-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren des
Drucks einer Tintenpatrone sowie eine Vorrichtung zu deren Druckregelung.
In weiterem Detail ist die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung
zur Druckregelung, die von einem porösen Filter Gebrauch macht,
der in einer Aufnahmekammer als eine Vorrichtung zur Druckregelung
installiert ist, um den Gegendruck in der Tintenpatrone zu regulieren,
sowie auf das Verfahren zur Druckregelung unter Verwendung dieser
Vorrichtung gerichtet.
-
Derzeit
ist der Tintenstrahldrucker zu einem unverzichtbaren Peripheriegerät zum Drucken
für einen
Personal Computer (oder PC) geworden. Hinsichtlich der Komponenten
eines Tintenstrahldruckers ist die Tintenpatrone zweifelsohne der
wichtigste Verbrauchsgegenstand des Tintenstrahldruckers. Mit der
Absicht, für
die Tintenpatrone einen optimalen Zustand zu erreichen und das Auslecken
von Tinte während
des Druckens zu verhindern, muss der interne Mechanismus zur Druckregelung
ein fein abgestimmtes Verhalten beibehalten, so dass der Gegendruck
der Tintenpatrone auf einem stabilen Pegel gehalten werden kann.
Dadurch kann während
des Betriebs ein konstantes Volumen an Tinte geliefert werden. Wenn
andererseits der Gegendruck der Tintenpatrone nicht auf einem stabilen
Pegel gehalten werden kann, dann ist es wahrscheinlich, dass die
Tinte aus dem Druckkopf herausleckt oder nicht korrekt ausgestoßen wird,
und folglich wird die Lebensdauer der Tintenpatrone verkürzt.
-
Die
EP 1 199 176 A1 betrifft
eine Vorrichtung zur Steuerung des internen Unterdrucks eines Tintenbehälters, der
in einer Tintenstrahl-Druckvorrichtung verwendet wird. Die Vorrichtung
beinhaltet ein hohles Rohr, das in einem Inneren des Tintenbehälters angeordnet
ist, sowie ein Aufnahmebauteil, das mit dem hohlem Rohr verbunden
ist, um darin Tinte des Behälters
aufzunehmen, um zu verhindern, dass atmosphärische Luft in das Innere des
Tintenbehälters
eintritt, wenn der Tintenbehälter
umgedreht angeordnet ist.
-
Das
U.S. Patent Nr. 5,409,134 (Cowger et al.) beschäftigt sich oberflächlich mit
dem Thema des Gegendrucks, wobei hier mit "Gegendruck" ein teilweises Vakuum in der Tintenpatrone
oder der Druck gemeint ist, der etwas kleiner ist als der externe
atmosphärische
Druck der Tintenpatrone. Der Gegendruck kann ermöglichen, dass die Tinte in
der Tintenpatrone bei einem stabilem Zustand gehalten und die Strömung der
Tinte durch den Tintenkopf behindert wird, wenn der Druck inaktiv
ist. Außerdem
kann durch den Gegendruck ermöglicht
werden, dass die Tinte sanft ausgestoßen wird, wenn der Druckkopf aktiv
ist. Die Einrichtung zur Blasenerzeugung, wie sie in diesem Beispiel
offenbart ist, beinhaltet eine Öffnung,
die sich von der Aussparung in der Bodenwand des Gehäuses der
Tintenpatrone erstreckt, um mit dem Äußeren zu kommunizieren, um
durch die Öffnung
externe Luft in die Tintenpatrone einzuleiten, um den Gegendruck
der Tintenpatrone aufrecht zu erhalten.
-
Die
Mechanismen zur Druckregelung bei anderen Tintenpatronen unterscheiden
sich voneinander. Ein Beispiel von einem solchem Mechanismus zur
Druckregelung ist im U.S. Patent Nr. 4,931,811 (Cowger et al.) offenbart,
der auch in 1 der vorliegenden Erfindung
gezeigt ist. Der Mechanismus zur Druckregelung aus 1 ist
im wesentlichem durch das Befüllen
der Tintenpatrone mit einem porösem
Material (Schaumstoffschwamm) realisiert, das eine starke Fähigkeit
zum Absorbieren von Tinte hat, um Tinte zu speichern, und an die Belüftung 12 an der
Oberseite der Tintenpatrone 11 angepasst ist, um die Funktion
der Regelung des Unterdrucks für
die Tintenpatrone zu erreichen. Trotzdem ist der Mechanismus zur
Druckregelung in 1 nachteilig, da das poröse Material
eine starke Fähigkeit
zum Absorbieren von Tinte hat, wodurch eine bestimmte Menge an Tinte
in dem porösen
Material verbleibt, wenn die Tinte in der Patrone nahezu aufgebraucht
ist, wodurch unsichtbar eine Verschwendung an Tinte bewirkt wird.
-
Wie
in 2 gezeigt, wird der Unterdruck der Tintenpatrone 21 durch
ein Rohr 20 zur Regelung des Unterdrucks reguliert. Das
Rohr 20 zur Regelung des Unterdrucks beinhaltet lokal Lüftungsöffnungen, die
die kapillare Wirkung verwenden, um den Gegendruck in der Tintenpatrone 21 zu
regulieren und um dadurch die Funktion des Regulierens des Unterdrucks
zu erreichen. Ein solcher Mechanismus zum Regulieren des Drucks
kann auch im U.S. Patent Nr. 5,801,737 (Sato et al.) gesehen werden.
Die Technik zum Regulieren des Drucks, wie sie in diesem Beispiel
verwendet wird, ist relativ kompliziert, und der Mechanismus zum
Regulieren des Drucks, wie er hier offenbart ist, beinhaltet nicht
nur Kapillare, sondern enthält
auch eine große
Anzahl an Komponenten, um zu ermöglichen,
dass die Luft dünne
Schichten durchdringt.
-
3(a) und 3(b) zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Mechanismus zum Regulieren des Drucks unter Verwendung kapillarer
Wirkung, um den Druck der Tintenpatrone zu regeln. Der Mechanismus
zum Regulieren des Drucks, wie in 3(a) und 3(b) gezeigt, ist auch aus den U.S. Patenten Nr.
5,600,358 und Nr. 5,526,030 bekannt. Die Technik zum Regulieren
des Drucks gemäß dem Mechanismus
zum Regulieren des Drucks aus 3(a) und 3(b) besteht darin, eine konische Öffnung 31 am
Boden der Tintenpatrone 21 vorzusehen. Eine Anzahl von
Rippen ist an der Öffnung 31 vorgesehen,
um die Kugel 30 zu halten, und zwischen der Öffnung 31 und
der Kugel 30 sind Spalte vorgesehen. Die Spalte bilden
dann kapillare Lüftungsöffnungen.
Die Kugel 30 ist in der Lage, die leckende Tinte mit Hilfe
der kapillaren Wirkung aufzunehmen und die Feuchtigkeit der Lüftungsöffnungen zu
halten.
-
Als
ein Teil des einschlägigen
Standes der Technik hinsichtlich der vorliegenden Erfindung ist eine
Tintenstrahlpatrone bekannt, die ein hohles Rohr mit einer ersten Öffnung,
die an einer Kappe von einem Gehäuse
befestigt ist, und einer zweiten Öffnung aufweist, die am Boden
des Inneren des Gehäuses
angeordnet ist. Für
dieses Beispiel ist charakteristisch, dass die zweite Öffnung einen
kleineren Querschnitt als die erste Öffnung hat. Auf diese Weise
wird der Druck im Inneren des Gehäuses durch eine kapillare Wirkung
der Tinte reguliert, die in der zweiten Öffnung enthalten ist. Jedoch
wird durch dieses Beispiel nicht die Art und Weise der Verwendung einer
Aufnahmekammer gelehrt, die mit Filtermaterial gefüllt ist,
wie zum Beispiel poröses
Material oder Fasermaterial, um den Druck in der Tintenpatrone zu
regulieren.
-
Ein
weiteres Beispiel, das für
die vorliegende Erfindung relevant ist, beschreibt ein Aufnahmebauteil,
das mit einer Öffnung
von einem hohlen Rohr verbunden ist, um darin Tinte des Behälters aufzunehmen,
wobei das Aufnahmebauteil aus einem Material hergestellt ist, das
eine höhere
Nasshafteigenschaft hat als das hohle Rohr.
-
Zusammenfassend
wird bei beiden Techniken zur Druckregelung aus 2 und 3 die kapillare Wirkung verwendet, um den
Unterdruck der Tintenpatrone zu regulieren. Wenn der interne Druck
der Tintenpatrone abfällt,
dann wird Luft durch die Kapillare zu der Tintenpatrone geleitet,
um den Druck in der Tintenpatrone auf einen stabilen Zustand anzuheben.
Wenn der innere Druck der Tintenpatrone angestiegen ist, dann kann
die Tinte aus der Patrone oder in kapillare Öffnungen strömen. Wenn
jedoch der innere Druck der Tintenpatrone erneut abfällt, dann
wird durch die Druckdifferenz und die Kapillarität ermöglicht, dass die Tinte zurück in die
Tintenpatrone gesaugt wird.
-
Obwohl,
hinsichtlich der beiden vorstehend erläuterten Typen von Mechanismen
zur Druckregelung für
die Tintenpatrone, der Herstellungsprozess des ersten Typs von Mechanismus
zur Druckregulierung recht einfach ist, sinkt der Tinteninhalt der
Tintenpatrone jedoch, da das poröse
Material eine große
Menge an Platz einnimmt. Der zweite Typ von Mechanismus zur Druckregelung
hat eine recht komplizierte Struktur, kann jedoch vollständig den
Raum in der Tintenpatrone verwenden. Insgesamt benötigen die
beiden Typen von Mechanismen zur Druckregelung sehr präzise Herstellungsschritte,
um die gekrümmten
Bauteile und die konischen Säulen
mit kapillaren Öffnungen
herzustellen, um die Kapillare zu bilden. Auf diese Weise führt der
Mechanismus zur Druckregelung gemäß Stand der Technik zu einem komplizierten
Montageprozess, einer geringen Ausbeute und zu hohen Kosten.
-
Um
die Nachteile der Mechanismen zur Druckregelung gemäß Stand
der Technik für
Tintenpatronen zu überwinden,
wird ein Mechanismus zur Druckregelung für eine Tintenpatrone mit einer
einfachen Struktur und einfach herzustellenden Merkmalen gefordert.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Regulieren des Drucks einer Tintenpatrone sowie eine Vorrichtung zur
Druckregelung hierfür
zur Verfügung
zu stellen, wobei ein Filter durch eine Hülse teleskopartig gehalten
und mit einem Ende von einer Leitung verbunden ist, die ein weiteres
Ende hat, das mit dem Äußeren der
Tintenpatrone verbunden ist. Mit Hilfe von Fasern, die mit gleichmäßiger Dichte
angeordnet sind, wird eine kapillare Wirkung des Filters erzeugt,
um zu ermöglichen,
dass der Filter die Fähigkeiten
hat, Tinte aufzunehmen und Luft durch die Leitung in die Tintenpatrone
zu liefern. Der Unterdruck in der Tintenpatrone kann bei einem besten
Gleichgewichtszustand gehalten werden, und die Tintenpatrone wird
in einen optimalen Tintenzuführzustand
gehalten.
-
Aus
den obigen Erläuterungen
ist bekannt, dass die vorliegende Erfindung durch die Verwendung
eines porösen
Filters als die Druck regulierende Komponente gekennzeichnet ist,
um den ausgeklügelten
Herstellungsprozess und die Verarbeitungsschritte zu vereinfachen.
Der poröse
Filter kann aus Bündeln
des Fasermaterials hergestellt sein, und vorzugsweise sind die Fasermaterialien
aus einem Polymer hergestellt, das Polypropylen und Polyethylen
oder ähnliches
enthält,
das eine Dichte von 0,01 g/cm3 bis 0,8 g/cm3 hat und basierend auf der physikalischen
Eigenschaft von Tinte-Absorption ausgewählt ist. Wenn der Filter aus
Fasern hergestellt ist, dann sind diese in axialer Richtung angeordnet,
um eine nicht-adäquate
Luftzufuhr zu verhindern. Noch bevorzugter enthält der Filter mehrere zehn
Bündel aus
Fasermaterial mit einem Querschnittsdurchmesser von 2,0 mm bis 9,0
mm.
-
Um
zu ermöglichen,
dass der Filter mit der Leitung verbunden werden kann, um eine insgesamt kapillare
Wirkung zu erzeugen, ist der Filter teleskopartig durch eine Hülse gehalten,
die teleskopartig mit der Leitung verbunden ist. Vorzugsweise ist
die Hülse aus
einem elastischen Material hergestellt, wie zum Beispiel Gummi,
Silika-Gel, usw. Bei einer Ausgestaltung hat die Hülse einen
hohlen Bereich mit einem graduell schrumpfenden Bereich und einem
rohrförmigen
Bereich. Am Querschnitt des graduell schrumpfenden Bereichs ist
eine Öffnung
vorgesehen, um teleskopartig mit der Leitung verbunden zu werden.
Am Querschnitt des rohrförmigen
Bereichs ist eine weitere Öffnung
vorgesehen, um den Filter teleskopartig aufnehmen zu können. Der
rohrförmige Bereich
ist etwas länger
als der Filter, um so den gesamten Filter aufnehmen zu können. Der
Filter ist durch die Hülse
umgeben, so dass die Tinte gleichmäßig in den Filter strömen kann.
Die beiden Öffnungen
der Hülse
sind fest mit den Bauteilen gekoppelt, um teleskopartig bewegt werden
zu können,
wie zum Beispiel Leitung und Filter, so dass die Leitung, die Hülse und
der Filter fest verbunden sind.
-
Nun
werden die vorstehend erläuterten
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung durch
die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher verdeutlicht,
in denen:
-
1 ein
poröses
Material zur Druckregulierung gemäß Stand der Technik zeigt;
-
2 einen
Mechanismus zur Druckregulierung gemäß Stand der Technik unter Verwendung von
Kapillaren zeigt, um den Unterdruck der Tintenpatrone zu regulieren;
-
3(a) und 3(b) Mechanismen
zur Druckregelung gemäß Stand
der Technik zeigen, und zwar unter Verwendung einer konischen Öffnung und einer
Kugel, um den Unterdruck der Tintenpatrone zu regulieren;
-
4(a) ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mechanismus
zur Druckregelung der vorliegenden Erfindung darstellt und 4(b) eine vergrößerte Darstellung des Bereichs "A" darstellt, der in 4(a) angegeben ist;
-
5 eine
kubische Ansicht ist, die den Filter des Mechanismus zur Druckregelung
gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
6 eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung des Mechanismus zur Druckregelung
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Es
wird nun auf 4 Bezug genommen, in der
eine Ausgestaltung des Mechanismus zur Druckregelung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Tintenpatrone 50 aufweist, die ein Gehäuse, eine Kappe
und Tintenauslässe
hat. Die Kappe und die Tintenzuführungen
sind jeweils mit der Oberseite und der gegenüberliegenden Unterseite des
Gehäuses integriert.
Die Kappe ist mit einem Öffnungsbereich versehen
und steht mit dem Äußeren der
Tintenpatrone 50 in Verbindung. Im Inneren ist die Tintenpatrone 50 mit
einem Mechanismus zur Druckregelung versehen, der eine Leitung 60,
eine Hülse 66 und
einen Filter 70 aufweist. Die Leitung 60 ist ein
Röhrchen
mit einer ersten Öffnung 601 sowie
einer zweiten Öffnung 602 und
mit einem Innendruchmesser von 0,4 mm bis 3,0 mm. Der Bereich der
Leitung 60 in der Nähe
der zweiten Öffnung 602 ist
gekrümmt um
den Boden der Tintenpatrone 50 herumgeführt. Der gekrümmte, quer
verlaufende, rohrförmige
Bereich der Leitung 60 ermöglicht es, die ausgeleckte Tinte
aufzunehmen, und ein stabiler Gegendruck kann auch dann beibehalten
werden, wenn die Tinte annähernd
aufgebraucht ist. Die erste Öffnung 601 ist
mit der oberen Öffnung 52 der
Tintenpatrone 50 verbunden, um die Außenluft so zu leiten, um in
die Leitung 60 und durch den Filter 70 in die
Tintenpatrone 50 zu strömen,
und der Gegendruck der Tintenpatrone 50 wird durch die
einströmende
Luft reguliert. Die untere Öffnung
der Leitung 60 ist mit einer Hülse verbunden, die teleskopartig
mit einem Filter 70 gekoppelt ist. Um der Korrosion durch
die Tinte zu widerstehen, kann die Leitung 60 aus Edelstahl
oder aus einem anderen Kunststoffmaterial hergestellt sein, das
antikorrosive Eigenschaften hat. Die Leitung 60 kann nicht
nur mit dem Filter und der äußeren Atmosphäre verbunden
sein, sondern sie kann auch die Feuchtigkeit halten, um die schnelle
Verflüchtigung
der Tinte in dem Filter 70 zu verhindern. Außerdem,
wenn sich der Druck in Folge verschiedener Umweltfaktoren ändert, hat
die Leitung die Fähigkeit, leckende
Tinte zu speichern, um eine Druckänderung zu vermeiden.
-
Die
Hülse 66 ist
auf einen rohrförmigen
Gegenstand gerichtet und kann aus einem elastischen Material hergestellt
sein, wie zum Beispiel Gummi, Silika-Gel, usw. Ein Ausführungsbeispiel
der Hülse 66 beinhaltet
einen hohlen Bereich mit einem graduell schrumpfenden Bereich 661 und
einem rohrförmigen
Bereich 662. Eine Öffnung 671 ist
in dem Querschnitt 67 des graduell schrumpfenden Bereichs 661 vorgesehen,
so dass die Hülse 66 in
der Lage ist, teleskopartig mit der Leitung 66 gekoppelt
zu werden. Eine weitere Öffnung 681 ist
in dem Querschnitt 68 des rohrförmigen Bereichs 662 vorgesehen,
so dass die Hülse 66 in
der Lage ist, teleskopartig mit dem Filter 70 gekoppelt
zu werden. Es sei angemerkt, dass der rohrförmige Bereich 662 etwas
länger
ist als der Filter 70, so dass der rohrförmige Bereich
den Filter 70 vollständig
aufnehmen kann. Die beiden Öffnungen 671, 681 der
Hülse 66 wirken
eng mit dem Bauteilen zusammen, mit denen sie teleskopartig gekoppelt
sind, so dass die Leitung 60, die Hülse 66 und der Filter 70 fest
verbunden sind.
-
Die
Leitung 60 und die Hülse 66 können kombiniert
als ein hohles rohrförmiges
Bauteil bezeichnet und durch eine integrierte Herstellungstechnik
hergestellt werden. Der Filter 70 hat eine poröse Struktur,
die aus Schaumstoffmaterial oder aus Bündeln aus faserförmigem Material
hergestellt ist.
-
5 zeigt,
dass der Filter 70, der das faserförmige Material beinhaltet,
als Mechanismus zur Druckregelung der Tintenpatrone 50 genommen wird.
Das faserförmige
Material ist aus einem Polymer hergestellt, das Polypropylen und
Polyethylen oder ähnliches
beinhalten kann, und hat eine Dichte, die auf Basis der physikalischen
Eigenschaft der Tinten-Absorption
des Materials ausgewählt
ist, normalerweise in dem Bereich von 0,01 g/cm3 bis
0,8 g/cm3. Der Filter 70 enthält vorzugsweise
mehrere zehn Bündel
aus Faser, die axial angeordnet sind, um so wirksam die Strömungsrichtung
der Tinte zu steuern. Der Filter 70 hat einen Querschnittsdurchmesser
von 2,0 mm bis 9,0 mm. Natürlich
können
die faserförmigen
Materialien durch ein Schaumstoffmaterial der gleichen Dichte ersetzt
werden.
-
Wenn
die Tintenpatrone 50 beim Drucken aktiv ist, dann nimmt
die Tinte in der Tintenpatrone 50 im Verlauf des Druckens
ab. Der Raum in der Tintenpatrone wird jedoch größer, und der Gegendruck der Tintenpatrone
steigt an. Obwohl der externe atmosphärische Druck größer ist
als die Summe des Drucks am Filter 70 und der Druckdifferenz,
die aus der Oberflächenspannung
des Filters 70 resultiert, wird Luft durch die Leitung 60 und
den Filter 70 in die Tintenpatrone 50 eingeleitet,
um den Gegendruck in einem Arbeitsbereich zu regulieren.
-
Ein
vorherrschender Zustand, bei dem das Lecken von Tinte mit größter Wahrscheinlichkeit
auftritt, ist außerdem
jener, bei dem die Tintenpatrone 50 zufällig angeordnet ist, und dann
ist deren Tintenauslass höher
angeordnet als alle Bereiche, das heißt, die Tintenpatrone 50 ist
geneigt oder umgedreht angeordnet. Unter diesen Umständen, wenn
sich in der Tintenpatrone kein Filter befindet, wird Luft eingeleitet,
um in die Tintenpatrone einzutreten, und daher wird der Unterdruck
der Tintenpatrone zerstört.
Im Gegensatz dazu, obwohl der Filter 70 der vorliegenden
Erfindung in diesem Zustand nicht in die Tinte eingetaucht ist,
kann der Tinteninhalt des Filters in Folge der strukturellen Charakteristik
des Filters 70 aufrecht erhalten werden, und daher trocknet
die Tinte im Filter nicht so schnell aus, wodurch verhindert wird,
der Unterdruck durch das Eintreten von Luft in die Tintenpatrone
zerstört
wird.
-
Die
vorstehend erläuterte
Vorrichtung zur Druckregelung ist für eine Vielzahl von Tintenpatronen
geeignet, wie in 6 gezeigt. Es sei angemerkt,
dass die Vorrichtung zur Druckregelung der vorliegenden Erfindung
durch eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen
realisiert werden kann, beispielsweise können die Leitung 60 und
die Hülse 66 integriert
hergestellt sein, um Komponenten einzusparen. Die Vorrichtung zur
Druckregelung der vorliegenden Erfindung verwendet einen einfachen
Mechanismus, um komplizierte Verarbeitungsschritte und das genaue
Zusammenwirken der Komponentengröße zu vermeiden,
wodurch die Ausbeute erhöht
und die Herstellungskosten vermindert werden.