DE69508519T2

DE69508519T2 - Tintenstrahlschreiber mit einem Kapillaritätsgradient

Info

Publication number: DE69508519T2
Application number: DE1995608519
Authority: DE
Inventors: John M. Corvallis Or 97330 Altendorf
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: EP0709210B1; DE69508519D1; EP0709210A1; JPH08207302A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Speichern von Tinte für die Verwendung beim Tintenstrahldrucken und bezieht sich speziell auf eine Tintenkammer mit einem porösen Bauglied, das von seiner Unterseite zu seiner Oberseite hin eine zunehmende Kapillarität aufweist, um die Schwerkraftdruckhöhe aufgrund der Tintensäule in der Kammer zu verschieben.

Beschreibung der verwandten Technik

Tintenstrahldrucker verwenden üblicherweise austauschbare Druckkassetten, die als "Stifte" bezeichnet werden. Tintenstrahlstifte weisen typischerweise einen Druckkopf und eine Tintenkammer auf, die mit einem Tintenvorrat gefüllt ist. Der Druckkopf ist ein hochentwickeltes mikromechanisches Bauteil, das ein Array von kleinen Abschußkammern enthält, die mit Energie versorgt werden, um kleine Tintentröpfchen aus einem Düsenarray auf dem Druckkkopf zu "strahlen". Typische Druckköpfe verwenden entweder thermische Widerstände oder piezoelektrische Wandler, um die Strahlwirkung zu erreichen. Der Stift ist in einem Wagen in dem Drucker befestigt, wobei der Stift mit dem Drucker elektrisch in Verbindung ist. Der Drucker bewegt den Wagen und den Stift rückwärts und vorwärts über das Druckmedium (beispielsweise das Papier), während der Stift kleine Tintentröpfchen in ausgewählten Mustern aus den Düsen ausstößt. Nach jedem Druckband (swath of printing) bewegt der Drucker das Medium inkremental um eine Bandbreite weiter, um ein neues Band zu beginnen. Aufeinanderfolgende Bänder werden auf diese Art und Weise gedruckt, um die gewünschten alphanumerischen Zeichen oder Graphiken auf dem Medium zu drucken.
Die Tinte in dem Stift muß in der Tintenkammer unter atmosphärischem Druck gehalten werden, so daß dieselbe nicht aus den Düsen tropft, wenn die Düsen nicht abgeschossen werden. Jedoch darf dieser negative relative Druck, oder Gegendruck, nicht so groß sein, daß Luft in das Innere der Abschußkammern eingesaugt wird, wodurch dieselbe entladen wird und nicht länger funktioniert.
Es wurde zunehmend wichtig, Tintenstrahlstifte so schmal wie möglich zu machen. Die Gesamtbreite des Stifts beeinflußt die Breite des Druckers und den Schreibtischplatzbedarf, den der Drucker einnimmt. Wenn mit mehreren Stiften gedruckt wird, beispielsweise beim Farbdrucken, kann überdies die Druckqualität verbessert werden, indem die Stifte schmaler gemacht werden, da die schmaleren Stifte ermöglichen, daß die Druckköpfe der Stifte in der Bewegungsrichtung näher beieinander angeordnet sind. Andererseits wünschen die Benutzer von Druckern, daß Tintenstrahlstifte länger betriebsfähig sind, d. h. in anderen Worten, daß dieselben mehr Tinte halten. Daher muß sich der Designer von Tintenstrahlstiften mit den einander entgegenstehenden Anforderungen, die Stifte kleiner zu machen und der Notwendigkeit, das Tintenvolumen, das in dem Stift enthalten ist, zu erhöhen, beschäftigen.
Eine Möglichkeit, das Tintenvolumen zu erhöhen, während ein schmales Profil beibehalten wird, besteht darin, den Stift höher zu machen. Wenn der Stift jedoch mit Tinte gefüllt ist, bewirkt die Tintensäule in jeder Kammer, daß aufgrund der Schwerkraft ein bestimmter Druck auf die Tinte an der Unterseite (am Boden) der Kammer ausgeübt wird. Dieser Schwerkraft-Druck oder diese -Druckhöhe ist näherungsweise proportional zu der Höhe dieser Fluidsäule. Wenn die Kammern mit Tinte gefüllt sind, trägt diese Flüssigkeitsdruckhöhe dazu bei, dem gewünschten Gegendruck der Tinte in dem Schaumstoff entgegenzuwirken. Es ist jedoch bevorzugt, den Gegendruck des Fluids während der Lebensdauer des Stifts auf einem relativ konstanten Pegel zu halten, um eine konstantere Tröpfchengröße zu liefern, was eine erhöhte Druckqualität zur Folge hat.
Eines der zuverlässigsten Gegendrucksysteme verwendet ein poröses Material, beispielsweise einen synthetischen Schaumstoff, in dem Tintenbehälter. Tinte wird in den Schaumstoff eingebracht, wobei der Schaumstoff die Tinte durch eine Kapillarwirkung auf dem geeigneten Gegendruck zurückhält. Das US-Patent Nr. 4,771,295 (Baker '295), das der Hewlett-Packard Company (der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung) gehört, offenbart einen Tintenstrahlstift, der einen synthetischen Schaumstoff für eine Tintenzurückhaltung und einen Gegendruck offenbart. Ein Schlüsselmerkmal des Stifts, der von Baker '295 offenbart ist, ist eine Tintenröhre, die sich von einer Unterseitenwand des Stiftkörpers aufwärts und in einen komprimierenden Kontakt mit dem Schaumstoff erstreckt. Die Tintenröhre ist die Fluidleitung für die Tinte von dem Schaumstoff zu dem Druckkopf und erfüllt ferner eine wichtige Funktion des lokalen Komprimierens des Schaumstoffs, um dadurch die Kapillarität des Schaumstoffs in der Region der Tintenröhre lokal zu erhöhen. Während Tinte aus dem Schaumstoff entleert wird, bewirkt die erhöhte Kapillarität in der Nähe der Tintenröhre, daß Tinte von allen anderen Abschnitten des Schaumstoffs zu der Tintenröhre hin gezogen wird, so daß die maximale Tintenmenge zum Drucken aus dem Schaumstoff gezogen werden kann.
Die französische Patentveröffentlichung Nr. 2,229,320 von Claude Barta offenbart die Verwendung eines Schaumstoffs zur Tintenzurückhaltung in einem Stiftplotter. Die Tintenauftragvorrichtung besitzt ein Tintenreservoir, das ein komprimierbares zellulares Material, beispielsweise Polyurethanschaumstoff, einhüllt. Der Schaumstoff wird durch eine konvexe Wand komprimiert, die sich in eine Seite des Schaumstoffs erstreckt, so daß der Schaumstoff zunehmend komprimiert wird, wobei die maximale Komprimierung an einer Öff nung, die in der Wand gebildet ist, vorliegt. Die Öffnung bildet die Öffnung einer Rohrleitung, die zu einer Plotter- Stiftspitze führt. Diese zunehmende Komprimierung und die resultierende erhöhte Kapillarität des Schaumstoffs bewirkt, daß die Tinte durch eine Kapillarwirkung zu der Leitung hin angezogen wird, und daher zu der Plotter-Stiftspitze.
Die Europäische Patentanmeldung 139508, in der als Erfinder Takashi Suzuki u. a. genannt sind, offenbart ein poröses Bauglied zur Tintenaufnahme in einem Nadelpunktdrucker. Das poröse Bauglied besitzt vor dem Einbringen in den Tintenbehälter einen grob trapezförmigen Querschnitt, wobei eine Seite des Schaumstoffs eine größere Dicke aufweist als die andere. Der Tintenbehälter besitzt einen grob rechteckigen Querschnitt, so daß die Regionen des Schaumstoffs, die vor dem Einbringen die größte Dicke aufweisen, sobald derselbe eingebracht ist, am meisten komprimiert werden und daher die größte Kapillarität besitzen. Die Regionen mit hoher Kapillarität befinden sich benachbart zu einer Tintenversorgungsführung. Die Tinte wird durch Rillen mit sukzessive zunehmend kleineren Abmessungen und entsprechenden Zunahmen der Kapillarität zu der Drucknadel angezogen. Diese Schrift offenbart ferner ein weiteres Ausführungsbeispiel, das zwei getrennte Scheiben aus einem porösen Material mit unterschiedlicher mittlerer Porengröße verwendet, wobei der Schaumstoff mit der kleineren Porengröße nächstliegend zu der Tintenversorgungsführung angeordnet ist.
Obwohl die oben genannten Druckschriften die Verwendung einer Komprimierung lehren, um Tinte in einer gewünschten Richtung durch eine Kapillarwirkung anzuziehen, behandeln dieselben nicht das Problem der Schwerkraftdruckhöhe in der Druckkammer. Diese Schriften offenbaren alle relativ kurze Stifte, bei denen das Schwerkraftdruckhöhenproblem keinen großen Faktor darstellt. Daher verbleibt ein Bedarf nach einem Tintenaufnahmemechanismus für Tintenstrahldrucker, der höhere Tintenkammern mit größeren Tintenvolumina ermöglicht, und der dennoch keine zusätzlichen Probleme, die der erhöh ten Schwerkraftdruckhöhe, die aus der Tintensäule in der Kammer resultiert, zugeordnet sind, erzeugt.
Die JP-A-63-281850 beschreibt eine Tintenkassette, bei der ein Tintenhaltebauglied aus einem porösen Material besteht, das in dem oberen Teil durch das Ändern des Freiraumverhältnisses oder der Porengröße eine größere Tintenhaltekapazität erzeugt, um eine stärkere Kapillarkraft in dem oberen Teil zu erzeugen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Tintenspeichervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Tintenspeichervorrichtung gemäß den nachfolgenden Ansprüchen. Die Speichervorrichtung ist in dem Drucksystem ausgerichtet, um gemäß der Betrachtung in einem Schwerkraftbezugssystem eine Oberseite und eine Unterseite zu besitzen, und weist eine Tintenkammer und ein gleichmäßiges poröses Bauglied, das in die Tintenkammer eingebracht ist, auf. Das poröse Bauglied besitzt eine allgemein zunehmende Kapillarität von der Unterseite der Tintenkammer zu der Oberseite der Tintenkammer hin. Anders ausgedrückt besitzt das poröse Bauglied eine allgemein zunehmende Kapillarität entlang seiner Höhe, die sich von seiner Unterseite weg erstreckt. Eine Tintenmenge ist in dem porösen Bauglied gespeichert. Die Tintenspeichervorrichtung kann als Teil eines Tintenstrahlstifts gebildet sein, der einen daran angebrachten Druckkopf besitzt. Eine Mehrzahl solcher Speichervorrichtung können als Teil eines Mehrkammer-Tintenstrahlstifts verwendet werden.
Ein Schwerkraftbezugssystem bedeutet einfach, daß Worte wie "Oberseite", "Unterseite", "Höhe" und "aufwärts" usw. in ihrer üblichen Benutzung bezüglich der Erde verwendet werden. Die "Oberseite" von etwas ist von der Erde weiter weg als die "Unterseite". "Aufwärts" bedeutet von der Erde weg. Die "Höhe" von etwas ist sein Maß entlang einer Richtung von der Erde weg.
Die Erfindung ermöglicht die Tintenaufnahme in Tintenstrahldrucksystemen, die während der Entleerung von Tinte aus der Kammer einen konstanteren Gegendruck liefern, wodurch ein konstanteres Tintentröpfchenvolumen und eine verbesserte Druckqualität möglich sind. Die erhöhte Kapillarität des porösen Bauglieds in der Richtung zu der Oberseite hin, oder die sich entlang der Höhe von der Unterseite weg erstreckt, liefert eine zusätzliche Kapillaranziehung für die Tinte in dem porösen Bauglied, wenn sich die Tinte in den oberen Regionen der Tintenkammer befindet, d. h. wenn der Stift voll ist. Die erhöhte Kapillarität verschiebt bis zu einem gewissen Ausmaß die Schwerkraftdruckhöhe, die aufgrund der Tintensäule in der Tintenkammer entwickelt wird. Folglich wird ein noch gleichmäßigerer Gegendruckpegel erhalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische teilweise entfernte Ansicht eines Druckers, der einen Tintenstrahlstift der Erfindung verwendet.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Stifts 24 von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Stifts 24.
Fig. 4 ist eine auseinandergezogene Ansicht des Stifts 24.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Hauptkörperbauglieds 110 entlang der Linie 5-5 von Fig. 3, bei einer Betrachtung von links in Fig. 3.
Fig. 6 und 7 sind Seitenansichten eines Verfilzungsmechanismusses für Schaumstoffbauglieder.
Fig. 8 zeigt aufeinanderfolgende Schritte zum Bilden einer Niederreibungs-Abdeckplatte 230 für das mittlere Schaumstoffbauglied 130.
Fig. 9 ist ein Graph der Gegendruckkurve für die mittlere Kammer 160.
Fig. 10 ist ein Graph der Gegendruckkurve für die seitlichen Kammern 162 und 164.
Fig. 11 und 12 zeigen ein Verfahren zum Bilden eines alternativen Ausführungsbeispiels 234 des mittleren Schaumstoffbauglieds 130.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Füllmechanismusses.
Fig. 14 ist eine auseinandergezogene Schnittansicht eines Einkammerstifts gemäß der Erfindung.
Fig. 15 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Einkammerstifts der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen Tintenstrahldrucker, der einen Stift der Erfindung verwendet. Der Drucker ist lediglich schematisch dargestellt, wobei Papiereingabebehälter, Papierausgabebehälter und weitere Optionen nicht dargestellt sind. Der Drucker, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, umfaßt ein Gehäuse 12, einen Wagen 14, eine Steuerung 16, einen Wagenantriebsmotor 18 und einen Papierantriebsmotor 20. Ein einfarbiger Schwarz-Stift 22 und ein Mehrkammer-Dreifarbstift 24 sind, wie dargestellt ist, an dem Wagen 14 angebracht. Ein Druckmedium 26 ist in dem Drucker 10 gezeigt, um durch die Stifte 22 und 24 bedruckt zu werden. Das Druckmedium 26 kann beispielsweise Papier, ein Transparentfilm, Umschläge oder andere Druckmedien sein.
Der Drucker 10 aktiviert die Stifte 22 und 24, um auf eine Art und Weise, die in der Technik gut bekannt ist, auf dem Druckmedium 26 zu drucken, die jedoch nachfolgend kurz beschrieben wird. Der Wagenweiterbewegungsmotor 18 ist durch einen Riemen 28 mit dem Wagen 14 verknüpft. Die Steuerung 16 aktiviert den Wagenweiterbewegungsmotor 18, um den Wagen 14 in der Bewegungsrichtung nach rechts oder nach links anzutreiben, wie durch den Pfeil, der mit X markiert ist, gezeigt ist. Jedesmal, wenn sich der Wagen 14 nach rechts oder nach links bewegt, druckt der Drucker ein "Band" (swath) auf dem Medium 26. Der Medienweiterbewegungsmotor 20 ist mit einem Getriebemechanismus 30 verbunden (schematisch dargestellt). Der Getriebemechanismus 30 ist mit Antriebsrollen und Klemmrollen (nicht gezeigt), die auf eine bekannte Art und Weise wiederum direkt mit dem Medium 26 in Verbindung sind, verbunden.
Nachdem der Wagen 14 ein Druckband vollendet hat, aktiviert die Steuerung 16 den Medienweiterbewegungsmotor 20, um das Medium 26 um eine Bandbreite in der Richtung, die mit Y markiert ist, zu bewegen, welches die Medienweiterbewegungsrichtung ist. Nachdem ein weiteres Band vollendet ist, wird das Medium 26 um eine weitere Bandbreite in der Richtung Y weiterbewegt, so daß ein weiteres Band gedruckt werden kann. Auf diese Art und Weise werden aufeinanderfolgende Bänder gedruckt, bis alle gewünschten alphanumerischen Zeichen und/oder alle Graphiken auf dem Medium 26 gedruckt sind.
Der Bereich des Mediums 26, auf dem gedruckt wird, kann als die Druckzone, die mit A markiert ist, bezeichnet werden. Die Druckzone A kann als der Bereich der momentanen Bandbreite betrachtet werden, auf dem gedruckt wird, während sich der Wagen 14 über das Medium 26 bewegt. Die Breite verschiedener Komponenten der Stifte 22 und 24 wird in der Bewegungsrichtung X gemessen. Die Länge der Komponenten der Stifte 22 und 24 wird in der Medienweiterbewegungsrichtung Y gemessen. Die Höhe der Stifte 22 und 24 wird in der Richtung, die mit Z markiert ist, gemessen, die in der Druckzone A senkrecht zu dem Druckmedium 26 ist.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, umfaßt der Mehrkammerstift 24 ein Hauptkörperbauglied 110, Seitenabdeckungsbauglieder 112 und 114, ein mittleres Abdeckbauglied 116, einen Fingergriff 118 und eine flexiblen Streifen 120, der die Kontaktanschlußflächen 122 enthält. Der Fingergriff 118 ist vorgesehen, um zu ermöglichen, daß ein Benutzer den Stift 24 einfacher in den Druckerwagen 14 einbringt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Das Hauptkörperbauglied 110 des Stifts 24 ist hauptsächlich in zwei Teile unterteilt, den Haupttintenhohlraumabschnitt 124 und den Nasenabschnitt 126.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt der Mehrkammerstift 24 ferner ein mittleres poröses Bauglied 130, ein seitliches poröses Bauglied 132, ein seitliches poröses Bauglied 134, ein mittleres Filter 136, seitliche Filter 138 und 140, und einen Druckkopf 142. Der Druckkopf 142 ist durch eine mittels Wärme aushärtbare Epoxidschicht 144 an dem Hauptkörperbauglied 110 angebracht. Der flexible Streifen 120 ist mittels Wärme an dem Hauptkörperbauglied 110 befestigt. Der flexible Streifen 120 ist ein kundenspezifische TAB-Schaltung (TAB = tape automated bonding = automatisches Filmbonden), die aus einem Polymerfilm, der auf Kundenwunsch entworfene Kupferspuren aufweist, die mit den Kontaktanschlußflächen des Druckkopfs verbunden sind, gebildet ist. Eine Haftschicht 146 aus einem thermoplastischen Verbindungsfilm ist auf den flexiblen Streifen 120 laminiert, bevor derselbe mittels Wärme an dem Hauptkörperbauglied befestigt wird. Die Haftschicht 146 schmilzt und unterstützt die Verbindung des flexiblen Streifens 120 an dem Hauptkörperbauglied, und hilft ferner dabei, eine elektrische Isolierung für die Leiter auf dem flexiblen Streifen zu liefern. Kundenspezifische TAB-Schaltungen sind üblicherweise erhältlich und werden in der Elektronikindustrie weit verbreitet verwendet. Der Drucker, in den der Stift 24 eingefügt ist, steht mit Kontaktanschlußflächen auf dem flexiblen Streifen 120 in Verbindung, um geeignete Treibersignale zu liefern, um zu bewirken, daß die Widerstände auf dem Druckkopf zur richtigen Zeit abgeschossen werden.
Die Filter 136, 138 und 140 sind an dem Hauptkörperbauglied 110 angebracht. Ein mit einem Gewinde versehener Nylonpfropfen 146 ist in ein Loch 148, das in der mittleren Abdeckung 116 gebildet ist, gepreßt. In gleicher Weise sind mit Gewinde versehene Nylonpfropfen 150 und 152 in Löcher 154 und 156, die in dem Hauptkörperbauglied 110 gebildet sind, gedrückt. Die schraubenförmige Gewindestruktur auf diesen Pfropfen liefert einen Luftweg, um zu ermöglichen, daß der Stift Luft einzieht, während Tinte aus den Schaumstoffbaugliedern 130, 132 und 134 entleert wird. Der lange schmale Kanal dieser schraubenförmigen Struktur wirkt als eine Barriere für eine Dampfdiffusion aus dem Inneren des Stifts in die Umgebung.
Das Schaumstoffbauglied 130 ist in die mittlere Kammer 160 des Hauptkörperbauglieds 110 eingefügt. Das Schaumstoffbauglied 132 ist in die seitliche Kammer 162 eingefügt, während das Schaumstoffbauglied 134 in die seitliche Kammer 164 eingepaßt ist. Die Schaumstoffbauglieder 130, 132 und 134 sind vorzugsweise aus einem offenzelligen Polyurethanschaumstoff auf Polyether-Basis ohne Antioxidierungsmittel gebildet. Überdies können andere poröse Materialien verwendet werden, beispielsweise ein von Natur aus netzförmiges in Wärme ausgehärtetes Melaminkondensat. Nachdem die Schaumstoffbauglieder in das Hauptkörperbauglied eingebracht sind, werden die Abdeckbauglieder 114, 112 und das mittlere Abdeckbauglied 116 per Ultraschall mit dem Hauptkörperbauglied 110 verbunden, um die Schaumstoffbauglieder 130, 132 und 134 in dem Stift einzuschließen. Sobald der Schritt des Verbindens der Abdeckbauglieder 112, 114 und 116 abgeschlossen ist, wird Tinte in die Schaumstoffbauglieder 130, 132 und 134 injiziert.
Das Hauptkörperbauglied 110 ist aus einem einzelnen einstückigen Teil gebildet, um die vorher beschriebene mittlere Kammer 160 und die seitlichen Kammern 162 und 164 zu enthalten. Das Hauptkörperbauglied 110 umfaßt einen Verteilerabschnitt 166, der die Tinte von den Tintenkammern 160, 162 und 164 zu dem Druckkopf hin führt. Das Hauptkörperbauglied 110 besteht, wie die anderen Teile des Stiftkörpers, aus Glas-gefülltem PET (Polyester) mit einer Glasfüllung von 15%.
Der Verteiler 166 umfaßt eine mittlere Tintenröhre 168 und zwei seitliche Tintenröhren 170 und 172. Die Tintenröhre 168 erstreckt sich von der unteren Wand 174 aufwärts, während sich die Tintenröhren 170 und 172 von den Seitenwänden 176 und 178 nach außen erstrecken. Die Tintenröhren 168, 170 und 172 bilden Tinteneinlässe, um Tinte von den jeweiligen Tintenkammern derselben aufzunehmen. Diese Tintenröhren besitzen rechteckige Querschnitte mit Abmessungen von 9,6 mm mal 4,5 mm, und weisen somit eine innere Querschnittfläche von 43,2 mm² auf. Das Filter 136, das aus einem Maschendraht aus rostfreiem Stahl besteht, ist mittels Wärme an der mittleren Tintenröhre 116 befestigt, wie gezeigt ist. In gleicher Weise sind Maschendrahtfilter 138 und 140 aus rostfreiem Stahl mittels Wärme an den seitlichen Tintenröhren 170 und 172 befestigt, wie gezeigt ist. Diese Filter besitzen die gleiche wirksame Filterfläche wie die Tintenröhren, an denen dieselben angebracht sind, d. h. 43,2 mm². Dieselben besitzen eine nominelle Filtrationsfähigkeit von etwa 15 um und eine typische Dicke von etwa 0,15 mm.
Diese Filter verhindern, daß Schutz und Luftblasen aus dem Schaumstoff in die Tintenröhren gelangen. Dieselben liefern ferner eine wichtige Funktion beim Verhindern von Spitzenstößen von Tinte durch das Filter. Die Zwischenräume zwischen den Drahtsträngen wirken als Fluidwiderstände, die einem Fluidfluß entgegenstehen, der auf einer exponentiellen Beziehung zu der Geschwindigkeit des Fluids, das durch das Filter gelangt, basiert. Wenn sich folglich Tinte beispielsweise während eines Druckens langsam durch die Filter bewegt, liegt an dem Filter ein nomineller Widerstand vor. Wenn der Stift durchgeschüttelt werden würde, beispielsweise wenn derselbe hinunterfällt, könnten ohne das Filter beliebige Stöße in der Tinte ohne weiteres bewirken, daß Luft in die Abschußkammern des Druckkopfs gesaugt wird, was bewirkt, daß diese Kammern ihren vorgepumpten Zustand verlieren. Ist das Filter vorgesehen, ist ein schneller Fluidfluß durch die Filter im wesentlichen verhindert, so daß ein Einsaugen nicht stattfindet.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist das mittlere Schaumstoffbauglied 130 von der Z-Richtung in die mittlere Kammer 160 eingebracht, derart, daß dasselbe durch die mittlere Tintenröhre 168 und das Filter 136 komprimiert ist. Das mittlere Schaumstoffbauglied 130 wird nach unten über den Umfangsrand der Tintenröhre 168 und das Filter 136 komprimiert und erstreckt sich um dieselben, wie dargestellt ist. Diese Komprimierung und das Überlappen des Schaumstoffbauglieds 130 um den Umfangsrand der Tintenröhre 168 und das Filter 136 verhindern aufgrund einer reibungsmäßigen Ineingriffnahme jegliche Bewegung des Schaumstoffbauglieds 130 in jede Richtung senkrecht zu der Z-Richtung im wesentlichen. In gleicher Weise ist das Schaumstoffbauglied 132 aus der X-Richtung in die seitliche Tintenkammer 162 eingebracht, wie in Fig. 5 gezeigt ist, um durch den Umfangsrand der seitlichen Tintenröhre 170 und das Filter 138 komprimiert zu werden und um denselben anzuliegen. Das Schaumstoffbauglied 134 ist aus der X-Richtung in die Tintenkammer 164 eingebracht, um durch den Umfangsrand der Tintenröhre 172 und das Filter 140 komprimiert zu werden und um denselben anzuliegen, wie gezeigt ist. Die Komprimierung der Schaumstoffbauglieder 132 und 134 durch ihre jeweiligen Tintenröhren und Filter und die reibungsmäßige Ineingriffnahme des Umfangsrands der Tintenröhren und der Filter verhindern im wesentlichen jede Bewegung der Schaumstoffbauglieder 132 und 134 in jeglicher Richtung senkrecht zu der X-Richtung.
Die Komprimierung der Schaumstoffbauglieder 130, 132 und 134 durch ihre jeweiligen Tintenröhren und Filter erhöht die Kapillarität der Schaumstoffbauglieder in der Region ihrer jeweiligen Tintenröhren und Filter. Diese Kapillaritätszunahme bewirkt, daß Tinte zu den Tintenröhren 168, 170 und 172 hin angezogen wird. Aus diesen Leitungen wird die Tinte zu der Rückseite des Druckkopfs 142 geführt, von der dieselbe entsprechend Signalen, die von dem Drucker empfangen werden, auf das Druckmedium ausgestrahlt wird.
Der Druckkopf 142 basiert auf einem Substrat, das aus einem Elektronikqualitäts-Siliziumwafer gebildet ist. Die Widerstände, Leiter, die Tintenkanalarchitektur und weitere Druckkopfkomponenten sind unter Verwendung photolithographischer Techniken, die ähnlich denjenigen sind, die zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden auf dem Substrat gebildet. Der Druckkopf 142 besitzt ein Vorderseitenabschußdesign (face-shooter design), was bedeutet, daß die Tinte von einer Position hinter dem Substrat dem Substrat zugeführt wird, und daß die Tröpfchen senkrecht zu der Substratoberfläche ausgestoßen werden. Da die Tinte zu der Rückseite des Druckkopfs zugeführt wird, ist die natürliche Ausrichtung der Tintenröhre in Vorderseitenabschußdruckköpfen senkrecht zu und wegzeigend von dem Druckmedium und senkrecht zu der Bewegungsrichtung. Ein Vorteil dessen, die Tinte von der Rückseite her der Druckkopfoberfläche zuzuführen, besteht darin, daß der Tintenkontakt mit dem Druckkopf als eine Wärmesenke wirken kann, um während das. Drucken fortschreitet Tinte von dem Druckkopf zu entfernen.
Wie zu sehen ist, ist die Breite W1 des Druckkopfs 142 signifikant geringer als die Breite W2 des gesamten Stifts. Wie bereits erwähnt wurde, ist das Minimieren der Größe des Druckkopfs aufgrund der relativ aufwendigen Komponenten in dem Druckkopf wichtig für das Minimieren der Gesamtkosten des Stifts. Es ist ferner offensichtlich, daß die einzige Tinte-Zu-Tinte-Grenzfläche zwischen Tinten unterschiedlicher Farben an der Rückseite des Druckkopfs 142 auftritt. Speziell hält die Haftschicht 144 die Tinten unterschiedlicher Farben voneinander weg. Selbst wenn der Stift 24 ein relativ großes Tintenvolumen trägt und einen relativ kleinen Druckkopf besitzt, ermöglicht folglich das Verteilermerkmal 166, daß der Druckkopf nur eine Tinte-Zu-Tinte-Grenzfläche aufweist. In anderen Worten heißt das, daß keine Nahtstellen oder andere Verbindungen an anderen Positionen in dem Druckkopf existieren, an denen Tinte von einer Farbe in eine Kammer, die für eine andere Farbe bestimmt ist, lecken könnte. Dieses vorteilhafte Merkmal, das nur eine Tinte-Zu-Tinte- Grenzfläche vorliegt, wird erreicht, da der neuartige Verteiler 166 als ein Teil des Hauptkörperbauglieds 110 ausgebildet ist. Folglich ist verglichen mit Mehrfarb-HP-Stiften früherer Generationen, bei denen die Befestiungsregion des Tintenkammer-Abdeckungsbauglieds eine zusätzlichen Tinte- Zu-Tinte-Grenzfläche lieferte, mit dem inhärenten Risiko eines Tintenmischens, eine Tinte-Zu-Tinte-Grenzfläche beseitigt.
Die mittlere Kammer 166 ist durch den Raum zwischen Seitenwänden 176 und 178 definiert und erstreckt sich von der unteren Wand 174 aufwärts. Die seitlichen Kammern 162 und 164 sind derart definiert, daß dieselben jeweils außerhalb der Seitenwände 176 und 178 angeordnet sind. Die Tintenröhre 168 erstreckt sich von der unteren Wand 174 aufwärts und in einen Komprimierungskontakt mit dem mittleren Schaumstoffbauglied 130. Die inneren Wände 176 und 178 erstrecken sich von der unteren Wand 174 aufwärts. Die Tintenröhren 170 und 172 erstrecken sich von den inneren Wänden 176 bzw. 178 nach außen und in einen Komprimierungskontakt mit den jeweiligen Schaumstoffbaugliedern 132 und 134, wie gezeigt ist. Der Verteiler 166 besitzt drei Auslässe, 183, 184 und 185. Der Druckkopf 142 besitzt drei Gruppen von Düsen, 186, 187, 188. Wie zu sehen ist, steht die mittlere Tintenröhre 168 fluidmäßig mit dem mittleren Tintenauslaß 184 und folglich mit der mittleren Gruppe von Düsen 187 in Verbindung. Die seitliche Tintenröhre 170 steht fluidmäßig mit dem Tintenauslaß 183 und daher mit der Düsengruppe 186 in Verbindung. Die seitliche Tintenröhre 172 steht fluidmäßig mit dem Auslaß 185 und daher mit der Düsengruppe 188 in Verbindung.
Es ist wichtig, daß sich die Tintenröhren 168, 170, 172 in einen Komprimierungskontakt mit dem Schaumstoff erstrecken, um die Kapillarität des Schaumstoffs in der Region der Tintenröhren zu erhöhen. Die Filter 136, 138 und 140 spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Unterstützung dieser Komprimierung. Bei den Stiften früherer Generationen, die durch die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung hergestellt wurden, die oben erläutert sind, erstrecken sich diese Tintenröhren allesamt in die gleiche Richtung von einer unteren Wand des Stifts nach oben. Diese Tintenröhren sind alle in der gleichen Richtung ausgerichtet, aufwärts und von der unteren Wand des Stifts weg. Bei dem dargestellten Stift der vorliegenden Erfindung erstreckt sich jedoch nur eine der Tintenröhren, die Tintenröhre 68, von der unteren Wand 174 weg nach oben. Die anderen zwei Tintenröhren, 170 und 172, erstrecken sich nach außen in ihre jeweiligen Tintenkammern.
Die Abmessungen des Stifts 24 sind nachfolgend in Tabelle 1 angegeben. Diese Abmessungen sind für den Haupttinten-Hohlraumabschnitt 124 angegeben und ignorieren den Nasenabschnitt 126 (Fig. 3). Für die beschriebenen Abschnitte des Stifts 24 wird die Breite entlang der X-Achse genommen, die Länge wird entlang der Y-Achse genommen, und die Höhe wird entlang der Z-Achse genommen. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt die mittlere Kammer 160 eine untere Breite W3 und eine obere Breite W4. Die Kammern 162, 164 besitzen untere Breiten W5, W7 bzw. obere Breiten W6, W8. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, es sei denn etwas anderes ist angezeigt. Die Seitenwände 176 und 178 besitzen jeweils einen Schrägwinkel von einem Prozent zu der Außenseite des Stifts hin, so daß die Breite der Kammern 162 und 164 mit einer Neigung von einem Prozent von der Unterseite zu der Oberseite zunimmt. Tabelle 1 Abmessungen Stift 24
Die folgende Tabelle 2 vergleicht die Höhe der drei Tintenkammern 160, 162, 164 mit den jeweiligen Breiten derselben. Da die drei Kammern jeweils unterschiedliche Breiten entlang ihrer Höhe besitzen, sind die Vergleiche zwischen Höhe und Breite für die untere Breite, die obere Breite und eine mittlere Breite jeder Kammer durchgeführt. Tabelle 2 Abmessungsverhältnisse Stift 24
Folglich betragen die Höhe/Breite-Verhältnisse immer zumindest 6, in den meisten Fällen zumindest 7. Dieselben liegen in einem Bereich von etwa 6,5 bis etwa 8,5. Die Höhe/Brei te-Verhältnisse unter Verwendung der mittleren Breiten der Kammern betragen immer zumindest 7 und liegen in der Nähe von etwa 7,5. Die Länge/Breite-Verhältnisse sind immer zumindest 5. Dieselben liegen in einem Bereich von etwa 5,5 bis etwa 7. Die Länge/Breite-Verhältnisse unter Verwendung der mittleren Breiten der Kammern liegen alle in einem Bereich von etwa bis 6 bis 6,25.
Die Abmessungen und die Abmessungsverhältnisse der Kammern des Stifts 24 können mit entsprechenden Werten von Stiften vorheriger Generationen, die von der Hewlett-Packard Company, der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, hergestellt werden, verglichen werden. Die folgende Tabelle 3 gibt die Abmessungen und Schlüsselabmessungsverhältnisse von HP-Stiften früherer Generationen, wobei dieselben durch ihre allgemein bekannten und verbreitet verwendeten Modellnummern identifiziert sind. Tabelle 3 HP-Stifte früherer Generationen
Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, besitzen die Farbstifte Desk- Jet 51608A ein Höhe/Breite-Verhältnis von 2,96 und ein Länge/Breite-Verhältnis von 1,80. Eine Frage, die gelöst werden muß, ist jedoch, was die "Breite" der Kammern in dem Farbstift DeskJet 51625A ist. Zu Zwecken der obigen Tabellen ist die schmalste Abmessung, die in der Medienweiterbewegungsrichtung liegt, als die Breitenabmessung ausgewählt. Wenn die Abmessung entlang der Bewegungsrichtung (wenn der Stift in dem Drucker installiert ist) als die Breite ausgewählt ist, dann werden die Breiten- und Längen-Maße in den obigen Tabellen ausgetauscht. Die Kammern in den Farbstiften 51625A sind in der Papierweiterbewegungsrichtung schmaler, da dieselben transversal ausgerichtet sind, oder Seite an Seite in der Papierweiterbewegungsrichtung angeordnet sind, und nicht in der Bewegungsrichtung. Diese transversale Ausrichtung bewirkt die Notwendigkeit eines komplizierten Verteilers, um die Tinte von den Tintenkammern zu dem Druckkopf zu leiten. Dieser Verteiler muß als ein separates Teil gebildet sein und beispielsweise durch Kleber oder Ultraschallschweißen an der Unterseite des Chips befestigt sein. Der Verteiler bedingt dadurch unerwünschte zusätzliche Tinte-Zu-Tinte-Grenzflächen zwischen Tinten unterschiedlicher Farben an Orten, an denen Stiftteile miteinander verbunden sind.
Die Farbstifte PaintJet 51606A besitzen ein Höhe/Breite-Verhältnis von 4,89 und ein Länge/Breite-Verhältnis von 4,86. Folglich besitzen die Kammern des Farbstifts PaintJet von der Seite gesehen einen nahezu quadratischen Querschnitt und können als ein geringes Seitenverhältnis aufweisend betrachtet werden. PaintJet-Farbstifte vermeiden das Problem mehrerer Tinte-Zu-Tinte-Grenzflächen zwischen Stiftkörperteilen in der Region des Druckkopfs. Jedoch besitzen diese Stifte das unerwünschte Merkmal, daß dieselben einen sehr breiten Druckkopf aufweisen. Dieser breite Druckkopf ist aufwendig und plaziert ferner die Düsengruppen, die den drei Farben entsprechen, weiter voneinander weg, als es für eine verbesserte Druckqualität erwünscht ist.
Es ist bedeutend, zu bemerken, daß das Höhe/Breite-Verhältnis der Kammern des Stifts 24 um zwischen 35-73% größer ist als das Höhe/Breite-Verhältnis der Kammern des farbigen PaintJet. Hinsichtlich der absoluten Höhe beträgt die Höhe der Kammern des Stifts 24 etwa 70 mm (ausschließlich des Nasenabschnitts 126); im Gegensatz dazu beträgt die Höhe der Farbkammern des PaintJets nur 33 mm. Daher sind die Kammern des Stifts 24 mehr als zweimal so hoch wie die Kammern des PaintJet-Farbstifts.
Bei früheren auf Schaumstoff basierenden HP-Stiften erstreckte sich die Tintenröhre von einer unteren inneren Wand des Stifts aus nach oben in den Schaumstoff. Diese Aufwärtsausrichtung, senkrecht zu der Druckkopfoberfläche und zu dem Druckmedium, ist die natürliche Ausrichtung für die Tintenröhre in Vorderseitenabschußstiften. Aufgrund der absoluten Höhe des Stifts 24 und seines Höhe/Breite-Seitenverhältnisses wäre das Einbringen des Schaumstoffs in die Tintenkammer von oben her schwierig, ohne ein Knittern oder andere Anomalitäten in dem Schaumstoff einzuführen, die ein Steckenbleiben von Tinte bewirken.
Der Stift 24 besitzt ebenfalls Tintenkammern mit einem schmalen Seitenverhältnis, da derselbe sowohl ein Höhe/Breite-Verhältnis als auch ein Länge/Breite-Verhältnis von 4 oder mehr aufweist. Obwohl die Tintenkammern in dem Stift 24 schmale Seitenverhältnisbereiche besitzen, wie in Tabelle 2 gezeigt ist, werden die Schaumstoffbauglieder in ihre jeweiligen Kammern 160, 162 und 164 eingebracht, ohne die vorher genannten Probleme einzuführen, die den Tintenkammern mit schmalem Seitenverhältnis zugeordnet sind. Dies gilt aufgrund unterschiedlicher Faktoren. Zuerst sind die Schaumstoffbauglieder hoch verfilzt, was diesen Schaumstoffbaugliedern eine verbesserte Steifigkeit liefert. Zusätzlich sind die Schaumstoffbauglieder verfilzt, um endgültige Abmessungen zu besitzen, die in der Nähe der Abmessungen des inneren Hohlraums ihrer jeweiligen Kammern liegen. (Das Ver filzen wird ausführlicher bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 erläutert). Bei der mittleren Kammern 160, die von oben nach unten beladen werden muß, besitzt die Kammer in der Nähe ihrer Oberseite eine größere Breite als in der Nähe ihrer Unterseite, so daß die Wände der Kammer den Schaumstoff zunehmend komprimieren, während derselbe eingebracht wird.
Schließlich öffnen sich die äußeren Kammern 162 und 164 des Stifts 24 zur Seite hin, und nicht nach oben, wobei die Schaumstoffbauglieder 132 und 134 von der äußeren Seite eingebracht werden. Dies liefert das Ergebnis, daß die Schaumstoffbauglieder 132 und 134 nur über eine sehr kleine Distanz (etwa 9 mm) in den Stiftkörper eingebracht werden müssen, bevor dieselben in einem komprimierenden Kontakt mit ihren Tintenröhren sind. Daher sind Probleme, die auf das Einbringen des Schaumstoffs bezogen sind, beispielsweise ein Tintensteckenbleiben oder ein unbestimmter Kontakt mit der Tintenröhre, minimiert.
Ein wichtiger Aspekt, der berücksichtigt werden muß, ist das Gießverfahren, das verwendet werden muß, um die Stiftkörperteile zu bilden. Tintenstrahlstiftkörper sind typischerweise aus Einspritzgußkunststoff gebildet. Bei den Kammern der auf Schaumstoff basierenden HP-Stifte früherer Generationen erstreckten sich die Tintenröhren derselben von der Unterseite der Kammern nach oben und sind derart ausgebildet, daß der Schaumstoff von Öffnungen von oberhalb der Kammern eingebracht wird. Diese Kammern sind daher als tiefe innere Hohlräume gebildet. Um einen solchen tiefen Hohlraum zu bilden, muß sich ein Formteil tief in das Kunststoffteil, das gegossen wird, erstrecken. In dem Fall von Stiften mit drei Kammern müssen drei derartige Formteile mit enger Beabstandung nebeneinander existieren. Nachdem der Kunststoff in die Form und um die Formteile eingespritzt wurde, um den Stiftkörper zu bilden, müssen die tiefen Formteilabschnitte aus den Tintenkammern beseitigt werden. Je größer das Höhe/Breite- und/oder das Länge/Breite-Verhältnis sind, desto schwieriger ist es, diese Formteilabschnitte zu beseitigen, ohne das ge gossene Teil zu beschädigen. Wenn alle drei Kammern in dem Stift 24 als tiefe Hohlräume gebildet wurden, so daß der Schaumstoff von oben nach unten eingebracht wurde, wäre die Gußanordnung sehr schwer zu entwerfen, wenn dies überhaupt möglich ist, aufgrund der Schwierigkeit beim Beseitigen innerer Gußteile aus drei solchen, tiefen, nebeneinander liegenden Kammern.
Die mittlere Kammer 160 ist als ein tiefer Hohlraum gebildet. Jedoch sind die Probleme mit solchen tiefen Kammern bei der mittleren Kammer bis zu einem bestimmten Grad gelöst, indem die mittlere Kammer ausgebildet ist, um von der Unterseite zu der Oberseite hin eine zunehmende Breite zu besitzen. Da das Äußere des Stifts eine allgemein rechteckige Form besitzt, müssen die äußeren Kammern daher von der Unterseite zu der Oberseite hin eine abnehmende Breite besitzen. Folglich ist es möglich, daß eine Kammer (die mittlere Kammer) eine solche zunehmende Breite besitzt, wobei es jedoch nicht möglich wäre, daß alle drei Kammern eine solche zunehmende Breite besitzen, es sei denn, der Stift hätten einen nicht-rechteckigen äußeren Formfaktor, oder wenn die Wände des Stift eine ungleichmäßige Wanddicke besitzen würden. Jede dieser Alternativen ist unerwünscht.
Bevor die Schaumstoffkörperbauglieder 130, 132 und 134 in den Stift 24 eingebracht werden, müssen dieselben "verfilzt" werden. Wie bereits genannt wurde, sind die Schaumstoffkörperbauglieder 130, 132 und 134 vorzugsweise aus einem netzförmigen Polyurethanschaumstoff gebildet. Das Verfilzen ist ein Verfahren, bei dem der Schaumstoff gleichzeitig Wärme und einer Komprimierung unterworfen wird, was bewirkt, daß sich der Schaumstoff setzt und seinen komprimierten Zustand behält. Das Verfilzungsverfahren wird bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 beschrieben. Vor dem Verfilzen besitzt der Schaumstoff eine mittlere Porengröße von 85 bis 90 Poren pro Zoll, eine Dichte von etwa 1,3 Pfund pro Kubikfuß und eine Dicke von etwa 2,3 Zoll.
In den Fig. 6 und 7 werden zwei Verfilzungspressen 210 und 212 verwendet, um ein netzförmiges Polyurethanschaumstoff- Bauglied 214 zu verfilzen. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, werden die Verfilzungspressen 210 und 212 aufeinander zu bewegt, um das Schaumstoffbauglied 214 zu komprimieren. Gleichzeitig wird durch die Verfilzungspressen 210 und 212 Wärme zugeführt, was bewirkt, daß die innere Struktur des Schaumstoffbauglieds 214 einer Verformung unterzogen wird und ihre komprimierte Konfiguration, die in Fig. 7 gezeigt ist, behält. Der Schaumstoff wird bei 360ºF 35 Minuten verfilzt. Nach dem Verfilzen besitzt der Schaumstoff eine Dicke von etwa 0,42 Zoll. Folglich werden die Schaumstoffkörperbauglieder 130, 132 und 134 verglichen mit ihrem inkomprimierten Zustand vor dem Einbringen in den Stiftkörper insgesamt um 548% verfilzt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Anders ausgedrückt wird der Schaumstoff auf etwa 18% seines vorverfilzten Zustands verfilzt. Der Schaumstoff, der in dem Stift 24 verwendet wird, besitzt eine signifikant höhere Verfilzung als bei HP-Stiften früherer Generationen.
Eine große Schaumstoffplatte wird verfilzt und die Schaumstoffbauglieder werden aus dieser Platte geschnitten. Schaumstoffbauglieder können entweder mit Sägen oder mittels Prägedruck geschnitten werden. Das Prägedrucken ist bevorzugt, da es effizienter und weniger aufwendig ist. Das Verfilzen bewirkt, daß die Schaumstoffkörper viel einfacher einem Prägedruck unterzogen werden können, da der verfilzte Schaumstoff steifer und beständiger gegen ein Aufrollen um die Kanten während des Prägedruckens ist. Wenn der Schaumstoff nicht verfilzt ist, ist derselbe nicht so steif und die Kanten rollen während des Prägedruckprozesses übermäßig auf. Selbst wenn der Schaumstoffkörper verfilzt ist und einem Prägedrucken unterzogen wird, ist es bevorzugt, einen Fertigstellungsschritt des Sägens bestimmter Kanten des Schaumstoffkörpers durchzuführen, um denselben quadratischer zu machen, speziell die Kanten parallel zu der Z-Achse, wie in Fig. 4 gezeigt ist, beispielsweise die Kanten 218, 220, 222, und die andere vertikale Kante, die nicht gezeigt ist.
Ein Vorteil des Verfilzungsverfahrens besteht darin, daß dasselbe das Eindringen der Schaumstoffbauglieder in den Stiftkörper unterstützt. Dies gilt insbesondere für das mittlere Schaumstoffbauglied 130. Das Verfilzungsverfahren macht den Schaumstoff in der Z-Richtung, wie in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist, steifer. Die mittlere Kammer 160 ist besonders lang und schmal. Es ist schwierig, ein Schaumstoffbauglied in eine derart lange schmale Kammer einzubringen. Jedoch ermöglicht die Steifheit des Schaumstoffs, nachdem derselbe verfilzt wurde, daß das Schaumstoffbauglied einfacher in die mittlere Kammer eingebracht wird, und reduziert die Wahrscheinlichkeit, daß ein. Knittern oder Ungleichmäßigkeiten in dem Schaumstoff auftreten. Es ist extrem wichtig, derartige Ungleichmäßigkeiten zu vermeiden, da an jeder Position, an der der Schaumstoff eine lokale hohe Komprimierung aufweist, der Schaumstoff an diesen Positionen eine etwas höhere Kapillarität aufweisen wird, und somit bewirken wird, daß eine bestimmte Tintenmenge an diesen Orten in dem Schaumstoff hängen bleibt.
Zusätzlich unterstützt diese Steifheit die Beibehaltung einer positiven Komprimierung und Abdichtung zwischen der Tintenröhre 168 und dem Schaumstoffbauglied 130. Die Schaumstoffbauglieder 132 und 134 sind viel einfacher in die seitlichen Kammern 162 und 164 einzubringen. Doch selbst bei dieser Ausrichtung unterstützt die zusätzliche Steifheit, die durch das Verfilzungsverfahren erhalten wird, das Halten der Schaumstoffkörper 132 und 134 in einem komprimierenden Kontakt mit den Tintenröhren 170 und 172. Für den Schaumstoff in allen drei Kammern ist die Verfilzungsachse oder die Richtung die gleiche, wobei dieselbe die Richtung ist, in die die Verfilzungspressen 210 und 212 während des Verfilzungsverfahrens bewegt werden, welche die X-Richtung ist, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist.
Wie erwähnt wurde, ist die mittlere Kammer 160 in der Nähe ihrer Oberseite breiter als in der Nähe ihrer Unterseite oder näher bei der unteren Wand 174. Das mittlere Schaumstoffbauglied 130 weist nach dem Verfilzen etwa die Breite der mittleren Kammer in der Nähe ihrer Oberseite auf. Daher wird das mittlere Schaumstoffbauglied 130 durch die inneren Wände 176 und 178 zusätzlich komprimiert, während das mittlere Schaumstoffbauglied in die mittlere Kammer 160 eingebracht wird.
Das Einbringen des Schaumstoffs in die mittlere Kammer ist gegenüber Stiften früherer Generationen aufgrund der "engen Netz-"Größe der Schaumstoffplatten, die in dem Stift 24 verwendet sind, verbessert. Die Volumina der Tintenkammerhohlräume verglichen mit dem Volumen des Schaumstoffs vor dem Einbringen sind in der folgenden Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4 Volumenvergleiche (cm³)
Folglich sind bei den auf Schaumstoff basierenden HP-Stiften früherer Generationen die Schaumstoff/Hohlraum-Volumenverhältnisse in der Größenordnung von etwa 1,5 oder darüber. Dies bedeutet, daß das Gesamtvolumen des Schaumstoffs vor dem Einbringen in die Kammer zumindest 50% größer war als das tatsächliche Volumen der Kammer, in das der Schaumstoff eingebracht wurde. Dies macht erforderlich, daß der Schaumstoff während des Einbringverfahrens in die Kammern ge quetscht wird. Dieses Quetschen erfordert spezielle Gerätschaften, um den Schaumstoff in die Kammern einzubringen, während derselbe irgendwie komprimiert wird.
Vor der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde angenommen, daß dieses zusätzliche Volumen des Schaumstoffs vor dem Einbringen notwendig war, um einen ordnungsgemäßen komprimierenden Kontakt zwischen dem Schaumstoff, den inneren Wänden des Stifts und der Tintenröhre zu erhalten. Jedoch können aufgrund der erhöhten Verfilzung der Schaumstoffbauglieder in dem Stift 24, was einen signifikanten Steifheitsbetrag hinzufügt, die Schaumstoffbauglieder vor dem Einbringen in den Hohlraum näher an dem Hohlraumvolumen sein. Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, besitzen die Schaumstoffbauglieder des Stifts 24 ein Volumen vor dem Einbringen, das zwischen 1,23 und 1,26 mal dem Hohlraumvolumen ist. Die Schaumstoffbauglieder besitzen folglich ein Volumen vor dem Einbringen, das etwa 125% des Hohlraumvolumens ist, welches tatsächlich das Volumen nach dem Einbringen wird. Ein Volumen vor dem Einbringen, das weniger als 130% des Volumens nach dem Einbringen beträgt, ist bevorzugt, wobei ein Volumen vor dem Einbringen von etwa 125% stark bevorzugt ist. Ein Volumen vor dem Einbringen von weniger als 130% des Volumens nach dem Einbringen wird als "nahezu Nettogröße" betrachtet.
Fig. 9 ist ein Graph des negativen Drucks oder des Gegendrucks des Fluids, der der Düsengruppe von der mittleren Kammer 160 geboten wird, als eine Funktion der Tintenmenge, die die Düsengruppe 188 verläßt. Wie zu sehen ist, nimmt der Gegendruck auf einer annähernd proportionalen Basis zu, wobei der Gegendruck an einem bestimmten Punkt beginnt, exponentiell zuzunehmen.
Fig. 10 ist ein Graph des Gegendrucks in der Tinte, der den Düsengruppen 186 und 190 als eine Funktion des Tintenvolumens, das die Düsengruppen 186 und 190 verläßt, geboten wird. Wie zu sehen ist, besitzt die Kurve des Gegendrucks in diesen seitlichen Kammern eine geringere Steigung als die Kurve in Fig. 9. Diese geringere Steigung der Kurve bedeutet, daß den Düsengruppen in den seitlichen Kammern ein gleichmäßigerer Gegendruck in der Tinte geboten wird, was die Druckqualität verbessert, wenn von diesen seitlichen Kammern gedruckt wird. Zusätzlich zum Liefern einer konsistenteren Tröpfchengröße bedeute die geringere Steigung der Gegendruckkurve auch, daß ein größerer Abschnitt der Kurve in dem annehmbaren Gegendruckbereich liegt. Dies bedeutet, daß mehr Tinte aus dem Schaumstoff erhalten werden kann. Es ist daher zu sehen, daß die Gegendruckkurve der mittleren Kammer nicht so ideal wie die der äußeren Kammer ist.
Fig. 11 zeigt einen Körper aus einem netzförmigen Polyurethanschaumstoff 234 einer gleichmäßigen Porengröße, jedoch mit einer Querschnittform, die trapezförmig ist. Dieser mittlere Schaumstoffkörper kann dann in die mittlere Kammer eingebracht werden, oder vorzugsweise in der Verfilzungsrichtung verfilzt werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist, um eine Schaumstoffplatte zu bilden, die in der Nähe der Oberseite eine kleinere Porengröße besitzt. Diese Schaumstoffplatte würde daher, wenn sie in eine mittlere Kammer eingebracht ist, in der Nähe der Oberseite det Kammer eine größere Kapillarität besitzen und würde eine Gegendruckkurve mit einer geringeren Steigung ergeben. Ein Schaumstoffbauglied kann auch während des Herstellungsverfahrens, beispielsweise während des Schäumungsverfahrens, gebildet werden, um einen gewünschten Kapillaritätsgradienten aufzuweisen. Tatsächlich müssen Schaumstoffhersteller typischerweise Schritte unternehmen, um unbeabsichtigte Kapillariätsgradienten, die als ein natürliches Ergebnis des Herstellungsprozesses auftreten, zu vermeiden. Diese von Natur aus auftretenden Kapillaritätsgradienten können gesteuert werden, um einen gewünschten Kapillaritätsgradienten in einem gegebenen Schaumstoffbauglied zu erreichen.
Fig. 13 zeigt, wie der Stift gefüllt wird. Ein Füllbauglied 240 enthält drei getrennte Tintenvorräte, die jeweils an drei Spritzen 242, 244 und 246 angebracht sind. Diese Sprit zen sind entworfen, um in die Löcher 148, 154 und 156 (Fig. 4) eingefügt zu werden. Nach dem Füllen werden die Pfropfen 146, 150 und 152 in die jeweiligen Löcher gepreßt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahlstifts ist in Fig. 14 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist dazu bestimmt, nur eine einzelne Farbe oder schwarze Tinte zu halten. Dieser Stift, der allgemein mit 276 bezeichnet ist, könnte als ein einzelner Stift in einem einfarbigen Drucker verwendet werden, als schwarzer Stift in Verbindung mit einem Mehrfarbstift, beispielsweise dem Stift 24, der in Fig. 1 gezeigt ist, oder könnte Teil eines Vier-Stift-Satzes aus einem schwarzen Stift und einem Stift für jede der Primärfarben sein. Der dargestellte Stift umfaßt eine Tintenkammer 278, die durch ein Hauptkörperbauglied 280 gebildet ist, ein Abdeckungsbauglied 282 und ein Schaumstoffbauglied 284. Das Hauptkörperbauglied 280 ist einstückig gegossen, um eine Tintenröhre 286 und einen Verteiler 288 aufzuweisen. Ein Maschenfilter 290 aus rostfreiem Stahl ist an die Tintenröhre 286 angebracht. Ein Druckkopf 292 ist mittels eines Klebers an das Hauptkörperbauglied 280 angebracht, wie dargestellt ist. Das Abdeckungsbauglied 282 wird ultraschallmäßig mit dem Hauptkörperbauglied 280 verbunden, um das Schaumstoffbauglied 284 in dem Stift einzuhüllen.
Das Hauptkörperbauglied 280 besitzt einen trapezförmigen Querschnitt, mit einer abnehmenden Breite zu der Oberseite des Stifts hin, wie dargestellt ist. Das Schaumstoffbauglied 284 besitzt einen rechteckigen Querschnitt. Das Schaumstoffbauglied 284 wird derart in das Hauptkörperbauglied 280 eingebracht, daß die Tintenröhre 286 und das Filter 290 den Schaumstoff 284 lokal komprimieren, um dadurch eine Region einer lokalisierten erhöhten Kapillarität zu erzeugen, um die Tinte in die Tintenröhre 286 anzuziehen. Aufgrund des trapezförmigen Querschnitts des Hauptkörperbauglieds 280 besitzt das Schaumstoffbauglied 284, wenn dasselbe in das Hauptkörperbauglied 280 eingebracht ist, ebenfalls einen zunehmenden Kapillaritätsgradienten, der stetig zu der Ober seite des Hauptkörperbauglieds 280 hin zunimmt. Das Schaumstoffbauglied 284 besitzt die gleiche Größe und ist um den gleichen Betrag verfilzt wie die Schaumstoffbauglieder 130 und 134. Das Hauptkörperbauglied 280 besitzt die gleichen Abmessungen wie die Kammern 162 und 164. Daher besitzt der zusammengebaute Stift, der in Fig. 14 gezeigt ist, eine Kapillardruckkurve, die eine erwünschte geringere Steigung aufweist, verglichen mit einem Hauptkörperbauglied 280 mit einem Querschnitt gleichmäßiger Breite.
Fig. 15 zeigt ein weiteres Beispiel eines Einfarbstiftes. Dieser Stift, der allgemein mit 296 bezeichnet ist, umfaßt eine Tintenkammer 298, die durch ein Hauptkörperbauglied 300 gebildet ist, ein Schaumstoffbauglied 302, ein Abdeckungsbauglied 304, eine Tintenröhre 306, einen Verteiler 308, ein Maschendrahtfilter 310 und einen Druckkopf 312. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Hauptkörperbauglied 300 einen rechteckigen Querschnitt, wobei jedoch das Schaumstoffbauglied 302 einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Breite desselben zu der Oberseite hin zunimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Kapillaritätsgradient, der zu der Oberseite des Stifts hin zunimmt, durch die erhöhte Komprimierung aufgrund der größeren Schaumstoffmenge, die in den Stiftkörper komprimiert wird, geliefert, wobei diese Komprimierung zu der Oberseite des gezeigten Stifts hin zunimmt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 15 wird der Schaumstoff gleichmäßig verfilzt, um eine gleichmäßige Breite zu besitzen. Nach dem Verfilzen wird der Schaumstoff geschnitten, um einen trapezförmigen Querschnitt aufzuweisen. Der Stift, der in Fig. 15 gezeigt ist, hätte eine Kapillardruckkurve, die flacher ist als die, die geliefert werden müßte, wenn das Schaumstoffbauglied 302 einen rechteckigen Querschnitt hätte. Jedoch ist der Stift, der in Fig. 14 gezeigt ist, gegenüber dem, der in Fig. 15 gezeigt ist, bevorzugt, da es aufwendiger ist, Schaumstoffbauglieder mit nicht rechteckigen Querschnitten zu liefern, als rechteckige Standardschaumstoffplatten. Relativ gesprochen ist es viel weniger aufwendig, ein Kunststoffteil, beispielsweise das Hauptkörperbauglied 280, das einen unregelmäßigen Querschnitt besitzt, herzustellen.

Claims

1. Eine Tintenspeichervorrichtung für ein Tintenstrahldrucksystem, wobei die Vorrichtung in dem Drucksystem ausgerichtet ist, um bei Betrachtung in einem Schwerkraftbezugssystem eine Oberseite und eine Unterseite aufzuweisen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Tintenkammer (160, 162, 164, 278, 298) mit einer Oberseite und einer Unterseite;

ein gleichmäßiges poröses Bauglied (130, 132, 143, 284, 302), das in die Tintenkammer eingebracht ist, wobei das poröse Bauglied eine Form aufweist, die ausgewählt ist, um eine allgemein zunehmende Kapillarität von der Unterseite der Tintenkammer (160, 162, 164, 278, 298) zu der Oberseite der Tintenkammer hin zu erzeugen, wenn dasselbe komprimiert in der Tintenkammer positioniert ist; und

einer Tintenmenge, die in dem porösen Bauglied (130, 132, 134, 284, 302) gespeichert ist.

2. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276) gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist:

einen Druckkopf (142, 292), der mit der Tintenkammer (162, 164, 278) fluidmäßig gekoppelt ist;

wobei die Tintenkammer (162, 164, 278) in ihrer Erstreckung von ihrer Unterseite aufwärts entlang ihrer Höhe eine abnehmende Breite besitzt.

3. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (22, 24) folgende Merkmale aufweist:

einen Druckkopf (142);

eine mittlere Tintenkammer (160), die mit dem Druckkopf (142) fluidmäßig gekoppelt ist;

zwei seitlichen Tintenkammern (162, 164), die in einer Bewegungsrichtung auf beiden Seiten der mittleren Tintenkammer (160) befestigt sind, wobei jede seitliche Tintenkammer (162, 164) mit dem Druckkopf (142) fluidmäßig gekoppelt ist und von ihrer Unterseite zu ihrer Oberseite eine allgemein abnehmende Breite besitzt;

wobei jeweils ein poröses Bauglied (130, 132, 134) in jeder der mittleren (160) und der seitlichen (162, 164) Tintenkammern angebracht ist; und

eine Tintenmenge, die in jedes poröse Bauglied (130, 132, 134) gefüllt ist.

4. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, bei der das oder jedes poröse Bauglied (130, 132, 134, 284) vor dem Einbringen in die oder jede Tintenkammer (160, 162, 164, 278) eine allgemein gleichmäßige Breite aufweist.

5. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276, 296) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine Tintenröhre (168, 170, 172, 286, 306) aufweist, die sich an einer Position in der Nähe der Unterseite der oder jeder Tintenkammer (160, 162, 164, 278, 298) in einen komprimierenden Kontakt mit dem oder jedem porösen Bauglied (130, 132, 134, 284, 302) erstreckt, um das oder jedes poröse Bauglied in der Region der oder jeder Tintenröhre (168, 170, 172, 286, 306) lokal zu komprimieren, wobei die oder jede Tintenröhre mit dem Druckkopf (142, 292, 312) fluidmäßig gekoppelt ist.

6. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276, 296) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein Filter (136, 138, 140, 290, 312) aufweist, das an der oder jeder Tintenröhre (168, 170, 172, 286, 306) angebracht ist und sich ferner in einen komprimierenden Kontakt mit dem oder jedem porösen Bauglied (130, 132, 134, 284, 302) erstreckt.

7. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276, 296) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6, bei der die allgemein abnehmende Breite in der Bewegungsrichtung gemessen ist.

8. Eine Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276, 296) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, bei der das poröse Bauglied (130, 132, 134, 284, 302) ein synthetischer Schaumstoff ist, der vor dem Einbringen in die oder jede Tintenkammer (160, 162, 164, 278, 298) in der Bewegungsrichtung verfilzt wird.

9. Ein Verfahren zum Herstellen einer Tintenspeichervorrichtung (22, 24, 276, 296) zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucksystem, das einen Tintenstrahlstift in einer Druckzone in einer Bewegungsrichtung über ein Druckmedium bewegt, und das bei Betrachtung in einem Schwerkraftbezugssystem eine Höhenrichtung aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Bereitstellen eines Druckkopfs;

Anbringen einer Tintenkammer (160, 162, 164, 278, 298) an dem Druckkopf, wobei die Tintenkammer in ihrer Erstreckung aufwärts entlang der Höhenrichtung eine allgemein abnehmende Breite aufweist;

Einbringen eines Schaumstoffbauglieds (130, 132, 134, 284, 302) in die Tintenkammer, wobei das Schaumstoffbauglied vor dem Einbringen in die Tintenkammer eine allgemein gleichmäßige Breite aufweist, und eine Breite aufweist, die zumindest so groß wie die kleinste Breite der Tintenkammer ist;

Anbringen eines Abdeckungsbauglieds (282) an der Tintenkammer, um das Schaumstoffbauglied in der Tintenkammer einzuhüllen; und

Speichern von Tinte in dem Schaumstoffbauglied.