容量，负压也随之增加，使得墨水不至于泄漏。

然而，虽然调节器的弹性气袋可成功地调节墨水槽的体积，但是仍有一些限制存在。一般而言，弹性气袋的最大膨胀量均有其限制，因此在墨水消耗到某种程度时，由于弹性气袋已达到最大可膨胀量，故无法再改变墨水储槽的体积。因此，随着墨水的减少，导致负压超过容许范围造成印头无法克服负压而使墨滴无法喷出，也使得墨水无法完全用尽。

为了解决上述问题，一些喷墨笔采用“气泡产生器”装置。气泡产生器具有一喷孔，通过此喷孔，墨水槽和周围环境相通。喷孔的大小经过设计后，可以使得墨水聚集在喷孔内而利用毛细力形成液态式密闭。当外界空气克服液态式密闭时将以气泡的形式进入墨水储槽，储槽内的负压因而降低。气泡在进入储槽以后，负压值降低且小于毛细力，使得液态式密闭状态重新建立，阻止气泡继续进入。

应用在喷墨笔的气泡产生器通常有几个要求。首先，气泡产生器必须能确实地控制气泡进入时的墨水储槽负压值。其次，必须能控制负压的范围，即当气泡开始进入墨水槽时导致负压开始下降后，气泡产生器必须适当时候再度阻止气泡继续进入储槽中，以维持储槽内适当的负压。另一要求为自润能力(self-wetting capability)，当墨水储槽内的墨水消耗到按照某种程度或者喷墨笔放置的角度改变，使得气泡产生器不再浸泡于墨水中时，液态式密闭仍然有效且可以阻隔气泡的进入。

请参考图1，其为美国专利第5526030号的现有技术。现有喷墨笔100中的储槽102内具有一气泡产生器主要由一喷孔104以及一圆球106所构成，圆球106置放于喷孔104内。请参考图2，其为气泡产生器周围的结构，喷孔104内壁周围设计有等距离的凸肋108，用来固定圆球106。圆球106和喷孔104所构成的环状间隙110即为气泡产生处。

上述气泡产生器一般而言可满足应用在喷墨笔的气泡产生器的几项要求。其控制气泡进入墨水储槽102的方法根据墨水本身的表面张力、墨水的静水压力以及圆球106与喷孔104之间的间隙来决定。当墨水的表面张力越大或间隙越小时，气泡进入时所需的墨水储槽负压即越高。此外墨水本身的静水压力也会影响气泡进入时所需的负压值。当墨水减少时，墨水的静水压力越小气泡形成所需的负压值越降低，因此上述现有技术的主要缺点为：

1.气泡进入时的墨水储槽负压值与墨水的表面张力有关。当采用不同性质的墨水时，气泡进入时所需的墨水储槽负压值便随之改变，因此圆球和喷孔间的间隙需要重新调整，以保持气泡进入时所需的墨水储槽负压值变动不致于过大，而能符合最佳的打印质量。

2.气泡进入时的墨水储槽负压值和墨水的静水压值有关。当墨水残留量越少时，墨水的静压力越小，气泡因此越容易进入墨水储槽之中，因为所需负压值降低的缘故。此现象将导致墨水储槽内的负压随着墨水的减少而降低，调节器可调节的周围压力范围将缩小。

3.为了使气泡进入时的墨水储槽负压值为所设计之值，圆球与喷孔之间的间隙必须精确控制，这会造成制造与装配上的困难度。

                             发明内容

本发明的目的在于提供一种压力控制装置、喷墨型墨水匣以及压力控制方法，其不会因墨水耗尽而使得墨水储槽内的负压产生太大的变动。

本发明的另一个目的在于提供一种压力控制装置、喷墨型墨水匣以及压力控制方法，其与储槽内的液体种类无关，不会因墨水种类而影响负压的改变。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种压力控制装置，置放于一密闭储槽中，该密闭储槽储存墨水且保持一负压，该压力控制装置包括：一喷孔，位于该密闭储槽的底部，且该喷孔的顶端为一圆弧面；一圆球，位于该喷孔的顶端，并且与该喷孔形成一环状线接触，以阻隔该密闭储槽内部与外部流通；以及一弹性装置，具有彼此相连的一第一部分与一第二部分，该第一部分与该圆球紧密接触且该第二部分与该密闭储槽中的一调节器耦接，以使得当该调节器因压力的变动而使该弹性装置的第二部分被推挤，使得该第一部分与该圆球不接触。

本发明还提供一种喷墨型墨水匣，包括：一密闭储槽，做为墨水储存之用，并且该密闭储槽内维持一负压；一压力控制装置，位于该密闭储槽之中，该压力控制装置包括：一喷孔，位于该密闭储槽的底部，且该喷孔的顶端为一圆弧面，一圆球，位于该喷孔的顶端，并且与该喷孔形成一环状线接触，以阻隔该密闭储槽内部与外部流通，以及一弹性装置，具有彼此相连的一第一部分与一第二部分，该第一部分与该圆球紧密接触且该第二部分与该密闭储槽中的一调节器耦接，以使得当该调节器因压力的变动而使该弹性装置的第二部分被推挤，使得该第一部分与该圆球不接触；以及一印头，位于该密闭储槽的底部。

本发明还提供一种压力控制方法，用于将一喷墨笔内的一密闭储槽的负压维持在限定范围之内且该密闭储槽包括一调节器与一压力控制装置，该压力控制装置包括：一喷孔，位于该密闭储槽的底部，且该喷孔的顶端为一圆弧面；一圆球，位于该喷孔的顶端，并且与该喷孔形成一环状线接触，以阻隔该密闭储槽内部与外部流通；以及一弹性装置，具有彼此相连的一第一部分与一第二部分，该第一部分与该圆球紧密接触且该第二部分与该调节器耦接，以使得当该调节器因压力的变动而使该弹性装置的第二部分被推挤，使得该第一部分与该圆球不接触，其中，该方法是：当该调节器膨胀到最大膨胀量时，通过该调节器与该压力控制装置作用，以将外界的气体以气泡方式导入该密闭储槽中，以此将该调节器压缩，并且反覆此程序。

本发明的压力控制装置，用以做为气泡产生器。本装置是配置在喷墨笔的墨水储槽中的底部。喷孔的顶端是圆弧面。圆球置放在圆弧面并与之接触。理想上，圆球与喷孔间的接触为线接触。一弹性装置，如可为一簧片，以一固定销固定于墨水储槽中的底部。簧片具有一第一部分与第二部分，其中第一部分与圆球彼此紧密接触；第二部分与墨水储槽中的压板接触，当压板因气袋膨胀而向压板挤压时会压迫簧片的第二部分，进而使第一部分与圆球分离。圆球会因为墨水储槽内的负压影响而浮起。此时圆球与喷孔之间便产生间隙，所以外界的空气便得以进入墨水储槽之中。

外界空气进入墨水储槽中后，使得储槽内的负压下降，袋子便受弹簧压迫而收缩，此时簧片不再受压板挤压，簧片因本身的弹力而恢复原状不再变形。即，簧片的第一部分回复与圆球紧密接触的状态，气泡便不再进入储槽之中。

此装置使墨水储槽中的墨水已将近耗尽，储槽内的负压能可以维持在一定范围之内。

                    附图说明

图1为现有一种具有气泡产生器的喷墨笔的结构图；

图2为图1中气泡产生器的俯视图；

图3为本发明的压力控制装置的结构图；

图4为本发明的实施例，喷黑笔内的调节袋膨胀后的示意图；

图5为本发明的实施例，喷墨笔内的调节袋膨胀后与本发明的压力控制装置接触的示意图；

图6为本发明的压力控制装置所提供的气泡产生器的液态式封闭的示意图；

图7为本发明的负压曲线与现有技术的负压曲线的比较曲线图。

                     具体实施方式

请参考图3，其为本发明压力控制装置的结造图，用以做为气泡产生器。本装置配置在喷墨笔的墨水储槽400中的底部400c，相关位置图请参考图4。喷孔310的顶端是圆弧面312。圆球320置放在圆弧面312并与之接触。理想上，圆球320与喷孔310之间的接触为线接触。一弹性装置330，如可为一簧片，以一固定销332固定于墨水储槽中的底部400c。簧片330具有一第一部分330a与第二部分330b，其中第一部分330a与圆球320彼此紧密接触；第二部分330b与墨水储槽中的压板412接触，当压板412因气袋416膨胀而向压板挤压时会压迫簧片330的第二部分330b，进而使第一部分330a与圆球320分离。此时圆球320会因为墨水储槽内的负压影响而浮起。

请参考图4，其为应用本发明的压力控制装置300的一墨水储槽400。墨水储槽400由侧壁400a、400b、400c与一盖子405所围成的一密闭室。墨水储槽400中具有一调节器410，此压力调节器410由一弹性装置，其包括一压板412与一弹簧414，以及一袋子416所构成。其中袋子416包括第一室416a与第二室416b。第一室416a通过一导管418使得袋子416内的流体能与外界相通，此导管418贯穿盖子405且与之紧密封合。第一室416a与第二室416b之间更有一通口420，用以使袋内的流体可在第一室416a与第二室416b之间流通。

袋子416的一侧面与墨水储槽400侧壁400b的内表面相接，而袋子416的另一侧面与压板412的第一表面412a相接。压板412的第二表面412b则由弹簧414的一端所支撑。弹簧414的另一端则由墨水储槽400侧壁400a的内表面所支撑。

墨水经过墨水注入口430注入于墨水储槽400中，并以密闭盖432封住，使墨水储槽400与外部完全隔绝。此时，墨水储槽400中具有一最小负压。此最小负压可以防止印头440在不打印的静止状态下墨水从印头440渗出。

当喷墨笔打印时，由于墨水逐渐耗尽使得墨水储槽400内的真空度提高，负压便随之增加。因为袋子416与外部相通，故其中的压力与外部的大气压相等且大于墨水储槽内的压力。因此袋子416便会膨胀，如图4所示。袋子416膨胀后并且通过压板412对弹簧414的挤压，使得墨水储槽400的容积减少，相对地其真空度便下降，可以有效地抑止负压增加的效应，避免墨水无法从印头440印出。

当外界的环境改变而使压力降低时，例如在空运的过程中。此时，因为袋子416与外部相通，故其中的压力与外部的大气压相等且随之下降。因此袋子416便会因墨水储槽400内的压力大于袋子416内的压力，使得弹簧414的回复力对压板施力挤压造成袋子416被压缩。袋子416被压缩后，墨水储槽400内的真空度提高，相对于外界大气压的负压得以平衡。因此墨水储槽400内的负压不会因环境的压力下降而减低，故可以有效地抑制负压减少的效应，避免墨水从印头440渗出。

当袋子416膨胀量达到最大时，即无法再改变墨水储槽400的容积，若墨水持续消耗的话，墨水储槽400内的负压值将一直升高进而影响打印质量。

请参考图5，当袋子416继续膨胀时(方向B)，袋子将压板412推压。此时压板412的底端与压力控制装置300的簧片330第二部分330b接触部分会因为压板412的挤压而迫使簧片330的第一部分330a与圆球320互相分离。当簧片330被顶离圆球320时，圆球320会因为墨水储槽400内的负压影响而浮起来，此时圆球320与喷孔310之间便产生间隙，所以外界的空气340便得以进入墨水储槽400之中。

外界空气340进入墨水储槽400中后，使得储槽内的负压下降，袋子416便受弹簧414压迫而收缩，压板412往方向A移动，此时簧片330不再受压板412挤压，簧片330此时因本身的弹力而恢复原状不再变形(如图4所示)。即簧片330的第一部分330a回复与圆球320紧密接触的状态，气泡便不再进入储槽400之中。

当墨水量再度减少时，便在进行上述的操作，如图5所示的情形，之后再恢复如图4的状态。在墨水耗尽前会不断持续进行。

此外，本发明的压力控制装置更可以提供液态式密闭装置与自润的能力。如图6所示，在圆球320与喷孔310的环状接触线与喷孔310的顶端之间，因为墨水本身的表面张力而使得一定量的墨水350保留在此部位，这将构成一种液态式密闭状态并且有自润的功能。

由上述可知，本发明装置具有以下的效益与优点：

1.本发明的压力控制装置使墨水储槽的负压不受墨水表面张力的影响。根据实际测试结果显示，现有技术的压力控制装置因储槽内为水或墨水而使得墨水储槽负压有2～3cm-WC的差别。

2.本发明的压力控制装置使墨水储槽内的负压变动范围较小，如图7所示，现有技术(曲线I)的负压变动范围在18～13cm-WC之间，有5cm-WC的变化；而本发明的测试结果(曲线II)为21～18cm-WC之间，其变化降至3cm-WC，故可以获得更高的打印质量。

3.本发明的压力控制装置不需要精确控制圆球与喷孔之间的间隙，使得气泡进入墨水储槽时的负压值为所设计的值。

4.本发明压力控制装置构造简单，且不占墨水槽容积，具有容易制造与低生产成本的优点。

综上所述，虽然结合一较佳实施例披露了本发明，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视为所附的权利要所界定的范围。

Claims (10)

1.一种压力控制装置，置放于一密闭储槽中，该密闭储槽储存墨水且保持一负压，其特征在于，该压力控制装置包括：

一喷孔，位于该密闭储槽的底部，且该喷孔的顶端为一圆弧面；

一圆球，位于该喷孔的顶端，并且与该喷孔形成一环状线接触，以阻隔该密闭储槽内部与外部流通；以及

一弹性装置，具有彼此相连的一第一部分与一第二部分，该第一部分与该圆球紧密接触且该第二部分与该密闭储槽中的一调节器耦接，以使得当该调节器因压力的变动而使该弹性装置的第二部分被推挤，使得该第一部分与该圆球不接触。

2.如权利要求1所述的压力控制装置，其特征在于，该密闭储槽外部为大气环境。

3.如权利要求1所述的压力控制装置，其特征在于，该簧片为不锈钢。

4.如权利要求1所述的压力控制装置，其特征在于，该调节器还包括：

一压板；

一伸缩袋子，与该密闭储槽的一侧壁与该压板的一侧耦接；该伸缩袋子还具有一导管穿过该密闭储槽，以与外界沟通；以及

一弹簧，该弹簧的两端分别与该压板的另一侧与该密闭储槽的另一侧壁耦接。

5.一种喷墨型墨水匣，包括：

一密闭储槽，做为墨水储存之用，并且该密闭储槽内维持一负压；

一压力控制装置，位于该密闭储槽之中，其特征在于，该压力控制装置包括：

一喷孔，位于该密闭储槽的底部，且该喷孔的顶端为一圆弧面，

一圆球，位于该喷孔的顶端，并且与该喷孔形成一环状线接触，以阻隔该密闭储槽内部与外部流通，以及

一弹性装置，具有彼此相连的一第一部分与一第二部分，该第一部分与该圆球紧密接触且该第二部分与该密闭储槽中的一调节器耦接，以使得当该调节器因压力的变动而使该弹性装置的第二部分被推挤，使得该第一部分与该圆球不接触；以及

一印头，位于该密闭储槽的底部。

6.如权利要求5所述的喷墨型墨水匣，其特征在于，该密闭储槽外部为大气环境。

7.如权利要求5所述的喷墨型墨水匣，其特征在于，该簧片为不锈钢。

8.如权利要求5所述的喷墨型墨水匣，其特征在于，该调节器还包括

一压板；

一伸缩袋子，与该密闭储槽的一侧壁与该压板的一侧耦接；该伸缩袋子还具有一导管穿过该密闭储槽，以与外界沟通；以及

一弹簧，该弹簧的两端分别与该压板的另一侧与该密闭储槽的另一侧壁耦接。

9.一种压力控制方法，用于将一喷墨笔内的一密闭储槽的负压维持在限定范围之内且该密闭储槽包括一调节器与一压力控制装置，其特征在于，该压力控制装置包括：

一喷孔，位于该密闭储槽的底部，且该喷孔的顶端为一圆弧面；

一圆球，位于该喷孔的顶端，并且与该喷孔形成一环状线接触，以阻隔该密闭储槽内部与外部流通；以及

一弹性装置，具有彼此相连的一第一部分与一第二部分，该第一部分与该圆球紧密接触且该第二部分与该调节器耦接，以使得当该调节器因压力的变动而使该弹性装置的第二部分被推挤，使得该第一部分与该圆球不接触，其中，该方法是：

当该调节器膨胀到最大膨胀量时，通过该调节器与该压力控制装置作用，将外界的气体以气泡方式导入该密闭储槽中，以此将该调节器压缩，并且反覆此程序。

10.如权利要求9所述的压力控制方法，其特征在于，该调节器包括：

一压板；

一伸缩袋子，与该密闭储槽的一侧壁与该压板的一侧耦接；该伸缩袋子还具有一导管穿过该密闭储槽，以与外界沟通；以及

一弹簧，该弹簧的两端分别与该压板的另一侧与该密闭储槽的另一侧壁耦接。

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