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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Tintenstrahldrucksysteme und spezieller auf Tintenstrahldrucksysteme,
die Tintenbehälter
verwenden, die unter Druck stehen, um hohe Druckraten (Printraten)
zu ermöglichen.
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Tintenstrahldrucker nutzen häufig einen
Tintenstrahldruckkopf, der an einem sich bewegenden Wagen befestigt
ist, der über
einem Druckmedium, z. B. Papier, hin- und herbewegt wird. Der Druckkopf umfaßt einen
Auswurfvorrichtungsabschnitt, der dem Druckmedium zugewandt ist.
Der Ruswurfvorrichtungsabschnitt spricht auf Signale von einem Steuerungssystem
an, das dem Drucksystem für
ein selektives Ausstoßen
von Tintentröpfchen
auf das Druckmedium zugeordnet ist. Der Wagen bewegt die Auswurfvorrichtung über das
Druckmedium, um ein Band zu drucken. Das Medium wird dann vorgerückt, um ein
Drucken eines weiteren Bandes zu ermöglichen. In dieser Weise bilden
die Tintentröpfchen,
die durch die aufeinanderfolgenden Bänder aufgebracht werden, Bilder
und einen Text auf dem Druckmedium.
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Es ist wichtig, daß die Bilder,
die auf dem Druckmedium gebildet sind, eine hohe Druckqualität aufweisen.
Die Druckqualität
wird größtenteils
durch den ordnungsgemäßen Betrieb
des Druckkopfs bestimmt. Ein Druckkopf umfaßt typischerweise ein internes
Reservoir, das mit der Auswurfvorrichtung in Fluidkommunikation
ist. Für
den ordnungsgemäßen Betrieb
des Auswurfvorrichtungsabschnitts ist der Fluiddruck der Tinte innerhalb
des internen Reservoirs relativ zu einem atmosphärischen Druck, der als Überdruck
bezeichnet wird, von Bedeutung. Eine Druckregulierungseinrichtung
ist üblicherweise
im Druckkopf beinhaltet, um den Überdruck
innerhalb des internen Reservoirs zu steuern.
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Bei einigen Druckern sind bisher
Tintenbehälter
verwendet worden, die aus dem Druckkopf separat ersetzt werden können. Wenn
der Tintenbehälter
erschöpft
ist, wird der Behälter
entfernt und ersetzt. Die Verwendung von solchen separat ersetzbaren
Tintenbehältern
ermöglicht
ein Drucken bis zum Ende der Druckkopflebensdauer.
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Bei einigen Druckern wurden auch „vom Wagens
getrennte" Tintenbehälter verwendet,
wobei die Tintenbehälter
außerhalb
des sich bewegenden Wagens positioniert sind. Diese vom Wagen getrennte Tintenbehälter sind
typischerweise mit dem Druckkopf innerhalb des Reservoirs durch
eine Röhre
in fluidischer Kommunikation. Die Verwendung von vom Wagen getrennten
Tintenbehältern
reduziert tendenziell das Wagengewicht, wodurch ein kompakterer
Wagen, der weniger Leistung für
eine Bewegung erfordert, und somit kleinere Wagenmotoren, um eine
Wagenbewegung zu liefern, ermöglicht
werden. Das Patent Nr. 5.650.811 beschreibt eine solche Konfiguration
einschließlich
eines Tintenbehälters, der
mit einer Röhre
gekoppelt ist, die wiederum mit einem Druckregulator gekoppelt ist,
der dem Druckkopf zugeordnet ist. Der Druckregulator stellt sicher, daß der Auswurfvorrichtungsabschnitt
des Druckkopfs Tinte mit dem richtigen Druck empfängt.
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Um dem Regulator zu ermöglichen,
den Druck richtig zu steuern, nutzt das Drucksystem einen Tintenbehälter, der
die unter Druck stehende Tinte an den Druckkopf liefert. Die Lieferung
von Tinte an den Druckkopf mit einem Druck, der gleich oder größer als
der Betriebsdruck des Druckkopfs ist, ist essentiell, um einen ordnungsgemäßen Druckkopfbetrieb
sicherzustellen. Der Regulator reguliert wiederum den Fluiddruck
von Tinte, die an den Auswurfvorrichtungsabschnitt geliefert wird,
um einen ordnungsgemäßen Betrieb
des Druckkopfs sicherzustellen. Die Verwendung eines Regulators
und eines unter Druck stehenden Tintenvorrats ermöglicht die Kompensation
verschiedener Entwurfs-, Layout- und Umgebungsfaktoren, wie z. B.
Druckabfällen,
relativen Höhen des
Druckkopfs und des Tintenvorrats und atmosphärischen Druckveränderungen.
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Die bisher verwendeten Tintenstrahldrucksysteme
haben aus verschiedenen Gründen
unter Druck stehende Tinte verwendet. Beispiele von Tintenstrahlkomponenten
oder -systemen, die unter Druck stehende Tinte verwenden, sind in
den U.S.-Patenten
4.558.326 an Kimura u. a. und 4.568.954 an Rosback beschrieben.
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Die
US
4.558.326 offenbart ein Abführsystem für eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung. Das
System umfaßt
eine Tintenkassette, die ein verschlossener starrer Körper mit
einer Öffnung
in demselben ist, die ermöglicht,
daß Gas
in den starren Körper
hineinfließen
und herausfließen
kann. Der starre Körper
häust einen
flexiblen Tintenbehälterbeutel,
der eine Aufzeichnungstinte enthält.
Ein unter Druck stehender Gasvorrat ist an der Öffnung in dem starren Körper angebracht,
um zu ermöglichen,
daß der
Druck der Tinte in dem flexiblen Beutel erhöht werden kann und somit Tinte
an einen Druckkopf geliefert werden kann.
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Die
EP
0712727 offenbart eine Tintenvorratsvorrichtung zur Verwendung
in einem Tintenstrahldrucker und einen Tintentank zur Verwendung in
der gleichen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfaßt einen Tintenbehälter, der
mit einem Luftkommunikationsport durch ein poriges Bauglied verbunden
ist. Der Tintenbehälter
wird auf einem Negativdruck gehalten.
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Ein Problem, das unter Druck stehenden
Tintenbehältern
zugeordnet ist, ist der Effekt, den der interne Druck auf die Behältermaterialien
hat. Ersetzbare Tintenbehälter
sind vorzugsweise aus kostengünstigen
Materialien, wie z. B. Kunststoff, gefertigt. Ein beibehaltener
Innendruck kann bewirken, daß sich
diese Materialien permanent verformen. Diese Verformung, wenn sie
extrem genug ist, kann den Tintenbehälter unbrauchbar machen. Ein
Beispiel, wie der Tintenbehälter
unbrauchbar werden kann, ist, wenn die Veformung verhindert, daß der Tintenbehälter in
den Tintenbehälteraufnahmeschlitz
innerhalb des Tintenstrahldrucksystems paßt.
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Es besteht seit längerem ein Bedarf an Tintenbehältern zur
Verwendung in unter Druck stehenden, vom Wagen getrennten Tintenstrahldrucksystemen.
Diese Tintenbehälter
sollten für
eine Verwendung ohne Verformung oder Leckage in der Lage sein. Zusätzlich müssen diese
Behälter
geringe Fertigungskosten zum Minimieren der Kosten der Tintennutzung
aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist ein
ersetzbarer Tintenbehälter
zum Liefern von Tinte an ein Tintenstrahldrucksystem, das in den
angehängten
Ansprüchen
definiert ist. Der Tintenbehälter
umfaßt
ein Druckgefäß zum Unterdrucksetzen
von Tinte. Der Tintenbehälter
weist einen Nichtbetriebszustand und einen Betriebszustand auf.
Innerhalb des Betriebszustands weist das Druckgefäß einen
internen Überdruck
auf, der innerhalb eines Betriebsbereichs beibehalten wird, so daß die unter
Druck stehende Tinte an das Drucksystem geliefert wird. Der Tintenbehälter umfaßt auch
eine Gasentlüftungsvorrichtung,
die zwischen einer Innenoberfläche
des Druckgefäßes und
einer Außenatmosphäre kommuniziert,
um ein kontinuierliches Entlüften
in sowohl dem Betriebs- als auch dem Nichtbetriebszustand zu ermöglichen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Entlüftungsvorrichtung
ein poriges Bauglied, das zwischen einem unter Druck stehenden Bereich
des Tintenbehälters
und einer Außenatmosphäre positioniert
ist. Dieses porige Bauglied liefert einen Flußweg für ein Gas durch dasselbe.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine schematische Darstellung eines Drucksystems dar, das einen
Tintenbehälter der
vorliegenden Erfindung umfaßt,
der die unter Druck stehende Gasquelle für ein Zuführen von einem unter Druck
stehenden Fluid an ein Drucksystem verwendet.
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2 ist
eine Darstellung, die in der Perspektive eines Großformatdrucksystems
gezeigt ist, das Tintenbehälter
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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3A ist
eine Querschnittsdarstellung des Tintenbehälters der vorliegenden Erfindung,
die durch die Querschnittslinie 3A-3A von 2 erstellt wurde.
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3B ist
ein Querschnitt der Fluid- und Luftverbinder von 3A, die verbunden mit dem Drucksystem
gezeigt sind.
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4A bis 4D stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Chassis dar, das eine Entlüftungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung umfaßt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 ist
eine schematische Darstellung, die ein Tintenstrahldrucksystem 10 darstellt,
das einen Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung zum Liefern einer unter Druck stehenden Tinte
an einen Druckkopf 14 umfaßt. Das Drucksystem 10 umfaßt eine
Druckquelle 16 zum Unterdrucksetzen des Tintenbehälters 12.
Ansprechend auf eine Unterdrucksetzung liefert der Tintenbehälter 12 unter
Druck stehende Tinte an den Druckkopf 14 mittels einer
Leitung 18. Der Druckkopf 14 bringt in selektiver
Weise Tinte auf ein Medium (nicht gezeigt) unter Steuerung der Druckerelektronik 20 auf.
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Die Druckquelle 16 ist mit
dem Tintenbehälter 12 über eine
Druckleitung 22 gekoppelt, um einen Fluß von Gas von der Druckquelle 16 an
den Tintenbehälter 12 zu
ermöglichen,
um den Tintenbehälter 12 unter
Druck zu setzen. Die Druckquelle 16 liefert ein unter Druck
stehendes Gas, wie z. B. Luft, an die Druckleitung 22 ansprechend
auf Signale von der Druckersteuerungselektronik 20. Die
Druckleitung 22 ist mit dem Gasauslaß 24 gekoppelt, der
wiederum mit einem Gaseinlaß 26 verbunden
ist, der dem Tintenbehälter 12 zugeordnet
ist. Der Gaseinlaß 26 ist mit
der Druckkammer 28 gekoppelt, die durch eine Innenoberfläche 30 des
Tintenbehälters 12 definiert ist.
Der Tintenbehälter 12 umfaßt eine
Entlüftungsvorrichtung 32,
die einen Gasflußweg
zwischen der Druckkammer 28 und einer Außenatmosphäre einrichtet,
um ein kontinuierliches Entlüften
der Druckkammer 28 zu einem beliebigen Zeitpunkt zu ermöglichen,
wenn ein Druckunterschied zwischen der Druckkammer 28 und
der Außenatmosphäre existiert.
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Der Tintenbehälter 12 liefert Tinte
an den Druckkopf 14 über
einen Fluidleitung 18. Der Tintenbehälter 12 umfaßt einen
Vorrat von Tinte 34, der mit einem Fluidauslaß 36 fluidisch
gekoppelt ist. Der Fluidauslaß 36 ist
mit dem Fluideinlaß 38 verbunden, der
wiederum mit einem ersten Ende einer Fluidleitung 18 gekoppelt
ist. Ein zweites Ende der Fluidleitung 18 ist mit einem
Druckkopf 14 gekoppelt.
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Der Druckkopf 14 empfängt Tinte
von der Leitung 18 und bringt die Tinte selektiv auf ein
Medium (nicht gezeigt) auf. Der Druckkopf 14 umfaßt einen
Regulatorabschnitt 14, ein internes Reservoir 42 und
einen Auswurfvorrichtungsabschnitt 44. Der Regulatorabschnitt 40 reguliert
oder steuert den Fluiddruck in dem internen Reservoir 42.
Bei einem Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Regulator ein Ventil 40a, das mit der Leitung 18 verbunden
ist. Der Regulator 40 öffnet
und schließt
das Ventil 40a ansprechend auf Druckveränderungen im internen Reservoir 42, um
den ordnungsgemäßen Überdruck
in dem internen Reservoir 42 beizubehalten. Das interne
Reservoir 42 ist mit dem Auswurfvorrichtungsabschnitt 44 fluidisch
gekoppelt. Ansprechend auf Signale, die von der Druckerelektronik 20 empfangen
werden, bringt ein Auswurfvorrichtungsabschnitt 44 die
Tinte selektiv auf das Medium (nicht gezeigt) auf.
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2 stellt
eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels
des Drucksystems 10 dar. Das Drucksystem 10 umfaßt ein Druckchassis 46,
das einen oder mehrere Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung enthält,
die in einem von einer Mehrzahl von Aufnahmeschlitzen 48 gleitbar
angebracht sind. Das in 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel
ist konfiguriert, um vier Tintenbehälter 12 aufzunehmen,
wobei jeder Tintenbehälter 12 eine
andere Tintenfarbe enthält.
Im Falle eines Vier-Farb-Druckens enthält jeder der vier Tintenbehälter 12 eine
andere Tintenfarbe, wie z. B. Cyan-, Gelb-, Magenta- und Schwarz-Tinten.
Jede der vier Tinten wird an einen oder mehrere Druckköpfe 14 geliefert,
die wiederum die Tinte selektiv auf ein Druckmedium, wie z. B. Papier,
aufbringen. Das Druckerchassis 46 umfaßt auch ein Steuerungsbedienfeld 50 zum
Steuern des Betriebs des Drucksystems 10 und einen Medienschlitz 52,
aus dem das Druckmedium ausgestoßen wird.
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Der bevorzugte Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung liefert eine unter Druck stehende Tinte an
den Druckkopf 14. Der Tintenbehälter 12 ist bei diesem
Ausführungsbeispiel
im Aufnahmeschlitz 48 gleitend befestigt. Der Aufnahmeschlitz 48 ist,
zumindest teilweise, durch ein Paar von Seitenwänden 54 definiert.
Für den
Fall, wo der Tintenbehälter 12 verformbar
ist, kann eine Unterdrucksetzung des Tintenbehälters 12 eine nach
außen
gerichtete Ausdehnung oder Ausbeulung eines Paars von Seiten 46
erzeugen, die den Tintenbehälter 12 definieren.
Wenn ein Tintenbehälter 12 eine übermäßige Zeitdauer lang
unter Druck steht, kann der Tintenbehälter 12 eine permanente
Verformung annehmen. Diese Verformung, wenn sie extrem genug ist,
kann verhindern, daß der
Tintenbehälter 12 zwischen
die Seitenwände 54 paßt, was
ein Einbringen oder Entfernen des Tintenbehälters 12 erschwert.
Die Entlüftungsvorrichtung 32 der
vorliegenden Erfindung stellt sicher, daß der Innendruck entlastet
wird, um eine permanente Verformung des Tintenbehälters 12 zu
verhindern.
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3A stellt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tintenbehälters 12 dar,
das entlang der Linie 3A-3A von 2 erstellt wurde. Der Tintenbehälter 12,
wie in 3A dargestellt,
umfaßt
ein Chassis 58, ein zusammenfaltbares Reservoir 60 und
ein Druckgefäß 62.
Bezug nehmend auf 1 sind
identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Das
Ausführungsbeispiel
des Tintenbehälters 12,
das in 1 dargestellt
ist, weist jedoch Tinte in direktem Kontakt mit der Außenwand
des Tintenbehälters 12 auf.
Im Gegensatz dazu stellt 3A einen
Tintenbehälter 12 mit
einem zusammenfaltbaren Reservoir 60 dar, das die Tinte
enthält
und durch das Druckgefäß 62 umgeben
ist. Ebenfalls im Gegensatz zu 1 wird
bei der Version in 3A das
Chassis 58 verwendet.
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Das Chassis 58 liefert eine
Anzahl von Funktionen. Es umfaßt
den Fluidauslaß 36 und
liefert eine Fluidkommunikation zwischen dem Fluidauslaß 36 und
dem zusammenfaltbaren Reservoir 60. Das Chassis 58 umfaßt den Gaseinlaß 26,
der mit der Druckkammer 28 in Fluidkommunikation ist. Die Druckkammer 28 ist
durch eine Außenoberfläche des zusammenfaltbaren
Reservoirs 60 und eine Innenoberfläche 30 des Druckgefäßes 62 definiert.
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Das zusammenfaltbare Reservoir 60 ist
vorzugsweise ein zusammenfaltbarer Filmbeutel, der einen Vorrat
von Tinte 34 enthält.
Der Beutel weist eine Öffnung
an einem Ende auf, die mit Beutelversiegelungsoberflächen 64 versiegelt
ist, die auf dem Chassis 58 gebildet sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Druckgefäß 62 eine
flaschenförmige
Umhüllung,
die aus Polyethylen gefertigt ist. Sie ist konzipiert, um Drücke gleich
etwa 13,8 kPa (etwa 2 PSI (PSI = pounds per square inch = Pfund
pro Quadratzoll) zum Unterdrucksetzen des Vorrats von Tinte 34 zu
liefern. Die beibehaltenen Drücke
in der Kammer 28 können
jedoch bewirken, daß sich
das Druckgefäß 62 permanent
verformt. Wenn eine Unterdrucksetzung während der Verwendung des Druckersystems
eintritt, liefern die Seitenwände 54 (siehe 2) eine gewisse Unterstützung, um
dabei zu helfen, eine permanente Verformung des Druckgefäßes 62 zu verhindern.
Das Druckgefäß 62 ist
am Chassis 58 in der Nähe
einer Gefäßversiegelungsoberfläche 66 angebracht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Versiegelung zwischen dem Druckgefäß 62 und dem Chassis 58 durch
einen O-Ring 68 vorgesehen.
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Der Tintenbehälter 12 ist angepaßt, um in
einem Aufnahmeschlitz 48 (2)
lösbar
installiert zu sein. Wenn der Tintenbehälter 12 installiert
ist, werden fluidische Verbindungen und Luftverbindungen eingerichtet,
wie durch 1 angezeigt
ist und in 3B stark
vergrößert gezeigt
ist. 3B stellt den Fluidauslaß 36 und
den Gaseinlaß 26,
der in 3A gezeigt ist,
verbunden mit dem Drucksystem 10 dar. Eine fluidische Verbindung
ist zwischen dem Fluidauslaß 36,
der dem Tintenbehälter 12 zugeordnet ist,
und dem Fluideinlaß 38,
der dem Aufnahmeschlitz 48 zugeordnet ist, eingerichtet,
wodurch eine Fluidkommunikation zwischen dem Tintenvorrat 34 und
dem Druckkopf 14 bereitgestellt wird. Bei diesem Beispiel
weist der Fluidauslaß 36 ein
Fluidseptum 70 zum Versiegeln des Fluidauslasses 36 auf.
Der Fluideinlaß 38 weist
eine Hohlnadel 72 auf, die mit der Fluidleitung 18,
die dem Drucksystem 10 zugeordnet ist, fluidisch verbunden
ist.
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Wenn der Tintenbehälter 12 im
Aufnahmeschlitz 48 installiert ist, ist zwischen dem Gaseinlaß 26,
der dem Tintenbe kälter 12 zugeordnet
ist, und dem Gasauslaß 24,
der dem Drucksystem 10 zugeordnet ist, eine Verbindung
zum Liefern einer Fluidkommunikation zwischen der Druckquelle 16 und
der Druckkammer 28 eingerichtet. Bei diesem Beispiel weist
der Gaseinlaß 26 ein
Gasseptum 74 auf. Der Gasauslaß 24 weist eine Hohlnadel 76 auf,
die mit der Druckleitung 22 gekoppelt ist.
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Unter Bezugnahme auf 4A ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel
des Chassiss 58 gezeigt. Neben dem Bereitstellen der vorstehend
erwähnten
Funktionen umfaßt
das Chassis auch eine Entlüftungsvorrichtung 32.
Die Entlüftungsvorrichtung 32 kommuniziert
zwischen einer äußeren Oberfläche des
Chassiss 58 und einer Druckkammer 28 ( 3A) .
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4B stellt
eine weggeschnittene Ansicht des Chassiss 58 dar, die das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Entlüftungsvorrichtung 32 im
Querschnitt darstellt. Die Entlüftungsvorrichtung 32 umfaßt ein poriges
oder gasdurchlässiges
Bauglied 78, das die Druckkammer 28 und eine Außenatmosphäre verbindet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Entlüftungsvorrichtung 32 ein
Gehäuse 80,
das sich von einer Innenoberfläche 82 des Chassis 58 erstreckt.
Das porige Bauglied 78 wird durch das Gehäuse 80 getragen.
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Das porige Bauglied 78 ist
vorzugsweise aus einem spritzgegossenen porigen Polyethylen gebildet.
Ein Beispiel dieses Materials wird unter dem Handelsnamen POREXTM
vertrieben, das durch Porex Technologies in Fairburn Georgia hergestellt wird.
Die Flußratencharakteristika
des porigen Bauglieds 78 werden primär durch die Materialporengröße und sekundär durch
die Komprimierung des porigen Bauglieds 78 durch das Gehäuse 80 bestimmt. Wenn
die Porengröße zunimmt,
nimmt die Flußbeschränkung und
der Fluidwiderstand ab. Die Komprimierung hat den Effekt, daß sie die
Porengröße reduziert
wird, wodurch die Flußeinschränkung erhöht wird.
Für ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
weist das porige Bauglied 78 eine Porengröße von 18–40 μm auf.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Entlüftungsvorrichtung 32 spezifiziert,
um eine Luftflußrate
von näherungsweise
3 cc/min (Kubikzentimeter pro Minute) zu liefern, die bei STP (STP
= Standardtemperatur und -druck) mit einer Druckdifferenz von 17–2 kPa (2,5
PSI) zwischen der Druckkammer 28 und einer Außenatmosphäre gemessen
wird. Die bevorzugte Flußrate
kann jedoch abhängig
von dem Volumen des Behälters,
der Empfindlichkeit des Behältergefäßes 62 gegenüber einer
permanenten Verformung und der Rate, mit der die Gasdruckquelle 16 (in 1 gezeigt) die Druckkammer 28 unter Druck
setzt, variieren.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sieht
das porige Bauglied 78 eine Barriere für eine Flüssigkeit vor, die zwischen
der Kammer 28 und der Außenatmosphäre verläuft. Dies wird durch Einbringen
eines herkömmlichen
absorbierenden Materials, wie z. B. Tonpulver, in den Kunststoff
erreicht, der verwendet wird, um das porige Bauglied 78 zu
bilden. Wenn eine Flüssigkeit
das porige Bauglied 78 kontaktiert, schwillt das absorbierende
Material an, wodurch die Poren in dem porigen Bauglied 78 verschlossen
werden.
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Ein Querschnitt der Entlüftungsvorrichtung 32 in
ihrem nichtzusammengebauten und zusammengebauten Zustand ist in 4C bzw. 4D gezeigt. Wie
in 4C gezeigt ist, umfaßt die Entlüftungsvorrichtung 32 eine
zylindrische Verbundbohrung 84 mit einem breiteren Durchmesserabschnitt 86 und
einem schmaleren Durchmesserabschnitt 88. Der Übergang
zwischen dem breiteren und dem schmaleren Durchmesser liefert eine
radiale Schulter 90. Der größere Durchmesserabschnitt umfaßt einen
führenden konisch
zulaufenden Abschnitt 92.
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Wie durch den Pfeil in 4C angezeigt ist, wird die
Entlüftungsvorrichtung 32 durch
Einbringen von einem zy- 1indrischen
porigen Bauglied 78 in die Verbundbohrung 84 gebildet.
Der führende
konisch zulaufende Abschnitt 92 unterstützt die Führung des porigen Bauglieds 78 in
den breiteren Durchmesserabschnitt 86. Das porige Bauglied 78 wird
in die Verbundbohrung gepreßt,
bis ein führendes
Ende 94 die radiale Schulter 90 erreicht. Da das
porige Bauglied 78 in den größeren Durchmesserabschnitt 86 installiert
ist, wird es radial komprimiert, wodurch eine sichere Versiegelung
zwischen dem porigen Bauglied 78 und der inneren Wand des
größeren Durchmesserabschnitts 86 sichergestellt
wird.
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4D stellt
den zusammengebauten Zustand der Entlüftungsvorrichtung 32 dar.
Das porige Bauglied 78 definiert einen Gasflußweg 96 zwischen der
Druckkammer 28 und einer Außenatmosphäre. Der schmale Durchmesserabschnitt 88 der
Verbundbohrung 84 liefert eine Kommunikation zwischen dem
führenden
Ende 94 des porigen Bauglieds 78 und der Außenatmosphäre. Ein
nachlaufendes Ende 98 des porigen Bauglieds 78 erstreckt
sich in die Kammer 28. Das Gehäuse 80 erstreckt sich
entlang einer Entfernung über
der Innenoberfläche 82,
um der Entlüftungsvorrichtung 32 zu
ermöglichen,
eine bestimmte Menge einer Fluidansammlung entlang der Innenoberfläche 82 ohne
ein Verstopfen der Entlüftungsvorrichtung 32 zu
tolerieren.
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Alternativ kann das porige Bauglied 78 aus einem
gesinterten Metall gefertigt sein. Das gesinterte Metall verhält sich
funktionsmäßig ähnlich und würde in ähnlicher
Weise, wie im Hinblick auf 4C und 4D erörtert, eingesetzt werden. Das
gesinterte Metall weist kleine Poren auf, durch die Gas oder Luft gelangen
können,
hält jedoch
ein Fluid mit einem Druck zurück,
der umgekehrt zur Porengröße zunimmt.
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Die Entlüftungsvorrichtung 32 könnte auch als
eine oder mehrere labyrinthförmige
(spiralförmig, serpentinenförmig, gewunden
etc.) Durchgänge
mit einer gesteuerten Öffnungsgröße gefertigt
sein, die zwischen der Druckkammer 28 und der Außenatmosphäre kommunizieren.
Die Quantität, Öffnungsgröße, Länge und
Verbiegungsgeometrie der Durchgänge
kann eingestellt sein, um einen gegebenen Grad einer Luftflußund Fluidflußeinschränkung zu
liefern.
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Die Entlüftungsvorrichtung 32 ist
im Hinblick auf 4A – 4D als in das Chassis 58 eingebaut
beschrieben worden. Die Entlüftungsvorrichtung 32 kann
jedoch in eine beliebige andere Position auf dem Tintenbehälter 12 eingebaut
sein, die einen Gasflußweg
zwischen der Druckkammer 28 und der Außenatmosphäre liefert. 1 stellt beispielsweise eine Entlüftungsvorrichtung 32 dar,
die in eine Außenwand
des Tintenbehälters 12 eingebaut
ist, wie z. B. das Druckgefäß 62.
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Die Herstellung des Tintenbehälters 12 umfaßt ein Zusammenbauen
der Tintenbehälterkomponenten
und ein Befüllen
des Tintenbehälters
mit Tinte. Das Befüllen
erfolgt typischerweise durch Liefern von Tinte an den Fluidauslaß 36.
Unter Bezugnahme auf 1 ist
zu ersehen, daß,
während
die Tinte eingeführt
wird, die Luft in der Kammer 28 tendenziell komprimiert
wird und unter Druck steht. Mittels der Entlüftung 32 kann diese
Luft entweichen. Somit weist die Entlüftung 32 dahingehend
einen Vorteil auf, daß sie
einen beliebigen Druck, der von dem anfänglichen Tintenbefüllungsprozeß zurückblieb,
entlastet.
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Wenn der Tintenbehälter 12 zusammengebaut
ist, nimmt die Druckkammer 28 typischerweise einen Druck
an, der gleich dem einer Außenatmosphäre ist.
Wenn der Tintenbehälter 12 durch
ein Flugzeug transportiert wird oder in eine geographische Region
mit einer größeren absoluten
Höhe transportiert
wird, existiert ein Druckunterschied zwischen der Druckkammer 28 und
der Außenatmosphäre. Dieser Druckunterschied
kann 34,5 kPa (5 PSI) oder mehr während des normalen Transports
des Tintenbehälters
erreichen. Wenn dieser Druckunterschied für wenigstens 2–3 Stunden
existiert, können
die Wände des
Druckgefäßes 62 permanent
verformt werden. Diese Verformung, wenn sie extrem genug ist, kann verhindern,
daß der
Tintenbehälter 12 in
den Aufnahmeschlitz 48 installiert werden kann (2). Die Entlüftungsvorrichtung 32 der
vorliegenden Erfindung verhindert diese permanente Verformung, indem
der Druck innerhalb des Druckgefäßes 62 verteilt
wird.
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Das Vermeiden der permanenten Verformung
legt eine Mindestflußrate
für die
Entlüftungsvorrichtung 32 fest.
Für einen
exemplarischen Entwurf beträgt
die Mindestflußrate
etwa 1 cc (Kubikzentimeter) Luft pro Minute bei STP (Standardtemperatur
und -druck) mit einem Druckunterschied (zwischen der Druckkammer 28 und
einer Außenatmosphäre) von
17,2 kPa (2,5 PSI). Für
kleine Behälter
mit weniger nachgiebigen Druckgefäßen könnte das Minimum 0,1 cc
Luft pro Minute (gleiche Bedingungen) oder weniger betragen. Die
Mindestflußrate
hängt allgemein
von verschiedenen Faktoren ab, z. B. Behältervolumen, Druckgefäßmaterial,
um nur einige zu nennen.
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Während
des Betriebs wird der Tintenbehälter 12 anfänglich in
den Aufnahmeschlitz 48 installiert, so daß der Fluidaus-laß 36 mit
dem Fluideinlaß 38 Eingriff
nimmt, um eine Fluidverbindung zwischen dem Tintenvorrat 34 und
der Fluidleitung 18 einzurichten. Das Einbringen des Tintenbehälters 12 koppelt
auch den Lufteinlaß 26 mit
dem Luftauslaß 24, der
dem Drucksystem zugeordnet ist, um eine Kommunikation zwischen der
Druckleitung 22 und der Druckkammer 28 einzurichten.
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Anfangs befindet sich der Tintenbehälter 12 in
einem Nichtbetriebszustand, wo die Tinte nicht mit dem richtigen
Druck an das Drucksystem 10 geliefert wird. Um einen Betriebszustand
zu erreichen, muß das
Druckgefäß 62 auf
einen ordnungsgemäßen Pegel
unter Druck gesetzt werden. Die Druckquelle oder Luftpumpe 16 beginnt,
Gas an die Druckkammer 28 über die Druckleitung 22 zu
liefern, um einen positiven Innenüberdruck in der Druckkammer 28 zu
liefern. Gleichzei tig entlastet die Entlüftungsvorrichtung 32 den
Druck von der Druckkammer 28. Es ist von Bedeutung, daß die Entlüftungsvorrichtung 32 den Druck
langsam genug entlastet, so daß die
Druckquelle 16 die Kammer 28 mit einer akzeptablen
Rate unter Druck setzt.
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Die Anforderung einer Unterdrucksetzung setzt
eine maximale Flußrate
für die
Entlüftungsvorrichtung 32.
Für einen
exemplarischen Entwurf wird die maximale Flußrate als 5 cc pro Minute (Luft
bei STP) mit einem internen Überdruck 17,2
kPa (2,5 PSI) spezifiziert. Abhängig
von der zeitlichen Anforderung zum Unterdrucksetzen des Tintenbehälters 12 und
der Flußrate,
die durch die Druckquelle 16 erzeugt wird, könnte die
akzeptable Flußrate
jedoch 50 cc pro Minute oder höher
(Luft bei STP) mit einem internen Überdruck von 17,2 kPa (2,5
PSI) betragen.
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Sobald der interne Überdruck
(in der Druckkammer 28) einen vordefinierten Bereich erreicht, der
als Betriebsdruckbereich bezeichnet wird, befindet sich der Tintenbehälter 12 in
einem Betriebszustand. Das Druckersystem 10 liefert dann
in selektiver Weise Energieversorgungssignale an die Druckköpfe 14 für ein selektives
Aufbringen von Tinte auf das Medium. Für typische Systeme sollte dieser Überdruck
im Bereich von 3,4 bis 20,7 kPa (0,5–3,0 Pfund pro Quadratzoll)
liegen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sollte der Überdruck
im Bereich von 6,9–13,
8 kPa (1,0– 2,0
Pfund pro Quadratzoll) liegen. Die Tinte fließt von den Tintenvorräten 34 durch
die Fluidleitungen 18 und an die Druckköpfe 14, um die Druckköpfe 14 nachzufüllen. Für das Drucksystem
von 1 enthält jeder
Druckkopf 14 einen Druckregulator 40 zum Einstellen
oder Regulieren des Drucks zwischen der Leitung 18 und
dem Reservoir 42, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Auswurfvorrichtungsabschnitts 44 zu
ermöglichen.
-
Während
des Druckens wird der Innendruck in den Druckkammern 28 innerhalb
eines vorbestimmten Bereichs beibehalten, der die erforderlichen
Tintenflußraten
von den Tintenvorräten 34 an die
Druckköpfe 14 sicherstellt.
Dies kann durch Regulieren des Drucks, der von der Pumpe 16 geliefert wird,
erfolgen. Alternativ kann die Pumpe 16 ein- und ausgeschaltet
werden, um einen ordnungsgemäßen Druckbereich
beizubehalten.
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Wenn das Drucken beendet ist, wird
die Pumpe 16 ausgeschaltet. An diesem Punkt ermöglicht die
Entlüftung 32,
daß sich
der Druck in der Druckkammer 28 ausbreitet. Die Abnahmerate
des Drucks ist jedoch niedrig genug, so daß, wenn ein Drucken innerhalb
eines spezifizierten Zeitraums erneut gestartet wird, dann der Innenüberdruck
der Druckkammer 28 auf einem Pegel ist, der hoch genug
ist, um das Drucken zu beginnen. Somit wird bevorzugt, daß die Flußrate niedrig
genug ist, so daß die
Druckkammer zumindest die Hälfte
des Betriebsüberdrucks
in der Druckkammer 28 für
zumindest fünf
Sekunden beibehält,
nachdem die Pumpe ausgeschaltet worden ist. Um eine Verformung des Druckgefäßes 62 zu
verhindern, wäre
es jedoch zu bevorzugen, daß sich
zumindest die Hälfte
des Betriebsdrucks innerhalb von fünf Stunden ausbreitet.
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Wenn der Tintenbehälter 12 aus
dem Drucksystem entfernt wird, ermöglicht die Entlüftungsvorrichtung
demselben, Druck abzubauen, um die vorstehend erwähnte Verformung
des Tintenbehälters 12 zu
verhindern. Somit kann der Tintenbehälter, bevor die Tinte ausgeht,
ohne Probleme beim erneuten Einbringen des Tintenbehälters 12 in
das Druckersystem 10 entfernt und ersetzt werden.