ES2289193T3 - Cartucho de tinta con regulador de presion. - Google Patents
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Abstract
Un cartucho de tinta, que comprende: una cámara de almacenamiento de tinta (56), un orificio de alimentación de tinta (5, 51) que está en comunicación de fluido con la cámara de almacenamiento de tinta (56) a través de una trayectoria de flujo de tinta formada en el cartucho de tinta, y un mecanismo de generación de presión negativa (30) que bloquea y abre de forma selectiva la trayectoria de flujo como una consecuencia del consumo de tinta, comprendiendo el mecanismo de generación de presión negativa: un elemento elástico (20, 84) que tiene una primera y una segunda superficie, un primer paso de flujo (12, 85) dirigido hacia la primera superficie del elemento elástico (20, 84) y que se comunica con la cámara de almacenamiento de tinta (56), una porción de abertura (10, 82) que está dispuesta de tal forma que la primera superficie del elemento elástico (20, 84) contacta y se separa de la porción de abertura (10, 82) y que se comunica con el orificio de alimentación de tinta (5, 51) a travésde un segundo paso de flujo (86, 88, 89), y una porción de espacio (27, 109) dirigida hacia la segunda superficie del elemento elástico (20, 84) y que está adaptada para comunicarse con el orificio de alimentación de tinta (5, 51) a través de un tercer paso de flujo (86, 86'', 87).
Description
Cartucho de tinta con regulador de presión.
La presente invención se refiere a un cartucho
de tinta para suministrar tinta en un estado de presión negativa
adecuada a un cabezal de registro que eyecta gotitas de tinta en
respuesta a señales de impresión.
Un aparato de registro de chorro de tinta está
configurado generalmente de tal manera que un cabezal de registro
de chorro de tinta para la eyección de gotitas de tinta para
imprimir señales está montado sobre un carro que se mueve de forma
alternativa en la dirección de la anchura de la hoja a través de una
pieza de papel de registro, y la tinta es alimentada desde un
depósito de tinta interno hasta el cabezal de registro. En el caso
de un aparato de registro pequeño, un contenedor de almacenamiento
de tinta, tal como un depósito de tinta, está dispuesto de forma
desmontable desde el carro por conveniencia en la manipulación y
para facilitar la sustitución de un depósito de tinta agotado por
un depósito de tinta nuevo que contiene un suministro de tinta
nuevo (o tintas, si el depósito es un depósito de varios
colores).
Con el fin de prevenir las fugas de tinta desde
el cabezal de registro, un contenedor de almacenamiento de tinta de
este tipo incluye generalmente allí un miembro poroso impregnado con
tinta, de manera que la fuerza capilar del miembro poroso retiene
la tinta.
Además, existe una tendencia a que se incremente
la cantidad de tinta consumida con el tiempo, debido a que el
desarrollo continuo de impresoras mejoradas conduce a un incremento
del número de orificios de tobera con el fin de mantener los
compromisos de una mejora requerida en la calidad de la impresión y
en la velocidad de la impresión.
Con el fin de incorporar estos desarrollos en el
diseño de impresoras de chorro de tinta, es preferible incrementar
la cantidad de tinta que se puede almacenar en el contenedor de
almacenamiento de tinta, pero esto conduce a un incremento en el
volumen del miembro poroso. Sin embargo, en el caso en el que el
miembro poroso que retiene la tinta emplea fuerza capilar, la
altura, es decir, la cabecera de agua, del miembro poroso es
limitada y, por lo tanto, la zona inferior del contenedor de
almacenamiento de tinta debe incrementarse con el fin de
incrementar el volumen del contenedor, planteando un problema, en el
que debe incrementarse el tamaño del carro y, por lo tanto, todo el
tamaño del aparato de registro.
Para resolver este problema, la Publicación
Kokai de Patente Japonesa Nº Hei 8-174860, que
corresponde al documento JP8174860A, propone, en los párrafos 0041
- 0043, y en la figura 10, un carro de tinta, en el que un miembro
de membrana deformable por la presión de la tinta se deforma en su
centro con un taladro pasante para proporcionar un asiento de
válvula de membrana, y un miembro de válvula está previsto en un
lugar opuesto al asiento de válvula de membrana.
Además, para resolver este problema, la
Publicación de Patente Internacional Nº WO 00/03877 proporciona un
cartucho de tinta, en el que un miembro de válvula está formado
mediante moldeo por inyección de material de polímero que tiene
elasticidad, un taladro pasante está formado en un centro del
miembro de válvula, una superficie de apoyo del miembro de válvula
está en contacto de presión con un miembro de sellado por medio de
un muelle, y el miembro de válvula se mueve por una presión negativa
que actúa sobre la superficie trasera del miembro de válvula, de
manera que fluye tinta a través del taladro pasante hasta un
orificio de alimentación de tinta.
Entre tanto, se requiere un cartucho de tinta
que tiene una alta actuación de alimentación de tinta y que puede
alimentar una gran cantidad de tinta a un cabezal de registro, con
el fin de satisfacer las necesidades de tales cartuchos cuando se
utilizan en una impresión a alta velocidad. El factor más importante
que afecta al rendimiento cuando se alimenta tinta a un cabezal de
registro es la resistencia al paso de flujo dentro del
cartucho.
La Patente de los Estados Unidos Nº 4.602.662
describe una válvula controlada externamente para uso en sistemas
de marcación líquida. Esta referencia enseña que una entrada y una
salida están localizadas en un lado de un miembro móvil, y un
muelle y una fuente de vacío externa están localizados en el otro
lado del miembro móvil. La patente establece específicamente que el
muelle no se utiliza para sellar la válvula, sino que más bien está
previsto solamente para prevenir el efecto sifón, y la fuente de
vacío externa sirve para mantener la válvula cerrada.
La Patente de los Estados Unidos Nº 4.971.527
implica una válvula de regulador para un sistema de marcación de
tinta. Un diafragma es presionado entre dos muelles y de esta manera
sirve para amortiguar las pulsaciones de la presión en la tinta que
fluye entre una entrada y una salida localizadas en un lado del
diafragma.
La Patente de los Estados Unidos Nº 5.653.251 se
refiere a una válvula de funda activada con vacío, cuya membrana
propiamente dicha puede ser perforada, permitiendo que el líquido
pase al otro lado de la membrana. Además, la membrana se estira
sobre una proyección curvada, y no se utiliza ningún muelle para
regular la presión de "rotura" de la válvula. Más
específicamente, la patente de los Estados Unidos Nº 5.653.251
describe una estructura de válvula que tiene un miembro de válvula
fabricado de una membrana deformable elásticamente, una porción
convexa con la que puede entrar en contacto el miembro de válvula y
un canal de flujo formado en la posición convexa y que se puede
cerrar por el miembro de válvula. En la estructura de válvula, se
aplica presión negativa en el sitio de demanda a una superficie del
miembro de válvulas para separar el miembro de válvula desde el
canal de flujo, para controlar de esta manera el suministro y la
interrupción del líquido. No obstante, en el estado abierto de la
válvula, la zona del miembro de válvula que recibe la presión del
líquido (la zona de recepción de la presión) es extremadamente
pequeña, lo que significa que la diferencia de área entre las
superficies delantera y trasera del miembro de válvula es grande.
Por esta razón, el estado abierto de la válvula no puede ser
mantenido por el cambio pequeño de la presión, que resulta del
consumo de tinta por el cabezal de registro. Cuando la estructura
de válvula se coloca en el estado cerrado de la válvula, la zona de
recepción de la presión es extremadamente grande, de manera que la
estructura de válvula es retornada al estado abierto de la válvula.
De acuerdo con ello, existe el problema de que esta operación se
repite de forma no deseada para provocar pulsaciones durante la
alimentación de la tinta que, como se apreciará, puede afectar
adversamente a la impresión.
En el carro de tinta descrito en la Publicación
de Patente Internacional Nº WO 00/03877, el taladro pasante, que
forma un paso de flujo de tinta a través del miembro de membrana,
provoca una resistencia al fluido y, además, una holgura mutua del
taladro pasante con respecto al miembro de válvula que coopera con
el taladro pasante provoca también una resistencia grande al
fluido.
En la publicación de Patente Europea EP 1199172A
se describe un cartucho de tinta que tiene un mecanismo de válvula
de presión diferencial (la publicación de patente de los Estados
Unidos US 2002/1090760 es una contra parte). Esta referencia
describe válvulas, en las que una perforación en una membrana móvil
es impulsada por un muelle para apoyarse en una proyección
sólida.
Para reducir la resistencia al fluido provocada
por el taladro pasante del miembro de membrana, es concebible
incrementar el diámetro del taladro pasante, pero puesto que el
miembro de membrana debe formarse a partir de material de polímero
elástico, el incremento del tamaño del taladro pasante reducirá la
carga por unidad de área, provocando una reducción en la presión de
sellado, y degradando de esta manera la capacidad de sellado de la
válvula y reduciendo el rendimiento del cartucho.
Por esta razón, se puede hacer una modificación,
en la que una porción en proyección está formada en la región del
miembro de válvula opuesto al miembro de sellado para mejorar la
capacidad de sellado, y el taladro pasante está formado a través de
esta porción en proyección. Sin embargo, debido a la fuerza de
desviación del muelle, cuando la válvula se mantiene en el estado
cerrado, la porción en proyección se deforma elásticamente y se
colapsa.
Por consiguiente, incluso cuando actúa presión
negativa sobre el miembro de válvula para mover la válvula hacia
atrás desde el miembro de sellado en una cantidad que corresponde a
la presión negativa aplicada, la porción en proyección que se ha
deformado elásticamente es retornada al estado original y de esta
manera la resistencia al paso del flujo en el estado abierto de la
válvula es alta. En el caso de que se necesite una cantidad grande
de tinta para consumo, tal como cuando se imprime una imagen, existe
la posibilidad de que se suministre tinta insuficiente.
Además, con el fin de estabilizar el estado
cerrado del miembro de válvula, la porción en proyección tiene que
aplastarse en una medida suficiente para estar en contacto estrecho
con el miembro de sellado. Con esta finalidad, la porción en
proyección del miembro de válvula está constituida de un miembro
elástico hecho de elastómero. Además, la porción en proyección del
miembro de válvula es gruesa en comparación con una superficie de
membrana del miembro de válvula que recibe la presión diferencial.
Por lo tanto, es probable que se produzca un flujo turbulento de
resina durante el moldeo por inyección y, por lo tanto, es probable
que se produzcan soldaduras como una consecuencia del moldeo,
provocando dificultades en la formación de la porción en proyección
del miembro de válvula que se proyecta en gran medida desde la
superficie de membrana.
Además, puesto que se provoca una desviación en
la concentricidad entre la porción en proyección del miembro de
válvula y el miembro de sellado debido a la fluctuación en la
precisión de los componentes y el montaje, la superficie de
contacto del miembro de sellado debe realizarse grande en
comparación con el diámetro de la porción en proyección del miembro
de válvula con el fin de asegurar una alineación adecuada.
Debido a estas consideraciones, el miembro de
sellado está presente sobre una zona amplia alrededor de la porción
en proyección del miembro de válvula, planteando el problema de una
resistencia grande al paso del flujo.
Además, debido a que el taladro pasante debe
formarse a través de la porción en proyección del miembro de
válvula, es probable que se produzcan plegamientos o ranuras debido
a las soldaduras en una región de sellado, provocando rendimientos
de fabricación insuficientes, lo que no es deseable.
Además, en el caso de que se aplique una
configuración de taladro pasante, tal como una configuración cónica,
al taladro pasante formado en el miembro de membrana como un
intento para reducir la resistencia al paso de flujo, una porción
inferior de la porción en proyección es de espesor de pared pequeño,
planteando un problema en el que la porción en proyección se
deforma en el interior del taladro pasante. Es decir, que existe un
problema adicional porque se limita la configuración del taladro
pasante.
La presente invención se ha realizado para
resolver estos problemas.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un cartucho de tinta que puede reducir una resistencia
al paso de flujo alrededor de un taladro pasante en una estructura
de generación de presión negativa, para permitir de esta manera una
alta cantidad de consumo de tinta desde el cartucho de tintas por un
cabezal de registro.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un cartucho de tinta que se puede fabricar con un
rendimiento excelente.
Todavía otro objeto de la presente invención es
proporcionar un controlador de flujo de fluido para un cabezal de
registro, que puede reducir una resistencia al paso de flujo
alrededor de un taladro pasante en una estructura de generación de
presión negativa, para permitir de esta manera una alta cantidad de
consumo de tinta por el cabezal de registro.
Con el fin de conseguir los objetos mencionados
anteriormente, se proporciona un cartucho de tinta de acuerdo con
la reivindicación 1. Las forma de realización preferidas de la
invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la disposición reivindicada, es
posible prescindir de un taladro pasante formado en un miembro
elástico y, por lo tanto, el miembro elástico se puede construir
para que tenga una superficie substancialmente plana. Incluso si el
miembro elástico es retornado por la acción de la presión negativa
aplicada, es posible eliminar un paso de flujo estrechado causado
por la recuperación de la porción en proyección. Además, es posible
evitar soldaduras, que es probable que se produzcan durante el
moldeo por inyección, e incrementar de esta manera el rendimiento
de fabricación.
Además, una región de un miembro elástico, que
se utiliza para sellar una porción abierta de un paso de flujo de
tinta, se puede formar como una superficie plana. En virtud de esta
estructura, se puede asegurar una holgura grande entre la porción
abierta del paso de flujo de tinta y el miembro de válvula y se
puede acortar también una profundidad. Por esta razón, es posible
reducir la resistencia al paso de flujo y de esta manera permitir
una caudal alto de consumo de tinta por un cabezal de registro. Es
decir, que es posible proporcionar un cartucho de tinta adecuado
para impresión a alta velocidad.
De acuerdo con la invención, se puede formar
fácilmente un miembro de formación del paso de flujo de suministro
de tinta por un moldeo por inyección integralmente en un cuerpo
principal de contenedor configurado en forma de caja que tiene un
fondo y que forma un cartucho de tinta.
La figura 1 es una vista en perspectiva
despiezada ordenada, que muestra un cartucho de tinta de la figura
1 como se ve desde el otro lado superficial y la figura 2B es una
vista prospectiva que muestra otra forma de realización de una
porción de almacenamiento del miembro de válvula.
La figura 2A es una vista en perspectiva que
muestra el cartucho de tinta de la figura 1 según se ve desde el
otro lado de la superficie, y la figura 2B es una vista prospectiva
que muestra otra formas de realización de una porción de
almacenamiento del miembro de válvula.
La figura 3 es una vista en sección del cartucho
de tinta, que muestra una estructura de sección del mismo en una
proximidad de un mecanismo de generación de presión negativa.
Las figuras 4A y 4B son vistas en sección
ampliadas, que muestran, respectivamente, un estado cerrado de la
válvula y un estado abierto de la válvula del mecanismo de
generación de presión negativa en el cartucho de tinta, y la figura
4C es una vista en sección que muestra un paso de flujo de la tinta
desde el mecanismo de generación de la presión negativa hasta un
orificio de suministro de tinta.
Las figuras 5A y 5B muestran el flujo de tinta
en el cartucho de tinta.
Las figuras 6A y 6B son vistas que muestran
diferentes formas de realización de un miembro de válvula.
La figura 7 es una vista en perspectiva que
muestra un miembro de válvula utilizado en un cartucho de tinta
convencional.
Las figuras 8A y 8B son vistas ampliadas que
muestran un estado cerrado de la válvula y un estado abierto de la
válvula del cartucho de tinta convencional, respectivamente, y la
figura 8C es una vista ampliada que muestra una forma de una
porción en proyección en el estado cerrado de la válvula.
La figura 9 muestra otra forma de realización,
en la que un miembro que define una región, en la que está
instalado el mecanismo de generación de presión negativa, está
formada como un miembro discreto.
La figura 10 es una vista en perspectiva que
muestra el conjunto de un cartucho de tinta de acuerdo con otra
forma de realización de la presente invención y que muestra, en
particular, una estructura de un lado de apertura de un cuerpo
principal de contene-
dor.
dor.
La figura 11 es una vista en perspectiva que
muestra el conjunto del cartucho de tinta, que muestra
particularmente una estructura de un lado superficial delantero de
la misma.
La figura 12 es una vista delantera que muestra
el lado de apertura del cuerpo principal del contenedor.
La figura 13 es una vista delantera que muestra
un lado de la porción inferior del cuerpo principal del
contenedor.
La figura 14 es una vista en sección que muestra
una región del cuerpo principal del contenedor, donde está montado
un mecanismo de generación de una presión negativa.
La figura 15 es una vista en sección que muestra
un paso de flujo del cuerpo principal del contenedor desde la
región, en la que está montado el mecanismo de generación de la
presión negativa, hasta un orificio de suministro de tinta.
La figura 16 es una vista en sección ampliada
que muestra la región en la que está montado el mecanismo de
generación de la presión negativa.
La figura 17 es una vista en perspectiva
despiezada ordenada que muestra el montaje de un cartucho de tinta
de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención,
que muestra particularmente un lado abierto de un cuerpo principal
del contenedor.
La figura 18 es una vista en sección que muestra
una región del cuerpo principal del contenedor en la que está
montado un mecanismo de generación de presión negativa.
La figura 19 es una vista en sección ampliada
que muestra la región en la que está montado el mecanismo de
generación de presión negativa.
Las figuras 20A a 20B son vistas esquemáticas
que muestran, respectivamente, un estado cerrado de la válvula y un
estado abierto de la válvula de una estructura de trayectoria de
flujo de un mecanismo de generación de presión negativa en un
cartucho de tinta de acuerdo con la presente invención.
Las figuras 21A y 21B son vistas esquemáticas
que muestran, respectivamente, un estado cerrado de la válvula y un
estado abierto de la válvula de una estructura de trayectoria de
flujo en un mecanismo de generación de presión negativa en un
cartucho de tinta convencional.
Las figuras 22A y 22B muestran otras formas de
realización de una estructura de trayectoria de flujo en el
mecanismo de generación de presión negativa en el cartucho de tinta
de acuerdo con la presente invención.
La figura 23 es una vista en sección que muestra
otra forma de realización del mecanismo de generación de presión
negativa.
La figura 24 es una vista en sección que muestra
una forma de realización de un controlador de flujo de fluido para
un cabezal de registro, que emplea los principios de la presente
invención.
A continuación se describirán los detalles de la
presente invención con referencia a las formas de realización
ilustradas.
La figura 1 y la figura 2A son vistas en
perspectivas despiezadas ordenadas que muestran un conjunto de un
cartucho de tinta de acuerdo con una forma de realización de la
presente invención, que ilustran la estructura delantera y trasera,
respectivamente. La figura 3 es una vista que muestra una sección de
su estructura. El cartucho de tinta está definido, en parte, por un
elemento de bastidor 2 que tiene orificios 1 sobre sus dos lados, y
elementos de tapa 3 y 4 que sellan los orificios 1, respectivamente.
El cartucho de tinta está formado con un orificio de alimentación
de tinta 5 en un lado extremo de sellado en una dirección de
inserción, por ejemplo en una superficie inferior en esta forma de
realización. El orificio de alimentación de tinta de acuerdo con la
presente invención comprende un elemento o una porción de abertura,
en los que se puede conectar o insertar un elemento de conexión,
tal como una aguja o tubo hueco, para conexión desprendible entre el
cartucho de tinta y un cabezal de registro previsto sobre un
cartucho.
Un miembro 6 que forma un paso de flujo de
alimentación de tinta, que es parte de una estructura de generación
de presión negativa 30, está formado integralmente en la proximidad
de una porción del elemento de bastidor 2 dirigido hacia el
orificio de alimentación de tinta 5, de manera que una porción del
elemento de formación del paso de flujo de alimentación de tinta 6
localizado en un lado de la superficie de abertura del elemento de
bastidor 2 constituye una porción de abertura 7. La porción de
abertura 7 está dispuesta para estar en comunicación de fluido con
el orificio de alimentación de tinta 5.
El elemento de formación del paso de flujo de
alimentación de tinta 6 está dividido substancialmente en una
porción de almacenamiento del elemento de válvula 8 para almacenar
un elemento de válvula substancialmente circular (llamado también
como un elemento elástico) 20, y una porción de paso de flujo 9 para
comunicación de fluido con la porción de alimentación de tinta 5.
Una porción en proyección 11 que tiene un primer taladro pasante
10, que sirve como un orificio de salida de flujo de tinta, está
formado en un centro de la porción de almacenamiento del elemento
de válvula 8, y un segundo taladro pasante 12, que sirve como un
orificio de flujo de entrada de tinta, está formado en una posición
desviada desde la porción en proyección 11. La porción de paso de
flujo 9 está formada con un tercer taladro pasante 13 que sirve como
un orificio de flujo de entrada de tinta para comunicación con una
región de la superficie delantera del miembro de válvula 20.
Como se muestra en las figuras
4A-C, el primer taladro pasante 10 está formado para
tener una porción lateral recta S substancialmente cilíndrica en un
lado del elemento elástico, y una porción R configurada en forma de
canal que se ensancha hacia fuera moviéndose a lo largo del taladro
pasante 10 en la dirección del flujo de tinta a medida que la tinta
se mueve hacia el orificio de alimentación de tinta 5. Esta porción
R configurada en forma de canal es continua hasta y aguas debajo de
la porción recta S. Es decir, que el lado de flujo de salida de
tinta del taladro pasante 10 se ensancha hacia fuera. Esta
estructura asegura un sellado fiable por la porción recta S y
reduce la resistencia al paso de flujo para el movimiento del fluido
en todo el primer taladro pasante 10 por la porción R configurada
en forma de canal.
Una porción de receso 15 está formada en una
superficie 14 de una superficie de pared 6a que define el elemento
de formación del paso de flujo de suministro de tinta 6 para
conectar el primer taladro pasante 10 de la porción en proyección
11 al tercer taladro pasante 13 de la porción de paso de flujo 9. Un
paso de comunicación (designado en adelante por el número de
referencia 15') está definido por el sellado de la porción de receso
15 con una película de cubierta 16.
En el elemento de formación del paso de flujo de
alimentación de tinta 6 construido de esta manera, el elemento de
válvula 20 deformable elásticamente está montado a través de un
bastidor de ajuste de la posición 21, como se muestra en la figura
4. El elemento de válvula 20 está provisto con una porción gruesa
20a a lo largo de su circunferencia, y la porción gruesa 20a tiene
una superficie plana dirigida hacia la porción en proyección 11. Un
muelle 22 para ajustar una presión diferencial está colocado por una
porción en proyección 20b formada en el centro del elemento de
válvulas 20 y contacta con la superficie trasera (superficie de
apoyo) del elemento de válvula 20. Además, un elemento de retención
23 sella el lado exterior del elemento de formación del paso de
flujo de alimentación de tinta 6 de una manera hermética al agua
desde una región de almacenamiento de tinta, permitiendo al mismo
tiempo la comunicación entre la porción de paso de flujo 9 y la
superficie de apoyo del elemento de válvula 20. Incidentalmente, en
la estructura ilustrada, el ajuste entre el elemento de válvula 20
y la porción en proyección 11 se puede mejorar si las porciones
coincidentes de estos elementos se realizan planas, puesto que esto
facilitará la alineación, y evitará la necesidad de tener en cuenta
la curvatura o las irregularidades de las superficies de apoyo.
Con esta finalidad, para permitir tal
comunicación entre la porción de paso de flujo 9 y la superficie de
apoyo del elemento de válvula 20, al menos una y posiblemente ambas
porciones de receso 9a y 23a están formadas en una región del
elemento de formación del paso de flujo de alimentación de tinta 6 y
el elemento de retención 23 para dirigirse hacia la porción de paso
de flujo 9.
El elemento de válvula 20 está hecho con
preferencia de material polímero, tal como un elastómero, que se
puede formar mediante moldeo por inyección, y que tiene propiedades
elásticas. El elemento de válvula 20 está provisto con la porción
en proyección 20b de recepción del muelle en una región dirigida
hacia la porción en proyección 11, es decir, en una porción central
del mismo.
Una película 24 está unida o fijada a una pared
de división 6b que es parte del elemento de formación del paso de
flujo de suministro de tinta 6 para cubrir la superficie del
elemento de retención 23 y sellar la porción de almacenamiento de
la válvula 8 y la porción de paso del flujo 9, asegurando de esta
manera un sellado fiable y una separación desde la región de
almacenamiento de tinta.
En la forma de realización descrita
anteriormente, el segundo taladro pasante 12 está formado para ser
substancialmente del mismo tamaño que el primer taladro pasante
10.Sin embargo, la presente invención no está limitada de esta
manera y, como se muestra en la figura 2B, el segundo taladro
pasante 12 puede estar sustituido por una ventana 12' formada como
una consecuencia de la retirada de una porción mayor de la
superficie de la pared 6a, dejando detrás material suficiente para
proporcionar una porción que no se deforma debido a la fuerza de
presión del muelle 22 que desvía el elemento de válvula 20 y cuya
porción puede permitir la formación de la porción de receso 15 que
sirve como el paso de comunicación. Esta disposición proporciona de
esta manera los mismos efectos que la estructura descrita
anteriormente.
En esta forma de realización, cuando el cartucho
de tinta está montado en un aparato de registro, y se reduce la
presión del fluido en el lado del orificio de alimentación de tinta,
es decir, la región más aguas abajo desde la que se descarga tinta
desde el cartucho de tinta, a través del consumo de tinta por un
cabezal de registro o similar, se reduce también la presión del
líquido en la porción de paso de fluido 9, en la porción de paso de
flujo 15' formada por la porción de receso 15 y la película 16 y un
espacio cerrado (llamado también compartimiento operativo de la
presión) 27 detrás del miembro de la válvula 20 que se comunica con
él solamente a través de un paso de flujo formado por la porción de
receso 23a, de manera que la presión reducida actúa sobre la
superficie que es presionada también con una fuerza de desviación
por el muelle 22 (el espacio cerrado 27 está abierto para
comunicación de fluido solamente a través del paso formado por la
porción de receso 23a). No obstante, en el caso de que la presión
negativa del fluido en el orificio de alimentación de tinta 5 no
alcance una válvula predeterminada, el elemento de válvula 20
mantiene un estado sellado del primer taladro pasante 10 cuando es
sometido a la fuerza de desviación del muelle 22. Además, aunque
esta presión negativa actúa también sobre el primer taladro pasante
10 a través del paso de comunicación 15' y de esta manera es
suministrada al lado de la superficie delantera del elemento de
válvula 20, la zona del taladro pasante 10 es extremadamente
estrecha, de manera que la fuerza que actúa sobre el lado de la
superficie delantera del elemento de válvula es insignificante en
comparación con la fuerza aplicada al lado de la superficie de apoyo
de ese elemento de válvula.
La figura 4C es una vista en sección tomada, en
parte, a través de la porción de paso de flujo 9 de la estructura
de generación de presión negativa 30. Cuando se reduce la presión
negativa, de manera que la fuerza generada de forma correspondiente
es menor que la fuerza aplicada por el muelle 22 y la rigidez
inherente del elemento de válvula 20, la presión negativa en el
orificio de alimentación de tinta 5 actúa sobre el compartimiento
operativo de presión 27 del elemento de válvula 20, que está en
comunicación con el orificio de suministro de tinta a través de la
porción de receso 23a o 9a (figura 4C). De acuerdo con ello, el
elemento de válvula 20 experimenta una fuerza suficiente desde el
diferencial de presión para moverse contra la fuerza de desviación
del muelle 22 y de esta manera se separa de la porción en proyección
11 (figura 4B), permitiendo que la tinta contenida en la cámara de
almacenamiento de tinta 17 fluya dentro del paso de comunicación 15'
a través del segundo taladro pasante 12 (esto se ilustra por la
flecha A en la figura 5A) y el primer taladro pasante 10 de la
porción en proyección 11. La tinta que fluye al paso de comunicación
15' fluye a través del tercer taladro pasante 13 (ilustrado por la
flecha B en la figura 5A) y la porción de paso de flujo 9 dentro del
orificio de alimentación de tinta 5 (ilustrado por la flecha C en
la figura 5B).
Cuando una cantidad predeterminada de tinta
fluye dentro del orificio de alimentación de tinta 5 de esta manera
para incrementar la presión en la superficie trasera del elemento de
válvula 20, el cambio en el diferencial de presión a través del
elemento de válvula 20 hace que el elemento de válvula contacto
elásticamente con la porción en proyección 11 bajo la fuerza de
desviación del muelle 22 y selle de esta manera el taladro pasante
10 (figura 4A).
A continuación, se repite esta operación para
alimentar tinta al cabezal de registro, manteniendo al mismo tiempo
la presión en el lado del orificio de alimentación de tinta a la
presión negativa predeterminada.
Debería indicarse que esta regulación del flujo
de tinta tiene lugar de forma automática en respuesta al consumo de
tinta desde el orificio de alimentación de tinta. Esto evita la
necesidad de tener un sistema de control externo dedicado que abre
y cierra periódicamente la válvula para regular el flujo desde el
contenedor de tinta hasta el orificio de alimentación de tinta, y
de esta manera simplifica y mejora la construcción del cartucho de
tinta.
Como se muestra en la figura 6A, el lado de
sellado del elemento de válvula de acuerdo con la presente invención
está formado como la superficie plana. Esto está en contraste con
un elemento de válvula convencional 40, como se muestra en la
figura 7, y en la presente invención no existe ninguna porción en
proyección 42 con un taladro pasante 41 en la región que contacta
con un asiento de válvula. En virtud de esta estructura, el
elemento de válvula de acuerdo con la presente invención está libre
de soldaduras, es decir, muescas (ranuras mostradas en la figura
7), que es probable que se produzcan durante el moldeo por inyección
y, por lo tanto, esta invención puede incrementar el rendimiento de
fabricación de elementos de válvula aceptables.
Además, puesto que la región del elemento de
válvula 20 que contacta con la porción en proyección 11 puede estar
formado como una superficie plana lo más ancha posible, no es un
problema la alineación precisa de una región plana estrecha con la
porción en proyección y de esta manera la región plana grande puede
entrar en contacto de una manera fiable y estrecha con la porción
en proyección 11 que sirve como un asiento de válvula para
proporcionar de esta manera una fuerza de sellado alta.
En contraste, como se muestra en las figuras 8A
y 8B, un elemento de válvula convencional 40 establece un estado,
en el que la porción en proyección 42 es forzada contra un elemento
de sellado 44 bajo la fuerza elástica del muelle 43 y como
consecuencia, se colapsa y se deforma elásticamente.
Por otra parte, puesto que la presión negativa
que actúa sobre el elemento de válvula 40 cuando se abre el
elemento de válvula 40 permanece constante, incluso cuando se separa
del elemento de sellado 44, la región 42a que ha sido deformada
elásticamente se restablece al estado original para formar una
holgura de paso de flujo L' extremadamente estrecha, resultando el
problema de una resistencia grande al paso de flujo.
Además, a la vista del hecho de que el taladro
pasante 41 está formado a través del elemento de válvula 40
realizado de material deformable elásticamente, es necesario hacer
que la zona del elemento de sellado 44 sea grande con el fin de
permitir un desplazamiento de la posición del taladro pasante 41
debido a la deflexión del elemento de válvula 40 o similar. Esto
provoca el problema adicional de que se incrementa la resistencia
al flujo debido a que la región de holgura estrecha en la proximidad
del taladro pasante 41 es inevitablemente larga.
En contraste, de acuerdo con la presente
invención, puesto que el lado de sellado del elemento de válvula 20
está formado como la superficie plana, no se provoca ningún
restablecimiento, incluso si el elemento de válvula 20 es retornado
a la postura original por la actuación de la presión negativa y de
esta manera se puede mantener una holgura grande L. Además, puesto
que el primer taladro pasante 10, que forma el paso de flujo de
tinta durante el estado abierto de la válvula, se puede formar a
través de la porción de almacenamiento del elemento de válvula, que
se realiza con preferencia de un material más rígido que el elemento
de válvula, la porción en proyección 11 e puede formar lo más
estrecha posible, asegurando al mismo tiempo todavía un paso de
flujo grande entre el elemento de válvula 20 y la cara extrema del
taladro pasante 10 debido a su rigidez. De acuerdo con ello, es
posible reducir la resistencia al flujo en la proximidad del taladro
pasante 10.
En la forma de realización descrita
anteriormente, la superficie de contacto con el asiento de válvula
está formada como la superficie plana. Alternativamente, como se
muestra en la figura 6B, se puede formar una porción en proyección
28 con una configuración que no genera soldaduras, y que proporciona
todavía los mismos efectos beneficiosos, que ya se han descrito en
conexión con la superficie plana. En este caso, la porción en
proyección 28 puede estar dimensionada y configurada cónicamente de
tal manera que penetra en el taladro pasante 10 de la porción en
proyección 11 cuando los dos componentes están empujados juntos.
En la forma de realización descrita
anteriormente, el elemento de válvula y el elemento de bastidor
están construidos como elementos discretos. Sin embargo, se pueden
formar como un elemento de una sola pieza a través de moldeo por
inyección con materiales adecuados respectivos.
En la forma de realización descrita
anteriormente, la pared que define la región en la que está
instalado el mecanismo de generación de la presión negativa está
formada para que sea integral con el elemento que define la región
de almacenamiento de la tinta. Alternativamente, como se muestra en
la figura 9, el elemento que define la región en la que está
instalado el mecanismo de generación de la presión negativa puede
estar construido como un elemento discreto 31, que se inserta en
una abertura 5a del lado de aguas arriba del orificio de suministro
de tinta 5.
A continuación se describirá otra forma de
realización de la presente invención.
Las figuras 10 a 13 muestran las estructuras
delantera y trasera de un cartucho de tinta con un elemento de
cierre de la abertura retirado. Las figuras 14 a 16 muestran
detalles de un mecanismo de generación de presión negativa que se
ve en la sección transversal. Con referencia ahora a la figura 10,
el interior de un cuerpo principal de contenedor 50, que forma una
región de almacenamiento de tinta, está dividido verticalmente por
una pared 52 que se extiende substancialmente en una dirección
horizontal y, más específicamente, que se extiende de manera que un
lado del orificio de suministro de tinta 51 de la pared 52 está
localizado ligeramente hacia abajo. Un elemento de válvula 54, un
elemento de fijación 55 y un muelle 53 están alojados en el orificio
de suministro de tinta 51, de manera que en el estado en el que el
cartucho de tinta no está montado sobre el cuerpo principal de un
aparato de registro, el elemento de válvula 54 se mantiene en
contacto elástico con el elemento de fijación 55 por el muelle 53
para cerrar con efecto de sellado el orificio de alimentación de
tinta 51.
La región inferior por debajo de la pared 52
está formada con una primera cámara de almacenamiento de tinta 56,
y la región superior por encima de la pared 52 está definida por un
bastidor 59 que tiene la pared 52 como una superficie inferior, y
que está separada de una pared 57 del cuerpo principal del
contenedor 50 por una holgura, con preferencia constante, para
formar un paso 58 de comunicación con la atmósfera. La región
interior del bastidor 59 está dividida, además, por una pared
vertical 60 formada en su parte inferior con un orificio de
comunicación 60a, de manera que una de las regiones divididas (es
decir, una región lateral derecha en el dibujo) sirve como una
segunda cámara de almacenamiento de tinta 61, y la otra región sirve
como la tercera cámara de almacenamiento de tinta 62.
Un paso de flujo de aspiración 63 está formado
en una región opuesta a la primera cámara de almacenamiento de
tinta 56 para conectar la segunda cámara de almacenamiento de tinta
61 y una superficie inferior 50a del cuerpo principal del
contenedor 50. El paso de flujo de aspiración 63 está construido
formando una porción rebajada 64 (figura 11) en la superficie
delantera del cuerpo principal del contenedor 50 y sellando esta
porción 64 con una película impermeable al aire 104, que se
describirá más adelante con más detalle.
En la tercera cámara de almacenamiento de tinta
62, un elemento de formación del paso de flujo de alimentación de
tinta 67 está construido formando una pared de marco anular 65 a
nivel con el marco 59, y una superficie plana 66 que divide el
interior de la parte del marco anular en lados delantero y trasero.
Una pared vertical 68 está formada entre la porción inferior de la
pared del marco 65 y la pared 52 para definir una cuarta cámara de
almacenamiento de tinta 69. Una porción rebajada 68a para
comunicación está formada en la porción inferior de la pared
68.
Una pared de separación 70 está prevista entre
la cuarta cámara de almacenamiento de tinta 69 y la porción de
marco 59 para formar un paso de flujo de tinta 71. La porción
superior del paso de flujo de tinta 71 se comunica con el lado de
la superficie delantera del cuerpo principal del contenedor 50 a
través de un taladro pasante 72 que puede servir como una cámara de
filtro, si se desea.
El taladro pasante 72 se define por una pared 73
continua con la pared 70, de tal manera que el taladro pasante 72
se comunica con el extremo superior del paso de flujo de tinta 71 a
través de una porción rebajada 73a. El taladro pasante 72 se
comunica también a través de una porción rebajada 74 configurada con
preferencia en forma de lágrima, formada en el lado de la
superficie delantera, y un orificio de comunicación 73b con el
interior de la pared del marco 65.
Como se muestra en la figura 11, la porción
inferior del elemento de formación del paso de flujo de alimentación
de tinta 67 está conectado al orificio de alimentación de tinta 51
a través de un paso de flujo construido a partir de una porción
rebajada 86 formada en la superficie del cuerpo principal del
contenedor 50 y una película impermeable 104 que sella esta porción
rebajada 86. El elemento de formación del paso de flujo de
alimentación de tinta 67 tiene la superficie plana 66 y una pared
anular 80 que están localizadas en el lado de la superficie
delantera del cuerpo principal del contenedor 50 y que están
opuestas a la región de almacenamiento de tinta, para definir de
esta manera una porción de almacenamiento del elemento de válvula
81. La superficie plana 66 está formada para tener en su centro
aproximado una porción en proyección 83 que tiene un taladro
pasante 82. La superficie plana 66 está formada también, en
posiciones desviadas de la porción en proyección 83, con un paso de
comunicación 85 que se comunica con la superficie delantera del
elemento de válvula 84. El taladro pasante 82, de una manera
similar a la mostrada en la figura 4A, está constituido por una
porción recta S substancialmente cilíndrica localizada sobre el
lado del elemento elástico, y una porción R configurada en forma de
canal que está alargada gradualmente en la dirección del flujo de
entrada de tinta hacia el orificio de alimentación de tinta 51 y
que es continua hasta y aguas debajo de la porción recta S (es
decir, que el lado de flujo de salida de la tinta del taladro
pasante 82 se ensancha hacia fuera), por lo que se asegura una
junta de obturación fiable por la porción recta S, al mismo tiempo
que se reduce la resistencia al paso de flujo en todo el taladro
pasante 82 por la porción R configurada en forma de canal.
Una porción ranurada 87 está formada en la
proximidad del extremo inferior de la pared 80, que está conectada
a la porción rebajada 86 que se extiende hacia abajo hacia el
orificio de alimentación de tinta 51. La profundidad de esta
porción ranurada 87 está elegida para que la porción ranurada 87 se
comunique con un lado de la superficie de apoyo del elemento de
válvula 84 cuando el elemento de válvula 84 está instalado. Una
pared 88 está formada en el lado de la superficie trasera opuesto
al taladro pasante 82, es decir, en la región superior de
almacenamiento de tinta y esta pared se extiende hacia el extremo
superior de la porción rebajada 86, escapando al mismo tiempo del
paso de comunicación 85 y divide también un espacio desde la región
circundante, de manera que el espacio está conectado a través de un
taladro pasante 89 en una región inferior de la pared 88 hasta la
región extrema superior de la porción rebajada
86.
86.
La superficie delantera del cuerpo principal del
contenedor 50 está formada con una ranura estrecha 90 que se
extiende en forma de meandro para incrementar la resistencia al paso
de flujo en la mayor medida posible, una ranura ancha 91 alrededor
de la ranura estrecha 90 y una porción rebajada rectangular 92
localizada en una región opuesta a la segunda cámara de
almacenamiento de tinta 61. Una porción de cuadro 93 está formada
en la porción rebajada rectangular 92 en un lugar ligeramente más
bajo que un borde de abertura de la porción rebajada 92, y unas
nervaduras 94 están formadas dentro de la porción del marco 93 para
separarse unas de las otras. Una película permeable al aire 95
repelente a la tinta se extiende y se adhiere a la porción de marco
93 para definir una cámara de comunicación con la atmósfera.
Como se ve en las figuras 12 y 13, un taladro
pasante 96 está formado en la superficie inferior de la porción
rebajada 92 para comunicarse con una región esbelta 98 dividida por
una pared 97 formada en el interior de la segunda cámara de
almacenamiento de tinta 61. El otro extremo de la región 98 se
comunica a través de un taladro pasante 99 formado en la región 98,
una muesca 108 formada en la superficie delantera del cuerpo
principal del contenedor 50 y un taladro pasante 99a con una cámara
de almacenamiento de la válvula 101 que contiene una válvula de
comunicación con la atmósfera 100, que se abre cuando el cartucho de
tinta está montado en un aparato de registro. La región del lado de
la superficie de la porción rebajada 92 con respecto a la película
permeable al aire 95 se comunica con un extremo 90a de la muesca
estrecha 90.
La porción de almacenamiento de la válvula 81
del cuerpo principal del contenedor 50 está construido de una
manera similar a la porción de la forma de realización mencionada
anteriormente descrita en conexión con la figura 1. Como se muestra
en la figura 11, el elemento de válvula 84 y el muelle 102 están
instalados de una manera similar, el elemento de retención 103 está
montado de la misma manera y la película 104 está fijada para
cubrir la superficie delantera del cuerpo principal del contenedor
50 de la misma manera. El elemento de retención 103 está formado
con una muesca 105 que se comunica con la porción rebajada 87, y
pasos de flujo 106 y 107 que se comunican con la superficie trasera
del elemento de válvula 84.
Por consiguiente, las porciones rebajadas 74, 86
y 105 junto con la película 104 forman el paso de flujo de tinta, y
las muescas estrechas 90 y 91 y la porción rebajada 92 y 108 junto
con la película forman la capilaridad y el paso de comunicación con
la atmósfera.
En el lado de la abertura del cuerpo principal
del contenedor 50, los orificios de la porción superior de las
cámaras de almacenamiento de tinta 61, 67 y 69 y el orificio del
elemento de formación del paso de flujo de alimentación de tinta 67
están sellados por una película 110 para separar estas regiones
respecto de la porción inferior de la cámara de almacenamiento de
tinta 56 y el paso de comunicación con la atmósfera 58. A
continuación, el elemento de tapa 111 está fijado con efecto de
obturación al cuerpo principal del contenedor 50 para completar la
porción inferior de la cámara de almacenamiento de tinta 56.
Además, como se muestra en las figuras 10 y 11,
el número de referencia 120 en los dibujos designa una pieza de
identificación que se utiliza para prevenir el montaje erróneo del
cartucho de tinta, y el número de referencia 121 designa un
dispositivo de memoria que memoriza la información de tinta, etc.
Contenida allí, y que está montado en una porción rebajada 122 del
cuerpo principal del contenedor.
Cuando el cartucho de tinta construido de esta
manera está montado sobre una aguja de alimentación de tinta que se
comunica con un cabezal de registro, se mueve el elemento de válvula
54 hacia atrás por la aguja de alimentación de tinta contra la
fuerza de desviación ejercida por el muelle 53, para abrir de esta
manera el orificio de alimentación de tinta 51. En este estado, a
medida que se reduce la presión en el orificio de alimentación de
tinta 51 como consecuencia del consumo de tinta por el cabezal de
registro a medida que realiza registro, etc., la presión reducida
actúa sobre el paso de flujo formado por la porción rebajada 86 y
la película 104 y sobre la superficie trasera del elemento de
válvula 84 a través de la porción rebajada 87, es decir, sobre la
superficie donde el elemento de válvula 84 recibe la fuerza de
presión del muelle 102. Si la presión en el orificio de suministro
de tinta 51 no se reduce por debajo de un valor predeterminado
suficiente para mover el elemento de válvula 84, el elemento de
válvula 84 permanece presionado en contacto elástico contra la
porción en proyección 83 por la fuerza de desviación ejercida por el
muelle 102 para mantener de esta manera cerrado el taladro pasante
82. Por lo tanto, la tinta no fluye desde la cámara de
almacenamiento de tinta hasta el orificio de suministro de tinta
51.
Cuando la presión en el orificio de alimentación
de tinta 51 (es decir, en un paso de flujo del elemento o porción
de abertura en los que está conectado o insertado, respectivamente,
el elemento de conexión, tal como la aguja o tubo hueco, para
conexión desprendible entre el cartucho de tinta y el cabezal de
registro previsto sobre el carro) se reduce hasta el valor
predeterminado, como consecuencia del consumo continuo de tinta por
el cabezal de registro, la presión que actúa sobre la superficie
trasera del elemento de válvula 84 a través del paso de flujo, como
se ha descrito anteriormente, resulta suficiente para superar la
fuerza ejercida por el muelle 102 y, por lo tanto, el elemento de
válvula 84 se separa de la porción en proyección 83. Como
consecuencia, fluye tinta desde los pasos de comunicación 85 dentro
de una región entre el elemento de válvula 84 y la superficie plana
66, de manera que la tinta fluye desde el taladro pasante 82 a
través del paso formado por la porción rebajada 88 y la película
110, el taladro pasante 89, el paso de flujo formado entre la
porción rebajada 86 y la película 104, y el orificio de suministro
de tinta 51 en el cabezal de registro del aparato de registro.
Cuando la presión sobre la superficie trasera el
elemento de válvula 84 se incrementa como resultado de una cantidad
predeterminada de tinta que fluye dentro del lado de la superficie
trasera del elemento de válvula 84, el elemento de válvula 84 es
impulsado de nuevo en contacto con la porción en proyección 83 por
la fuerza de desviación del muelle 102 para cerrar el taladro
pasante 82, para bloquear de esta manera el paso de flujo. De
acuerdo con ello, es posible mantener el líquido en el orificio de
alimentación de tinta 51 a una presión negativa suficiente para
prevenir la fuga de tinta desde el cabezal de registro, permitiendo
al mismo tiempo la alimentación de tinta al cabezal de
registro.
A medida que se consume la tinta, la tinta en la
cuarta cámara de almacenamiento de tinta 69 fluye a través del paso
de flujo 71 y el taladro pasante 72 en el lado de la superficie
delantera del elemento de válvula 84. Además, puesto que solamente
la primera cámara de almacenamiento de tinta 56 está abierta a la
atmósfera, la tinta en la tercera cámara de almacenamiento de tinta
62 fluye a la cuarta cámara de almacenamiento de tinta 69 a través
de la porción rebajada 68a a medida que se consume la tinta en la
cuarta cámara de almacenamiento de tinta 69, y la tinta en la
segunda cámara de almacenamiento de tinta 59 fluye a la tercera
cámara de almacenamiento de tinta 62 a través de la porción
rebajada 60a a medida que se consume la tinta en la tercera cámara
de almacenamiento de tinta 62. La tinta en la primera cámara de
almacenamiento de tinta 567 fluye a la segunda cámara de
almacenamiento de tinta 61 a través del paso de flujo de aspiración
63 a medida que se consume la tinta en la segunda cámara de
almacenamiento de tinta 61. Por lo tanto, el lado más aguas arriba
de las cámaras de almacenamiento de tinta se vacía en secuencia más
pronto, de manera que se consume primero la tinta en la primera
cámara de almacenamiento de tinta 56, luego se consume la tinta en
la segunda cámara de almacenamiento de tinta 61 y así
sucesivamente.
La figura 17 muestra otra forma de realización,
en la que se incrementa la capacidad de cinta del cartucho de tinta
mencionado anteriormente. El cuerpo principal del contenedor 50' de
esta forma de realización tiene la misma estructura que el cuerpo
principal del contenedor 50 de la forma de realización mencionada
anteriormente, con la excepción de que la anchura W del cuerpo
principal del contenedor 50' es mayor.
Como consecuencia de esta modificación, puesto
que la altura de la pared de separación 65 del elemento de
formación del paso de flujo de alimentación de tinta 67 difiere de
la altura del marco 59', se utiliza una tercera película 130 para
sellar la porción de abertura de la pared de separación 65 del
elemento de formación del paso de flujo de alimentación de tinta
67.
En la forma de realización mostrada en las
figuras 10 a 16, la superficie delantera de la porción en proyección
83 del elemento de formación del paso de flujo de alimentación de
tinta 67 es varias veces mayor que el diámetro del taladro pasante
82. Como se muestra en las figuras 18 y 19, el taladro pasante 82' y
la porción en proyección 83' pueden estar formados cada uno de
ellos con una forma cónica, cuando se ve en sección, para reducir la
resistencia al paso de flujo por la ampliación del diámetro del
taladro pasante 82' así como para incrementar una región de paso de
flujo entre el elemento de válvula 84 y una pared 83a' en la
proximidad del taladro pasante 82', para reducir de esta manera
adicionalmente la resistencia al paso de flujo.
A continuación se describirá adicionalmente el
funcionamiento de la estructura de generación de la presión
negativa del cartucho de tinta como se ha descrito anteriormente con
referencia a las figuras 10 a 16, con referencia a las figuras 20A
y 20B, que son diagramas esquemáticos que ilustran una estructura
adicional simplificada de acuerdo con la presente invención. Las
figuras 20A y 20B son diagramas esquemáticos que muestran,
respectivamente, un estado cerrado de la válvula y un estado
abierto de la válvula con la estructura de generación de la presión
negativa simplificada. Para mayor claridad en la explicación y en
correspondencia con la estructura de generación de la presión
negativa mencionada anteriormente, se utilizan los mismos números de
referencia que se han empleado en conexión con la forma de
realización mostrada en las figuras 10 a 16.
En el estado cerrado de la válvula mostrado en
la figura 20A, el miembro de válvula 84 cierra el taladro pasante
82 en respuesta a la fuerza de desviación aplicada allí por el
muelle 102, y de esta manera se bloquea el flujo de tinta desde la
cámara de tinta 62 hasta el orificio de alimentación de tinta. En
este estado, a medida que la tinta es consumida por el cabezal de
registro, se reduce en una medida correspondiente la presión en el
lado del orificio de alimentación de tinta, de manera que la presión
reducida de esta manera actúa sobre el elemento de válvula 84 a
través del paso de comunicación 87 y el paso de flujo 88.
En esta forma de realización, el lado de la
superficie trasera del elemento de válvula 84, que se comunica con
el paso de comunicación 87, está dirigido hacia un compartimiento
109 que está localizado entre el elemento de válvula 84 y el paso
de comunicación 87 y cuyo compartimiento 109 está abierto para
comunicación de fluido con el exterior solamente a través del paso
de comunicación 87. Es decir, que el compartimiento 109 sirve como
el compartimiento de apertura de la presión para transmitir el
cambio de presión del orificio de alimentación de tinta hasta la
superficie trasera del elemento de válvula 84.
De acuerdo con ello, la superficie trasera del
elemento de válvulas 84 recibe la presión reducida del lado del
orificio de alimentación de tinta sobre una zona amplia abierta,
mientras que la otra superficie (delantera) del elemento de válvula
84 recibe la presión reducida del lado del orificio de alimentación
de tinta en una zona limitada solamente a través de la abertura 82.
Por esta razón, debido a la diferencia de tamaño entre las zonas de
recepción de la presión sobre las superficies delantera y trasera
del elemento de válvula 84, se ejerce una fuerza en una dirección
para comprimir el muelle 102. Cuando la presión en el lado del
orificio de alimentación de tinta se reduce por debajo de una
presión establecida por el muelle 102, el elemento de válvula 84 se
separa de la porción en proyección 83 como se muestra en la figura
20B para abrir el orificio 82, de manera que la tinta en la cámara
de almacenamiento de tinta 62 fluye a través del paso de
comunicación 85 y el paso de flujo 88 en el cabezal de
registro.
Durante este flujo de tinta, puesto que la tinta
fluye solamente a través del lado de la superficie delantera del
elemento de válvula 84, incluso si se aspira una burbuja de aire
contenida en la cámara de almacenamiento e tinta 62 más allá del
lado de la superficie delantera del elemento de válvula 84, la
burbuja de aire fluye junto con el flujo de tinta dentro del
cabezal de registro como tal. Es decir, que puesto que el lado de la
superficie trasera del elemento de válvula 84 está constituido para
obstruir totalmente el espacio cerrado (conocido también como la
cámara de operación a presión) 109 para prevenir el flujo de cinta a
alta velocidad desde la cámara de tinta 62 a través del paso de
comunicación 82, es poco probable que la burbuja de aire entre en
el paso de comunicación 87 y sea desplazada por el lado de la
superficie trasera del elemento de válvula 84.
Por lo tanto, cualquier cambio de presión en el
lado del orificio de alimentación de tinta actúa seguramente sobre
la superficie trasera del elemento de válvula 84 a través de la
tinta para prevenir que se interrumpa la alimentación de tinta.
Además, cualquier burbuja de aire que entra en el cabezal de
registro se puede eliminar fácilmente cuando se aplica presión
negativa al cabezal de registro para descargar por la fuerza la
tinta desde allí, es decir, durante un proceso de recuperación de
aspiración.
Por el contrario, en el caso del cartucho de
tinta convencional, en el que el elemento de válvula 40 está
formado como se muestra en la figura 7 con el taladro pasante 41 que
sirve como el paso de flujo de tinta, existe la posibilidad de que
una burbuja de aire alcance el lado de la superficie trasera del
elemento de válvula 40, es decir, la región que recibe la presión
del orificio de alimentación de tinta, en cuyo caso la presencia de
la burbuja de aire reduce una fuerza de accionamiento aplicada por
el elemento de válvula.
Más específicamente, las figuras 21A y 21B son
diagramas esquemáticos simplificados de la estructura de generación
de presión negativa de un cartucho de tinta convencional. Estos
dibujos muestran, respectivamente, un estado cerrado de la válvula
y un estado abierto de la válvula. En un estado, en el que el
elemento de válvula 40 aísla la región de almacenamiento de tinta
200 desde el orificio de alimentación de tinta 201 (figura 21A),
cuando se reduce la presión en el orificio de alimentación de tinta
201, se reduce en una medida correspondiente la presión en la
región de la superficie trasera 203 del elemento de válvula 40 y de
esta manera se empuja al elemento de válvula 40 hacia atrás contra
la fuerza de desviación del muelle 204, como se muestra en la
figura 21B. Cuando el elemento de válvula 40 se mueve, el taladro
pasante 41, que sirve como el paso de flujo de tinta, se separa de
la porción en proyección 206 y la tinta en la región de
almacenamiento de tinta 200 pasa a través del taladro pasante 41 y
fluye más allá de la región de la superficie trasera 203 del
elemento de válvula 40 dentro del orificio de alimentación de cinta
201. El número de referencia 208 designa un taladro de paso para
comunicación entre la región de almacenamiento de tinta 200 y el
elemento de válvula 40.
Durante este flujo de tinta, si existe una
burbuja de aire B que fluye hacia dentro desde el taladro pasante
41, es probable que la burbuja de aire permanezca en la región de la
superficie trasera 203 del elemento de válvula 202. La burbuja de
aire B, que entra en la región de la superficie trasera 203 del
elemento de válvula 40, es decir, la región que recibe la presión
del orificio de alimentación de tinta 201, se expande fácilmente
para absorber y de esta manera aliviar cualquier reducción en la
presión causada en esta región 203, y de esta manera es imposible
que la burbuja mueva el elemento de válvulas 40 y suministre tinta
al cabezal de registro.
A la vista del hecho de que el taladro pasante
41 del elemento de válvula 40 debe estar sellado por la porción en
proyección 206, es preferible formar el taladro pasante 41 del
elemento de válvula 40 en la porción en proyección 42. No obstante,
es necesario hacer grande el tamaño S de la porción en proyección
206 que sella el taladro pasante 41 del elemento de válvula 40 con
el fin de alojar cualquier desplazamiento posible de la posición
del taladro pasante 41 causado por la desviación del elemento de
válvula 40. Esto plantea el problema de que se incrementa la
resistencia al flujo debido a que se incrementa la zona de la
porción en proyección 206 y su entorno y se amplía en una medida
correspondiente la zona de holgura estrecha entre la porción en
proyección 206 y el elemento de válvula 40.
Por el contrario, de acuerdo con la presente
invención, como se muestra en las figuras 20A y 20B, puesto que la
abertura 82 formada en la porción en proyección 83 está sellada, es
suficiente contactar la superficie delantera del elemento de
válvula 84 contra la abertura 82 en una medida estrecha. Por esta
razón, el tamaño de la porción en proyección 83 se puede hacer lo
más pequeño posible hasta tal grado que se puede formar la porción
de abertura 82. De acuerdo con ello, es posible reducir el tamaño de
la región de holgura estrecha formada en la proximidad de la
abertura 82 entre el elemento de válvula 84 y la porción en
proyección 83, para reducir de esta manera la resistencia al paso
de flujo.
En la forma de realización mencionada
anteriormente, el lado de la superficie trasera del elemento de
válvula 84 está construido para dirigirse y bloquear el espacio
cerrado 109 que comunica con el exterior solamente a través del
paso de comunicación 87. No obstante, la invención no está limitada
a ello o por ello. Por ejemplo, como se muestra en las figuras 22A
o 22B, el paso de flujo 88 para comunicación de fluido entre la
abertura 82 y el orificio de alimentación de tinta se puede
conectar a un extremo del espacio cerrado 109 detrás del elemento
de válvula 84, y se puede prever un paso de flujo para comunicación
de fluido con el orificio de suministro de tinta con el
compartimiento operativo de presión, de manera que la región de la
superficie trasera del elemento de válvula 84 sirve como un paso de
flujo de tinta. Además, la disposición vertical del elemento de
válvula 84 como se muestra en la figura 11A ayuda a asegurar que
cualquier burbuja que pase a través de la abertura 85 flote hacia
arriba a lo largo del elemento de válvula hasta la parte superior de
la cámara y no penetre en la abertura 82.
Formando un paso de flujo de salida de tinta 96'
que se comunica con el compartimiento operativo de presión 109
detrás del elemento de válvula 84 y que está perpendicular a la
superficie del elemento de válvula 84, como se muestra en la figura
22B, es posible asegurar el cartucho de tinta con el elemento de
válvula 84 en una orientación horizontal.
Además, tomando como ejemplo la forma de
realización mostrada en la figura 4, el muelle de ajuste 22 de la
presión diferencial está dispuesto sobre la superficie trasera del
elemento de válvula 20 y empuja al elemento de válvula 20 para que
el elemento de válvula 20 esté en contacto elástico con la porción
en proyección 11. No obstante, la presente invención no debería ser
restringida a ello o por ello. Por ejemplo, como se muestra en la
figura 23, el elemento de válvula 20 puede estar hecho de material
elástico, tal como un caucho, y la porción en proyección 11 se
puede proyectar relativamente hacia el lado del elemento de válvula
20 más allá de un plano P que está formado por el cuerpo de válvula
20 no deformado propiamente dicho en la ausencia de la porción en
proyección. En este caso, el elemento de válvula 20 se puede
mantener en contacto elástico con la porción en proyección 11 a
través de la elasticidad inherente del elemento de válvula 20
propiamente dicho. De esta manera, se puede prescindir de un
elemento de desviación, tal como el muelle 22.
Alternativamente, el cuerpo de válvula 20 puede
ser desviado a través de la combinación de su propia deformación
contra una porción en proyección 11 junto con un muelle de
desviación colocado de una manera adecuada.
Aunque la presente invención se ha descrito con
referencia a un cartucho de tinta que se puede montar de forma
desmontable en el cabezal de registro, la presente invención es
aplicable a un depósito de tinta (un cartucho de tinta) de un tipo
en el que un cabezal de registro está fijado a un elemento de
almacenamiento de tinta, tal como un depósito de tinta. En este
caso, el orificio de alimentación de tinta descrito anteriormente
comprende una zona límite en la que el elemento de almacenamiento
de tinta está conectado al cabezal de registro, es decir, que el
orificio de alimentación de tinta significa un orificio de flujo de
entrada de tinta o porción del cabezal de registro.
La figura 24 muestra una forma de realización de
un controlador de flujo de fluido o un dispositivo de alimentación
de líquido que emplea positivamente el principio de operación del
elemento de válvula, como se ha mencionado anteriormente, para
alimentar tinta a un cabezal de registro, manteniendo al mismo
tiempo una presión negativa en el paso 86 desde el que la tinta
fluye hacia el orificio de flujo de entrada de tinta 147 del cabezal
de registro. En esta forma de realización, la región
inmediatamente aguas arriba del elemento de válvula 84 (es decir,
la región que corresponde a la cámara de almacenamiento de tinta 62
de las figuras 20A y 20B) se ha omitido y en su lugar está previsto
un elemento de conexión, tal como una aguja hueca 140 mostrada en
esta forma de realización, para construir un dispositivo de
estructura de válvula 141. El dispositivo de estructura de válvula
141 se puede conectar de forma desmontable a un dispositivo externo,
tal como un depósito de tinta o contenedor de tinta 142 que
almacena tinta en el interior, a través del elemento de
conexión.
El contenedor de tinta 142 está formado en su
porción inferior con un orificio de flujo de salida de tinta 143
que se puede acoplar en una manera hermética al líquido con la aguja
hueca 140. En el caso de un nuevo contenedor de tinta 142 no
utilizado, una película de sellado (no mostrada), que puede ser
perforada por la aguja hueca 140, sella el orificio de flujo de
salida de tinta 143 con el fin de prevenir la fuga de tinta.
Además, el número de referencia 144 en el dibujo designa una
empaquetadura anular adaptada para contactar elásticamente con la
circunferencia exterior de la aguja hueca 140. El número de
referencia 145 designa un taladro de comunicación con la
atmósfera.
Las porciones de esta invención necesarias para
el funcionamiento del elemento de válvula 84, como se ha descrito
anteriormente, se pueden proporcionar en forma de un dispositivo
independiente, es decir, el dispositivo de estructura de válvula
141. En esta disposición, el cabezal de registro 146 está fijado a
la porción inferior del dispositivo de estructura de válvula 141, y
el orificio de flujo de entrada de tinta 147 del cabezal de
registro 146 está conectado al orificio de flujo de salida tinta (el
paso de flujo designado por el número de referencia 86) del
dispositivo de estructura de válvula 141. El contenedor de tinta 142
se puede montar insertando el contenedor de tinta 142 en la
dirección indicada por la flecha A para suministrar tinta al cabezal
de registro 146, y se puede sustituir moviendo e introduciendo el
contenedor de tinta 142 en la dirección opuesta.
Además, el funcionamiento y efecto del
dispositivo de estructura de válvula 141 en esta forma de
realización es el mismo que en las formas de realización
mencionadas anteriormente y, por lo tanto, el dispositivo de
estructura de válvula 141, cuando se integra con el contenedor de
tintas 142, funciona de la misma manera que el cartucho de tinta
descrito anteriormente.
Aunque el contenedor de tinta 142 está conectado
(montado) directamente con el elemento de conexión (la aguja hueca
140) en la forma de realización mencionada anteriormente, se puede
obtener el mismo efecto cuando el elemento de conexión está
conectado a través de un tubo a un cartucho de tinta instalado en un
cuerpo principal del aparato de registro.
Claims (17)
1. Un cartucho de tinta, que comprende:
una cámara de almacenamiento de tinta (56),
un orificio de alimentación de tinta (5, 51) que
está en comunicación de fluido con la cámara de almacenamiento de
tinta (56) a través de una trayectoria de flujo de tinta formada en
el cartucho de tinta, y
un mecanismo de generación de presión negativa
(30) que bloquea y abre de forma selectiva la trayectoria de flujo
como una consecuencia del consumo de tinta, comprendiendo el
mecanismo de generación de presión negativa:
un elemento elástico (20, 84) que tiene una
primera y una segunda superficie,
un primer paso de flujo (12, 85) dirigido hacia
la primera superficie del elemento elástico (20, 84) y que se
comunica con la cámara de almacenamiento de tinta (56),
una porción de abertura (10, 82) que está
dispuesta de tal forma que la primera superficie del elemento
elástico (20, 84) contacta y se separa de la porción de abertura
(10, 82) y que se comunica con el orificio de alimentación de tinta
(5, 51) a través de un segundo paso de flujo (86, 88, 89), y
una porción de espacio (27, 109) dirigida hacia
la segunda superficie del elemento elástico (20, 84) y que está
adaptada para comunicarse con el orificio de alimentación de tinta
(5, 51) a través de un tercer paso de flujo (86, 86', 87).
2. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el mecanismo de generación de la presión
negativa (30) incluye, además, una pared de separación (60, 6) que
está dispuesta sobre un lado de aguas arriba del elemento elástico
(20, 84) y que define un compartimiento entre el elemento elástico
(20, 84) y la pared de separación, teniendo la pared de separación
una porción en proyección (11, 83) contra la que presiona la
primera superficie del elemento elástico (20, 84), y la porción de
abertura (10, 82) de la segunda trayectoria de flujo de tinta (86,
88, 89) está formada en la porción en proyección (11,
83).
83).
3. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la tinta sale del compartimiento a
través de la porción de abertura (10, 82).
4. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el mecanismo de generación de presión
negativa incluye, además, un elemento de desviación (22, 102) que
está colocado opuesto a la porción en proyección y que empuja al
elemento elástico (20, 84) hacia la porción en proyección (11,
83).
5. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el elemento elástico (20, 84) está
empujado hacia la porción en proyección por deformación elástica del
elemento elástico.
6. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la porción de abertura (10, 82) de la
porción en proyección (11, 83) está dispuesta para dirigirse
substancialmente hacia un centro del elemento elástico (20,
84).
7. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la porción de espacio (27, 109) incluye
un compartimiento que está dirigido hacia la segunda superficie del
elemento elástico (20, 84), estando dispuesto el compartimiento de
manera que el consumo de tinta provoca un cambio en una presión
aplicada a un lado de aguas abajo del elemento elástico, y el
cambio es la presión es aplicado substancialmente a toda la zona de
la segunda superficie del elemento elástico (20, 84).
8. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la tinta fluye desde la cámara de
almacenamiento de tinta (56) dentro del orificio de alimentación de
tinta (5, 51), en este orden, a través del primer paso de flujo
(12, 85) que conecta la cámara de almacenamiento de tinta (56) con
la primera superficie del elemento elástico (20, 84), el segundo
paso de flujo (8) incluyendo su abertura (10, 82), la porción de
espacio (27, 109) dirigida hacia la segunda superficie del elemento
elástico (20, 84) y el tercer paso de flujo (86') que conecta la
porción de espacio (27, 109) al orificio de alimentación de tinta
(5, 51).
9. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la primera y la segunda superficie del
elemento elástico (20, 84) contactan con tinta sobre una zona
substancialmente similar.
10. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la porción de abertura (10, 82) del
segundo paso de flujo incluye una porción cilíndrica localizada en
un lado del elemento elástico, y una porción ensanchada que se
ensancha hacia fuera en una dirección de flujo de tinta hacia el
orificio de alimentación de tinta (5, 51).
11. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que cuando la primera superficie del
elemento elástico (20, 84) contacta con la porción de abertura (10,
82) del segundo paso de flujo, la primera superficie del elemento
elástico (20, 84) recibe una primera presión desde la cámara de
almacenamiento de tinta (56) a través del primer paso de flujo (12,
85), la segunda superficie del elemento elástico (20, 84) recibe una
segunda presión desde el orificio de alimentación de tinta (5, 51)
a través de la porción de espacio (27, 109) y la primera superficie
del elemento elástico (20, 84) recibe también la segunda presión
desde el orificio de alimentación de tinta (5, 51) a través del
segundo paso de flujo (86, 88, 89) que comunica la porción de
abertura (10, 82) con el orificio de alimentación de tinta (5,
51).
12. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que la zona de la primera superficie sobre
la que se aplica la segunda presión es significativamente menor que
la zona de la primera superficie que recibe la primera presión.
13. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que la zona de la primera superficie que
recibe la segunda presión es significativamente menor que la zona de
la segunda superficie que recibe la segunda presión.
14. El cartucho de tinta de la reivindicación 1,
en el que el tercer paso de flujo (86) es parte del segundo paso de
flujo (86).
15. El cartucho de tinta de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el elemento
elástico (20, 84) es móvil en respuesta a una presión diferencial
entre su primera y su segunda superficie.
16. El cartucho de tinta de acuerdo con la
reivindicación 15, en el que la primera superficie del elemento
elástico (20, 84) recibe una primera presión desde la cámara de
almacenamiento de tinta (56) a través del primer paso de flujo (12,
85), y la segunda superficie del elemento elástico (20, 84) recibe
una segunda presión desde el orificio de alimentación de tinta (5,
51).
17. El cartucho de tinta de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
elemento elástico (20, 84) está dispuesto dentro de una cámara y la
tinta entra en la cámara a través del primer paso de flujo (12, 85)
y sale de la cámara a través de la porción de abertura (10, 82).
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