DE60015619T2

DE60015619T2 - Tintenstrahlpatrone mit Schaumgefüllten Freitintenbehälter

Info

Publication number: DE60015619T2
Application number: DE60015619T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey K. Pew
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: CN1119246C; EP1020293B1; US6186621B1; CN1260275A; KR100702761B1; KR20000053434A; DE60015619D1; EP1020293A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Tintenvorratsbehälter, der eine schaumbasierte und eine freie Speicherung von Tinte auf eine Weise kombiniert, die eine hohe Volumeneffizienz und einen Schutz gegen Tintenlecken schafft.
Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Austauschbare Tintenvorräte sind wichtige Komponenten von Tintenstrahl-Typ-Druckern. Der Tintenvorrat liefert Tinte zu einem Druckkopf, der in einem Teil getragen werden kann, das als der Stift des Druckers bezeichnet werden kann. Der Druckkopf umfasst üblicherweise eine Mehrzahl von Öffnungen, wobei jede Öffnung eine zugeordnete Kammer aufweist. Tinte wird kanalmäßig zu der Kammer von dem Tintenvorrat geliefert. Während der Operation des Druckkopfs werden Tintentröpfchen aus den Kammern abgefeuert, durch die Öffnungen, zu einem Druckmedium, wie z. B. Papier.
Bei Druckköpfen vom thermischen Typ werden die Tintentröpfchen als ein Ergebnis des schnellen Erwärmens der Tinte abgefeuert, in der Kammer, um einen Betrag, der ausreichend ist, um einen Teil dieser Tinte verdampfen zu lassen. Die resultierende, schnelle Ausdehnung der Dampfblase in der Kammer drängt ein entsprechend dimensioniertes Tröpfchen aus der Kammer.
Einige Druckerentwürfe trennen den Tintenvorrat von dem Druckkopf, wobei der Druckkopf normal an einem Wagen befestigt ist, um sich entlang der Breite des Papiers hin- und herzubewegen, das durch den Drucker weiterbewegt wird. Der Vorrat liegt in dem Drucker vor und eine längliche Röhre oder eine andere Einrichtung wird zum Verbinden des Vorrats mit dem Druckkopf verwendet.
Obwohl der Druckkopf eine zuverlässige und effiziente Einrichtung zum Abfeuern von Tintentröpfchen ist, trägt er keinen Mechanismus zum Verhindern des freien Flusses von Tinte durch die Öffnungen, wenn der Druckkopf nicht in Betrieb ist. Folglich wird die Tinte zu dem Druckkopf üblicherweise unter einem leichten Unterdruck oder Gegendruck geliefert. Der Gegendruck ist groß genug, um den freien Fluss von Tinte von dem Stift zu verhindern, aber nicht so groß, um zu verhindern, dass ein aktivierter Druckkopf Tinte ausstößt. Dieser Bereich von Gegendrücken wird als der Betriebsbereich des Druckkopfs bezeichnet. Wie hierin verwendet, bezieht sich ein positiver Gegendruck auf einen Druck innerhalb des Druckkopfs (oder des Tintenvorrats), der geringer ist als ein Umgebungsdruck. Somit bedeutet eine Erhöhung des Gegendrucks eine Erhöhung der Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem relativ gesehen niedrigeren Gegendruck.
Der Gegendruck an dem Druckkopf muss innerhalb eines relativ schmalen Betriebsbereichs beibehalten werden (um ein Lecken zu verhindern, ohne zu verursachen, dass der Druckkopf ausfällt), trotz gravierender Änderungen bei der Umgebungstemperatur und dem Druck, die auftreten können, z. B. wenn ein Drucker Höhenänderungen während der Versendung ausgesetzt wird, etc. Ein großer Umgebungsdruckabfall könnte z. B. den Gegendruck in dem Druckkopf überwinden und verursachen, dass Tinte aus demselben leckt oder „ausläuft". Somit werden Drucker mit Mechanismen versehen, die solche Änderungen kompensieren. Eine Klasse von Mechanismen, die als Akkumulatoren bezeichnet werden können, sind entworfen, um Druck- oder Volumenänderungen innerhalb des Stifts auszudehnen, zu kontrahieren oder anderweitig zu kompensieren, die Umgebungsdruckänderungen zugeordnet werden können.
Akkumulatormechanismen werden manchmal mit „Blasenerzeugern" ergänzt. Ein Blasenerzeuger ist eine Öffnung oder ein röhrenförmiges Bauglied, das in dem Tintenvorratsreservoir gebildet ist, um unter bestimmten Bedingungen eine Fluidkommunikation zwischen dem Inneren des Reservoirs und der Umgebungsatmosphäre zu ermöglichen. Die Öffnung des Blasenerzeugers ist dimensioniert, um eine ausreichende Kapillarität oder einen Kapillardruck aufzuweisen, um eine Tintenmenge in der Öffnung als eine Flüssigkeitsabdichtung beizubehalten. Die Geometrie dieser Öffnung ist derart, dass, wenn sich der Gegendruck der Grenze des Betriebsbereichs des Druckkopfs ändert, der Gegendruck den Kapillardruck des Blasenerzeugers überwindet und die Flüssigkeitsabdichtung durchbrochen wird. Umgebungsluft „blubbert" dann in das Reservoir, um den Gegendruck auf einen akzeptablen Pegel zu reduzieren. Idealerweise, wenn der Gegendruck derart reduziert wird, tritt Tinte aus dem Reservoir wieder in die Öffnung ein, um die Flüssigkeitsabdichtung wiederherzustellen.
Der offenzellige Schaum wurde als ein Speicherungsmedium in Tintenvorräten verwendet. Der Kapillardruck des Schaums schafft einen einfachen Mechanismus zum Liefern eines Gegendrucks für den Vorrat. Diesbezüglich ist der Kapillardruck der Druck, der durch ein Kapillarbauglied angewendet wird, wie z. B. die verbundenen Zellen in einem netzförmigen Schaum an eine Flüssigkeit angewendet werden, die dieselben kontaktiert, wie z. B. Tinte. Zum Beispiel würde ein Schaummaterial mit einem Kapillardruck von 7 cm Wassersäule die Tinte in seinen Zellen speichern, bis eine Ansaugung größer als dieser Druck auf dieselbe ausgeübt wird.
Die Volumeneffizienz eines Tintenvorrats bezeichnet allgemein die Tintenmenge, die von dem Vorratsreservoir geliefert werden kann, geteilt durch das Reservoirvolumen. Wenn der gesamte Tintenvorrat in dem Schaum gespeichert ist, leidet die Volumeneffizienz des Vorrats aufgrund des Vorhandenseins des Schaummaterials in dem Vorrat. Die festen Teile des Schaummaterials füllen das Volumen, das anderweitig zum Speichern von Tinte verwendet werden kann. Eine hohe Volumeneffizienz ist wünschenswert zum Ermöglichen, dass so viel Tinte wie möglich zu dem Druckkopf (und somit zu dem Papier) für eine gegebene Tintenvorratsgröße geliefert wird.
Ein anderer Nachteil bei Vorratstypen, die vollständig aus Schaum sind, ist, dass der Pegel der verfügbaren Tinte in dem Vorrat nicht so leicht erfassbar ist, wie es der Fall wäre, wenn der Vorrat aus freier Tinte mit einem sichtbaren Pegel bestehen würde.
Tintenvorräte, die frei enthalten sind (d. h. ohne die Verwendung von porösem, absorbierendem Material, wie z. B. dem oben erwähnten Schaum), liefern eine hohe Volumeneffizienz zusammen mit einer Freitintenoberfläche zum Erfassen des Tintenpegels. Mechanismen, die notwendigerweise solchen Vorräten zugeordnet sind, zum Regeln von Gegendruck, neigen jedoch dazu, komplex und relativ schwierig herzustellen zu sein.
Die EP-A-O 646 465 offenbart einen Tintenvorratsbehälter gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1.
Als ein erster Aspekt der Erfindung wird ein Tintenvorratsbehälter gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Der Tintenvorrat ist auf eine Weise enthalten, die Schaum- und Freitinten-Speicherung kombiniert, um eine hohe Volumeneffizienz, Gegendruckregelung zum Schützen gegen Tintenlecken, und eine allgemein gesehen kostengünstigere, leichter herstellbare Anordnung schafft.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Behälter ein Reservoir auf, das in zwei Teile unterteilt ist. Ein Teil speichert freie Tinte und ein anderer Teil enthält ein poröses, absorbierendes „Akkumula tor"-Material, das Tinte speichert und einen Kapillardruck aufweist, der ausreichend ist, um einen Gegendruck in dem Vorrat bereitzustellen.
Ein poröses Material zum dochtmäßigen Saugen liegt in dem Reservoir vor, angeordnet, um in Fluidkommunikation mit der freien Tinte und mit der Tinte in dem Akkumulatormaterial zu sein. Das Material zum dochtmäßigen Saugen liefert sowohl die freie Tinte als auch die Tinte in dem Akkumulatormaterial zu einem Auslass in dem Reservoir.
Ein Blasenerzeuger ist vorgesehen, um den Freitintenteil des Reservoirs mit der Umgebungsatmosphäre zu verbinden. Der Blasenerzeuger ist entworfen, um einen Kapillardruck zu haben, der wesentlich höher ist als der Kapillardruck des Akkumulatormaterials. An sich wird Tinte, die aus dem Vorrat entfernt wird, zuerst aus dem Akkumulatormaterial gezogen, was somit ermöglicht, dass entleertes Material nachfolgend als ein Akkumulator wirkt, in dem Fall eines hohen Drucks oder hoher Temperaturänderungen, wie oben erwähnt wurde.
Nachdem Tinte aus dem Akkumulatormaterial entfernt wurde, wird Tinte über das Material zum dochtmäßigen Saugen aus dem Freitintenvorrat gezogen. Der Blasenerzeuger ermöglicht den Eintritt von Luft, wenn diese Tinte entfernt wird, wodurch sichergestellt wird, dass der Gegendruck in dem Vorrat nicht so weit ansteigt, um zu verursachen, dass der Druckkopf ausfällt.
Die Volumeneffizienz des vorliegenden Vorrats wird auf eine Anzahl von Weisen verbessert. Zum Beispiel stellt der bedeutend höhere Kapillardruck des Blasenerzeugers im Vergleich zu dem des Akkumulatormaterials sicher, dass annähernd die gesamte Tinte in dem Akkumulatormaterial entfernt wird, bevor der Freitintenvorrat erschöpft ist. Somit enthält das poröse Material des Akkumulators sehr wenige „gestrandete" Tinte, wenn der Vorrat anderweitig vollkommen entleert ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das poröse Material, das für das Akkumulatormaterial verwendet wird, ausgewählt, um sehr benetzbar zu sein (d. h. ein Kontaktwinkel von Null oder annähernd Null zwischen der Tinte und der Oberfläche des Materials). Dies ermöglicht eine Bewegung von Tinte von dem Akkumulator, um die Menge an gestrandeter Tinte weiter zu minimieren.
Das poröse Material zum dochtmäßigen Saugen ist ausgewählt, um einen Kapillardruck aufzuweisen, der höher ist als der von sowohl dem Akkumulatormaterial als auch dem Blasenerzeuger. An sich bleibt das Material zum dochtmäßigen Saugen mit Tinte gesättigt, zumindest bis die gesamte verfügbare Akkumulatortinte und freie Tinte aus dem Vorrat entfernt ist. Folglich liefert das Material zum dochtmäßigen Saugen einen zuverlässigen Mechanismus zum Sicherstellen der Lieferung von Tinte aus dem Vorrat.
Der Vorrat der vorliegenden Erfindung ist anpassbar, um entfernt von dem Druckkopf zu sein, und mit einem Auslass konfiguriert, der einen Fluidverbindungsmechanismus aufnimmt, zum Leiten von Tinte von dem Vorrat zu dem Druckkopf. Ein negativer (Ansaug-) Druck wird über die Verbindung ausgeübt, um die Tinte zu entfernen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Kapillardruck des Materials zum dochtmäßigen Saugen ausgewählt, um groß genug zu sein, so dass Tinte innerhalb des Materials zum dochtmäßigen Saugen nach der Entfernung der Akkumulatortinte und der freien Tinte behalten wird. Dieser Entwurf stellt sicher, dass das Material zum dochtmäßigen Saugen zumindest teilweise gesättigt bleibt, was in manchen Fällen notwendig ist, um eine Fluidkopplung mit der Verbindung sicherzustellen. Dieser Entwurf kann z. B. nützlich sein, wenn die Fluidverbindung periodisch hergestellt und unterbrochen wird, während der Verwendungslebensdauer des Tintenvorrats.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Kapillardruck des Materials zum dochtmäßigen Saugen, obwohl er höher ist als der von sowohl dem Blasenerzeuger als auch dem Akkumulatormaterial, eingerichtet, um niedrig genug zu sein, um das Ansaugen der Verbindung zu ermöglichen, um Tinte aus dem Material zum dochtmäßigen Saugen abzuleiten. Ein solcher Entwurf kann z. B. in Fällen nützlich sein, in denen die Fluidverbindung zu einem vollen Vorrat hergestellt ist und nicht unterbrochen wird, bis der gesamte Vorrat entleert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass dieser Lösungsansatz die Volumeneffizienz des Vorrats verbessert, durch Erhöhen des Betrags an lieferbarer Tinte (d. h. um das zu umfassen, was in dem Material zum dochtmäßigen Saugen gespeichert ist), für eine gegebene Größe eines Vorratsbehälters.
Als ein zweiter Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Speichern von Tinte in einem Behälter gemäß Anspruch 7 geschaffen.
Dadurch wird ein Verfahren zum Optimieren des Entwurfs des Akkumulatorteils des Tintenvorrats geschaffen, so dass die Akkumulatorziele (Bereitstellen einer Gegendruckregelung, um ein Auslaufen von Tinte trotz extremer Änderungen in dem Umgebungsdruck zu vermeiden) erfüllt werden, wobei die geringste Menge an Akkumulatormaterial erforderlich ist. Das Minimieren der Menge an Akkumulatormaterial minimiert dadurch die Tintenmenge, die in dem Akkumulatormaterial gestrandet sein kann, was wiederum die Volumeneffizienz erhöht.
Da ein Teil des vorliegenden Vorrats freie Tinte enthält, ist der Pegel der Tinte, die in dem Vorrat verbleibt, für eine Erfassung verfügbar.
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen des nachfolgenden Abschnitts dieser Beschreibung und der Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnittsdiagramm eines Tintenvorrats gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm ähnlich zu 1 zum Zeigen bestimmter Abmessungen des Vorrats, um den Aspekt dieser Erfindung darzustellen, der sich auf das Optimieren der Größe des Akkumulatormaterials bezieht.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf 1 umfasst ein Tintenvorrat gemäß der vorliegenden Erfindung einen Behälter 20, der aus einem beliebigen geeigneten leichten Material gebildet sein kann, wie z. B. Kunststoff, der nicht mit der Tinte reagiert, die er enthält. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Behälters 20 im Querschnitt, wobei der entfernte Abschnitt im Wesentlichen das Spiegelbild des Abschnitts ist, der gezeigt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung, die nachfolgend beschrieben werden, an einen breiten Bereich von Behälterkonfigurationen angewendet werden können.
Der Behälter 20 umfasst einen Teiler 22, der in der Form einer einstückig gebildeten Kunststoffwand vorliegen kann, die sich nach unten von der Oberseite 24 und zwischen den zwei Behälterseitenwänden erstreckt, wobei nur eine der Seitenwände 26 in 1 erscheint.
Der Teiler 22 trennt den Behälter in zwei Reservoirvolumen: ein Freitintenvolumen 30 und ein Kapillarvolumen 32. Jedes dieser Volumen speichert Tinte, wie erklärt wird.
Der Teiler 22 ist von der Behälterbodenwand 28 beabstandet, so dass ein Zwischenraum 36 zwischen der Bodenwand 28 und der untersten Kante des Teilers 22 vorliegt. Der Zwischenraum 36 stellt eine Fluidkommunikation zwischen dem Freitintenvolumen 30 und dem Kapillarvolumen 32 dar.
Der Behälter 20 umfasst ferner eine Entlüftungsöffnung 38, die den oberen Abschnitt des Kapillarvolumens 32 zur Umgebung entlüftet. Vorzugsweise ist die Entlüftungsöffnung 38 so dimensioniert, dass sie ferner als eine Diffusionsbarriere dient, um eine Massendiffusion von Tinte durch die Entlüftungsöffnung einzuschränken. Ein Durchschnittsfachmann könnte eine Kombination aus Entlüftungs-Durchmesser und -Länge auswählen (die Oberseite 24 könnte in dem Entlüftungsbereich verdickt sein zum Bereitstellen einer angemessenen Länge), so dass gemäß dem ersten Fick'schen Diffusionsgesetz eine Arbeitsentlüftung vor Ort ist, um eine angemessen niedrige Rate einer Massendiffusion für das Kapillarvolumen 32 bereitzustellen.
Das Freitintenvolumen 30 ist ebenfalls in Fluidkommunikation mit der Umgebungsatmosphäre außerhalb des Behälters 20. Diesbezüglich ist ein Blasenerzeuger 40 in den Teiler 22 eingelagert. Wie oben erwähnt wurde, ermöglicht ein Blasenerzeuger 40 unter bestimmten Umständen den Eintritt von Umgebungsluftblasen in das tintengefüllte Freitintenvolumen 30. Die Öffnung des Blasenerzeugers 40 ist dimensioniert, um einen Kapillardruck aufzuweisen, der ausreichend ist, um eine Tintenmenge in dem unteren Ende 42 der Öffnung als eine flüssige Abdichtung beizubehalten. Wenn sich der Gegendruck innerhalb des Freitintenvolumens 30 einer Obergrenze nähert, die der Grenze des Betriebsbereichs des Druckkopfs entspricht, überwindet der Gegendruck den Kapillardruck des Blasenerzeugers und die Flüssigkeitsabdichtung wird durchbrochen. Umgebungsluft blubbert dann in das Reservoir, um den Gegendruck auf einen akzeptablen Pegel zu reduzieren. Idealerweise, wenn der Gegendruck so reduziert wird, tritt Tinte aus dem Volumen 30 wieder in die Öffnung ein, um die Flüssigkeitsabdichtung wiederherzustellen.
Wie vorangehend erwähnt wurde, wird Gegendruck in einem positiven Sinn erwähnt und quantifiziert, z. B. im Hinblick auf die Wassersäulenhöhe. Kapillardruck, wie z. B. der des Blasenerzeugers 40, wird auf ähnliche Weise gemessen. Die Bedeutung der relativen Werte des Gegendruck-Betriebsbereichs und der Kapillardrücke der verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend umfassender beschrieben. Es ist hier jedoch erwähnenswert, dass eine Vielzahl von Blasenerzeugerkonfigurationen mit der vorliegenden Behälterkonfiguration verwendet werden kann. Zum Beispiel kann der Blasenerzeuger ein separates Röhrenbauglied sein, das sich von der Nähe des Bodens des Freitintenvolumens erstreckt, um an einer Außenwand des Behälters zu enden. Ferner kann die oben erwähnte Entlüftungsöffnung 38 in das äußere Ende des Blasenerzeugers eingelagert oder mit demselben verbunden sein.
Das Kapillarvolumen 32 umfasst ein Material zum dochtmäßigen Saugen 50, das in den Boden dieses Volumens in Kontakt mit beiden Seitenwänden und mit der Vorderwand 52 des Behälters 20 platziert ist. Ein Teil des Materials zum dochtmäßigen Saugen 50 ist unter dem Teiler 22 eingepasst, um den Zwischenraum 36 so zu verschließen, dass Tinte, die durch den Zwischenraum läuft, in das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 laufen muss.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Material zum dochtmäßigen Saugen ein poröses Material auf, das allgemein als ein „Schaum" gekennzeichnet sein kann, aber kann aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien ausgewählt sein, die folgende umfassen: verbundene oder gebündelte Nylon- oder Polyesterfasern, Verbindungszellen- Polyurethanschaum, Glaskugeln, Fasern oder Platten oder gesinterten Kunststoff. Der Kapillardruck und die Benetzungscharakteristika des Materials zum dochtmäßigen Saugen sind wichtig, wie nachfolgend erörtert wird.
Tinte in dem Freitintenvolumen 30 fließt in das Material zum dochtmäßigen Saugen durch den Zwischenraum 36 und aus dem Material zum dochtmäßigen Saugen durch einen Auslass 54, der in der Vorderwand 52 des Behälters gebildet ist. Diesbezüglich ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Vorratsbehälters 20 angepasst, um entfernt oder getrennt von dem Tintenstrahlstift zu sein, der den Druckkopf trägt. Somit wird ein Verbindungsmechanismus 60 verwendet, um den Vorratsbehälter mit einem entfernten Stift (nicht gezeigt) zu verbinden.
Die Verbindung 60 ist ein Röhrenbauglied mit einem Außendurchmesser, der dem Durchmesser des Auslasses 54 entspricht. Das Ende der Verbindung 60 ist in den Auslass eingefügt, in festen Kontakt mit dem Material zum dochtmäßigen Saugen 50. Ein Flansch 62 kann auf der Verbindung 60 getragen werden, um eine feste, leckdichte Verbindung sicherzustellen. Eine aus einer Vielzahl von Einrichtungen (wie z. B. O-Ringen) kann zum Abdichten dieser Verbindung verwendet werden. Bis diese Verbindung hergestellt ist, kann der Auslass 54 z. B. mit einem Einwegband abgedichtet werden, das entfernt wird, kurz bevor die Verbindung 60 in den Auslass 54 eingefügt wird.
Die Tinte wird aus dem Material zum dochtmäßigen Saugen durch eine Saugwirkung gezogen, die auf die Verbindung 60 ausgeübt wird. Dies ist schematisch als eine Pumpe 64 gezeigt, die mit der Verbindung gekoppelt ist. Diesbezüglich kann der Druckkopf als eine Pumpe betrachtet werden, wodurch der Ausstoß von Tintentröpfchen aus demselben zusammen mit den Kapillaritätskanälen etc., die zu den Kammern führen, die Ansaugwirkung bereitstellt, zum Ziehen der Tinte durch die Verbindung.
Ein poröses, absorbierendes Akkumulatormaterial 70 ist auf dem Material zum dochtmäßigen Saugen 50 in dem Kapillarvolumen platziert. Das Akkumulatormaterial 70, so wie das Material zum dochtmäßigen Saugen, ist allgemein als ein „Schaum" gekennzeichnet, kann jedoch aus einer Anzahl von geeigneten Materialien ausgewählt sein, die folgende umfassen: verbundene oder gebündelte Nylon- oder Polyesterfasern, Verbindungszellen-Polyurethanschaum, Glaskugeln, Fasern oder Platten oder gesinterten Kunststoff. Der Kapillardruck und die Benetzungscharakteristika des Materials zum dochtmäßigen Saugen werden nachfolgend erörtert.
Das Akkumulatormaterial 70 passt enganliegend in das Kapillarvolumen 32 ein, in direktem Kontakt mit dem Material zum dochtmäßigen Saugen 50, mit den Vorder- und Seitenwänden des Behälters und mit dem Teiler 22. Kein Luftraum ist zwischen dem Akkumulatormaterial 70 und dem Material zum dochtmäßigen Saugen 50 vorgesehen. Ein kleiner Luftraum ist zwischen der Oberseite des Akkumulatormaterials 70 und der Oberseite 24 des Behälters vorgesehen.
Der Behälter 20 wird durch eine einer Vielzahl von Einrichtungen mit Tinte gefüllt. Zum Beispiel kann das Freitintenvolumen 30 mit Tinte gefüllt werden, die durch ein Tor durch die Oberseite 24 geleitet wird, wobei das Tor nachfolgend abgedichtet wird. Ein gefülltes Freitintenvolumen weist einen Tintenpegel 72 nahe der Oberseite 24 des Behälters auf, so dass im Wesentlichen kein Luftzwischenraum in dem oberen Bereich des gefüllten Volumens 30 vorliegt. Zu darstellenden Zwecken zeigt 1 den Tintenpegel 72 an einer Position, wo er wäre, wenn ein Teil der Tinte aus dem Vorrat über die Verwendung des Stifts entleert worden wäre. Somit erscheint ein Volumen aus gefangener Luft 35 ebenfalls in 1.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Teil der Behälterwand in der Nähe des Freitintenvolumens durchsichtig, so dass der Pegel der Tinte 72 in diesem Volumen visuell oder durch optische Mechanismen erfasst werden kann.
Das Akkumulatormaterial 70 und das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 können mit Tinte gesättigt werden, die durch Nadeln geliefert wird, die aus einer unter Druck gesetzten Volumentintenquelle hervorstehen und die das Material durch die Entlüftungsöffnung 38 bzw. den Auslass 54 durchstechen. Nach dem Füllen wird der Auslass abgedichtet, wie vorangehend erwähnt wurde.
Ein anfänglicher Gegendruck wird in dem gefüllten Vorrat eingerichtet. Zu diesem Zweck kann eine geringe Tintenmenge aus dem gesättigten Akkumulatormaterial 70 gezogen werden, so dass die Kapillarität des teilweise gesättigten Materials den anfänglichen Gegendruck liefert. Zusätzlich dazu kann eine leichte Ansaugwirkung auf das Freitintenvolumen ausgeübt werden, wenn dieses gefüllte Volumen abgedichtet ist.
Sobald die Verbindung 60 mit dem Auslass 54 gekoppelt ist und eine Ansaugwirkung auf dieselbe ausgeübt wird, wird Tinte aus den Volumen des Vorrats in einer bestimmten Reihenfolge gemäß der zugrundeliegenden Erfindung gezogen. Insbesondere ist der Kapillardruck des Materials zum dochtmäßigen Saugen 50 ausgewählt oder eingerichtet, um größer zu sein als der Kapillardruck des Blasenerzeugers 40 und des Akkumulatormaterials 70. Folglich bleibt das Material zum dochtmäßigen Saugen mit Tinte gesättigt, bis Tinte jeweils aus dem Akkumulatormaterial 70 und dem Freitintenvolumen 30 gezogen wird. Das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 dient in seinem gesättigten Zustand somit als eine Niedrigwiderstandstintenleitung zu der Verbindung 60.
Der Kapillardruck des Akkumulatormaterials 70 ist ausgewählt oder anderweitig eingerichtet, um bedeutend niedriger zu sein als der Kapillardruck des Blasenerzeugers 40. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Kapillardruck des Blasenerzeugers 40 über 50% höher sein als der des Akkumulatormaterials. Zum Beispiel ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Kapillardruck des Akkumulatormaterials 7,5 cm Wassersäule, und der Blasenerzeuger-Kapillardruck ist 12,5 cm Wassersäule. Folglich zieht eine Ansaugwirkung, die auf das gesättigte Material zum dochtmäßigen Saugen 50 ausgeübt wird, zuerst die Tinte, die in dem Akkumulatormaterial 70 gespeichert ist (unter einem relativ niedrigen Kapillardruck), bevor Tinte aus dem Freitintenvolumen gezogen wird (die nicht gezogen werden kann, bis der relativ hohe Kapillardruck des Blasenerzeugers überwunden ist).
Es wird darauf hingewiesen, dass der Kapillardruck des Akkumulatormaterials 70 (sowie der des Materials zum dochtmäßigen Saugen 50) auf eine Vielzahl von Weisen eingerichtet werden kann. Zum Beispiel kann der zuvor erwähnte Schaum in dem Kapillarvolumen 32 komprimiert werden, um die effektive Porengröße des Materials zu reduzieren und dadurch den zugeordneten Kapillardruck zu erhöhen.
Ein Vorteil, dass zuerst Tinte aus dem Akkumulatormaterial gezogen wird, ist, dass der Abschnitt des Akkumulatormaterials, der keine Tinte mehr enthält, nachfolgend verfügbar ist, um als ein Akkumulator zu dienen, in dem Fall, dass der teilweise leere Behälter extremen Bedingungen bei Umgebungs-Temperatur und/oder -Druck ausgesetzt wird. Dies wird nachfolgend detaillierter erörtert.
Um die Volumeneffizienz des Vorrats zu verbessern, ist das Akkumulatormaterial 70 so ausgewählt, dass wenig Tinte in demselben gestrandet ist, wenn das Material entleert ist. Zu diesem Zweck ist das Material ausgewählt, um eine „Benetzungs"- oder „Benetzbar-" Charakteristik aufzuweisen (im Gegensatz zu einer Nichtbenetzungscharakteristik). Das heißt, der Winkel zwischen der Flüssigkeitsoberfläche der Tinte, die in dem Akkumulatormaterial gespeichert ist, und der Festkörperoberfläche dieses Materials ist Null oder annähernd Null. Eine benetzbare Oberfläche bietet weniger Widerstand gegenüber einem Tintenfluss als eine nichtbenetzbare Oberfläche. Folglich neigt das Akkumulatormaterial 70 dazu, wenig gestrandete Tinte aufzuweisen, sobald der Vorrat leer ist.
Unter bestimmten Bedingungen definiert ein Kontaktwinkel von weniger als 90 Grad eine benetzbare Oberfläche. Während ein Kontaktwinkel von 90 Grad oder weniger in dem vorliegenden Fall ausreicht, ist es bevorzugt, dass das Akkumulatormaterial einen Kontaktwinkel so nahe an Null wie möglich aufweist.
Im normalen Betrieb des Vorrats (d. h. Tinte, die aus dem Vorrat gezogen wird, während Umgebungs-Druck und -Temperatur wenig abweichen), fließt Tinte aus dem Freitintenvolumen 30, sobald das Akkumulatormaterial 70 entleert ist. Diesbezüglich fließt die freie Tinte nicht, bis der Gegendruck in diesem Volumen 30 überwunden ist. Der Kapillardruck des Blasenerzeugers 40 regelt den Gegendruck in dem Freitintenvolumen durch Ermöglichen, dass Umgebungsluftblasen eintreten, sobald sich der Gegendruck zu einem Pegel aufbaut, der etwas höher ist als der Kapillardruck des Blasenerzeugers. Wie jedoch oben erwähnt wurde, erzeugt der relativ gesehen niedrigere Kapillardruck in dem Akkumulatormaterial 70 einen Fluss von diesem Material 70 auf dem Weg des geringsten Widerstands aus hydraulischer Sicht.
Es ist hier erwähnenswert, dass der höchste Kapillardruck in diesem System der ist, der durch das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 bereitgestellt wird. Somit, sobald das Akkumulatormaterial 70 entleert ist, ist der niedrigste Kapillardruck der des Blasenerzeugers 40, so dass Tinte als nächstes aus dem Freitintenvolumen 30 gezogen wird, bis dasselbe entleert ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Blasenerzeuger 40 so konfiguriert, dass seine Öffnung 42 sehr nahe an der Bodenwand 28 des Behälters ist. Zu diesem Zweck kann ein Röhrenbauglied, getrennt von dem Teiler 22, verwendet werden (wie oben erwähnt wurde), oder eine Abwärtserweiterung des Teilers kann in der Nähe des Blasenerzeugers gebildet sein, so dass der Blasenerzeuger den Boden des Behälters erreicht, ohne den Zwischenraum 36 anderweitig zu verkleinern.
Wenn Entwurfseinschränkungen erfordern, dass der Blasenerzeuger über der Bodenwand 28 des Behälters angeordnet ist, könnte der Blasenerzeuger entworfen sein, um einen kleinen Tintenbetrag an seinem Ende 42 einzufangen, um als eine Flüssigkeitsabdichtung zu dienen, um den Gegendruck beizubehalten, sogar nachdem sich der Pegel der freien Tinte unter dieses Ende 42 bewegt. Die Verwendung einer Fangstelle kann in Fällen weggelassen werden, wo der Blasenerzeuger über der Bodenwand 28 ist. Somit geht ein Gegendruck in dem Volumen 30 verloren, sobald sich der Tintenpegel dort unter die Öffnung 42 bewegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Größe des Akkumulatormaterials ergänzt werden, um das Volumen der Tinte zu absorbieren, die in dem Freitintenvolumen 30 verbleibt, sobald der Gegendruck verloren geht. Dieses Volumen kann dann aus dem Akkumulatormaterial während des Druckens entleert werden.
Es kann erwünscht sein, wie oben erwähnt wurde, das Material zum dochtmäßigen Saugen von der Tinte zu entleeren, sobald das Freitintenvolumen leer ist. Zu diesem Zweck wird der Kapillardruck des Materials zum dochtmäßigen Saugen eingestellt, um höher zu sein als der Blasenerzeuger-Kapillardruck, aber weniger als die Ansaugwirkung, die auf die Verbindung 60 ausgeübt wird. Somit wird das Material zum dochtmäßigen Saugen nach dem Freitintenvolumen 30 entleert.
Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem das Material 50 zum dochtmäßigen Saugen entleert werden soll, ist es bevorzugt, dieses Material auszuwählen, um einen sehr geringen Kontaktwinkel annähernd bei Null zu haben, wie oben Bezug nehmend auf das Akkumulatormaterial 70 beschrieben wurde.
Da das Akkumulatormaterial 70 entleert wird, bevor sich das gefüllte Freitintenvolumen 30 zu entleeren beginnt, ist praktisch keine eingefangene Luft 35 (wobei eingefangene Luft in das Freitintenvolumen über den Blasenerzeuger 40 eingebracht wird) über dem Freitintenpegel 72, bis das Akkumulatormaterial 70 entleert ist. Nach einem solchen Entleeren fällt der Tintenpegel 72 und das Volumen der eingefangenen Luft 35 wächst, wenn Tinte aus dem Freitintenvolumen gezogen wird.
Bezug nehmend nun auf die Akkumulatoraspekte des vorliegenden Systems kann ein teilweise leerer Behälter (d. h. ein Teil des Freitintenvolumens ist leer und das Akkumulatormaterial ist entleert) einem Umgebungsdruckabfall (oder einer Temperaturerhöhung) ausgesetzt werden. In Abwesenheit einer Einrichtung zum Kompensieren einer solchen Änderung wäre ein Druckgradient relativ zu dem eingefangenen Luftvolumen 35 vorhanden, und der Gegendruck würde auf einen Pegel abfallen, wo Tinte frei wäre, um aus dem angeschlossenen Druckkopf auszulaufen.
Mit der vorliegenden Anordnung zum Liefern von Komponenten wird jedoch das Tintenvolumen, das sich in das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 bewegt, als Folge des sich ausdehnenden eingefangenen Luftvolumens 35 (das sich ausdehnt, d. h. als Ergebnis des soeben erwähnten Druckgradienten) in das Akkumulatormaterial 70 gezogen, um den Druck in dem Freitintenvolumen zu reduzieren und dadurch einen angemessenen Gegendruck in dem Vorrat beizubehalten, um ein Auslaufen aus dem Druckkopf zu verhindern. Sollte der Umgebungsdruck dann auf Normal zurückkehren (wodurch der Druckgradient beseitigt wird), ziehen die resultierende Kontrak tion des gefangenen Luftvolumens 35 und die vorliegende Erhöhung des Gegendrucks innerhalb des Vorrats die Tinte zurück aus dem Akkumulatormaterial 70 (wiederum über das gesättigte Material zum dochtmäßigen Saugen 50), bis das System in seinen ausgeglichenen Zustand zurückkehrt.
Es kann sein, dass ein teilweise leerer Behälter einer Umgebungsdruck-Erhöhung anstelle einer -Verringerung (oder einer Temperaturverringerung) ausgesetzt wird, die bei Abwesenheit einer Einrichtung zum Kompensieren einer solchen Änderung einen Druckgradient relativ zu dem eingefangenen Luftvolumen 35 (das Luftvolumen würde sich zusammenziehen) verursachen würde, derart, dass sich der Gegendruck auf einen solchen Pegel erhöhen würde, dass die Tinte verursachen würde, dass der Druckkopf ausfällt, da er die Ansaugwirkung der Verbindung 60 überwinden würde.
Bei der vorliegenden Anordnung von Vorratskomponenten würde jedoch die Gegendruckerhöhung, die der Luftvolumenkontraktion zugewiesen werden kann, Luftblasen durch den Blasenerzeuger 40 ziehen. Diesbezüglich ist das Akkumulatormaterial 70 leer, wie oben erklärt wurde, und das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 weist einen höheren Kapillardruck auf als der Blasenerzeuger 40, so dass Tinte nicht aus diesem gesättigten Material 50 gezogen werden würde. Somit reduziert die Luft, die durch den Blasenerzeuger blubbert, sofort die Gegendruckerhöhung, die durch das Zusammenziehen des eingefangenen Luftvolumens verursacht wird, wodurch der Gegendruck innerhalb des Betriebsbereichs gehalten wird.
Sollte der Umgebungsdruck nachfolgend zu Normal zurückkehren (wodurch der Druckgradient beseitigt wird), wird die resultierende Ausdehnung des eingefangenen Luftvolumens 35 und die zugehörige Verringerung des Gegendrucks ermöglichen, dass das leere Akkumulatormaterial 70 das Tintenvolumen absorbiert, das durch eine solche Ausdehnung verdrängt wird. Da das Akkumulatormaterial den geringsten relativen Kapillardruck der Vorratskomponenten aufweist, entleert ein nachfolgendes Drucken von Tinte folglich das Akkumulatormaterial, bevor an dem Freitintenvolumen 30 gezogen wird.
Im Hinblick auf das Vorangehende wird darauf hingewiesen, dass das soeben beschriebene Vorratssystem robust und in der Lage ist, auf eine unbestimmte Anzahl von Temperatur- und Druck-Änderungszyklen anzusprechen, unabhängig von dem Tintenbetrag, der in dem Vorrat verbleibt.
Das Akkumulatormaterial 70 muss groß genug sein, um die gesamte Tinte zu absorbieren, die zu demselben von dem Freitintenvolumen 30 übertragen wird, als Ergebnis der Druckgradienten und der zugeordneten Volumenänderungen der eingefangenen Luft, die soeben beschrieben wurden. Ferner fordert die Volumeneffizienz, dass die Größe des Akkumulatormaterials optimiert wird; das heißt, gerade groß genug dimensioniert ist und nicht größer, um eine vorgeschriebene Temperatur- oder Druck-Änderung zu kompensieren, die an ein Freitintenvolumen angewendet wird, unabhängig von dem Tintenbetrag, der in diesem Volumen verbleibt. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wendet sich diese Beschreibung nun zu einer Technik zum derartigen Optimieren dieser Größe.
Die Technik ist fast ohne weiteres Bezug nehmend auf 1 und 2 verständlich, die Diagramme einer einfachen Konfiguration des Vorratsbehälters 20 darstellen.
Angenommen, für eine einfache Erklärung, dass die Höhe h, die Tiefe D und die Breite t des Behälters 20 durch andere Entwurfsberücksichtigungen eingeschränkt sind, kann die Menge des Akkumulatormaterials 70, die benötigt wird, um die Druckgradienten optimal zu handhaben, die soeben beschrieben wurden, als die Variable df ausgedrückt werden, die als Schaumtiefe bezeichnet wird.
Die größte (obwohl nicht notwendigerweise optimale) Menge an Akkumulatormaterial 70, die erforderlich ist, wäre das Volumen, das zum Absorbieren von im Wesentlichen dem gesamten Freitintenvolumen notwendig ist, sollte sich ein geringes Volumen von gefangener Luft 35 ausreichend ausdehnen, um die gesamte Tinte aus dem Freitintenvolumen zu drängen. Für einen ausgewählten Bereich von Temperatur- und Druck-Änderungen, wie es ein Entwerfer vorhersehen könnte, und die oben gegebene externe Geometrie, kann die Tiefe des Schaums df als eine Funktion der Tintenhöhe in dem Freitintenvolumen berechnet werden. Eine Analyse folgt, unter Verwendung eines vorhergesagten Temperaturbereichs von 35°C und eines Umgebungsdruckbereichs von 225 cm Wassersäule, was ungefähr einer Höhenänderung von 8.000 Fuß entspricht.
Es ist gegeben:
Man kann die Schaumtiefe df als eine Funktion der Tintenhöhe yi1 in dem Freitintenvolumen bei T1 und Pa1 bestimmen, zusammen mit der optimalen Maximalschaumtiefe dfmax, dem gelieferten Tintenvolumen Vd (was das Volumen der Tinte ist, die von dem Vorrat geliefert wird), dem gestrandeten Tintenvolumen Vs (was das Tintenvolumen ist, das in dem Tintenvorrat gestrandet ist, wenn der Vorrat anderweitig leer ist), und der Effizienz der gelieferten Tinte nd (was das Verhältnis der gelieferten Tinte zu dem Behältervolumen oder Vd/Vc ist).
Bevor fortgefahren wird, wird darauf hingewiesen, dass bestimmte Annahmen in der Analyse gemacht werden. Sie sind (1) aufgelöste Gase in der Tinte werden vernachlässigt, (2) die Luft in dem gefangenen Luftvolumen 35 wird als eine ideale Gasmischung von Luft und Wasserdampf behandelt, (3) der Teildruck des Dampfs ist gleich dem Sättigungsdruck des Dampfs bei der interessierenden Temperatur und kann aus den Dampftabellen erhalten werden, und (4) Kondensat in dem Tintenvolumen wird vernachlässigt.
Bei T1 und T2 sind die gesamten Mole der gefangenen Luft gleich den Molen der Luft plus die Mole des Dampfs, oder ng1 = nga1 + ngv1 und ng2 = nga2 + ngv2.
Es sei keine Luftübertragung (nga1 = nga2) vorhanden und die Subtraktion ergibt ng1 – ng2 = ngv1 – ngv2 (Gl. 1)
Somit ist die Gesamtänderung in Molen gleich der Änderung der Dampfmole aufgrund von Verdampfung/Kondensation. Für eine ideale Gasmischung ist: Pg Vg = ng R T
Das Auflösen der vorangehenden Gleichung nach ng1, ng2, ngv1 und ngv2 und das Einsetzen in Gleichung 1 ergibt: ng1 = (Pg1 Vg1)/R T1 ng2 = (Pg2 Vg2)/R T2 ngv1 = (Pgv1 Vg1)/R T1 und ngv2 = (Pgv2 Vg2)/R T2wobei Pgv der Teildruck des Dampfes ist, unter Berücksichtigung des Dalton-Modells für Gasmischungen.
Angenommen, wie oben erwähnt, dass der Teildruck des Dampfes gleich dem Sättigungsdruck Psat des Dampfes bei der interessierenden Temperatur ist und aus den Dampftabellen erhalten wird, so ergibt sich aus Gleichung 1: [(Pg1 Vg1)/T1] – [(Pg2 Vg2)/T2] = [(Psat1 Vg1)/T1] – [(Psat2 Vg2)/T2]somit [(Pg1 – Psat1)Vg1]/T1 = [(Pg2 – Psat2)Vg2]/T2 (Gl. 2)
Da das Gesamttintenvolumen sich nicht ändert: Vi1 + Vf1 = Vi2 + Vf2 (Gl. 3) wobei Vi das Volumen von freier Tinte ist und Vf das Volumen von Tinte in dem „Schaum"-Material zum dochtmäßigen Saugen und dem Akkumulatormaterial ist. Anhand der vorangehenden Gleichungen wird die allgemeine Lösung unter den nachfolgenden Parametern betrachtet:
Bei T1:

yi = yi1
yf1 = hw (Höhe der Tinte in dem „Schaum" – Akkumulatormaterial leer, Blasenerzeuger aktiv) Pg1 = Pa1 – Pb – γ(yi1 – hb) Vg1 = t(D – df) (h – yi1) Vi1 = t(D – df) yi1
Vf1 = nl t df (yf1 – hw) = 0 (Akkumulatormaterial anfänglich leer)
Psat1 (aus Dampftabellen)
Pa1 (aus Standardatmosphäre bei Meereshöhe)

Der vorangehende Ausdruck, Pg1 = Pa1 – Pb – γ(yi1 – hb), stellt den Druck der eingefangenen Luft in dem Volumen 30 dar. Dieser Druck ist der Umgebungsdruck, reduziert um den Blasenerzeuger-Kapillardruck, und um den Hydrostatischer-Kopf-Druck (wobei der hydrostatische Druck von über der Höhe hb des Blasenerzeugers gemessen wird).
Bei T2:

yi = yi2
yf2 = h (es sei angenommen, dass das Akkumulatormaterial voll für eine maximale Verwendung ist)
Pg2 = Po – γ yi2, wobei Po = Pa2 – Pl + γ yf2 (Druck am Boden des Behälters) Vg2 = t(D – df) (h – yi2) Vi2 = t(D – df) yi2 Vf2 = nl t df (yf2 – hw)
Psat2 (aus Dampftabellen)
Pa2 (aus Standardatmosphäre bei 2.438 Metern)

Unter Erkennung, dass die Maximalmenge von Akkumulatormaterial, die erforderlich ist, die dem Maximalvolumen von freier Tinte entspricht, die in den Schaum verdrängt wird, für den Zustand auftritt, in dem der anfängliche Freitintenpegel einem eingefangenen Luftvolumen entspricht, das sich gerade ausreichend ausdehnt, um die freie Tinte vollständig in das Akkumulatormaterial zu verdrängen, kann die abschließende Freitintenpegelhöhe nach einer solchen Ausdehnung wie folgt geschrieben werden: yi2 = 0 (Gl. 4)
Unter Verwendung der vorangehend aufgelisteten Parameter und Einsetzen von Gleichung 4 in Gleichung 2 ergibt sich: [Pa1 – Pb – γ(yi1 – hb) – Psat1](h – yi1)/T1 = (Pa2 – Pl + γ h – Psat2) h/T2 (Gl. 5)
Die Lösung für df stammt aus Gleichung 3, unter Einsetzung der entsprechenden Parameter, um folgendes zu ergeben: t(D – df) yi1 + 0 = t(D – df) yi2 + nl t df (h – hw)oder D(yi1 – yi2) = df[(yi1 – yi2) + nl(h – hw)], was folgendes ergibt: df = [D(yi1 – yi2)]/[yi1 – yi2 + nl(h – hw)] (Gl. 6)
Das Einsetzen von Gleichung 4 in Gleichung 6 ergibt: df = [D yi1]/[yi1 + nl(h – hw)] (Gl. 7)
Gleichungen 5 und 7 können aufgelöst werden nach yi1 und df. Um Gleichung 5 nach yi1 aufzulösen, wird sie in ein Polynom umgewandelt in yi1: [Pa1 – Pb – γ(yi1 – hb) – Psat1](h – yi1) = T1/T2(h) (Pa2 – Pl + γ h – Psat2)
Die rechte Hälfte der vorangehenden Gleichung kann gleich R gesetzt werden, was eine Konstante reflektiert, die von den ausgewählten Entwurfsbedingungen, Geometrien und Tinteneigenschaften abhängt. Das Erweitern dieser Gleichung und Sammeln von Termen ergibt: γ yi12 + (-γ h – Pa1 + Pb – γ hb + Psat1) yi1 + (Pa1 h – Pb h + γ h hb – Psat1 h – R) = 0 (Gl. 8)
Gleichung 8 ist ein Polynom zweiten Grades bei yi1, seine Koeffizienten hängen nur von Konstanten ab und es kann unter Verwendung der Quadratformel aufgelöst werden:
Es sei:

a = γ; b = -γ h – Pa1 + Pb – γ hb + Psat1; c = Pa1 h – Pb h + γ h hb – Psat1 h – Rdann: yi1 = [-b +/- (b2 – 4ac) 1/2]/2a (Gl. 9)

Die Lösung für yi1 ist gültig über den Bereich: 0 < yi1 < h und ist üblicherweise geringer als die Wurzel aus Gleichung 9.
Um den erforderlichen Betrag an Akkumulatormaterial zu bestimmen, wird die Lösung für yi1 in Gleichung 7 eingesetzt, die nur eine Funktion der Konstanten und yi1 ist.
Unter Verwendung des Vorangehenden wurde die erforderliche Menge an Akkumulatormaterial dfmax als 26,8 mm für die nachfolgenden Behältergrößen und Bedingungen bestimmt:
Sobald dfmax bestimmt ist, kann das gelieferte Tintenvolumen Vd (was das Tintenvolumen ist, das aus dem Vorrat geliefert wird), das gestrandete Tintenvolumen Vs (was das Tintenvolumen ist, das in dem Tintenvorrat gestrandet ist, wenn der Vorrat anderweitig leer ist), und die Effizienz der gelieferten Tinte n_d (was das Verhältnis von gelieferter Tinte zu dem Behältervolumen ist oder Vd/Vc) bestimmt werden.
Vor diesen Bestimmungen werden jedoch zusätzliche Akkumulatormaterialcharakteristika entwickelt, nämlich:

n_pa = Porosität des Akkumulatormaterials; Verhältnis von Leervolumen zu Vollvolumen des Materials; (z. B. 0,85)
n_pw = Porosität des Materials zum dochtmäßigen Saugen; Verhältnis von Leervolumen zu Vollvolumen des Materials; (z. B. 0,85)
n_ea = Extraktionseffizienz des Akkumulatormaterials; Bruchteil der Gesamttinte in dem Material, die durch den Druckkopf extrahiert werden kann; (z. B. 0,75)
n_ew = Extraktionseffizienz des Materials zum dochtmäßigen Saugen; Bruchteil der Gesamttinte in dem Material, die durch den Druckkopf extrahiert werden kann; (z. B. 0,75)
n_a = Gesamteffizienz des Akkumulatormaterials; das Produkt aus n_pa und n_ea
n_w = Gesamteffizienz des Materials zum dochtmäßigen Saugen; das Produkt aus n_pw und n_ew

Die höchste Tintenliefereffizienz n_d wird erhalten, wenn der Tintenvorrat so entworfen ist, dass sowohl das Akkumulatormaterial 70 als auch das Material zum dochtmäßigen Saugen 50 durch die Verbindung entleert werden können. Dementsprechend ist das Liefertintenvolumen für eine solche Situation die Summe der Tinte, die aus dem Freitintenvolu men, dem Akkumulatormaterial und dem Materials zum dochtmäßigen Saugen geliefert wird, oder: Vd = t(D – dfmax) h + na t dfmax (h – hw) + nw t dfmax hw (Gl. 10)
Das Volumen gestrandeter Tinte ist abhängig von der Extraktionseffizienz und der Porosität von sowohl dem Akkumulatormaterial als auch dem Material zum dochtmäßigen Saugen, oder: Vs = [(1 – nea) npa dfmax t (h – hw)] + [(1 – new) npw dfmax t hw] (Gl. 11)
Wie oben erwähnt wurde, ist die Liefertinteneffizienz: nd = Vd/Vc (Gl. 12)
Unter Verwendung der vorangehenden Gleichungen und der exemplarischen Werte schafft der Tintenvorrat eine Liefertinteneffizienz von mehr als 85%, was eine beeindruckend hohe Effizienz ist, besonders wenn berücksichtigt wird, dass der Vorrat, der freie Tinte und schaumgespeicherte Tinte kombiniert, ferner eine Gegendrucksteuerung schafft, wodurch der Bedarf nach anderen solchen Regelungseinrichtungen beseitigt wird.

Claims

Ein Tintenvorratsbehälter (20), der folgende Merkmale aufweist: ein Reservoir für Tinte, wobei das Reservoir in ein Freitintenvolumen (30) und ein Kapillarvolumen (32) unterteilt ist, wobei jedes Volumen zum Speichern von Tinte konfiguriert ist; einen Auslass (54), der in dem Reservoir gebildet ist, um einen Tintenfluss aus dem Reservoir zu ermöglichen; ein poröses Material zum dochtmäßigen Saugen (50), das einen ersten Kapillardruck aufweist und benachbart zu dem Auslass (54) angeordnet ist; ein Akkumulatormaterial (70), das in dem Kapillarvolumen angeordnet ist und zum Speichern von Tinte absorbierend ist, wobei das Akkumulatormaterial einen zweiten Kapillardruck aufweist; wobei das Material zum dochtmäßigen Saugen (50) in Fluidkommunikation mit dem Akkumulatormaterial (70) und mit dem Freitintenvolumen (30) ist und angeordnet ist, um die Auslasstinte, die in dem Akkumulatormaterial gespeichert ist, und Tinte, die in dem Freitintenvolumen gespeichert ist, dochtmäßig zu saugen; und gekennzeichnet, durch einen Blasenerzeuger (40), der einen dritten Kapillardruck aufweist, der geringer ist als der erste Kapillardruck, aber größer ist als der zweite Kapillardruck, wobei der Blasenerzeuger (40) angeordnet ist, um das Freitintenvolumen in Fluidkommunikation mit Umgebungsluft zu platzieren.
Der Behälter (20) gemäß Anspruch 1, bei dem das Akkumulatormaterial (70) eine Oberfläche aufweist, die so ausgewählt ist, dass der Kontaktwinkel zwischen Tinte, die in demselben gespeichert ist, und der Oberfläche des Akkumulatormaterials geringer ist als 90 Grad, derart, dass das Akkumulatormaterial eine benetzbare Oberfläche aufweist.
Der Behälter (20) gemäß Anspruch 2, bei dem der Kontaktwinkel sehr nahe an null Grad liegt.
Der Behälter (20) gemäß Anspruch 1, bei dem eine Tintenmenge, die von dem Reservoir lieferbar ist, geteilt durch das Reservoirvolumen eine zweckgebundene Liefertinteneffizienz ist, und wobei der Behälter aus Anspruch 1 eine Liefertinteneffizienz von mehr als 85% bereitstellt.
Der Behälter (20) gemäß Anspruch 1, bei dem der Kapillardruck des Blasenerzeugers (40) mindestens 67% größer ist als der zweite Kapillardruck.
Der Behälter (20) gemäß Anspruch 1, bei dem das Akkumulatormaterial (70) Oberflächencharakteristika aufweist, derart, dass der Kontaktwinkel zwischen der Tinte und der Oberfläche des Akkumulatormaterials annähernd null ist.
Ein Verfahren zum Speichern von Tinte in einem Behälter (20) zum Liefern von derselben durch einen Auslass (54), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Speichern eines Teils der Tinte in ein Freitintenvolumen (30) des Behälters, der von der Umgebung abgedich tet ist, außer an einer Blasenöffnung (40), die einen dritten Kapillardruck aufweist; Speichern des verbleibenden Teils der Tinte in einem Kapillarvolumen (32) des Behälters, der teilweise mit porösem Akkumulatormaterial (70) gefüllt ist, das einen zweiten Kapillardruck aufweist, der wesentlich niedriger ist als der dritte Kapillardruck; und Lokalisieren von porösem Material zum dochtmäßigen Saugen (50), das einen ersten Kapillardruck aufweist, in dem Behälter, so dass es in Fluidkommunikation mit dem Freitintenvolumen (30) und dem Kapillarvolumen (32) des Behälters und mit dem Auslass (54) ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, das den Schritt des Auswählens des Materials zum dochtmäßigen Saugen (50) derart aufweist, dass der erste Kapillardruck größer ist als der dritte Kapillardruck.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, das den Schritt des Auswählens des Akkumulatormaterials (70) so umfasst, dass dessen Oberflächencharakteristika derart sind, dass der Kontaktwinkel zwischen der Tinte und der Oberfläche des Akkumulatormaterials annähernd null ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Ausdruck gelieferte Tinteneffizienz die Menge der Tinte bezeichnet, die sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Teil des Behälters geliefert werden kann, geteilt durch das kombinierte Volumen des ersten und des zweiten Teils, wobei das Verfahren von Anspruch 7 ferner die Schritte des Konfigurierens des Behälters aufweist, um eine Liefertinteneffizienz von größer als 85% zu haben.