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Priorität: 09. Juni
1992,
Japan, Nr. 149184/92
(P) -
Beschreibung
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Die
Erfindung betrifft einen Aufzeichnungskopf für einen Tintenstrahldrucker.
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Ein
herkömmlicher
Aufzeichnungskopf für
einen Tintenstrahldrucker weist eine gemeinsame Tintenkammer auf,
die mit einer Tintenpatrone in Verbindung steht und mehrere Tintenstrahldüsen aufweist, die
parallel an die gemeinsame Tintenkammer angeschlossen sind. In einem
Basisabschnitt jeder der Tintenstrahldüsen ist ein Loch ausgebildet,
um die Fließgeschwindigkeit
von Tinte festzulegen, die durch jede der Düsen nach außen ausgestoßen wird. Das
Loch weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser
einer Tintenausgabeöffnung, die
an der Spitze jeder der Tintenstrahldüsen vorhanden ist.
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Beim
obigen herkömmlichen
Aufzeichnungskopf fließt
Luft in das Innere einer bestimmten Tintenstrahldüse unter
den mehreren Tintenstrahldüsen, und
zwar durch das Innere der Tintenausgabeöffnung dieser Düse, wenn
die Zufuhr von Tinte von der Tintenpatrone zu der gemeinsamen Tintenkammer unterbrochen
wird und ein Druckvorgang weiterhin kontinuierlich ausgeführt wird.
Dabei nehmen die anderen Tintenstrahldüsen mit Ausnahme der Tintenstrahldüse mit der
angesaugten Luft dieser Tintenstrahldüse ihre Tinte weg und geben
diese Tinte kontinuierlich aus. Demgemäß strömt weiter Luft in die Tintenstrahldüse mit der
angesaugten Luft. Infolgedessen weist diese Tintenstrahldüse soviel
Luft auf, daß diese
bis in einen tiefen Abschnitt in ihr hineinreicht.
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Kein
herkömmlicher
Aufzeichnungskopf weist eine Einrichtung auf, die verhindert, daß Luft weiter
in einen tiefen Abschnitt in einem mittleren Abschnitt eines Ansaugpfades
von Luft im Aufzeichnungskopf einströmt. Daher strömt die Luft
in die gemeinsame Tintenkammer, wodurch die Tintenstrahldüse in einen
Zustand gelangt, von dem aus es schwierig oder unmöglich ist,
die Funktion zum ursprünglichen
Zustand zurückzuführen.
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Ein
herkömmlicher
Aufzeichnungskopf für
einen Tintenstrahldrucker wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die 4 bis 6 beschrieben,
um dann das Prinzip eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfs zu erläutern.
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4a ist
eine veranschaulichende Darstellung zum Erläutern der Positionsbeziehung
zwischen einem Aufzeichnungskopf 2 und einer Tintenpatrone 3 in
einem Tintenstrahldrucker.
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4b ist
ein Längsschnitt
durch den in 4a dargestellten Tintenstrahldrucker.
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Wie
in den 4a und 4b dargestellt, wird
der Tintenstrahldrucker 1 durch den Aufzeichnungskopf 2 und
die Tin tenpatrone 3 gebildet. Die Tintenpatrone 3 ist
mit dem Aufzeichnungskopf 2 über einen Tintenflußkanal verbunden.
Der Aufzeichnungskopf 2 weist eine gemeinsame Tintenkammer 4 und
mehrere Tintenstrahldüsen 5 auf,
die parallel an die gemeinsame Tintenkammer 4 angeschlossen sind.
Beim herkömmlichen
Drucker ist ein Loch an einer Verbindungsstelle zwischen der gemeinsamen Tintenkammer 4 und
jeder der Tintenstrahldüsen 5 vorhanden,
um dadurch eine bestimmte Strömungsrate
der Tinte zu gewährleisten,
daß der
Durchmesser dieses Lochs 7 größer ist als derjenige einer
Tintenausgabeöffnung 6.
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In 4b ist
ein Oszillator weggelassen, der an jeder der Tintenstrahldüsen 5 vorhanden
ist.
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5 ist
ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 4b. Eine
Tintenzuführöffnung 8 ist
in der gemeinsamen Tintenkammer 4 angeordnet, und sie steht
mit der Tintenpatrone 3 in Verbindung. Das Loch 7 ist
im Basisabschnitt jeder der Tintenstrahldüsen 5 so ausgebildet,
daß Tinte,
die durch die Tintenzuführöffnung 8 in
die gemeinsame Tintenkammer 4 strömte, zu jeder der Tintenstrahldüsen 5 fließt. Ein Oszillator 9 ist
innerhalb jeder der Tintenstrahldüsen 5 angeordnet,
um Tinte durch die Tintenausgabeöffnung 6 auszugeben,
die in jede der Tintenstrahldüsen 5 durch
das Loch 7 strömte.
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Die 6a, 6b und 6c sind
Darstellungen zum schematischen Veranschaulichen des Strömungsablaufs
von Luft, die in den Aufzeichnungskopf für einen Tintenstrahldrucker
fließt,
wenn die Zufuhr von Tinte von der Tintenpatrone beim oben angegebenen
Aufzeichnungskopf unterbrochen wird. In diesen Figuren ist kein
Oszillator dargestellt.
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Wie
in 6a gezeigt, strömt Luft, wenn die Zufuhr von
Tinte von der Tintenpatrone unterbrochen wird und ein Druck vorgang
weiter kontinuierlich ausgeführt
wird, durch die Tintenausgabeöffnung 6 einer Tintenstrahldüse 5 in
dieselbe. Diese bestimmte Tintenstrahldüse 5 ist in 6a die
zweite Tintenstrahldüse
von links (das Bezugszeichen 30 bezeichnet Tinte). Die
anderen Tintenstrahldüsen
mit Ausnahme dieser Tintenstrahldüse 5, die Luft ansaugt,
nehmen dieser Tintenstrahldüse
Tinte weg und geben diese kontinuierlich aus. Daher strömt, wie
dies in 6b dargestellt ist, Luft in
einen tieferen Abschnitt dieser zweiten Tintenstrahldüse 5.
Bei der ersteren Tintenstrahldüse
ist der Durchmesser des Lochs 7 so eingestellt, daß er größer ist
als derjenige der Tintenausgabeöffnung 6.
Demgemäß ist es
unmöglich
zu verhindern, daß die
angesaugte Luft weiter in diese Tintenstrahldüse 5 einströmt. Daher
strömt,
wie dies in 6c dargestellt ist, die angesaugte
Luft innerhalb dieser Tintenstrahldüse 5 weiter in die
gemeinsame Tintenkammer 4, wodurch diese Tintenstrahldüse in einen
Zustand gelangt, in dem es schwierig oder unmöglich ist, ihre Funktion in
den ursprünglichen
Zustand zurückzuführen.
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Um
einen solchen Zustand zu verhindern, ist es erforderlich, die Restmenge
von Tinte in der Tintenpatrone zu erfassen und den Druckvorgang
zu beenden, wenn diese Restmenge klein ist.
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Ein
bekannter Aufzeichnungskopf für
einen Tintenstrahldrucker (
DE
25 43 451 A1 ) weist eine gemeinsame Tintenkammer auf, die über jeweils
ein Loch mit je einer Tintenstrahldüse verbunden sind. Die Löcher verhindern,
daß sich
im Tintensystem entstehende Druckschwankungen auf die ausgestoßenen Tintentropfen
auswirken. Zwischen den Tintenstrahldüsen und den Löchern befindet
sich ein engmaschiges Gitter mit einer zur Kapillarwirkung notwendigen
engen Maschenweite. Dieses Gitter wirkt als Rücklaufsperre, die ein Eindringen
von Luft durch die Tintenstrahldüsen
in das Tintenversorgungssystem verhindert.
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Ein
solcher Aufzeichnungskopf ist jedoch wesentlich aufwendiger aufgebaut,
da ein separates Teil für
die Kapillarwirkung notwendig wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufzeichnungskopf für einen
Tintenstrahldrucker anzugeben, der so aufgebaut ist, dass das Einströmen von
Luft in das Innere jeder einzelnen Tintenstrahldüse vor Eintritt der Luft in
die gemeinsame Tintenkammer angehalten wird, wenn die Zufuhr von Tinte
zur gemeinsamen Tintenkammer angehalten ist.
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Der
erfindungsgemäße Aufzeichnungskopf ist
durch die Merkmale von Anspruch 1 angegeben. Bei ihm kann jede Tintenstrahldüse ihren
Betrieb auch nach dem Ansaugen von Luft leicht wie der aufnehmen.
Der Aufzeichnungskopf ist einfach aufgebaut, so daß er billig
hergestellt werden kann.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf
für einen
Tintenstrahldrucker wird der Druck im Aufzeichnungskopf negativ
eingestellt, wenn die Zufuhr von Tinte von der Tintenpatrone zur gemeinsamen
Tintenkammer unterbrochen ist. Atmosphärische Luft strömt durch
die Tintenausgabeöffnung
einer Tintenstrahldüse,
die Luft zieht, unter den mehreren Tintenstrahldüsen, in das Innere dieser Düse. Dadurch
füllt sich
dieses allmählich
mit der eingeströmten
Luft. Der Durchmesser des Lochs, das im Basisabschnitt der Tintenstrahldüse ausgebildet
ist, ist kleiner als dasjenige der Tintenausgabeöffnung jeder der Tintenstrahldüsen im Aufzeichnungskopf
eines erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckers. Demgemäß kann die
Oberflächenspannung
von Tinte in dem im Basisabschnitt der Tintenstrahldüse, die mit
Luft gefüllt
ist, ausgebildeten Loch mit einer Kraft im Gleichgewicht stehen,
die durch den negativen Innendruck der gemeinsamen Tintenkammer
erzeugt wird. Jedoch ist keine der Oberflächenspannungskräfte von
Tinte in den Tintenausgabeöffnungen
der anderen Tintenstrahldüsen,
die nicht mit Luft gefüllt sind,
stärker
als die durch den negativen Druck innerhalb der anderen Tintenstrahldüsen erzeugte
Kraft. Demgemäß strömt Luft
in die anderen Tintenstrahldüsen
an einer Luftansaugstelle, die neben der Luftansaugstelle der oben
genannten, mit Luft gefüllten
Tintenstrahldüse
liegt. Dadurch ist es möglich, vollständig zu
verhindern, daß Luft
von der bereits mit Luft gefüllten
Tintenstrahldüse
in die gemeinsame Tintenkammer fließt.
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Wie
oben im Detail erläutert,
weist der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker
mehrere Löcher auf,
die im Basisabschnitt der Tintenstrahldüse ausgebildet sind, und er
weist eine Tintenausgabeöffnung
auf, die am Ende der Tintenstrahldüse vorhanden ist. Jedes der
obigen Löcher
weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als derjenige der Tintenausgabeöffnung.
Demgemäß kann,
wenn die Zufuhr von Tinte zur gemeinsamen Tintenkammer unterbrochen
ist, Luft, die in den Aufzeichnungskopf strömt, im Inneren der Tintenstrahldüse angehalten
werden. Dadurch ist es möglich,
zu verhindern, daß Luft
in die gemeinsame Tintenkammer strömt, so daß die Tintenstrahldüse leicht
ihre Funktion wieder aufnehmen kann, was den Abfall von Tinte und
die Betriebskosten des Aufzeichnungskopfs erniedrigt. Ferner kann der
erfindungsgemäße Aufzeichnungskopf
seine Funktion auch dann wieder leicht aufnehmen, wenn Luft in eine
eingeströmt
ist. Demgemäß ist es
nicht nötig,
die Restmenge von Tinte innerhalb einer Tintenpatrone zu überwachen,
so daß kein
Detektor hierfür
erforderlich ist. Daher lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf
die Kosten für
den Hauptteil des Tintenstrahldruckes verringern.
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Andere
Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
hervor, wie sie in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht sind.
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1 ist
ein Querschnitt durch einen Aufzeichnungskopf eines Tintenstrahldruckers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2a ist
eine erläuternde
Darstellung eines ersten Stadiums eines Einströmprozesses von Luft, die in
einen erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf für einen
Tintenstrahldrucker strömt;
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2b ist
eine erläuternde
Darstellung, die ein zweites Stadium für den Einströmprozeß von Luft zeigt;
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2c ist
eine erläuternde
Darstellung für ein
drittes Stadium der einströmenden
Luft;
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3 ist
eine Darstellung zum Erläutern
des Prinzips eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfs
für einen
Tintenstrahldrucker;
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4a ist
eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Position eines
herkömmlichen Aufzeichnungskopfs
für einen
Tintenstrahldrucker und einer Tintenpatrone zeigt;
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4b ist
ein Längsschnitt
durch den in 4a dargestellten Tintenstrahldrucker;
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5 ist
ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 4b;
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6a ist
eine erläuternde
Darstellung, die ein erstes Stadium eines Einströmungsprozesses von Luft zeigt,
die in einen herkömmlichen
Aufzeichnungskopf für
einen Tintenstrahldrucker fließt;
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6b ist
eine erläuternde
Darstellung, die ein zweites Stadium des genannten Einströmungsprozesses
zeigt; und
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6c ist
eine erläuternde
Darstellung, die ein drittes Stadium des genannten Einströmprozesses
zeigt.
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1 entspricht
lagemäßig dem
Querschnitt entlang der Linie A-A in 4b.
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Wie
in 1 dargestellt, weist ein Aufzeichnungskopf 2 eine
gemeinsame Tintenkammer 4 und mehrere Tintenstrahldüsen 5 auf.
Die gemeinsame Tintenkammer 4 weist eine Tintenzuführöffnung 8 auf,
um sie mit einer Tintenpatrone zu verbinden. Mehrere Löcher 10 sind
in einem Basisabschnitt jeder der Tintenstrahldüsen 5 angeordnet.
Jedes der Löcher 10 weist einen
Durchmesser auf, der kleiner ist als derjenige einer Tintenausgabeöffnung 6.
Ein Oszillator 9 ist innerhalb jeder der Tintenstrahldüsen 5 angeordnet,
um Tinte durch die Tintenausgabeöffnung 6 auszugeben,
die durch die mehreren Löcher 10 in
jede der Tintenstrahldüsen 5 strömte.
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Wie
in den 2a, 2b und 2c dargestellt,
verhindern, wenn die Zufuhr von Tinte von der Tintenpatrone beim
Aufzeichnungskopf dieses Ausführungsbeispiels
unterbrochen wird, die mehreren, im Basisabschnitt jeder der Tintenstrahldüsen 5 angeordneten
Löcher 10,
daß Luft,
die in das Innere jeder der Tintenstrahldüsen 5 strömt, in die
gemeinsame Tintenkammer 4 strömt. In den 2a, 2b und 2c bezeichnet
das Bezugszeichen 30 Tinte innerhalb des Aufzeichnungskopfs.
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Wie
in 2a dargestellt, strömt Luft, wenn die Zufuhr von
Tinte von der Tintenpatrone unterbrochen ist, in das Innere einer
bestimmten Tintenstrahldüse 5 unter
den mehreren Tintenstrahldüsen,
und zwar durch die Tintenausgabeöffnung
dieser Tintenstrahldüse,
wenn ein nicht dargestellter Oszillator kontinuierlich betrieben
wird. Diese Tintenstrahldüse 5 ist
in 2a die zweite Düse von links. Danach wird Tinte
dauernd von jeder der Tintenstrahldüsen mit Ausnahme derjenigen
mit angesaugter Luft ausgegeben, wobei die anderen Tintenstrahldüsen dieser
Tintenstrahldüse 5 ihre
Tinte wegnehmen. Dadurch wird, wie dies in 2b dargestellt
ist, die zweite Tintenstrahldüse 5 von
links vollständig
mit Luft gefüllt.
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Im
mit Luftgefüllten
Zustand, wie er in 2b dargestellt ist, besteht
die Möglichkeit,
daß die
Luft innerhalb der Tintenstrahldüse 5 durch
jedes der Löcher 10 in
die gemeinsame Tintenkammer 4 fließt, die im Basisabschnitt der
Tintenstrahldüse 5 angeordnet sind.
Andererseits besteht die Möglichkeit,
daß neue Luft
in die anderen Tintenstrahldüsen
mit Ausnahme der mit Luft gefüllten
Tintenstrahldüse 5 strömt, und zwar
durch die Tintenausgabeöffnung
jeder der anderen Düsen.
Diese Möglichkeit
hängt von
der Größe des Durchmessers
der Tintenausgabeöffnungen
der anderen Tintenstrahldüsen
mit Ausnahme der mit Luft gefüllten
Tintenstrahldüse 5 ab,
wie auch von demjenigen, der im Basisabschnitt dieser Tintenstrahldüse angeordneten
Löcher.
Genauer gesagt, werden diese Möglichkeiten
durch das Kräfteverhältnis in
bezug auf auf die Kapillarkraft in der Tintenausgabeöffnung und
die Kapillarkraft in jedem der Löcher 10 bestimmt.
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Beim
Aufzeichungskopf gemäß diesem
Ausführungbeispiel
ist der Durchmesser jedes der Löcher 10 so
eingestellt, daß er
kleiner ist als derjenige der Tintenausgabeöffnung. Demgemäß strömt weitere
Luft in die anderen Tintenstrahldüsen mit Ausnahme der mit Luft
gefüllten
Tintenstrahldüse 5 an
einer Lufteinlaßstelle,
die neben der in 2b dargestellten Lufteinlaßstelle
liegt. Als eine andere Tintenstrahldüse, in die nun Luft einströmt, ist
in 2c die vierte Düse von links eingezeichnet.
Demgemäß tritt keine
Situation auf, bei der Luft innerhalb der zweiten, mit Luft gefüllten Tintenstrahldüse 5 in
die gemeinsame Tintenkammer 4 strömt.
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Beim
Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist es bevorzugt, die Tintenausgabeöffnung und jedes der Löcher so
auszubilden, daß sie
der folgenden Bedingung genügen
0,9 R ≥ r,
wobei R der Radius der Tintenausgabeöffnung 6 und r der
Radius des Lochs 10 im Basisabschnitt ist.
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Ferner
beträgt
der Durchmesser der Öffnung 6 vorzugsweise
nicht mehr als 50 μm.
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Wenn
der Durchnesser der Tintenausgabedüse beim Aufzeichnungskopf dieses
Ausführungsbeispiels
auf 36 μm
eingestellt wird, ist es bevorzugt, sechs bis zwölf Löcher im Basisab schnitt einer
Tintenstrahldüse
anzubringen, von denen jedes einen Durchmesser von 20 bis 30 μm aufweist.
In 3, die das Strömungsprinzip
für die
Luft zeigt, und die einen erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf darstellt,
strömt
die in eine Tintenstrahldüse
einfließende Luft
nicht in die gemeinsame Tintenkammer durch ein Loch im Basisabschnitt
der Tintenstrahldüse, sondern
sie strömt
durch die Tintenausgabeöffnung einer
anderen Tintenstrahldüse
in diese.
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In 3 entspricht
ein Strömungskanal 20 (Radius:
R) einem Kanal innerhalb der Ausgabeöffnung am Ende der Tintenstrahldüse. Ein
Strömungskanal 21 (Radius:
r) entspricht einem Kanal innerhalb des im Basisabschnitt der Tintenstrahldüse mit angesaugter
Luft angeordneten Loch. Eine mit Tinte gefüllte Kammer 22 stellt
einen Zustand dar, bei dem die gemeinsame Tintenkammer und das Innere
der anderen Tintenstrahldüsen
ohne angesaugte Luft mit Tinte gefüllt sind.
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Wenn
die Zufuhr von Tinte zu einer Tintenpatrone unterbrochen wird und
der Innendruck innerhalb der mit Tinte gefüllten Kammer 22 einem
negativen Druck (-P) entspricht, werden eine durch die Oberflächenspannung
hervorgerufene Kraft w1 und eine durch den negativen Innendruck
hervorgerufene Kraft w2 wie folgt repräsentiert, wenn Gleichgewicht dieser
Kräfte
am Meniskus im Strömungskanal 21 angenommen
wird: w1 = 2πrTcosΘ2 w2 = πr2P.
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In
diesem Fall bezeichnen T, Θ1 und Θ2 die Oberflächenspannung bzw. Kontaktwinkel.
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Für gewöhnlich sind
diese Kräfte
im Gleichgewicht, wenn jedoch der negative Druck (-P) weiter fällt und
in einen kritischen Zustand gerät,
in dem das Gleichgewicht dieser Kräfte am Meniskus nicht mehr gewahrt
ist, ist der Kontaktwinkel Θ2 durch Θ2 = Θb repräsentiert,
wobei Θb der Abreißwinkel ist, d. h. der minimale
Kontaktwinkel.
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Wenn
sich der Meniskus zurückzieht,
wird der Kontaktwinkel kleiner als der obige Minimalwert.
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Das
Gleichgewicht der Kräfte
am Meniskus des Strömungskanals 21 im
kritischen Zustand wird durch die folgende Gleichung (1) repräsentiert:
da das Folgende gilt: w1 = w2 2πrTcosΘb = πr2P,
gilt: P = (2TcosΘb)/r (1).
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Jede
der Kräfte
W1, W2, wie sie am Meniskus im Strömungskanal 20 anliegen,
wird durch die folgende Gleichung (2) bzw. (3) repräsentiert:
W1 = 2πRTcosΘ1 (2) W2
= πR2P (3).
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Mit
(1) ergibt sich, daß W2
durch die folgende Gleichung (4) repräsentiert wird: W2 = (2πRTcosΘb)R/r (4).
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Hierbei
genügt
der Wert Θ1 der Ungleichung Θ1 ≥ Θb, und der Durchmesser der Tintenausgabeöffnung 6 wird
größer eingestellt
als derjenige eines Lochs 10 im erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf,
so daß gilt
R/r > 1.
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Demgemäß ist das
Ergebnis aus den beiden Gleichungen (2) und (4), das folgt: W1 < W2.
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Wenn
demgemäß die von
der Oberflächenspannung
der Tinte und dem negativen Innendruck der Kammer 2 hervorgerufenen
Kräfte
im Strömungskanal 21 im
Gleichgewicht stehen, ist die von der Oberflächenspannung von Tinte im Strömungskanal 20 her vorgerufene
Kraft schwächer
als die durch den negativen Innendruck der Kammer 22 hervorgerufene
Kraft. Daher strömt
keine Luft durch den Strömungskanal 21 in
die Kammer 22, sondern sie strömt durch den Strömungskanal 20 in
die Kammer 22.
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Demgemäß ist es,
wenn der Druck von Tinte im Aufzeichnungskopf fällt, möglich, zu verhindern, daß lüft durch
eine Öffnung
mit kleinem Durchmesser im Basisabschnitt einer Tintenstrahldüse in die
gemeinsame Tintenkammer fließt,
sondern Luft strömt in
eine Tintenstrahldüse,
und zwar durch deren Tintenausgabeöffnung mit großem Durchmesser.