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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenbehälter zum Liefern von Tinte
an Tintenstrahldrucker. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf Tintenbeälter,
die ein Netzwerk von wärmegebundenen
Fasern zum Beibehalten und Bereitstellen der gesteuerten Freigabe
von Tinte von dem Tintenbehälter
nutzt.
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Tintenstrahldrucker
verwenden häufig
einen Tintenstrahldruckkopf, der in einem Wagen befestigt ist, der über ein
Druckmedium, wie z. B. Papier, vor und zurück bewegt wird. Während der
Druckkopf über
das Druckmedium bewegt wird, aktiviert ein Steuersystem den Druckkopf,
um Tintentröpfchen auf
das Druckmedium aufzubringen oder auszustoßen, um Bilder und Text zu
bilden. Tinte wird durch einen Tintenvorrat, der entweder durch
den Wagen getragen wird oder an dem Drucksystem befestigt ist, um
sich nicht mit dem Wagen zu bewegen, an den Druckkopf geliefert.
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Für den Fall,
wo der Tintenvorrat nicht mit dem Wagen getragen wird, kann der
Tintenvorrat durch die Verwendung einer Leitung in fortlaufender Fluidkommunikation
mit dem Druckkopf sein, um den Druckkopf fortlaufend nachzufüllen. Alternativ
kann der Druckkopf intermittierend mit dem Tintenvorrat verbunden
sein, durch Positionieren des Druckkopfs nahe zu einer Füllstation,
die die Verbindung des Druckkopfs mit dem Tintenvorrat ermöglicht.
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Für den Fall,
wo der Tintenvorrat mit dem Wagen getragen wird, kann der Tintenvorrat
mit dem Druckkopf integriert sein, woraufhin der gesamte Druckkopf
und Tintenvorrat ausgetauscht werden, wenn die Tinte aufgebraucht
ist. Alternativ kann der Tintenvorrat mit dem Wagen getragen werden
und getrennt von dem Druckkopf austauschbar sein.
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Für den Fall,
wo der Tintenvorrat getrennt austauschbar ist, wird der Tintenvorrat
ausgetauscht, wenn er aufgebraucht ist, und der Druckkopf wird am Ende
der Druckkopflebensdauer ausgetauscht. Unabhängig davon, wo der Tintenvorrat
in dem Drucksystem angeordnet ist, ist es wesentlich, dass der Tintenvorrat
einen zuverlässigen
Tintenvorrat an den Tintenstrahldruckkopf liefert.
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Zusätzlich zum
Liefern von Tinte zu dem Tintenstrahldruckkopf liefert der Tintenvorrat
häufig
zusätzliche
Funktionen in dem Drucksystem, wie z. B. das Beibehalten eines negativen
Drucks, der häufig als
Gegendruck bezeichnet wird, innerhalb des Tintenvorrats und des
Tintenstrahldruckkopfs. Dieser negative Druck muss ausreichend sein,
so dass ein Kopfdruck, der dem Tintenvorrat zugeordnet ist, bei einem
Wert gehalten wird, der niedriger ist als der Umgebungsdruck, um
das Lecken von Tinte entweder von dem Tintenvorrat oder dem Tintenstrahldruckkopf
zu verhindern, was häufig
als Auslaufen bezeichnet wird. Der Tintenvorrat muss einen negativen
Druck oder Gegendruck über
einen großen
Bereich von Temperaturen und Umgebungsdrucken liefern, die der Tintenstrahldrucker
bei der Lagerung und beim Betrieb erfährt.
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Ein
Negativdruckerzeugungsmechanismus, der bisher verwendet wurde, ist
ein poröses
Bauglied, wie z. B. ein Tintenabsorbierungsbauglied, das eine Kapillarkraft
erzeugt. Ein solches Tinte absorbierendes Bauglied ist netzartiger
Polyuhrethanschaum, der in dem U.S.-Patent 4,771,295 mit dem Titel „Thermal
Inkjet Pen Body Construction Having Improved Ink Storage and Feed
Capability" an Baker
u. a., erteilt am 13. September 1988, erörtert wird, und der Anmelderin
der vorliegenden Erfindung übertragen
ist. Die
EP 0691207A2 und
EP 0894630A2 erörtern Tintenbehälter, die
Fasern als ein poröses
Bauglied umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel der
EP 0691207A2 sind
die Fasern in einer Richtung im Allgemeinen parallel zu der Unterseite
eines rechtwinkligen Parallelepipedreservoirs ausgerichtet.
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Es
gibt einen ständigen
Bedarf an Tintenvorräten,
die kostengünstige
Materialien verwenden und relativ leicht herzustellen sind, und
dadurch Tintenvorratskosten reduzieren, was dazu neigt, die Druckkosten
pro Seite zu reduzieren. Außerdem
sollten diese Tintenbehälter
volumetrisch effizient sein, um einen relativ kompakten Tintenvorrat
zum Reduzieren der Gesamtgröße des Drucksystems
zu erzeugen. Außerdem
sollten diese Tintenvorräte
in unterschiedlichen Formfaktoren hergestellt werden können, so
dass die Größe des Drucksystems
optimiert werden kann. Schließlich
sollten diese Tintenvorräte mit
Tinten kompatibel sein, die in Tintenstrahldrucksystemen verwendet
werden, um die Verunreinigung dieser Tinten zu verhindern. Die Verunreinigung
der Tinte neigt dazu, die Lebensdauer des Tintenstrahldruckkopfs
sowie die Druckqualität
zu reduzieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenbehälter zum
Liefern von Tinte an einen Tintenstrahldruckkopf. Der Tintenbehälter umfasst
ein Reservoir zum Aufnehmen von Tinte. Der Tintenbehälter, wenn
er verwendet wird, wird in ein Drucksystem eingefügt, das
relativ zu einem Gravitationsreferenzrahmen eine Oberseite und eine
Unterseite aufweist, und einen Fluidauslass nahe zu der Unterseite
des Tintenbehälters
umfasst, der angepasst ist, um Tintenfluss von dem Reservoir zu
dem Druckkopf zuzulassen. Das Reservoir hat eine rechteckige Parallelepipedkonfiguration.
Außerdem
ist in dem Tintenbehälter
zumindest eine fortlaufende Faser enthalten, die ein dreidimensionales
poröses
Bauglied definiert. Die zumindest eine fortlaufende Faser ist an
Kontaktpunkten mit sich selbst verbunden, um eine unabhängige Struktur
zu bilden, die eine rechtwinkelige Parallelepipedkonfiguration aufweist,
die in dem Reservoir zum Halten von Tinte angeordnet ist. Das poröse Bauglied
weist eine allgemeine Faserausrichtung in einer Richtung parallel
zu der Unterseite des Reservoirs auf. Die unabhängige Struktur ist angepasst, um
Tinte an den Tintenstrahldruckkopf zu liefern. Die zumindest eine
fortlaufende Faser ist eine Mehrfachkomponentenfaser, die zumindest
ein Kernmaterial und ein Umhüllungsmaterial,
das das Kernmaterial zumindest teilweise umgibt, aufweist. Bei diesem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Kernmaterial Polypropylen und das Umhüllungsmaterial ist Polyethylenterephthalat.
Die zumindest eine fortlaufende Faser ist vorzugsweise mit sich
selbst verbunden durch Wärme,
die die Faser weich macht, damit sich dieselbe mit sich selbst verbindet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen
zum Liefern von Tinte an ein Tintenreservoir für die Verwendung in einem Tintenstrahldrucksystem,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen
eines Tintenreservoirs mit einer rechtwinkligen Parallelepipedkonfiguration;
Anordnen
eines Netzwerks von Fasern in einer rechtwinkeligen Parallelepipedkonfiguration
in dem Tintenreservoir, das das Wärmeverbinden des Netzwerks
von Fasern aneinander umfasst, um miteinander kommunizierende Zwischenräume zu definieren, wobei
das Netzwerk von Fasern eine allgemeine Faserausrichtung in einer
Richtung parallel zu der Unterseite des Reservoirs umfasst;
Füllen des
Tintenreservoirs mit Tinte;
Einfügen des Tintenreservoirs in
das Drucksystem, wobei das Tintenreservoir relativ zu einem Gravitationsreferenzrahmens
eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, und einen Fluidauslass
nahe zu der Unterseite des Tintenreservoirs zum Zulassen von Tintenfluss
von dem Reservoir zu dem Druckkopf umfasst, wobei das Tintenreservoir
ein Netzwerk von Fasern in einer rechtwinkeligen Parallelepipedkonfiguration
in dem Tintenreservoir anordnet, das das Wärmever binden des Netzwerks
von Fasern aneinander umfasst, um miteinander kommunizierende Zwischenräume zu definieren,
wobei das Netzwerk von Fasern eine allgemeine Faserausrichtung in
einer Richtung parallel zu der Unterseite des Reservoirs aufweist;
und
Ziehen von Tinte, die an das Tintenreservoir geliefert wird,
in die miteinander kommunizierenden Zwischenräume durch eine Kapillaraktion,
wobei das Netzwerk von Fasern zumindest eine Faser umfasst, die
eine Mehrfachkomponentenfaser ist, die zumindest ein Kernmaterial
und ein Umhüllungsmaterial, das
das Kernmaterial zumindest teilweise umgibt, umfasst, wobei sich
das Umhüllungsmaterial
von dem Kernmaterial unterscheidet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Tintenstrahldruckers, der den Tintenbehälter der vorliegenden Erfindung
umfasst.
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2 ist
eine schematische Darstellung des Tintenbehälters der vorliegenden Erfindung
und eines Tintenstrahldruckkopfs, der Tinte von dem Tintenbehälter empfängt, um
Drucken zu erreichen.
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3 ist
eine auseinandergezogene Ansicht des Tintenbehälters der vorliegenden Erfindung,
die ein Tintenreservoir, ein Netzwerk von geschmolzenen Fasern für die Einfügung in
das Reservoir und eine Reservoirabdeckung zum Umschließen des
Reservoirs umfasst.
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4A stellt
das Netzwerk von in 3 gezeigten geschmolzenen Fasern
dar.
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4B ist
eine stark vergrößerte perspektivische
Ansicht über
die Linien 4B-4B des Netzwerks von geschmolzenen Fasern, die in 4 gezeigt sind, die in das in 3 gezeigte
Tintenreservoir eingefügt
sind.
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5A ist
ein Querschnitt einer einzelnen Faser über die Linien 5-5 von 4.
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5B ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer in 4 gezeigten Faser mit einem
kreuzförmigen
oder x-förmigen
Kernabschnitt.
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6 ist
ein Querschnitt eines Paars von Fasern, die an einem Kontaktpunkt
geschmolzen sind, über
die Linien 6-6, die in 4 gezeigt sind.
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7 ist
eine vereinfachte Darstellung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
zum Füllen des
in 3 gezeigten Tintenvorrats.
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8 ist
eine schematische Darstellung des in 3 gezeigten
Tintenbehälters,
der fluidisch mit einem Tintenstrahldruckkopf gekoppelt ist.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels
eines Drucksystems 10, das mit seiner Abdeckung geöffnet gezeigt ist,
das zumindest einen Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung umfasst. Das Drucksystem 10 umfasst
ferner zumindest einen Tintenstrahldruckkopf (nicht gezeigt), der
in den Druckerabschnitt 14 eingebaut ist. Der Tintenstrahldruckkopf
spricht auf ein Aktivierungssignal von dem Druckerabschnitt 14 an,
um Tinte auszustoßen.
Der Tintenstrahldruckkopf wird durch den Tintenbehälter 12 mit
Tinte nachgefüllt.
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Der
Tintenstrahldruckkopf ist vorzugsweise in einen Bewegungswagen 18 eingebaut
und wird relativ zu einem Druckmedium bewegt, wie es in 1 gezeigt
ist. Alternativ ist der Tintenstrahldruckkopf fest und die Druckmedien
werden entlang dem Druckkopf bewegt, um Drucken zu erreichen. Der Tintenstrahldruckerabschnitt 14 umfasst
eine Medienablage 20 zum Aufnehmen von Druckmedien 22. Während das
Druckmedium 22 stufenweise durch die Druckzone bewegt wird,
bewegt der Bewegungswagen den Druckkopf relativ zu dem Druckmedium 22.
Der Druckerabschnitt 14 aktiviert den Druckkopf selektiv,
um Tinte auf dem Druckmedium aufzubringen, um dadurch Drucken zu
erreichen.
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Das
in 1 gezeigte Drucksystem 10 ist mit zwei
austauschbaren Tintenbehältern 12 dargestellt, die
einen Tintenbehälter 12 für schwarze
Tinte und einen unterteilten Dreifarben-Tintenbehälter 12 darstellen,
der Cyan-, Magenta- und Gelb-Tinte enthält, der das Drucken mit vier
Farbstoffen ermöglicht.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
auf Drucksysteme 10 angewendet werden, die andere Anordnungen
verwenden, wie z. B. Drucksysteme, die mehr oder weniger als vier
Tintenfarben verwenden, wie z. B. bei Drucken mit hoher Wiedergabetreue,
das typischerweise sechs oder mehr Farben verwendet.
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2 ist
eine schematische Darstellung des Drucksystems 10, das
den Tintenvorrat oder Tintenbehälter 12,
einen Tintenstrahldruckkopf 24 und eine Fluidverbindung 26 zum
fluidischen Verbinden des Tintenbehälters 12 und des Druckkopfs 24 umfasst.
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Der
Druckkopf 24 umfasst ein Gehäuse 28 und einen Tintenausstoßabschnitt 30.
Der Tintenausstoßabschnitt 30 spricht
auf Aktivierungssignale durch den Druckerabschnitt 14 an,
zum Ausstoßen von
Tinte zum Erreichen von Drucken. Das Gehäuse 28 definiert ein
kleines Tintenreservoir zum Aufnehmen von Tinte 32, das
durch den Ausstoßabschnitt 30 zum
Ausstoßen
von Tinte verwendet wird. Während
der Tintenstrahldruckkopf 24 Tinte ausstößt oder
die Tinte 32, die in dem Gehäuse 28 gespeichert ist,
aufbraucht, füllt
der Tintenbehälter 12 den
Druckkopf 24 nach. Ein Tintenvolumen, das in dem Tintenvorrat 12 enthalten
ist, ist typischerweise wesentlich größer als ein Volumen eines Tintenbehälters in
dem Gehäuse 28.
Daher ist der Tintenbehälter 12 ein Haupttintenvorrat
für den
Druckkopf 24.
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Der
Tintenbehälter 12 umfasst
ein Reservoir 34 mit einem Fluidauslass 36 und
einem Lufteinlass 38. In dem Reservoir 34 ist
ein Netzwerk von Fasern angeordnet, die wärmegebunden sind an Kontaktpunkten,
um ein Kapillarspeicherbauglied 40 zu definieren. Das Kapillarspeicherbauglied 40 führt mehrere
wichtige Funktionen in dem Tintenstrahldrucksystem 10 durch.
Das Kapillarspeicherbauglied 40 muss ausreichend Kapillarität aufweisen,
um Tinte zu halten, um Tintenaustreten von dem Reservoir 34 während des
Einfügens
und der Entfernung des Tintenbehälters 12 von
dem Drucksystem 10 zu verhindern. Diese Kapillarkraft muss
ausreichend groß sein,
um Tintenaustreten von dem Tintenreservoir 34 über eine
große
Vielfalt von Umgebungsbedingungen zu verhindern, wie z. B. Temperatur-
und Druckänderungen.
Die Kapillarkraft sollte ausreichend sein, um Tinte für alle Ausrichtungen
des Reservoirs 34 in dem Tintenbehälter 12 zu halten,
auch bei Stößen und
Erschütterungen,
die der Tintenbehälter 12 während der
Handhabung erfahren kann.
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Sobald
der Tintenbehälter 12 in
das Drucksystem 10 eingebaut ist und, durch eine Fluidverbindung 26 fluidisch
mit dem Druckkopf gekoppelt ist, sollte es das Kapillarspeicherbauglied 40 ermöglichen,
dass Tinte- von dem Tintenbehälter 12 zu
dem Tintenstrahldruckkopf 24 fließt. Während der Tintenstrahldruckkopf 24 Tinte
von dem Ausstoßabschnitt 30 ausstößt, wird
in dem Druckkopf 24 ein negativer Überdruck, der manchmal als
ein Gegendruck bezeichnet wird, erzeugt. Dieser negative Überdruck
in dem Druckkopf 24 sollte ausreichend sein, um die Kapillarkraft
zu überwinden,
die Tinte in dem Kapillarbauglied 40 hält, um es dadurch Tinte zu
ermöglichen,
von dem Tintenbehälter 12 in
den Druckkopf 24 zu fließen, bis ein Gleichgewicht
erreicht ist. Sobald ein Gleichgewicht erreicht ist und der Überdruck
in dem Druckkopf 24 gleich der Kapillarkraft ist, die Tinte
in dem Tintenbehälter 12 hält, fließt keine
Tinte mehr von dem Tintenbehälter 12 zu
dem Druckkopf 24. Der Überdruck
in dem Druckkopf 24 hängt
allgemein von der Geschwindigkeit des Tintenausstoßes von
dem Tintenausstoßabschnitt 30 ab.
Während sich
die Druckgeschwindigkeit oder Tintenausstoßgeschwindigkeit erhöht, wird
der Überdruck
in dem Druckkopf negativer, was bewirkt, dass Tinte mit einer höheren Geschwindigkeit
von dem Tintenbehälter 12 zu
dem Druckkopf 24 fließt.
Bei einem bevorzugten Tintenstrahldrucksystem 10 erzeugt
der Druckkopf 24 einen maximalen Gegendruck, der gleich 10 Zoll
Wasser ist, oder einen negativen Überdruck, der gleich 10 Zoll
Wasser ist.
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In
dem Druckkopf 24 kann ein Regelungsgerät enthalten sein, für den Ausgleich
von Umgebungsänderungen,
wie z. B. Temperatur- und Druckschwankungen. Falls diese Schwankungen
nicht ausgeglichen werden, dann kann ungesteuertes Austreten von
Tinte von dem Druckkopfausstoßabschnitt 30 auftreten.
Bei einigen Konfigurationen des Drucksystems 10 umfasst
der Druckkopf 24 kein Regelungsgerät, statt dessen wird das Kapillarbauglied 40 verwendet,
um in dem Druckkopf 24 einen negativen Gegendruck über normalen
Druck und Temperaturabweichungen beizubehalten. Die Kapillarkraft des
Kapillarbauglieds 40 neigt dazu, Tinte zurück zu dem
Kapillarbauglied zu ziehen, wodurch ein leichter negativer Gegendruck
in dem Druckkopf 24 erzeugt wird. Dieser leichte negative
Gegendruck neigt dazu, zu verhindern, dass Tinte während Änderungen
in Umgebungsbedingungen, wie z. B. Druckänderungen und Temperaturänderungen,
von dem Ausstoßabschnitt 30 austritt
oder ausläuft.
Das Kapillarbauglied 90 sollte ausreichend Gegendruck oder
negativen Überdruck in
dem Druckkopf 24 liefern, um während normalen Lagerungs- und Betriebsbedingungen Auslaufen
zu verhindern.
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Das
Ausführungsbeispiel
in 2 zeigt einen Tintenbehälter 12 und einen
Druckkopf 24, die jeweils getrennt austauschbar sind. Der
Tintenbehälter 12 wird
ausgetauscht, wenn er aufgebraucht ist, und der Druckkopf 24 wird
am Ende der Lebensdauer ausgetauscht. Das Verfahren und die Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung ist auch anwendbar auf Tintenstrahldrucksysteme 10 mit
anderen Konfigurationen als denjenigen, die in 2 gezeigt
sind. Beispielsweise können
der Tintenbehälter 12 und
der Druckkopf 24 in einer einzigen Druckkassette integriert
sein. Die Druckkassette, die den Tintenbehälter 12 und den Druckkopf 24 umfasst,
wird dann ausgetauscht, wenn die Tinte in der Kassette aufgebraucht ist.
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Der
Tintenbehälter 12 und
Druckkopf 24, die in 2 gezeigt
sind, enthalten Tinte einer einzigen Farbe. Alternativ kann der
Tintenbehälter 12 in
drei getrennte Kammern unterteilt sein, wobei jede Kammer Tinte
einer anderen Farbe enthält.
In diesem Fall sind drei Druckköpfe 24 erforderlich,
wobei jeder Druckkopf mit einer anderen Kammer in dem Tintenbehälter 12 in
Fluidkommunikation ist. Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich, wie
z. B. mehr oder weniger Kammern, die dem Tintenbehälter 12 zugeordnet
sind, sowie die Unterteilung des Druckkopfs und Liefern von getrennten
Tintenfarben an unterschiedliche Partitionierungen des Druckkopfs
oder des Ausstoßabschnitts 30.
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3 ist
eine auseinandergezogene Ansicht des in 2 gezeigten
Tintenbehälters 12.
Der Tintenbehälter 12 umfasst
einen Tintenreservoirabschnitt 34, das Kapillarbauglied 40 und
einen Deckel 42 mit einem Lufteinlass 38 zum Ermöglichen
des Eintritts von Luft in das Tintenreservoir 34. Das Kapillarbauglied 40 wird
in das Tintenreservoir 34 eingefügt. Das Reservoir 34 wird
mit Tinte gefüllt,
wie es nachfolgend mit Bezugnahme auf 7 näher erörtert wird,
und der Deckel 42 wird auf das Tintenreservoir 34 platziert,
um das Reservoir abzudichten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist jede der Höhen-,
Breiten- und Längenabmessungen,
die durch H, W bzw. L angezeigt sind, größer als 25,4 mm (ein Zoll),
um einen Tintenbehälter 12 mit
hoher Kapazität
zu liefern.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Kapillarbauglied 40 der vorliegenden Erfindung aus
einem Netzwerk von Fasern gebildet, die an Kontaktpunkten wärmegebunden
sind. Diese Fasern sind vorzugsweise aus einer Bikomponentenfaser
gebildet, die eine Umhüllung
aufweist, die aus Polyester gebildet ist, wie z. B. Polyethylenterephthalat
(PET), oder ein Copolymer davon und ein Kernmaterial, das aus kostengünstigem
Thermokunststoffpolymer mit geringer Schrumpfung und hoher Stärke gebildet
ist, vorzugsweise Polypropylen oder Polybutylenterephthalat.
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Das
Netzwerk von Fasern wird vorzugsweise unter Verwendung eines Meltblown-
oder Schmelzblas-Faserprozesses gebildet. Für einen solchen Meltblown-Faserprozess
kann es wünschenswert sein,
einen Kernprozess mit einem Schmelzindex auszuwählen, der ähnlich ist wie der Schmelzindex des
Umhüllungspolymers.
Bei der Verwendung eines solchen Meltblown-Faserprozesses ist es die Hauptanforderung
an das Kernmaterial, dass dasselbe kristallisiert ist, wenn es extrudiert
wird, oder während
des Meltblown-Prozesses kristallisierbar ist. Daher können auch
andere stark kristalline Thermokunststoffpolymere, wie z. B. hoch-dichtes
Polyethylenterephthalat, sowie Polyamide, wie z. B. Nylon und Nylon 66,
ebenfalls verwendet werden. Polypropylen ist ein bevorzugtes Kernmaterial
aufgrund seiner geringen Kosten und leichten Verarbeitbarkeit. Außerdem liefert
die Verwendung eines Polypropylen-Kernmaterials eine Kernstärke, die
die Herstellung von feinen Fasern unter Verwendung verschiedener
Meltblow-Techniken ermöglicht.
Das Kernmaterial sollte in der Lage sein, auch eine Verbindung mit
dem Umhüllungsmaterial
zu bilden.
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4B ist
eine stark vereinfachte Darstellung des Netzwerks von Fasern, die
das Kapillarbauglied 40 bilden, das stark vergrößert auseinandergezogen über die
Linien 4A-4A des in 4A gezeigten Kapillarbauglieds 40 gezeigt
ist. Das Kapillarbauglied 40 besteht aus einem Netzwerk
von Fasern, wobei jede einzelne Faser 46 an Kontaktpunkten
mit anderen Fasern wärmegebunden
oder wärmegeschmolzen
ist. Das Netzwerk von Fasern 46, die das Kapillarbauglied 40 bilden,
kann aus einer einzelnen Faser 46 gebildet sein, die um
sich selbst gewickelt ist, oder aus einer Mehrzahl von Fasern 46 gebildet
sein. Das Netzwerk von Fasern bildet eine unabhängige Struktur mit einer allgemeinen
Faserausrichtung, die durch den Pfeil 44 dargestellt ist.
Die unabhängige
Struktur, die durch das Netzwerk von Fasern 46 definiert
ist, definiert Abstände
oder Zwischenräume
zwischen den Fasern 46, die einen gewundenen Zwischengitterweg
bilden. Dieser Zwischengitterweg ist gebildet, um hervorragende
Kapillareigenschaften zum Halten von Tinte in dem Kapillarbauglied 40 aufzuweisen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
das Kapillarbauglied 40 gebildet unter Verwendung eines
Schmelzblasprozesses, wobei die einzelnen Fasern 46 wärmegebunden
oder zusammengeschmolzen werden, um sich innerhalb des Netzwerks von
Fasern an verschiedenen Kontaktpunkten zu verbinden. Dieses Netzwerk
von Fasern, wenn es durch einen Chip geführt wird und gekühlt wird,
härtet sich,
um eine unabhängige
dreidimensionale Struktur zu bilden.
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5A stellt
einen Querschnitt über
die Linien 5A-5A in 4 dar, um einen
Querschnitt einer einzelnen Faser 46 darzustellen. Jede
einzelne Faser 46 ist eine Bikomponentenfaser, die einen
Kern 50 und eine Umhüllung 52 aufweist.
Die Größe der Faser 46 und
der relative Abschnitt der Umhüllung 52 und
des Kerns 50 wurden stark übertrieben, um die Darstellung
klarer zu machen. Das Kernmaterial umfasst vorzugsweise zumindest
30 und bis zu 90 Gewichtsprozent des Gesamtfaserinhalts. Bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat jede einzelne Faser 46 im Durchschnitt einen Durchmesser
von 12 Mikrometer oder weniger.
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5B stellt
eine alternative Faser 46 dar, die ähnlich zu der in 5A gezeigten
Faser ist, außer,
dass die Faser 46 in 5B anstatt
eines kreisförmigen
Querschnitts einen kreuz- oder x-förmigen Querschnitt aufweist.
Die in 5B gezeigte Faser 46 hat
einen nicht runden oder kreuzförmigen
Kern 50 und eine Umhüllung 52,
die das Kernmaterial 50 vollständig bedecken. Verschiedene
andere alternative Querschnitte können ebenfalls verwendet werden,
wie z. B. eine tri-lobal- oder y-förmige Faser, oder eine H-förmige Querschnittsfaser,
um nur einige zu nennen. Die Verwendung von nicht runden Fasern führt zu einem
erhöhten
Oberflächenbereich
an der faserigen Oberfläche.
Der Kapillardruck und das Absorptionsvermögen des Netzwerks von Fasern 40 ist in
direkter Proportion zu der benetzbaren Faseroberfläche erhöht. Daher
neigt die Verwendung von nicht runden Fasern dazu, den Kapillardruck
und das Absorptionsvermögen
des Kapillarbauglieds 40 zu erhöhen.
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Ein
weiteres Verfahren zum Verbessern des Kapillardrucks und des Absorptionsvermögens ist das
Reduzieren eines Durchmessers der Faser 46. Mit einer konstanten
Fasermassendichte oder -gewicht verbessert die Verwendung kleiner
Fasern 46 den Oberflächenbereich
der Faser. Kleinere Fasern 46 neigen dazu, eine einheitlichere
Haltekraft zu liefern. Durch Ändern
des Durchmessers der Faser 46 sowie durch Ändern der
Form der Faser 46 kann daher der gewünschte Kapillardruck für das Drucksystem 10 erreicht
werden.
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6 stellt
das Wärmeschmelzen
oder Wärmeverbinden
einzelner Fasern 46 dar. 6 ist ein Querschnitt
entlang der Linien 66 an einem Kontaktpunkt zwischen zwei
einzelnen Fasern. Jede einzelne Faser 46 hat einen Kern 50 und
eine Umhüllung 52.
An einem Kontaktpunkt zwischen den beiden Fasern 46 wird
das Umhüllungsmaterial 52 zusammengeschmolzen
oder verbunden mit dem Umhüllungsmaterial
der benachbarten Faser 46. Das Verschmelzen einzelner Fasern
wird ohne die Verwendung von Haftmitteln oder Bindemitteln erreicht.
Ferner werden einzelne Fasern 46 zusammengehalten, ohne
eine Halteeinrichtung zu erfordern, wodurch eine unabhängige Struktur
gebildet wird.
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7 ist
eine schematische Darstellung des Prozesses zum Füllen von
Tinte in den Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung. Der Tintenbehälter 12 ist mit dem
Kapillarbauglied 40 in das Reservoir 34 eingefügt gezeigt.
Der Deckel 42 ist entfernt gezeigt. Tinte wird durch einen
Tintenbehälter 54 mit
einem darin enthaltenen Tintenvorrat 56 an das Reservoir 34 geliefert.
Eine Fluidleitung 58 ermöglicht es, dass Tinte von dem
Tintenvorrat 54 in das Reservoir 34 fließt. Während Tinte
in das Reservoir fließt,
wird Tinte durch die Kapillarität
dieses Netzwerks von Fasern in die Zwischenräume 48 zwischen Fasern 46 des
Netzwerks von Fasern 40 gezogen. Sobald das Kapillarbauglied 40 nicht
mehr in der Lage ist, Tinte zu absorbieren, endet der Tintenfluss
von dem Tintenbehälter 54.
Der Deckel 42 wird dann auf das Tintenreservoir 34 platziert.
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Obwohl
das Verfahren zum Füllen
des Tintenreservoirs 34 ohne den Deckel 42 erreicht
wird, wie es in 7 gezeigt ist, kann das Reservoir 34 auch
auf andere Weisen gefüllt
werden. Beispielsweise kann das Reservoir alternativ mit dem Deckel 42 in
Position gefüllt
werden, und Tinte wird von dem Tintenvorrat 54 durch den
Luftauslass von dem Deckel 42 und in das Reservoir geliefert.
Alternativ kann das Reservoir 34 umgekehrt sein, und Tinte
kann von dem Tintenvorrat 54 durch den Fluidauslass 36 und in
das Tintenreservoir 34 gefüllt werden. Sobald dieselbe
in dem Reservoir 34 ist, wird Tinte durch das Kapillarbauglied 40 absorbiert.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann während des anfänglichen
Füllens
des Tintenreservoirs 34 zum Zeitpunkt der Herstellung verwendet
werden, als ein Verfahren zum Nachfüllen des Tintenbehälters 12,
sobald die Tinte aufgebraucht ist.
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Die
Verwendung des Kapillarmaterials 40 der vorliegenden Erfindung,
das vorzugsweise eine Bikomponentenfaser mit einem Polypropylenkern und
einer Polyethylenterephthalat-Umhüllung ist, vereinfacht
den Prozess des Füllens
des Tintenbehälters
erheblich. Das Kapillarmaterial 40 der vorliegenden Erfindung
ist hydrophiler als der Polyuhrethanschaum, der vorher als absorbierendes
Material in thermischen Tintenstrahlstiften verwendet wurde, wie
denjenigen, die in dem U.S.-Patent Nr. 4,771,295, an Baker u. a.,
offenbart sind, mit dem Titel „Thermal
Inkjet Pen Body Construction Having Improved Ink Storage and Feed
Capability", erteilt
am 13. September 1988, und der Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen.
Polyuhrethanschaum hat in seinem unbehandelten Zustand einen großen Tintenkontaktwinkel
und macht es daher schwierig, Tintenbehälter mit Polyuhrethanschaum
in denselben zu füllen,
ohne aufwändige
und zeitaufwändige Schritte
zu verwenden, wie z. B. Vakuumfüllen,
um den Schaum zu benetzen. Polyuhrethanschaum kann behandelt werden,
um den Tintenkontaktwinkel zu verbessern oder zu reduzieren; diese
Behandlung neigt jedoch zusätzlich
zu dem Erhöhen
der Herstellungskosten und Komplexität dazu, Unreinheiten in die
Tinte einzufügen,
die dazu neigen, die Druckkopflebensdauer zu reduzieren oder die
Druckkopfqualität
zu reduzieren. Die Verwendung des Kapillarbauglieds 40 der
vorliegenden Erfindung hat einen relativ niedrigen Tintenkontaktwinkel,
und ermöglicht
es, dass Tinte ohne weiteres in dem Kapillarbauglied 40 absorbiert
wird, ohne die Behandlung des Kapillarbauglieds 40 zu erfordern.
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8 zeigt
das Tintenstrahldrucksystem 10 der vorliegenden Erfindung
beim Betrieb. Wenn der Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung ordnungsgemäß in das Tintenstrahldrucksystem 10 installiert
ist, wird eine Fluidkopplung zwischen dem Tintenbehälter 12 und
dem Tintenstrahldruckkopf 24 durch eine Fluidleitung 26 eingerichtet.
Die selective Aktivierung des Tropfenausstoßabschnitts 30 zum Ausstoßen von
Tinte erzeugt einen negativen Überdruck
in dem Tintenstrahldruckkopf 24. Dieser negative Überdruck
zieht Tinte, die in den Zwischenräumen zwischen den Fasern 46 gehalten
wird, in das Kapillarspeicherbauglied 40. Tinte, die durch
den Tintenbehälter 12 an
den Tintenstrahldruckkopf 24 geliefert wird, füllt den
Tintenstrahldruckkopf 24 nach. Während Tinte das Reservoir durch
den Fluidauslass 36 verlässt, dringt Luft durch ein
Lüftungsloch 38 ein, um
ein Tintenvolumen zu ersetzen und verlässt das Reservoir 34,
und verhindert dadurch den Aufbau eines negativen Drucks oder negativen Überdrucks
in dem Reservoir 34.
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Der
Tintenbehälter 12 der
vorliegenden Erfindung verwendet eine relativ kostengünstige Bikomponentenfaser 46,
die vorzugsweise aus einem Polypropylenkern und einer Polyethylenterephthalatumhüllung besteht.
Einzelne Fasern sind an Kontaktpunkten wärmegebunden, um eine freistehende Struktur
zu bilden, die gute Kapillareigenschaften aufweist. Das Material
der Faser 46 ist gewählt,
um natürlich
hydrophilisch zu sein für
Tintenstrahltinten. Das Material der bestimmten Faser 46 wird
gewählt, um
eine Oberflächenenergie
aufzuweisen, die größer ist
als eine Oberflächenspannung
der Tintenstrahltinten. Die Verwendung eines natürlich hydrophilen Kapillarspeicherbauglieds 40 ermöglicht schnelleres Tintenfüllen des
Reservoirs 34, ohne spezielle Vakuumfülltechniken zu erfordern, die
häufig
bei weniger hydrophilen Materialien verwendet werden, wie z. B. Polyuhrethanschaum.
Materialien, die weniger hydrophil sind, erfordern häufig, dass
oberflächenaktive Mittel
zu der Tinte hinzugefügt
werden, oder eine Behandlung des Kapillarspeicherbauglieds, um die
Benetzbarkeit oder Hydrophilie zu verbessern. Die oberflächenaktiven
Mittel neigen dazu, die Tintenzusammensetzung von ihrer optimalen
Zusammensetzung zu ändern.
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Außerdem ist
das Material der Faser 46, das für das Kapillarspeicherbauglied 40 ausgewählt ist, weniger
reaktiv gegenüber
Tintenstrahltinten als andere Materialien, die häufig bei dieser Anwendung verwendet
werden. In dem Fall, wo Tintenkomponenten auf das Kapillarspeicherbauglied
reagieren, unterscheidet sich die Tinte, die anfangs in den Schaum gebracht
wird, von der Tinte, die von dem Schaum entfernt wird, um den Druckkopf 24 nachzufüllen. Diese
Verunreinigung der Tinte neigt dazu, zu reduzierter Druckkopflebensdauer
und niedrigerer Druckqualität
zu führen.
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Schließlich verwendet
das Kapillarspeicherbauglied der vorliegenden Erfindung Extrudierpolymere,
die geringere Herstellungskosten haben als Schaumtypreservoirs.
Außerdem
sind diese Extrudierpolymere umweltfreundlicher und verbrauchen weniger
Energie für
die Herstellung als die vorher verwendeten Schaumtypspeicherbauglieder.