專利名稱：供墨卡匣的制作方法
專利說明供墨卡匣 本發(fā)明有關(guān)一種噴墨打印機(jī)的供墨卡匣。在信息爆炸，電腦系統(tǒng)廣泛使用的時(shí)代中，非但電腦本身的使用大量激增，其品質(zhì)與處理速度也同時(shí)受到嚴(yán)格的要求。同時(shí)與電腦相互配合的所有輔助設(shè)施也同時(shí)受到此趨勢的影響不但各式各樣的輔助設(shè)施紛紛推陳出新，其功能與品質(zhì)也日漸革新改進(jìn)。在所有常見的電腦設(shè)備中，最普遍與常見者當(dāng)推打印機(jī)，打印機(jī)也漸漸成為所有電腦使用者所不可或缺的配備裝置。
由市場上打印機(jī)的沿革演進(jìn)歷史來看，依照一般的使用來分類，打印機(jī)約可分為三種早期的點(diǎn)矩陣打印機(jī)、后來的噴墨式打印機(jī)、以及最后的激光打印機(jī)。點(diǎn)矩陣打印機(jī)雖然價(jià)格便宜，然而其打印速度緩慢、打印品質(zhì)不佳卻成為其致命傷，以致于無法與噴墨或激光打印機(jī)在市場上互相競爭，因而目今已少有人使用。現(xiàn)下市面上多使用噴墨或激光打印機(jī)，所述二者兩相比較各有優(yōu)劣其一，噴墨打印機(jī)價(jià)格較為低廉，激光印打印機(jī)價(jià)格較為高昂，此為噴墨打印機(jī)所占優(yōu)勢之處；其二，噴墨打印機(jī)的打印品質(zhì)較低，而激光打印機(jī)的打印品質(zhì)較高，此為激光打印機(jī)所占優(yōu)勢之處。
由于噴墨打印機(jī)雖然相對于激光打印機(jī)而言占有價(jià)格的優(yōu)勢，但其打印品質(zhì)相對的寡劣往往使其在高要求打印品質(zhì)的應(yīng)用場合上漸漸失其競爭力。一般來說，噴墨打印機(jī)非但有墨水?dāng)U散的弊病，且其因?yàn)椴捎昧黧w為其打印材料，因而流體的許多自然缺陷便同時(shí)成為其打印品質(zhì)的殺手。例如流體型態(tài)的不可固定性，流動的不順暢，流體內(nèi)含有氣泡以及流體黏滯系數(shù)過小以致于流動方向控制不易等所造成的影響。
噴墨打印機(jī)供墨卡匣最原始的現(xiàn)有技術(shù)是將墨水直接填充于供墨卡匣中，也即在供墨卡匣的容器空間中只單單容納墨水一種物質(zhì)，此外別無其他。之后由于此種技術(shù)幾乎完全暴露上述噴墨打印機(jī)的缺點(diǎn)，也就是流體的不易控制性所衍生出來的弊端在此原始的供墨卡匣技術(shù)中表露無遺。隨后雖然針對此點(diǎn)，新的設(shè)計(jì)不斷地有所改進(jìn)，然而卻無法完全解決流體難以控制所帶來的問題。
如前所述，噴墨打印機(jī)供墨卡匣最原始的現(xiàn)有技術(shù)(一)是在供墨卡匣的容器結(jié)構(gòu)空間內(nèi)直接將墨水灌注填充于其中，如

圖1所示。圖1顯示的是一個(gè)簡易供墨卡匣的示意圖，其中N代表噴墨頭也就是墨水所由噴出的裝置，而S1則表示所述供墨卡匣用以容納墨水的空間，也就是用來填充墨水的地方。
此種現(xiàn)有技術(shù)(一)雖然毫無創(chuàng)意，但是至為簡便，成本低廉，然而此種技術(shù)確將上述流體的缺點(diǎn)無限的暴露出來。由于噴墨頭位于下方，導(dǎo)致整個(gè)供墨卡匣在下方(就是噴墨頭處)開了一個(gè)供墨孔，加上萬有引力導(dǎo)致水往低處流的因素，供墨卡匣里頭的墨水便有向下泄漏的趨勢。要防止墨水向下流出，唯一所憑借的就只有流體的“表面張力”了。只有流體在噴墨頭處的表面張力與液壓達(dá)成力平衡狀態(tài)方能阻止墨水的外漏。
然而就一般而言，液體的表面張力均不甚大，因此如欲以表面張力承受墨水在噴墨頭處的液壓，勢必對針噴墨孔的縱深及直徑、墨水的黏滯系數(shù)及表面張力、剩余墨水的重量及高度等因素加以設(shè)計(jì)，通過精密的計(jì)算來選擇所有的參數(shù)以達(dá)到最佳化。
不過因?yàn)橐后w的表面張力實(shí)在太小，其在力平衡方程式中所具影響力相對于其他因素而言不大的結(jié)果的情況下，導(dǎo)致上述任何一項(xiàng)參數(shù)如果有稍許的變化，很可能會打破力平衡，導(dǎo)致液體的表面張力承受不了壓力而造成打印機(jī)墨水外漏的情況。因此所有可能影響力平衡的因素在墨水不斷使用的過程中都需加以精密的設(shè)計(jì)與控制。然而影響變化的因素為數(shù)不少且有些難以控制，例如墨水在不斷使用中造成液壓的變化；溫度、墨水組成成分以及溶液雜質(zhì)對黏滯系數(shù)、表面張力的影響；以及供墨卡匣中空氣壓力以及當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ΨN種的影響不但難以控制，而且在其于力平衡方程式中影響力遠(yuǎn)大于流體表面張力的情況下，任何一變因的少許變化都會輕易打破力平衡方程式，此種精密流體機(jī)械控制領(lǐng)域的技術(shù)不但花費(fèi)甚高，且誠屬困難不易達(dá)到。
對上述現(xiàn)有技術(shù)(一)的一種改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)(二)是在供墨卡匣的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)裝入具有吸水力的材料(如海綿)，如圖2所示。這種改進(jìn)相對于現(xiàn)有技術(shù)(一)而言，雖然可以對墨水外漏的缺點(diǎn)加以彌補(bǔ)，然而卻會發(fā)生無法完全用盡所有填充墨水的弊病。如圖2所示，當(dāng)供墨卡匣中填充海綿后，由于海綿具有強(qiáng)大的吸水力，可以將墨水緊緊吸附在供墨卡匣中，防止墨水下向外漏，減輕表面張力在此方面的負(fù)擔(dān)。因此，在力平衡方程式中，防止墨水外漏的力不只有墨水的表面張力，另外增加了海綿的吸附能力，且海棉的吸附力在計(jì)算上其級數(shù)大于墨水的表面張力，因此，在上述現(xiàn)有技術(shù)中許多足以影響平衡又難以控制的因素即使有稍微的變化，也不致輕易破壞力平衡。在此情況下，通過海綿提供的吸附力，供墨卡匣中的墨水便不致輕易的外漏，可以免除掉所述打印機(jī)漏水的缺點(diǎn)。然而由因供墨卡匣中的容量空間有限，如果填充海綿于內(nèi)，則可以灌注的墨水量便減少了。而且，由于海綿等吸水材料具有吸附力，因此在墨水即將用完之際，會有部份的墨水因重力效應(yīng)無法克服海綿吸附力而被保持在卡匣內(nèi)，于是便導(dǎo)致此無法利用的墨水浪費(fèi)掉了。例如原先可以填充40g墨水的空間，在裝入海綿后被占據(jù)掉部份的空間，因而往往只能填充30g左右的墨水量，但此30g的墨水又由于海綿吸附力的效應(yīng)，導(dǎo)致會有6-7g左右的墨水無法使用，因此原先理論上能夠利用40g的墨水，事實(shí)上真正利用到的只有23-24g而已，在空間及墨水的利用上至為可惜。此外，供墨不順也為本技術(shù)的致命傷。由于海綿不但具有吸水力，且由于其組織結(jié)構(gòu)松散的緣故，非但墨水即便空氣等都會被吸附。因此，海綿在供墨卡匣供墨的同時(shí)，會在其內(nèi)殘留大小氣泡，若氣泡無法順利排出，則在打印時(shí)，遇有氣泡便會導(dǎo)致墨水供應(yīng)不順暢，而導(dǎo)致打印中斷或是打印顏色深淺不一，導(dǎo)致打印品質(zhì)降低。最后，因此技術(shù)欲將海綿放置于供墨卡匣內(nèi)，且海綿材質(zhì)與墨水特性息息相關(guān)，其制程復(fù)雜，制造品質(zhì)不易控制，導(dǎo)致生產(chǎn)技術(shù)困難，費(fèi)用也隨之大幅度提升。這種改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)雖然能夠改善墨水外漏的缺點(diǎn)；然而由于無法充分利用供墨卡匣的空間以及所有填充的墨水，打印品質(zhì)降低以及制程復(fù)雜等卻成為此技術(shù)的最大弊病，因而實(shí)非一良好實(shí)用的技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)(一)雖然能夠充分利用供墨卡匣的空間以及所填充的墨水，然而會有漏水的缺點(diǎn)；現(xiàn)有技術(shù)(二)雖然基本避免漏水的缺點(diǎn)，然卻無法充分利用供墨卡匣的空間以及所填充的墨水，此二者各有所偏，因此進(jìn)一步提出改進(jìn)技術(shù)以克服前述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，進(jìn)一步改進(jìn)是結(jié)合所述二者的技術(shù)而成，旨在求取上述二者中間的一個(gè)平衡點(diǎn)。
如圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)(三)，所述的進(jìn)一步改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)(三)是將供墨卡匣內(nèi)的空間分成S31與S32兩部份，S31的部份采用上述前一種現(xiàn)有技術(shù)的模式，S32采用上述后一種現(xiàn)有技術(shù)的模式，也就是說，S31的空間只用來填充墨水，而S32的空間則除了墨水之外，另外裝填了海綿等吸水材料。
S31只用來填充墨水，而不置入海綿的結(jié)果，乃擷取前種現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，摒除后種現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)；其在結(jié)構(gòu)位置上與噴墨打印頭N并不直接相連接，也摒除前種現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，而擷取后種現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。換句話說，由于S31不填充海綿，則可以充分利用所述空間與其所填充墨水的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于S31的空間不與噴墨打印頭N直接相連接，也不會發(fā)生墨水外漏的缺點(diǎn)。
而S32除墨水外還填充海綿于內(nèi)，且在結(jié)構(gòu)位置上與噴墨打印頭N直接相連接，乃擷取后種現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，摒除前種現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。換句話說，S32填充海綿于內(nèi)，且在結(jié)構(gòu)位置上與噴墨打印頭N直接相連接，可以避免墨水外漏。此技術(shù)結(jié)合前二種現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在其中取得一平衡點(diǎn)，然而采此模式無論如何有其極限。為了避免墨水外漏，海綿的填充量或有多有少，然而不可能完全沒有，而只要有海綿填充于其中，終究會發(fā)生后種現(xiàn)有技術(shù)無法完全利用供墨卡匣的空間以及其所填充的墨水。另外為避免墨水外漏的情形發(fā)生，海綿的填充區(qū)必要與噴墨打印頭N相連接，也因?yàn)槿绱?，使海綿中的氣泡會導(dǎo)致打印時(shí)供墨不順，有細(xì)白紋現(xiàn)象產(chǎn)生，而降低打印品質(zhì)等缺點(diǎn)無法完全根除。
上述三種現(xiàn)有技術(shù)(一)、(二)、(三)除有已說明的諸般缺點(diǎn)外，還有一個(gè)無法克服的共同缺點(diǎn)。因供墨卡匣在墨水逐漸用盡的過程中，由于墨水逐漸消耗，墨水水位漸漸降低，供墨卡匣的上端也會逐漸騰出空間。此空間如果保持為一控制質(zhì)量系統(tǒng)(control mass system)，則在氣體(空氣)無法補(bǔ)充的情況下，根據(jù)理想氣體方程式PV＝nRT (1)其中P壓力V體積n氣體莫耳數(shù)
R氣體常數(shù)T溫度此時(shí)氣體總莫耳數(shù)(n)、氣體常數(shù)(R)、與溫度(T)皆保持固定，而在墨水逐漸使用的過程的中，所述控制質(zhì)量系統(tǒng)(control mass system)的體積(V)會逐漸變大，根據(jù)上開方程式(1)，此時(shí)氣體的壓力(P)會逐漸變小。
據(jù)上述推論可知，在墨水逐漸用盡的過程中，供墨卡匣上方空間中的氣體壓力會逐漸變小，換句話說，在原本所述空間壓力就小于一大氣壓(負(fù)壓力)的狀況下，由于所述空間的壓力漸漸變小，導(dǎo)致所述空間與外界(一大氣壓)的壓力差越來越大。在力平衡方程式中，所述壓力差(外界壓力大于內(nèi)部壓力)是會阻止墨水向下流出，換言之，所述壓力差越大，對墨水吸力愈大，墨水愈不易流出。
由于噴墨打印機(jī)會有漏墨的弊病，因此借助外界壓力大于內(nèi)部壓力產(chǎn)生的吸力，可以增加阻止墨水外漏的力量，此為設(shè)計(jì)時(shí)所需考慮的利多因素。然而如果供墨卡匣上方空間一直沒有氣體加入(即保持control mass)，則所述空間與外界壓力差愈來愈大的結(jié)果，其吸力將會大到墨水完全無法流出，致使供墨卡匣無法使用。
因此，供墨卡匣上方空間的氣體補(bǔ)充乃是不可少的，然而為了不使所述空間的壓力增大到與外界壓力相同，及為了使內(nèi)部一直保持負(fù)壓力，所以對于外界氣體要進(jìn)入所述空間必須設(shè)有阻力，而所述阻力恰等于外界壓力與所設(shè)計(jì)的所述空間壓力差相等。例如在上述第三種現(xiàn)有技術(shù)的供墨卡匣空間S32的上端開一小孔H31，通過此處來使外界空氣進(jìn)入S32，接著通過H32與S31，來到S33以增加其壓力，此時(shí)S32中的墨水與海綿，以及S31中的墨水俱成為維持設(shè)計(jì)者所欲的內(nèi)外壓力差的阻力。
然而為保持所述阻力以維持設(shè)計(jì)者所欲的內(nèi)外壓力差，氣體由外界進(jìn)入供墨卡匣的速度便不可太快。然而這樣，當(dāng)打印工作增多時(shí)，墨水在同一時(shí)間大量消耗，此時(shí)供墨卡匣中的墨水水位將快速下降。在這個(gè)情況下，由于墨水迅速消耗，內(nèi)部空間同時(shí)迅速增加，在壓力與體積成反比的前提下，內(nèi)部壓力同時(shí)迅速降低。這時(shí)候，由于空氣進(jìn)入供墨卡匣受到阻力，使外界空氣無法迅速補(bǔ)充所減少的壓力，這時(shí)候內(nèi)外壓力差便會增強(qiáng)到有足夠力量阻止墨水的流出或使其流出不順造成打印中斷或者打印墨水濃度不夠而導(dǎo)致打印品質(zhì)下降。本發(fā)明的目的是提供一種供墨卡匣，可充分利用其空間以大幅增加含墨量的和充分利用每一滴灌注于其內(nèi)的墨水，且可使墨水供應(yīng)順暢，尤其是在大量打印時(shí)維持供墨順暢以保持打印品質(zhì)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一方面的供墨卡匣，可在該卡匣形成內(nèi)外壓力差調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力，其特點(diǎn)是，包括一第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在內(nèi)外壓力不平衡時(shí)，通過增加卡匣內(nèi)氣體莫耳數(shù)來增加所述卡匣內(nèi)部壓力；以及一第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整卡匣內(nèi)液面高度來改變所述卡匣內(nèi)部壓力。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的供墨卡匣，具有相通的第一室與第二室，所述第一室與外部相通且容納一海綿物質(zhì)，用以在所述第二室形成內(nèi)外壓力差時(shí)提供氣泡增加所述第二室內(nèi)部壓力，其特點(diǎn)是所述供墨卡匣還包括一壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)于第二室，當(dāng)形成所述壓力差時(shí)，所述壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整墨水液面高度來改變卡匣內(nèi)部壓力以獲得內(nèi)外壓力平衡。
根據(jù)本發(fā)明又一方面的供墨卡匣，其特點(diǎn)是具有雙氣閥壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述雙氣閥壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在內(nèi)外壓力不平衡時(shí)進(jìn)行平衡壓力的調(diào)節(jié)，它包括一第一氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用以提供卡匣內(nèi)氣體莫耳數(shù)來增加卡匣內(nèi)部壓力；以及一第二氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用以調(diào)整卡匣內(nèi)部墨水液面高度來改變卡匣內(nèi)部壓力。
本發(fā)明在供墨卡匣內(nèi)并不置入海綿等吸水材料，因此能夠充分利用供墨卡匣的空間以增加含墨量及墨水使用量。此外在墨水供墨的過程中，尤其在大量打印時(shí)，供墨卡匣內(nèi)部壓力迅速降低，導(dǎo)致以噴墨頭為基準(zhǔn)的內(nèi)外壓力差過大，而使的墨水受到強(qiáng)大吸力不易流出時(shí)，本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)浮球的下降來提升墨水匣的液面高度，進(jìn)而增加卡匣的內(nèi)部壓力(氣體壓力與墨水液壓均增加)，來迅速達(dá)到平衡，保持以噴墨頭為基準(zhǔn)的墨水卡匣內(nèi)外壓力的平衡，消除前述供墨不順以及打印品質(zhì)下降的缺點(diǎn)。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是現(xiàn)有技術(shù)(一)的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)(二)的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)(三)的示意圖4是本發(fā)明供墨卡匣內(nèi)外達(dá)到平衡時(shí)，即打印工作尚未開始時(shí)的示意圖；圖5是本發(fā)明在大量打印時(shí)供墨卡匣的液面高度已經(jīng)下降，而補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2尚未作動時(shí)的示意圖；圖6是本發(fā)明在大量打印時(shí)供墨卡匣的液面高度已經(jīng)下降且而補(bǔ)充壓力氣閥V1已然作動，但調(diào)節(jié)壓力氣閥V2尚未作動時(shí)的示意圖；圖7是本發(fā)明在大量打印時(shí)供墨卡匣的液面高度已經(jīng)下降，而補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2也已經(jīng)作動時(shí)的示意圖。本發(fā)明采用雙氣閥控制方式，以補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2相互配合。補(bǔ)充壓力氣閥V1的功用是用來當(dāng)作一空氣進(jìn)入供墨卡匣的通道，借助增加內(nèi)部空氣的分子數(shù)目來增加內(nèi)部壓力；調(diào)節(jié)壓力氣閥V2的功用是用來克服補(bǔ)充壓力氣閥V1補(bǔ)充壓力速度緩慢的缺點(diǎn)。以下的說明將針對供墨卡匣在使用中內(nèi)部壓力變化的情形，以力平衡方程式來加以說明，并引用極好狀態(tài)(Super Position)的加乘原理來解釋補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2相輔相成的作動模式。
供墨卡匣在打印機(jī)進(jìn)行打印工作的時(shí)候，墨水液面下降，空氣通過補(bǔ)充壓力氣閥V1進(jìn)而補(bǔ)充內(nèi)部壓力，且調(diào)節(jié)壓力氣閥V2調(diào)節(jié)(增加)內(nèi)部壓力這三個(gè)動作事實(shí)上是同時(shí)進(jìn)行的，也就是說這三者在時(shí)間先后順序上是無法加以區(qū)分的。然而由于所述三個(gè)動作的平衡方程式皆為線性，在數(shù)學(xué)模式上可以采用理想狀態(tài)(Super Position)的加乘方式來計(jì)算。換句話說，上述三個(gè)在時(shí)間上不分先后的動作，在計(jì)算觀察上可以將其視為有先后時(shí)間順序的區(qū)別，下面就采此模式，將供墨卡匣在打印機(jī)進(jìn)行打印工作的時(shí)候視為墨水液面首先下降，再由空氣通過補(bǔ)充壓力氣閥V1來補(bǔ)充內(nèi)部壓力，最后再由調(diào)節(jié)壓力氣閥V2調(diào)節(jié)(增加)內(nèi)部壓力。
圖4是本發(fā)明供墨卡匣內(nèi)外達(dá)到平衡時(shí)，即打印工作尚未開始時(shí)的示意圖。由于達(dá)到平衡狀態(tài)，于是先選取噴墨頭N為基準(zhǔn)點(diǎn)，在此地方的力平衡方程式為P0+Pc＝P4+H1ρg (2)且P0＞P4(P4為負(fù)壓力)(3)Pc＜H1ρg (4)其中P0外界壓力(通常為一大氣壓)Pc墨水在噴墨孔處的表面張力及黏滯力P4供墨卡匣內(nèi)部氣體壓力H1墨水液面與噴墨頭間的垂直距離ρ墨水的比重g重力常數(shù)而在調(diào)節(jié)壓力氣閥V2中的調(diào)節(jié)浮球B2處的力平衡方程式為P0+M/A=P4+H2pg]]>其中H2墨水液面與調(diào)節(jié)浮球B2間的垂直距離M調(diào)節(jié)浮球B2的重量A調(diào)節(jié)壓力氣閥V2的管徑面積當(dāng)打印機(jī)開始工作消耗墨水時(shí)，依剛剛所述的理想狀態(tài)(SuperPosition)模式，將供墨卡匣的工作流程分為有時(shí)間先后順序的三個(gè)步驟1.第一步驟此乃供墨卡匣的液面高度已經(jīng)下降，而補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2尚未開始作動，如圖5所示。
此時(shí)調(diào)節(jié)壓力氣閥V2中的調(diào)節(jié)浮球B2的位置保持不動，而墨水液面已經(jīng)降低了，即如圖5所示，墨水液面與噴墨頭N間的垂直距離已經(jīng)由H1變成H3，即H1＞H3(6)這樣，在噴墨頭N與調(diào)節(jié)浮球B2兩處的力平衡已經(jīng)被破壞了，即方程式(2)及(5)的平衡已遭到破壞，在此首先討論噴墨頭處N的作用力狀態(tài)，至于調(diào)節(jié)浮球B2處的作用力狀態(tài)將留待稍后(第三步驟)再予討論。
由于墨水液面已經(jīng)在墨水使用的過程中已由圖4的高度(H1)下降至圖5的高度(H3)，換言之，供墨卡匣內(nèi)的氣體所占的密封空間已由原先圖4的S4增大為圖5的S5(即V5＞V4)。再由方程式(1)PV＝nRT觀的，由于氣體莫耳數(shù)(n)、氣體常數(shù)(R)、與溫度(T)在此過程中均固定不變，因而體積(V)增大的結(jié)果，壓力(P)則隨的下降，這也就是說在此過程中，圖5的氣體壓力(P5)小于圖4的氣體壓力(P4)，即P4＞P5(7)
再由方程式(2)P0+Pc＝P4+H1ρg分析，此為一等式。在本步驟的過程中，位于噴墨頭N處的外部壓力一直保持P0+Pc，并不受墨水液面下降或供墨卡匣內(nèi)氣體壓力減小的影響，因墨水液面下降或供墨卡匣內(nèi)氣體壓力減小的變化并不會影響大氣壓力的大小，也不會改變墨水在噴墨孔處的表面張力與黏滯力。然而因?yàn)楣┠ㄏ恢械臍怏w壓力變小(P4＞P5，見方程式(7))，且墨水液面高度(H)因在此過程下降的緣故也同時(shí)減小(H1＞H3，見方程式(6))，此將造成在噴墨頭N處的內(nèi)外壓力不平衡的狀態(tài)，即外部壓力(P0+Pc)將大于內(nèi)部壓力(P5+H3ρg)，參照方程式(6)、(7)，此作用力狀態(tài)為P0+Pc＝P4+H1ρg＞P5+H3ρg (8)此為一不等式，表示噴墨頭外部壓力大于內(nèi)部壓力的不平衡狀態(tài)。
在此步驟中(第一步驟)，假設(shè)在墨水逐漸用盡的過程，墨水液面首先下降，而補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2均尚未開始作動，這使得整個(gè)系統(tǒng)處于一個(gè)不平衡的狀態(tài)。接下來將以補(bǔ)充壓力氣閥V1與調(diào)節(jié)壓力氣閥V2來使其達(dá)到平衡。
2.第二步驟繼第一步驟墨水液面下降后，接下來補(bǔ)充壓力氣閥V1開始作動，而調(diào)節(jié)壓力氣閥V2也使其保持尚未作動的狀態(tài)，如圖6所示。
由步驟一的說明可知，在所述步驟下并無法使系統(tǒng)達(dá)到平衡，此時(shí)進(jìn)入第二步驟后補(bǔ)充壓力氣閥V1便開始作動，即將外界的氣體經(jīng)由補(bǔ)充壓力氣閥V1引入供墨卡匣內(nèi)，以增加供墨卡匣內(nèi)的氣體總莫耳數(shù)(n)及壓力(P)。
在制造及控制技術(shù)上，補(bǔ)充壓力氣閥V1有能力只使空氣進(jìn)入供墨卡匣內(nèi)，卻可以防止墨水不致由所述處泄漏而出。雖然如此，但事實(shí)上，也正因?yàn)槿绱?，補(bǔ)充壓力氣閥V1提供了一阻力，非但使供墨卡匣內(nèi)的墨水無法泄漏，同時(shí)也使得外界的空氣要進(jìn)入供墨卡匣時(shí)遭受一強(qiáng)大阻力。換言之，為保持供墨卡匣內(nèi)的壓力(負(fù)壓力)低于外界壓力(一大氣壓)，補(bǔ)充壓力氣閥V1提供一阻力，造成外界氣體不易進(jìn)入供墨卡匣內(nèi)，也就是說在這情況的下，外界氣體雖然可以進(jìn)入供墨卡匣內(nèi)，但是其進(jìn)入通過補(bǔ)充壓力氣閥V1進(jìn)入供墨卡匣的速度卻相當(dāng)緩慢。
由于補(bǔ)充壓力氣閥V1設(shè)有一阻止氣體進(jìn)入供墨卡匣的阻力，因此當(dāng)供墨卡匣內(nèi)部氣體壓力、補(bǔ)充壓力氣閥V1所提供的阻力以及墨水在補(bǔ)充壓力氣閥V1處的液壓三者之和等于外界壓力時(shí)，以補(bǔ)充壓力氣閥V1為基準(zhǔn)的內(nèi)外壓力即達(dá)到平衡。換句話說，當(dāng)內(nèi)外壓力差(內(nèi)壓力較小)達(dá)到與補(bǔ)充壓力氣閥V1所提供的阻力與墨水液壓兩者之和相同的時(shí)候，系統(tǒng)即達(dá)到平衡，即Pout＝Pin+R(H)+Hρg (9)即Pout-Pin＝ΔP＝R(H)+Hρg(10)其中Pout外界壓力Pin內(nèi)部壓力ΔP內(nèi)外壓力差R(H)補(bǔ)充壓力氣閥V1所提供的阻力為墨水液面高度(H)的函數(shù)如果假設(shè)補(bǔ)充壓力氣閥V1所提供的阻力不甚受墨水液面高度(H)的影響，即R(H)＝R(11)則方程式(9)、(10)則可表成Pout＝Pin+R+Hρg (12)Pout-Pin＝ΔP＝R+Hρg (13)以此套入圖4的平衡狀態(tài)中，方程式(12)、(13)為Po＝P4+R+H1ρg(14)Po-P4＝ΔP＝R+H1ρg (15)由圖6可知，在此步驟中，補(bǔ)充壓力氣閥V1繼墨水液面下降的后開始作動，都因供墨卡匣的內(nèi)外壓力平衡狀態(tài)在經(jīng)步驟一后已經(jīng)被打破了。
由步驟一的說明可以知曉，當(dāng)墨水液面已經(jīng)下降后(圖5)，原先的平衡狀態(tài)(圖4)已經(jīng)被打破了，此時(shí)供墨卡匣內(nèi)的氣體體積增大(V5＞V4)，造成壓力下降(見方程式(7))。由方程式(12)以及(14)可以得知，等式左邊代表外界氣體欲進(jìn)入供墨卡匣的力，而等式右邊代表阻止外界氣體進(jìn)入供墨卡匣的力。此時(shí)由于供墨卡匣內(nèi)的氣體壓力下降(即Pin下降)且墨水液面下降(即H下降，參照方程式(6))，因而形成下列不平衡的狀態(tài)Po＝P4+R+H1ρg＞P5+R+H3ρg (16)
由方程式(16)可知，氣體欲進(jìn)入供墨卡匣的力大于阻止氣體進(jìn)入供墨卡匣的力，于是，外界氣體便開始通過補(bǔ)充壓力氣閥V1進(jìn)入供墨卡匣中，借此增加供墨卡匣中的氣體莫耳數(shù)(n)，以提高內(nèi)部氣體的壓力(P)。
然而此方式卻有其弊端，使得供墨卡匣內(nèi)外壓力無法迅速還到平衡，也就是說在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)由補(bǔ)充壓力氣閥V1進(jìn)入供墨卡匣的氣體無法與外界壓力達(dá)到平衡，其原因有三(1)氣體進(jìn)入供墨卡匣的速度過慢如前所述，為保持供墨卡匣內(nèi)的氣體壓力小于外界壓力(見方程式(3))，即保持供墨卡匣內(nèi)的壓力為負(fù)壓力，補(bǔ)充壓力氣閥V1所提供阻止氣體進(jìn)入供墨卡匣的阻力在此前提之下不得過小，因而導(dǎo)致氣體進(jìn)入供墨卡匣的速度過慢。此種狀況，尤其在墨水大量使用，打印工作激增時(shí)，墨水大量消耗，供墨卡匣內(nèi)氣體空間迅速增加，氣體壓力與墨水液壓同時(shí)急速降低，但由于氣體進(jìn)入供墨卡匣的速度過慢，導(dǎo)致其通過增加氣體莫耳數(shù)增大氣體壓力的速度跟不上因墨水耗用所造成氣體壓力下降與墨水液壓降低的速度，以致于供墨卡匣內(nèi)的壓力過小，一時(shí)間無法達(dá)到平衡。
(2)氣體進(jìn)入供墨卡匣的效應(yīng)無法完全用來提高內(nèi)部壓力由方程式(1)PV＝nRT觀的，在氣體進(jìn)入供墨卡匣時(shí)，氣體常數(shù)(R)、與溫度(T)皆保持固定不變，而氣體莫耳數(shù)(n)增加，此增加的效應(yīng)將會由氣體的壓力(P)與體積(V)兩者同時(shí)承受。也就是說，氣體進(jìn)入供墨卡匣所造成的效應(yīng)不單單會提高內(nèi)部氣體的壓力，也會增大內(nèi)部氣體的體積，也就是讓墨水液面再往下下降。如圖6所示，氣體進(jìn)入供墨卡匣后不單會將內(nèi)部氣體壓力由圖5中的P5升高至圖6中的P6，也會使墨水液面高度由圖5中的H3下降至圖6中的H5，即P4＞P6＞P5(17)H3＞H5(18)因氣體進(jìn)入供墨卡匣的效應(yīng)在某程度上將貢獻(xiàn)以增加氣體的體積，因此并無法完全用來提高內(nèi)部氣體的壓力。
(3)內(nèi)部氣體壓力提高的效應(yīng)某程度上受到墨水液面下降的效應(yīng)所抵銷由方程式(8)P0+Pc＝P4+H1ρg＞P5+H3ρg觀的，在氣體進(jìn)入供墨卡匣后，參照方程式(17)及(18)，其結(jié)果導(dǎo)致內(nèi)部氣體壓力提高(由P5升高至P6)，墨水液面降低(由H3下降至H5)，此時(shí)內(nèi)部氣體壓力升高的效應(yīng)將使不等式(8)右方的數(shù)值提高，有助于系統(tǒng)達(dá)到平衡，但墨水液面降低的效應(yīng)卻使不等式(8)右方的數(shù)值降低，反而降低系統(tǒng)所欲達(dá)到平衡的潛力(potential)。雖然在平衡不等式(8)的問題方面，內(nèi)部壓力升高所提供促使平衡的效應(yīng)大于墨水液面降低所破壞平衡的效應(yīng)，即方程式(17)促進(jìn)平衡的效應(yīng)大于方程式(18)破壞平衡的效應(yīng)，而使的總效應(yīng)也有助于不等式(8)的平衡。然而內(nèi)部壓力升高的效應(yīng)(方程式(17)促進(jìn)平衡的效應(yīng))在某程度上已被墨水液面下降的效應(yīng)(方程式(18)破壞平衡的效應(yīng))所抵銷，因而氣體進(jìn)入供墨卡匣來促進(jìn)平衡的功效上又須再打折扣。
綜合上述三點(diǎn)，可以知道氣體經(jīng)由補(bǔ)充壓力氣閥進(jìn)入供墨卡匣，首因氣體進(jìn)入的速度過慢，再因其效應(yīng)只有一部份用來提升內(nèi)部氣體壓力，另一部份則會增加內(nèi)部氣體體積，而前者的效應(yīng)方向是要達(dá)到平衡，后者的效應(yīng)方向是要破壞平衡，導(dǎo)致在促進(jìn)平衡上前者的效應(yīng)某程度被后者所抵銷。正因如此，本步驟(補(bǔ)充壓力氣閥V1作動)促使系統(tǒng)驅(qū)于平衡的效應(yīng)經(jīng)再三打折抵銷后已所剩無多，尤其在大量打印的時(shí)，跟本無法將經(jīng)步驟一后的圖5的不平衡狀態(tài)立時(shí)恢復(fù)平衡，只能使系統(tǒng)較圖5的狀態(tài)稍稍更加趨進(jìn)平衡，如圖6所示，然卻仍無法達(dá)到平衡，即P0+Pc＝P4+H1ρg＞P6+H5ρg＞P5+H3ρg (19)補(bǔ)充壓力氣閥V1作動的后，雖仍無法迅速達(dá)到系統(tǒng)平衡狀態(tài)，然較步驟一完成后的圖5，本步驟進(jìn)行的后系統(tǒng)所達(dá)到的狀態(tài)圖6(內(nèi)部壓力為P6+H5ρg)已較圖5(內(nèi)部壓力為P5+H3ρg)更接近平衡(參照方程式(19))。
3.第三步驟繼第一步驟墨水液面下降，第二步驟補(bǔ)充壓力氣閥V1作動后，本步驟是使調(diào)節(jié)壓力氣閥V2開始作動。
本步驟將以調(diào)節(jié)壓力氣閥V2內(nèi)的調(diào)節(jié)浮球B2為平衡基準(zhǔn)，進(jìn)而解釋本發(fā)明在此處設(shè)計(jì)的作用與功能。
由方程式(5)P0+M/A=P4+H2pg]]>分析，此為墨水尚未開始使用時(shí)(圖4)調(diào)節(jié)浮球B2處的力平衡狀態(tài)。而在步驟一與步驟二中，調(diào)節(jié)壓力氣閥V2均假設(shè)尚未作動，即調(diào)節(jié)浮球B2的位置尚未改變。在調(diào)節(jié)浮球B2位置保持固定不動的情況下，不論經(jīng)由步驟一的圖5或再經(jīng)步驟二的圖6，以調(diào)節(jié)浮球B2為基準(zhǔn)的作用力平衡狀態(tài)便被打破。另外，由于步驟二中氣體進(jìn)入供墨卡匣的速度過慢，也就是說在墨水使用的瞬間進(jìn)入供墨卡匣的氣體太少，因而由此造成內(nèi)部氣體壓力升高有限，即圖5中的P5大致等于圖6中的P6；且墨水液面下降的高度也非常小，即圖5中的H3略等于圖6中的H5，圖5中調(diào)節(jié)浮球B2與墨水液面的垂直距離H4也略等于圖6中的H6。即P4＞P6≈P5(20)H1＞H3≈H5(21)H2＞H4≈H6(22)既然如此，對圖5與圖6來說，以調(diào)節(jié)浮球B2為基準(zhǔn)的作用力狀態(tài)相差并不甚多，今即以圖6作為代表來加以說明。
依圖6所示，相較于圖4的平衡狀態(tài)，由于供墨卡匣內(nèi)的氣體壓力已經(jīng)下降(見方程式(20)，P4＞P6)，且調(diào)節(jié)浮球B2因假設(shè)其位置不動，造成其與墨水液面的垂直高度因墨水液面下降而縮短，(見方程式(22)，H2＞H6)，此時(shí)以調(diào)節(jié)浮球B2為基準(zhǔn)的作用力狀態(tài)為P0+M/A=P4+H2pg>P5+H4pg≈P6+H6pg----(23)]]>由于方程式最左方(P0+M/A)]]>代表將調(diào)節(jié)浮球B2向下壓的力量，右方(P6+H6ρg)代表將調(diào)節(jié)浮球B2向上頂?shù)牧α?。在圖6，即不等式(23)中，由于外界壓力大于內(nèi)部壓力，即將調(diào)節(jié)浮球B2向下壓的力量大于將其向上頂?shù)牧α?，此時(shí)即會驅(qū)使調(diào)節(jié)浮球B2往下移動，以達(dá)到平衡狀態(tài)，即P0+M/A=P7+H8pg----(24)]]>因調(diào)節(jié)浮球本身不似補(bǔ)充壓力氣閥V1設(shè)有阻力，即調(diào)節(jié)浮球B2本身的移動相當(dāng)靈敏，能隨壓力的變化而迅速調(diào)整到平衡位置，結(jié)果將如圖7所示。假設(shè)墨水為不可壓流(incompressible flow)，或是壓縮系數(shù)相當(dāng)小的流體，則所述供墨卡匣內(nèi)的墨水體積可視為固定。那調(diào)節(jié)浮球B2因向下移動將會促使整個(gè)墨水液面向上提升，而調(diào)節(jié)浮球B2向下移動所掃過的體積將全等于墨水液面因上升所掃過的體積。即π4D2[H8-(H7-H5)]=A(H7-H5)----(25)]]>其中D調(diào)節(jié)壓力氣閥V2的管徑
H7-H5墨水液面因調(diào)節(jié)浮球B2下降所上升的高度H8-(H7-H5)調(diào)節(jié)浮球下降的高度A供墨卡匣的面積由因調(diào)節(jié)浮球B2向下移動導(dǎo)致墨水液面上升的結(jié)果，供墨卡匣中的氣體所占空間便減少了，依方程式(1)PV＝nRT來解釋，也就是氣體體積(V)減小，因而造成壓力(P)增大，另外液面高度也同時(shí)增加，也增大液體在噴墨頭處的壓力，即P7＞P6(26)H7＞H5(27)依方程式(19)P0+Pc＝P4+H1ρg＞P6+H5ρg可知，本步驟將使不等式右方的值增大(參照方程式(26)、(27))，有助于系統(tǒng)迅速達(dá)成平衡，以彌補(bǔ)補(bǔ)充壓力氣閥V1平衡內(nèi)外壓力差速度慢的缺點(diǎn)。
結(jié)論本發(fā)明利用兩氣閥來幫助本發(fā)明在墨水打印的過程中迅速達(dá)到平衡狀態(tài)，重點(diǎn)在利用一補(bǔ)充壓力氣閥V1充氣體的方式來增加供墨卡匣內(nèi)的壓力，且另外以一調(diào)節(jié)壓力氣閥V2節(jié)內(nèi)外壓力差。由于補(bǔ)充壓力氣閥V1氣體的速度過慢，導(dǎo)致在使用墨水的過程中，尤其是大量打印的時(shí)候，無法迅速補(bǔ)充墨水匣內(nèi)的壓力，使供墨卡匣內(nèi)的壓力差過大，導(dǎo)致墨水不易流出，造成打印品質(zhì)下降的缺點(diǎn)。由于本發(fā)明所采用的調(diào)節(jié)壓力氣閥V2對外界狀況變化的反應(yīng)相當(dāng)靈敏迅速，因而在墨水使用的過程中，調(diào)節(jié)浮球B2會隨之不斷下降，同時(shí)也提升墨水液面的高度，進(jìn)而增加供墨卡匣的內(nèi)部壓力。
權(quán)利要求
1.一種供墨卡匣，可在該卡匣形成內(nèi)外壓力差調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力，其特征在于，包括一第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在內(nèi)外壓力不平衡時(shí)，通過增加卡匣內(nèi)氣體莫耳數(shù)來增加所述卡匣內(nèi)部壓力；以及一第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整卡匣內(nèi)液面高度來改變所述卡匣內(nèi)部壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為一氣閥，可提供外部氣體進(jìn)入所述卡匣內(nèi)部，以增加所述卡匣內(nèi)部壓力。
3.如權(quán)利要求1所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)含一氣泡制造物質(zhì)，提供外部氣體進(jìn)入所述卡匣內(nèi)部，以增加所述卡匣內(nèi)部壓力。
4.如權(quán)利要求1所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括可隨壓力差變化而位移的浮球，在所述卡匣形成內(nèi)外壓力差時(shí)，所述浮球可調(diào)整卡匣液面高度來改變所述卡匣內(nèi)部壓力。
5.如權(quán)利要求4所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)具有一中空管，其內(nèi)允許所述浮球在一距離范圍內(nèi)位移，所述中空管使所述浮球介于所述卡匣內(nèi)外部空間之間。
6.一種供墨卡匣，具有相通的第一室與第二室，所述第一室與外部相通且容納一海綿物質(zhì)，用以在所述第二室形成內(nèi)外壓力差時(shí)提供氣泡增加所述第二室內(nèi)部壓力，其特征在于所述供墨卡匣還包括一壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)于第二室，當(dāng)形成所述壓力差時(shí)，所述壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整墨水液面高度來改變卡匣內(nèi)部壓力以獲得內(nèi)外壓力平衡。
7.如權(quán)利要求6所述的供墨卡匣，其特征在于，所述第二室通過一噴墨頭提供墨水時(shí)，所述第二室中形成所述壓力差。
8.如權(quán)利要求7所述的供墨卡匣，其特征在于，所述壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)具有可隨所述壓力差變化而位移的浮球。
9.如權(quán)利要求8所述的供墨卡匣，其特征在于，所述壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括一中空管，且所述浮球可位移地容納于所述中空管且介于所述第二室內(nèi)外部空間之間。
10.一種供墨卡匣，其特征在于，具有雙氣閥壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述雙氣閥壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在內(nèi)外壓力不平衡時(shí)進(jìn)行平衡壓力的調(diào)節(jié)，它包括一第一氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用以提供卡匣內(nèi)氣體莫耳數(shù)來增加卡匣內(nèi)部壓力；以及一第二氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用以調(diào)整卡匣內(nèi)部墨水液面高度來改變卡匣內(nèi)部壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種供墨卡匣，可在該卡匣形成內(nèi)外壓力差調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力，其特點(diǎn)是，包括一第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在內(nèi)外壓力不平衡時(shí)，通過增加卡匣內(nèi)氣體莫耳數(shù)來增加所述卡匣內(nèi)部壓力；以及一第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整卡匣內(nèi)液面高度來改變所述卡匣內(nèi)部壓力。另外采用雙氣閥控制方式，其方式是以第一氣閥補(bǔ)充空氣以維持內(nèi)部壓力，而第二氣閥用以調(diào)節(jié)供墨卡匣內(nèi)墨水高度，使空氣還來不及進(jìn)入供墨卡匣內(nèi)時(shí)，通過第二氣閥來提升內(nèi)部的壓力，以使供墨水順暢。本發(fā)明由于不是在供墨卡匣內(nèi)置放海綿等吸水材料，而是單純直接將墨水灌注于供墨卡匣中，因此可充分利用供墨卡匣的空間以增加含墨量及墨水使用量。
文檔編號B41J2/175GK1394751SQ011231
公開日2003年2月5日 申請日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月10日
發(fā)明者陳文斌 申請人:研能科技股份有限公司