DE19509276C2

DE19509276C2 - Entlüftungsvorrichtung für Tintenstrahlstifte

Info

Publication number: DE19509276C2
Application number: DE19509276A
Authority: DE
Inventors: George M Custer; John M Altendorf
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2015-03-16
Also published as: KR100351662B1; DE19509276A1; KR960003966A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Tinten strahl-Technologie und spezieller auf Tintenstrahlstifte und insbesondere auf eine Entlüftungsvorrichtung für einen Tintenstrahlstift.

Die Technik der Tintenstrahl-Technologie ist relativ weit entwickelt. Kommerzielle Produkte, wie z. B. Computerdrucker, Graphikzeichengeräte und Faksimile-Geräte verwenden die Tin tenstrahl-Technologie zum Herstellen von Druckausgaben.

Gemäß dem Stand der Technik beispielsweise nach der US-PS 5,025,271 ist es bekannt, einen Tintenstrahlstift 10, der einen Druckkopf 14 aufweist, mit einer Öffnungsplatte 16 zu versehen, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Öf fnungsplatte 16 besitzt ein Düsenarray 17 in Kombination mit darunterliegenden Heizelementen (nicht gezeigt) (auch als Tropfengeneratoren bekannt). Der Druckkopf 10 ist mittels einer flexiblen Schaltung 18, die elektrische Verbindungs anschlußstellen 20 aufweist, mit einer Steuerschaltung in der Ausdruckvorrichtung gekoppelt. Die thermische Anregung der Tinte (die auch als Farbstoff oder Färbemittel bezeich net wird) aus einem Speicher 12 wird verwendet, um Tröpfchen durch die winzigen Düsen 17 auf ein angrenzendes Druckmedium auszustoßen. Der Stift 10 ist üblicherweise in einem Wagen (nicht gezeigt) gehalten. Mit dem Tüllenabschnitt 25 des Stifts mit dem Druckkopf 14 wird bidirektional über das Druckmedium abgetastet, wobei während des Abtastens Tinten tröpfchen abgeschossen werden. Das Düsenarray 17 ist ange ordnet, um über die flexible Schaltung 18 selektiv aktiviert zu werden, um gleichzeitig oder in einer schnellen Abfolge während des Abtastens abzuschießen, um eine Reihe kleiner Tröpfchen auf dem Medium zu erzeugen, um Zeichen oder Bilder zu drucken.

Der Speicher 12 enthält Tinte im allgemeinen in einem Schaummaterial oder in einer Blase.

Wenn der Speicher 12 keine Öffnung besitzt (außer den Öff nungen 17, durch die die Tintentröpfchen ausgestoßen wer den), wenn die Tinte ausgestoßen wird, bildet sich in dem Speicher 12 oder der äußeren Hülle eines Stifts, der eine Blase verwendet, ein partielles Vakuum. Dieses Vakuum wächst an, bis die Kapillarwirkung der Architektur des Druckkopfs 14 nicht länger Tinte in die Abschußkammern des Tropfenge nerators ziehen kann. An diesem Punkt geht dem Tintenstrahl stift-Druckkopf 14 die Tinte aus und er beendet das Drucken. In der Technik ist dieser Zustand als "Versagen" ("Deprime") bekannt.

Gemäß dem Stand der Technik wurde dieses Problem gemildert, indem in das Gehäuse des Stifts 10 eine Entlüftungsöffnung eingebaut wurde, um es der Umgebungsluft zu ermöglichen, in das Gehäuse einzutreten, um die Tinte zu ersetzen, die durch die Öffnungen 17 aus dem Speicher 12 ausgestoßen wird.

Jedoch ermöglicht es eine beliebige Öffnung in dem Stiftge häuse auch der Tinte - die üblicherweise aus Wasser (oder einer anderen Trägerflüssigkeit) und Lösungsmitteln besteht - aus dem Speicher 12 zu verdunsten. Dies hat einen nach teiligen Effekt auf die Tinte, da sich die Konzentrationen ihrer Bestandteile ändern. D. h., daß das Wasser dazu neigt, zu verdunsten, wobei eine hohe Konzentration der Lösungsmit tel und anderer Bestandteile in der verbleibenden Basisträ gerflüssigkeit zurückbleiben.

Die DE 40 25 319 A1 betrifft ein Tintendruckwerk und ein Ver fahren zum einmaligen Befüllen des Tintenvorratsbehälters des Tintendruckwerkes. Anstelle einen Kanals bzw. Lüftungs kanal mit einer relativ großen Querschnittsfläche vorzu sehen, wird ein Einsatzstück vorgeschlagen, das zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem die Querschnittslänge klei ner als 0,1 mm² ist. Der Lüftungskanal erstreckt sich im we sentlichen geradlinig durch das Einsatzstück derart, daß sich der Lüftungskanal senkrecht durch eine Gehäusewand eines Tintenvorratsbehälters erstreckt.

Die EP 0 523 635 A1 betrifft einen Tintenbehälter mit einem Atmosphärenverbindungsabschnitt. Eine Verschlußvorrichtung besteht im wesentlichen aus drei parallel zueinander und be abstandet zueinander angeordneten scheibenförmigen Ele menten, die mittels Abstandshaltern voneinander beabstandet sind. Jedes dieser scheibenförmigen Elemente umfaßt eine Öffnung, durch die ein Strömungsweg durch das Verschlußele ment hindurch definiert wird.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entlüftung zu schaffen, die die Verdunstungsverluste aus ei nem Stiftgehäuse, das eine verdunstende Flüssigkeit enthält, zu minimieren, ohne den Luftfluß während der Verwendung des Stiftes zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Entlüftungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe eine Entlüftungsvorrichtung schafft, die eine Um gebungsatmosphärenentlüftung liefert, die Verdunstungsver luste minimiert.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht da rin, daß dieselbe ein relativ großes Verhältnis von Länge zu Querschnittsfläche in einer sehr kompakten Vorrichtung schafft.

Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in den geringen Herstellungskosten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Tin tenstrahlstifts (Stand der Technik);

Fig. 2 eine Draufsicht des Druckkopfs und der flexiblen Schaltung des Tintenstrahlstifts, der in Fig. 1 ge zeigt ist (Stand der Technik);

Fig. 3 eine Darstellung der vorliegenden Erfindung, wobei:

Fig. 3A eine schematische Draufsicht (Seite) der vorliegen den Erfindung zeigt;

Fig. 3B eine bezüglich der Ansicht in Fig. 3A gedrehte (90°) Draufsicht der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3C eine bezüglich der Ansicht in Fig. 3B gedrehte (90°) Draufsicht der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 3D eine bezüglich der Ansicht in Fig. 3C gedrehte (90°) Draufsicht der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine Darstellung der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, wobei:

Fig. 4A eine Draufsicht der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 3C gezeigt ist, ist;

Fig. 4B eine bezüglich der Ansicht in Fig. 3D gedrehte (nä herungsweise 45°) schematische perspektivische An sicht der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4C eine bezüglich der Ansicht in Fig. 3B gedrehte (nä herungsweise 45°) schematische perspektivische An sicht der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 4D eine Unteransicht der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 3C gezeigt ist.

Die Zeichnungen, auf die bei dieser Beschreibung Bezug ge nommen wird, sind nicht maßstabsgerecht, außer wenn es spe ziell bemerkt ist.

Es wird nun ein spezifisches Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung detailliert beschrieben, das die nach der gegenwärtigen Ansicht der Erfinder beste Art zum Durchführen der Erfindung zeigt. Alternative Ausführungsbeispiele sind ebenfalls kurz als anwendbar beschrieben.

Der Lösungsansatz, das Problem einer unerwünschten Tinten verdunstung durch eine Stiftgehäuseentlüftung zu lösen, be stand darin, nach einem Entlüftungsweg zu streben, der ver glichen mit seiner Querschnittsfläche sehr lang ist. Haupt sächlich steuert ein Entlüftungsstopfen 301 Wasserdampfver luste (oder die eines anderen Tintenverdünnungsmittels) und das Einfließen eines atmosphärischen Umgebungsstoffes, z. B. "Luft", in ein Bauglied mit einem im übrigen festen Gehäuse, wie einen Tintenstrahlstift.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist die vorliegende Er findung allgemein ein Entlüftungsstopfen 301, das ein Bau glied 303 mit einem im wesentlichen festen Körper aufweist. In Erinnerung darin, daß die Richtungsorientierung relativ ist, sind die Bezeichnungen "Oberseite" und "Unterseite" nur zur Vereinfachung der Beschreibung bezüglich der Zeichnungen verwendet. Die "Oberseite" kann als der Teil betrachtet wer den, der sichtbar ist, wenn der Entlüftungsstopfen 301 in eine Entlüftungsöffnung eingefügt ist, während die "Unter seite" als der Teil betrachtet werden kann, der in die Ent lüftungsöffnung eingeführt wird und nur aus dem Inneren der Kammer, die entlüftet werden soll, sichtbar ist. Wie in Fig. 3A gezeigt ist, ist das Körperbauglied 303 tatsächlich von Ende zu Ende im allgemeinen symmetrisch.

Das exemplarische Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, besitzt einen kreisförmigen Querschnitt, der zur Verwendung mit einem kreisförmigen Entlüftungsloch ange paßt ist, wie es in einem Tintenstrahlstift, wie er vorher beschrieben wurde, zu finden ist. Im allgemeinen kann die Querschnittsform des Entlüftungsstopfens 301 angepaßt sein, um das Komplement einer beliebigen Belüftungsform zu bilden.

Das Körperbauglied 303 besitzt einen ersten oder "unteren" Endabschnitt 305 und einen zweiten oder "oberen" Endab schnitt 307. Die jeweiligen Endflächen 309, 311 beider Enden 305, 307 des Entlüftungsstopfens 301 sind nach außen bis zum maximalen Durchmesser des Körperbauglieds 303 abgeschrägt. Ein Abschrägungswinkel von näherungsweise 45° hat sich für die Abschrägungen als geeignet erwiesen. Die Abschrägungen erleichtern das Preßsitz-mäßige Einfügen des Entlüftungs stopfens 301 in eine Entlüftungsöffnung.

Das Körperbauglied 303 weist einen Mittelabschnitt 313 auf, der die abgeschrägten Endabschnitte 305, 307 verbindet. Der Körperbauglied-Mittelabschnitt 313 ist durch eine konzentri sche schraubenförmige Rippe 315 charakterisiert, die sich spiralförmig von dem oberen Ende 307 zu dem unteren Ende 305 erstreckt. Im allgemeinen besitzt der gerippte Mittelab schnitt 313 folglich die Form eines mit einem Gewinde ver sehenen Bolzen-artigen Bauglieds. Da jedoch kein komple mentäres Gewinde verwendet wird, bildet die konzentrische schraubenförmige Rippe einen spiralförmigen Kanal 317, der sich von dem oberen Endabschnitt 307 zu dem unteren Endab schnitt 305 erstreckt, wenn der Stopfen 301 mit einem der artigen Preßsitz mit einer Kammerentlüftung Eingriff nimmt. Ein alternatives Ausführungsbeispiel verwendet einen mit ei nem Gewinde mit abgeflachtem Kamm versehenen Preßsitzstopfen und eine bis zur Wurzel mit einem Gewinde versehene Entlüf tungsöffnung oder umgekehrt.

Wie am besten in den Fig. 4B und 4C zu erkennen ist, ist je der Endabschnitt 305, 307 mit einer Öffnung 405, 407 verse hen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzen die Öffnungen 405, 407 eine konisch entworfene Fläche, nähe rungsweise 10° bezüglich der Abschrägungen auf dem oberen und unteren Endabschnitt nach innen. Wie am deutlichsten in den Fig. 3B und 3D zu sehen ist, durchbrechen die derart ausgebildeten Öffnungen den Mittelabschnitt 313 des mit der spiralförmig verlaufenden schraubenförmigen Rippe des Kör perbauglieds 303.

Wenn der Entlüftungsstopfen 301 in eine Entlüftungsöffnung eingefügt ist, die nur einen geringfügig kleineren Durchmes ser als der Durchmesser "D" des Entlüftungsstopfens 301 auf weist, ist die Entlüftungsöffnung im wesentlichen abgedich tet, mit Ausnahme des Kanals, der zwischen den Rippen 315 des Stopfens 301 und den Seitenwänden der Entlüftungsöffnung gebildet ist. D. h., daß ein spiralförmig verlaufender Kanal 317 von der unteren Öffnung 405 zu der Öffnung 407 des obe ren Abschnitts verläuft, wenn der Stopfen 301 Preßsitz-mäßig in eine Entlüftungsöffnung eingefügt ist.

Für Fachleute ist es offensichtlich, daß die Anzahl der Ge windeteilungen an einem Schnittpunkt mit der Mittellinie der Öffnungen geeignet gewählt werden kann, um das Verhältnis der Kanallänge, die durch die schraubenförmige Rippe mit der verstopften Entlüftungsöffnung gebildet wird, zu der Quer schnittsfläche des derart gebildeten Kanals zu maximieren. Auf diese Art und Weise wird ein relativ großes Verhältnis von Länge zu Fläche in einem Luftweg erreicht, der durch Eingriffnehmen des mit einem Gewinde versehenen Teils mit einem Loch, das durch einen Körper gebohrt (oder sonstwie gebildet) ist. Es seien die ungünstigen Entwurfsbedenken be merkt, die betrachtet werden müssen. Damit der Stift durch gehend arbeitet, muß es möglich sein, daß Luft das Stiftge häuse durch die Entlüftungsöffnung betritt, um die entleerte Tinte zu ersetzen. Dies muß möglich sein, ohne daß das par tielle Vakuum - d. h. der Gegendruck, der durch die Kapil larwirkungen eines Schaum-Tintenspeichers, eines Federsack- Speichers oder dergleichen bewirkt wird - in dem Stift über den Wert erhöht wird, bei dem der Stift versagen würde.

Das entlüftete Gehäuse eines Tintenstrahlstifts, ist entworfen, um eine Bohrung der gewünschten Länge für die Länge "L" des Entlüftungsstopfens 301 der vorliegenden Er findung und eine Bohrung, deren Durchmesser etwas geringer ist als der Hauptdurchmesser "D" des Entlüftungsstopfens 301, zu liefern. Der resultierende Preßsitz des Stopfens 301 in der Bohrung bewirkt, daß die äußere Kante der Rippen 315 im wesentlichen gegen die innere Bohrungsoberfläche abdich tet, wodurch ein schraubenförmiger Luftweg erzeugt wird. Diese Weglänge entspricht dem schraubenförmigen Weg der Mit te der Querschnittsfläche des Luftweges, wenn der Stopfen in der Bohrung ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel be trägt dieses Verhältnis von Länge zu Querschnittsfläche nä herungsweise 260 : 1.

Die Form der Gewinde auf dem Entlüftungsstopfen 301 kann entworfen sein, um zusätzlichen Zwecken zu entsprechen, wo bei daran erinnert sei, daß der Wunsch darin besteht, einen Zustand des größten Verhältnisses von Länge zu Fläche zu er zeugen, während gleichzeitig keine wesentliche Fluß-Be schränkung oder -Abschaltung durch die Größe der Quer schnittsfläche erzeugt wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Entlüftungs stopfen 301 aus dem Material Nylon 6-6 gebildet. Jedoch kann ein beliebiges geeignetes Material abhängig von der Umgebung der Verwendung verwendet sein.

Claims

1. Entlüftungsvorrichtung (301) für eine Entlüftungsöffnung für einen Tintenvorratsbehälter (10) eines Tintenstrahl schreibers, der eine verdunstende Flüssigkeit (12) ent hält, mit
einem Stopfen (301) mit einer vorbestimmten Länge (L) und einer maximalen Querschnittsfläche (D), die grö ßer als die der Entlüftungsöffnung ist, so daß der Stop fen (301) angepaßt ist, um Preßsitz-mäßig in die Entlüftung eingefügt zu werden, wobei der Stopfen (301) folgende Merkmale aufweist:

einen ersten Endabschnitt (305) mit einer ersten Öffnung (405) durch denselben;
einen zweiten Endabschnitt (307) an einer von dem ersten Endabschnitt (305) beabstandeten Län genregion des Stopfens (301) mit einer zweiten Öffnung (407) durch denselben; und
einen Kanalabschnitt (313) zwischen dem ersten Endabschnitt (305) und dem zweiten Endabschnitt (307), der die erste Öffnung (405) mit der zweiten Öffnung (407) verbindet und einen Kanal (317) aufweist, der die erste Öffnung (405) mit der zweiten Öffnung (407) verbindet;

dadurch gekennzeichnet,
daß der Kanal (317) durchgehend schraubenförmig zwischen dem Stopfen und der Entlüftungsöffnungwand aus gebildet ist und ein so großes Verhältnis von Kanallänge zu der Querschnittsabmessung des Kanals (317) auf weist, daß ein Eintritt von Umgebungsluft im wesent lichen ungehindert erfolgt, während eine Verdunstung der Flüssigkeit im wesentlichen unterbunden wird.

2. Entlüftungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Ka nalabschnitt (313) ferner gekennzeichnet ist durch:
einen durchgehenden schraubenförmigen Rippenabschnitt (313) zwischen dem ersten Endabschnitt (305) und dem zweiten Endabschnitt (307), der einen durchgehenden schraubenförmigen Kanal (317) bildet, welcher die erste Öffnung (405) mit der zweiten Öffnung (407) koppelt.

3. Entlüftungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der der schraubenförmige Rippenabschnitt (313) gekennzeichnet ist durch:
ein Gewinde (315) mit einer Mehrzahl von Gewindeteilun gen bezüglich des Schnittpunktes mit einer Mittellinie (3-3), die die erste Öffnung (405) und die zweite Öff nung (407) verbindet.

4. Entlüftungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Verhältnis der vorbestimmten Kanallänge zu dem vorbe stimmten Kanalquerschnitt näherungsweise 260 : 1 ist.

5. Entlüftungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die vorbestimmte Stopfenlänge näherungsweise gleich der der Entlüftungsöffnung ist.