DE68916919T2

DE68916919T2 - Tintenstrahlschreiber.

Info

Publication number: DE68916919T2
Application number: DE68916919T
Authority: DE
Inventors: Bruce Cowger
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2009-09-02
Also published as: DE68916919D1; JP2863764B2; HK20895A; EP0373302B1; SG156094G; EP0373302A1; JPH02214666A; US4920362A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlschreiber gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (US-A-4,791, 438).
Tintenstrahldrucker sind aufgrund ihres leisen und schnellen Betriebes und ihrer hohen Druckqualität auf einfachem Papier sehr populär geworden. Eine Vielzahl von Tintenstrahldruckverfahren ist bereits entwickelt worden.
Bei einem Tintenstrahldruckverfahren, welches als kontinuierliches Tintenstrahldrucken bezeichnet wird, wird Tinte unter Druck zu Düsen in einem Druckkopf gefördert, um kontinuierliche Tintenstrahlen zu erzeugen. Jeder Strahl wird durch Vibration in einen Strom von Tröpfchen aufgetrennt, welche geladen und elektrostatisch zu einem Druckmedium oder zu einem Sammelbecken für die nachfolgende Rückführung abgelenkt werden. Die US-A-3, 596,275 illustriert dieses Verfahren.
Bei einem anderen Tintenstrahldruckverfahren, welches als elektrostatisches Drucken durch Ziehen bezeichnet wird, steht die Tinte in den Druckdüsen nicht unter Druck oder nur unter einem geringen Überdruck, und sie wird elektrostatisch in einen Strom von Tröpfchen hineingezogen. Die Tröpfchen fliegen zwischen zwei Paaren von Ablenkelektroden, welche so angeordnet sind, daß sie die Flugrichtung der Tröpfchen und deren Absetzen auf gewünschten Positionen auf dem Druckmedium steuern. Das US Patent Nr. 3,060,429 illustriert dieses Verfahren.
Eine dritte Klasse von Verfahren, welche populärer als die oben erläuterten Verfahren ist, ist als Tropfen-auf-Anforderung-Drucken (drop-on-demand) bekannt. Bei diesem Verfahren wird Tinte in dem Stift bei einem unter atmosphärischen Druck liegenden Druck gehalten und von einem Tropfenerzeuger auf Anforderung, Tropfen für Tropfen, ausgestoßen. Es werden zwei Hauptausstoßmechanismen verwendet: thermische Blasen und piezoelektrische Druckwellen. Bei den thermischen Blasensystemen wird ein Dünnfilmwiderstand in dem Tropfenerzeuger erhitzt, und er bewirkt die plötzliche Verdampfung eines kleinen Anteiles der Tinte. Der sich schnell ausdehnende Tintendampf verdrängt Tinte von der Düse, wodurch ein Tropfen ausgestoßen wird. Die US-A-4,490,728 ist ein Beispiel eines solchen Tropfen-auf-Anforderung-Systems, das mit thermischen Blasen arbeitet.
Bei den Systemen, welche mit piezoelektrischen Druckwellen arbeiten, wird ein piezoelektrisches Element verwendet, um ein Tintenvolumen in dem Tropfenerzeuger schlagartig zu komprimieren, wodurch eine Druckwelle erzeugt wird, welche bei der Düse den Ausstoß eines Tropfens bewirkt. Die US-A-3,832,579 ist ein Bespiel eines solchen Tropfen-auf-Anforderung-Systems, das mit piezoelektrischen Druckwellen arbeitet.
Die Tropfen-auf-Anforderung-Verfahren erfordern, daß im Ruhezustand der Druck in dem Tintenreservoir unter dem Umgebungsdruck liegt, so daß die Tinte in dem Schreiber zurückgehalten wird, bis sie ausgestoßen werden soll. Die Größe dieses "Unterdruckes" (oder "Teilvakuums") ist kritisch. Wenn der Unterdruck zu klein ist, oder wenn der Druck im Reservoir positiv ist, neigt die Tinte dazu, durch die Tropfenerzeuger zu entweichen. Wenn der Unterdruck zu groß ist, könnte im Ruhezustand Luft durch die Tropfenerzeuger hindurch eingesaugt werden. (Normalerweise wird keine Luft durch die Tropfenerzeuger hindurch eingesaugt, weil deren hohe Kapillarität den Luft- Tinten-Miniskus gegen das Teilvakuum des Reservoirs zurückhält.)
Der bei den Tropfen-auf-Anforderung-Systemen erforderliche Unterdruck kann auf verschiedene Weise erhalten werden. Bei einen System wird der Unterdruck mittels Schwerkraft erhalten, indem das Tintenreservoir abgesenkt wird, so daß die Oberfläche der Tinte geringfügig unter der Ebene der Düsen liegt. Eine solche Positionierung des Tintenreservoirs ist jedoch nicht immer leicht erreichbar und bringt starke Beschränkungen bei der Konstruktion von Druckköpfen mit sich. Ein Beispiel dieses Unterdruckverfahrens mittels Schwerkraft ist in der US- A-3,452,361 angegeben.
Alternative Verfahren zur Realisierung des erforderlichen Unterdruckes sind in der US-A-4,509,062 und in der US-A- 4,791,438 gezeigt. Bei dem ersteren Patent wird der Unterdruck erzielt, indem ein Blasen-Tintenreservoir verwendet wird, welches zunehmend zusammenfällt, während Tinte aus diesem herausgezogen wird. Die Rückstellkraft der flexiblen Blase hält den Druck der Tinte in dem Reservoir geringfügig unter dem Umgebungsdruck. Bei dem in der US-A-4,791,438 offenbarten System wird der Unterdruck erzielt, indem ein kapillares Reservoir- Entlüftungsrohr, oder Blasengenerator, verwendet wird, das mit einem Ende in die Tinte in dem Tintenreservoir eingebracht wird und mit dem anderen Ende mit einem Überlauf-Auffangbecken verbunden wird, das gegenüber dem atmosphärischen Druck offen ist. Wenn der Druckkopf, welcher ebenfalls mit dem Reservoir verbunden ist, Tinte aus dem Reservoir zieht, fällt der interne Druck des Reservoirs. Dieser Unterdruck nimmt zu, wenn Tinte aus dem Reservoir ausgestoßen wird. Wenn der Unterdruck einen Schwellwert erreicht, zieht er ein geringes Luftvolumen durch das Kapillarrohr ein und in das Reservoir hinein, wodurch verhindert wird, daß der Unterdruck den Schwellwert überschreitet.
Während die obigen beiden Lösungswege zum Aufrechterhalten eines Unterdrucks im Reservoir sich als sehr zufriedenstellend erwiesen haben und in vielerlei Hinsicht einzigartig sind, haben sie dennoch gewisse Nachteile. Beispielsweise bei dem in dem oben bezeichneten Patent beschriebenen Schreiber nimmt der Unterdruck, während die flexible Blase vollständig zusammenfällt, bis zu dem Punkt zu, bei dem der Tropfenerzeuger keine Tinte mehr aus ihr ziehen kann, und der Druckvorgang wird eingestellt, obwohl noch unverbrauchte Tinte in der Blase übrig ist. Der in der oben bezeichneten Anmeldung beschriebene Schreiber ist auf Grenzwerte bezüglich der Temperatur und der Höhe, bei welchen er fehlerfrei arbeiten kann, beschränkt. Wenn ein solcher Schreiber beispielsweise in einer Flugzeugkabine mitgenommen wird, welche für eine Höhe von 8000 Fuß unter inneren Überdruck gesetzt ist, dehnt sich das Volumen der Luft in dem Tintenreservoir um einen Faktor von etwa einem Drittel aus. Wenn das Volumen der Luft in dem Reservoir mehr als drei mal das Volumen des Auffangbeckens ist, zu dem ein Überlauf von dem kapillaren Reservoir-Entlüftungsrohr geleitet wird, treibt die Ausdehnung der Luft mehr Tinte in das Auffangbecken, als dieses aufnehmen kann, und das Auffangbecken läuft über. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß das Auffangbecken groß genug gemacht wird, um die Tinte bei jeder möglichen Höhen- oder Temperaturbedingung aufzunehmen, indem man das Auffangbecken beispielsweise mit einer Größe von mindestens 35% der Größe des Tintenreservoirs herstellt. Diese Lösung ist jedoch aus volumetrischen Gesichtspunkten ineffizient und beschränkt die Menge der Tinte, welche ein Schreiber eines gegebenen Volumens enthalten kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Tintenstrahlschreiber mit gutem volumetrischen Wirkungsgrad vorzusehen, welcher diese Schwierigkeiten überwindet und der Ausflüge in beliebig große Höhen oder Temperaturen mit einem beliebig kleinen Auffangbecken machen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst. Ein Tintenstrahlschreiber gemäß dieser Erfindung ist mit mehreren Tintenkammern aufgebaut, die mittels kleiner Verbindungsöffnungen in Reihe miteinander verbunden sind. Ein Tintenschacht erstreckt sich von der ersten Kammer nach unten und fördert Tinte zu einem Tropfenerzeuger, welcher an dessen Boden positioniert ist. Ein Auffangbecken oder Ausgleichsbecken erstreckt sich unter allen Kammern und ist mit der letzten Kammer in der Reihe durch ein Tropfenrohr verbunden, wobei ein Blasengenerator auf dessen Oberseite angeordnet ist.
Im Betrieb sind die mehreren in Reihe verbundenen Kammern, welche das Tintenreservoir des Schreibers bilden, am Anfang alle mit Tinte gefüllt. Wenn Tinte durch die Wirkung des Tropfenerzeugers des Schreibers aus der ersten Kammer ausgestoßen wird, wird das in dieser Kammer induzierte Teilvakuum durch Tinte entspannt, welche aus der zweiten Kammer in die erste gezogen wird, wodurch wiederum Tinte aus der dritten Kammer abgezogen wird. Das sich ergebende Teilvakuum in der dritten Kammer wird dadurch entspannt, daß durch den Blasengenerator Luftblasen eingeführt werden.
Bei fortgesetztem Drucken wird dem dritten Reservoir schließlich die gesamte Tinte entzogen sein, und es ist statt dessen mit Luft gefüllt, welche aus dem Auffangbecken eingeführt worden ist. Danach zieht der weitere Druckvorgang Tinte aus der zweiten Kammer in die erste und Luftblasen aus der dritten Kammer in die zweite. Wenn schließlich keine Tinte mehr in der zweiten Kammer ist, zieht der weitere Druckvorgang einfach Luftblasen aus der zweiten Kammer in die erste.
Durch die oben beschriebene Anordnung enthält zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine Kammer sowohl Luft als auch Tinte. Die anderen sind entweder mit Tinte oder mit Luft gefüllt. Daraus folgt, daß Veränderungen der Höhe oder des Druckes, die eine Ausdehnung der Luft in dem Schreiber bewirken, nur auf eine der drei Kammern einwirken, um Tinte aus dieser zu treiben, da die anderen entweder keine Luft enthalten, die sich ausdehnen kann oder keine Tinte, die ausgetrieben werden kann. Das bei dem gezeigten Dreikammer-Schreiber in das Auffangbecken getriebene Tintenvolumen beträgt gerade ein Drittel des Volumens in einem vergleichbaren Schreiber mit nur einer Kammer, und zwar für jede beliebige gegebene Umgebungsbedingung. Der Stift nach der vorliegenden Erfindung kann daher mit einem Auffangbecken hergestellt werden, dessen Größe nur ein Drittel dessen beträgt, was nach dem Stand der Technik erforderlich war, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad des Schreibers verbessert wird und ein größerer Teil des Volumens des Schreibers für die anfängliche Beladung mit Tinte verwendet werden kann.
Die Grundsätze der vorliegenden Erfindung können auf Schreiber mit einer beliebig großen Anzahl von Kammern angewendet werden, wodurch die erforderliche Größe des Auffangbeckens auf ein beliebig kleines Volumen vermindert werden kann.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Tintenstrahlschreibers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Schreibers von Fig. 1 in einem teilweise entleerten Zustand,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Schreibers von Fig. 2, nachdem eine Temperaturzunahme einen Teil der Tinte in der zweiten Kammer zu dem Auffangbecken ausgestoßen hat,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Schreibers von Fig. 3, nachdem eine Temperaturabnahme bewirkt hat, daß die Tinte, welche vorher in dem Auffangbecken war, zurück in die zweite Kammer gezogen wird,
Fig. 5 eine andere, "Traubenhaufen"-, Ausführungsform eines Tintenreservoirs, welche bei dem Schreiber gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und
Fig. 6 eine weitere Anordnung von Kammerverbindungen, wobei sich Verbindungskanäle unter den Tintenkammern erstrecken.
In Fig. 1 bis 4 ist ein Tintenstrahlschreiber 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, welcher einen Mehrkammer-Tintenreservoir 12 aufweist, das hier aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kammer 14, 16 bzw. 18 besteht. Die erste Kammer 14 ist mit der zweiten Kammer 16 mittels einer kleinen Verbindungsöffnung 20 verbunden, die in der Nähe des Bodens der Kammern in einem unteren Abschnitt einer ersten Trennwand 22 positioniert ist. Die zweite Kammer 16 ist auf ähnliche Weise mit der dritten Kammer 18 mittels einer kleinen Verbindungsöffnung 24 in einem unteren Abschnitt einer zweiten Trennwand 26 verbunden.
Von der ersten Kammer 14 erstreckt sich nach unten ein Tintenschacht 28, welcher Tinte an einen Tropfenerzeuger 30 liefert, welcher an dessen Boden angeordnet ist. Der Tropfenerzeuger 30 weist einen herkömmlichen Aufbau auf, und er kann beispielsweise einen Tintenstrahl mittels thermischer Blasen oder einen Tintenstrahl mittels piezoelektrischer Druckwellen erzeugen. Der Tintenschacht 28 kann einen Filter 32 aufweisen, der auf diesem angeordnet ist, um das Verklumpen der Druckdüsen durch Fremdstoffe zu verhindern.
Unter den Kammern 14 bis 18 erstreckt sich ein Auffangbecken oder Ausgleichsbecken 34, das mit der dritten Kammer über ein Tropfenrohr 36 verbunden ist, welches an seinem oberen Ende eine Blasenerzeugungsöffnung 38 aufweist. Das Auffangbecken wird zum Umgebungsdruck mittels eines Kamins 40 entlüftet, der sich in diesem vom Fuß des Schreibers nach oben erstreckt.
Im Betrieb sind die drei Kammern 14 bis 18 am Anfang alle mit Tinte gefüllt. In diesem gefüllten Zustand haben Ausflüge oder Abweichungen in Höhe und Temperatur im wesentlichen keine Auswirkungen auf den Schreiber, weil es keine Luft in irgendeiner der Kammern gibt, welche sich ausdehnen und Tinte aus dieser treiben könnte. Das Tintenvolumen selbst ändert sich mit der Höhe oder der Temperatur nicht. Das eine Element des Schreibers, welches Luft enthält, das Auffangbecken, ist zur Umgebung hin entlüftet, so daß jede Ausdehnung der Luft in diesem Becken leicht entspannt wird.
Während des Druckens wird nach und nach Luft in die drei Kammern eingeführt. Wenn der Druckvorgang beginnt, bewirkt der Ausstoß von Tinte durch den Tropfenerzeuger 30 ein Teilvakuum in der ersten Kammer 14. Dieses Teilvakuum wird dadurch entspannt, daß Ersatztinte durch die Öffnung 20 aus der zweiten Kammer 16 in die erste Kammer gezogen wird. (Da die Öffnung 20 von beiden Seiten befeuchtet ist, wirkt sie nur als eine Begrenzung für das Fluid. Diese Begrenzung kann beliebig klein gemacht werden, indem parallel mehrere Öffnungen verwendet werden.) Das Ziehen von Tinte aus der zweiten Kammer bewirkt entsprechend, daß die zweite Kammer durch die Öffnung 24 ein entsprechendes Tintenvolumen aus der dritten Kammer 18 zieht.
Wenn das Teilvakuum in der dritten Kammer 18 einen Schwellwert erreicht (bei der gezeigten Ausführungsform etwa eineinhalb Inch Wasser), genügt dies, um eine Luftblase durch die Blasenerzeugungsöffnung 38 zu ziehen. Dieser Druck wird als der "Blasendruck" bezeichnet, und er hängt grundsätzlich vom Durchmesser der Öffnung und von der Viskosität der Tinte ab. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die Blasenerzeugungsöffnung 38 einen Durchmesser von 0,012 Inch. (Teilvakuen, welche kleiner sind als der Blasendruck, genügen nicht, um die Oberflächenspannung bei der Tinten/Luft-Schnittstelle zu überwinden, und sie können also keine Blasen durch den Blasengenerator ziehen.)
Das Einführen einer Luftblase durch den Blasengenerator 38 und in die dritte Kammer 18 senkt das Teilvolumen in dieser Kammer momentan unter den Schwellwert, bis der fortgesetzte Ausstoß von Tinte dieses wieder auf den Blasendruck bringt, und eine weitere Blase wird eingelassen. Der fortgesetzte Druckvorgang führt zu einer periodischen Einführung von Blasen, so daß das Luftvolumen in der dritten Kammer zunimmt. Während dieser "Dauerzustand"-Druckbedingung schwingt der Unterdruck in der dritten Kammer in einem eng begrenzten Bereich um den Blasendruck. In der ersten und der zweiten Kammer wird sich dieser Druck ebenfalls einstellen, weil über den Verbindungsöffnungen 20, 24 kein Druckabfall entsteht. (Ein Druckabfall tritt bei diesen Öffnungen nur dann auf, wenn Tinte auf der einen und Luft auf der anderen Seite ist.)
Bei fortgesetztem Drucken wird schließlich die dritte Kammer 18 mit Luft gefüllt und von Tinte entleert sein. Daraufhin kann sie nicht mehr Tinte, welche von der ersten Kammer aus der zweiten Kammer gezogen wird, durch Tinte ersetzen, wie dies zuvor der Fall war. Statt dessen bewirkt der fortgesetzte Druckvorgang, daß Luftblasen aus der dritten Kammer in die zweite eingeführt werden. (Die dritte Kammer befindet sich nun bei atmosphärischem Druck, weil bei der Blasenerzeugungsöffnung 38 keine Luft/Tinten-Schnittstelle mehr ist.) Wenn die dritte Kammer mit Luft gefüllt ist, wirkt die Verbindungsöffnung 24 zwischen der zweiten und der dritten Kammer als ein Blasengenerator. Diese Öffnung 24 hat eine derartige Größe, daß sie dieselbe Druckdifferenz (oder denselben Blasendruck) erzeugt, wie zuvor die Blasenerzeugungsöffnung 38 (d. h. etwa eineinhalb Inch Wasser), so daß sich das Teilvakuum in den Tintenkammern 14, 16 nicht verändert.
Der fortgesetzte Betrieb des Schreibers leert auf dieselbe Weise die zweite Kammer 16 und füllt sie mit Luft, so daß nur noch die erste Kammer Tinte enthält. Daraufhin werden Luftblasen, anstelle von Tinte, in die erste Kammer gezogen, um das Volumen zu ersetzen, welches beim Drucken verloren geht. Wiederum dient die Verbindungsöffnung 20 als ein Blasengenerator und hält den Druck der ersten Kammer bei dem gewünschten Wert unterhalb des Umgebungsdrucks.
Schließlich ist die Tinte aus der ersten Kammer erschöpft, und der Schreiber muß ausgetauscht oder nachgefüllt werden.
Wie zuvor bemerkt, haben Veränderungen der Höhe und Temperatur dann, wenn alle Kammern mit Tinte gefüllt sind, keine Auswirkungen, weil in dem Schreiber keine Luft ist, welche sich ausdehnen und Tinte in das Auffangbecken treiben kann.
Während der ersten Druckphase des Stiftes, wenn die erste und die zweite Kammer mit Tinte gefüllt sind und es etwas Luft in der dritten Kammer gibt, treiben Veränderungen der Umgebungsbedingungen, die eine Ausdehnung der Luft bewirken, Tinte aus der dritten Kammer 18 durch die Blasenerzeugungsöffnung 38 und in das Auffangbecken 34. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Schreiber so aufgebaut, daß er einen Ausflug in eine Höhe bis zu 8000 Fuß mitmachen kann. Bei dieser Höhe beträgt der Luftdruck etwa drei Viertel des Druckes bei Meereshöhe, so daß die in der dritten Kammer gefangene Luft sich um eine hierzu umgekehrt proportionale Menge, oder um einen Faktor von einem Drittel, ausdehnt. Wenn das Volumen des Auffangbeckens ein Drittel des Volumens der dritten Kammer ist, wird dies mehr als ausreichend sein, um die ausgetriebene Tinte aufzunehmen. (Die einzige Bedingung, unter der das gesamte für die dritte Kammer erforderliche Volumen um einen Faktor von einem Drittel zunehmen würde, ist die, daß sie vollständig mit Luft gefüllt wäre. In diesem Fall gäbe es keine Tinte, welche in das Auffangbecken zu treiben wäre. Soweit die dritte Kammer Tinte enthält, enthält sie keine ausdehnbare Luft, so daß ein Auffangbecken mit einer Größe von einem Drittel des Volumens der dritten Kammer mehr als angemessen ist, um den angenommenen Überlauf der Tinte aufzunehmen.)
Wenn sich die Umgebungsbedingungen nachfolgend wieder verändern und sich das Volumen der in der dritten Kammer 18 gefangenen Luft zusammenzieht und zu seinem ursprünglichen Volumen zurückgeht, wird ein Teilvakuum in der dritten Kammer gebildet, welches Tinte aus dem Auffangbecken 34, das Tropfenrohr 36 hinauf und zurück in die dritte Kammer durch die Blasenerzeugungsöffnung 38 zieht.
Die Situation während der zweiten Phase des Betriebes, in der die erste Kammer mit Tinte gefüllt ist, die dritte Kammer mit Luft gefüllt ist und die zweite Kammer beides enthält, ist ähnlich. Eine Veränderung der Umgebungsbedingungen, welche die Ausdehnung des Luftvolumens in der zweiten Kammer bewirkt, treibt Tinte aus der zweiten Kammer, durch die Verbindungsöffnung 24 und in die leere dritte Kammer. Ein kleines Tintenvolumen kann von der dritten Kammer aufgenommen werden, ohne daß überhaupt Tinte in das Auffangbecken 34 getrieben wird. Wenn jedoch einmal das in die dritte Kammer getriebene Tintenvolumen groß genug ist, um die Blasenerzeugungsöffnung 38 zu bedecken, ist die Verbindung der dritten Kammer zum Umgebungsdruck abgeschnitten, und diese Kammer ist wirksam versiegelt. Weitere Tinte, welche aus der zweiten Kammer in die dritte getrieben wird, bewirkt, daß ein entsprechendes Volumen von der dritten Kammer durch die Blasenerzeugungsöffnung in das Auffangbecken getrieben wird. Wenn nicht ein entsprechendes Tintenvolumen in das Auffangbecken getrieben würde, müßte die zusätzliche Tinte in der dritten Kammer die in dieser nun abgedichteten Kammer eingeschlossene Luft komprimieren. Der Weg des geringsten Widerstandes für die Tinte ist statt dessen, die dritte Kammer zu dem belüfteten Auffangbecken hin zu verlassen. Daraus folgt, daß im wesentlichen die gesamte durch die Ausdehnung der Luft aus der zweiten Kammer 16 getriebene Tinte in das Auffangbecken fließt. Nur eine geringe Menge sammelt sich in einem "Teich" auf dem Boden der dritten Kammer.
Wenn sich daraufhin die Umgebungsbedingungen wieder ändern und sich das Volumen der in der zweiten Kammer 16 gefangenen Luft zusammenzieht, wird ein Teilvakuum in der zweiten Kammer gebildet, welches Tinte aus dem Auffangbecken 34 durch das Tropfenrohr 36, die Blasenerzeugungsöffnung 38, den kleinen "Teich" am Boden der dritten Kammer und schließlich durch die Verbindungsöffnung 24 und in die zweite Kammer zieht.
Diese Folge von Ereignissen ist in den Fig. 2 bis 4 gezeigt. Fig. 2 zeigt einen Schreiber gemäß der vorliegenden Erfindung in der zweiten Phase seines Betriebs, d. h. die erste Kammer 14 ist mit Tinte gefüllt, die dritte Kammer 18 ist mit Luft gefüllt, und die zweite Kammer 16 enthält sowohl Tinte als auch Luft. Mit zunehmender Temperatur dehnt sich die Luft in der zweiten Kammer aus und treibt Tinte durch die dritte Kammer 18 und in das Auffangbecken 34, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn die Temperatur danach wieder absinkt, wird Tinte in dem Auffangbecken nach oben und durch die dritte Kammer zurück in die zweite Kammer gezogen, wie in Fig. 4 gezeigt.
Eine ähnliche Folge von Ereignissen tritt auf, wenn sowohl die zweite als auch die dritte Kammer von Tinte entleert sind. Ein Temperaturanstieg bewirkt, daß sich die Luft in der ersten Kammer ausdehnt, wodurch die Tinte in dieser durch die Öffnung 20 in die zweite Kammer 16 getrieben wird, welche aufgrund der offenen Öffnungen 24 und 38 atmosphärischen Druck aufweist.
Die aus der ersten Kammer getriebene Tinte sammelt sich in einem "Teich" in der zweiten, bis die die zweite Kammer entlüftende Öffnung 24 durch die ausgestoßene Tinte verschlossen ist. Daraufhin treibt der fortgesetzte Ausstoß von Tinte aus der ersten Kammer 14 Tinte aus dem "Teich" am Boden der zweiten Kammer 16 durch die Öffnung 24 und in die dritte Kammer 18. Diese Tinte sammelt sich wieder, bis sie die Tropfenerzeugungsöffnung 38 verschließt, zu diesem Zeitpunkt wird wiederum Tinte durch diese Öffnung in das Auffangbecken 34 getrieben. Wenn sich daraufhin die Umgebungsbedingungen verändern und sich das Volumen der in der ersten Kammer 14 gefangenen Luft zusammenzieht, folgt die Tinte wieder ihrem Pfad nach oben aus dem Auffangbecken, durch den Tropfenerzeuger 38, die dritte Kammer 18, die Öffnung 24, die zweite Kammer 16, die Öffnung 20 und schließlich zurück in die erste Kammer 14.
Man wird erkennen, daß das Volumen des Auffangbeckens von den Grenzwerten für die Höhe und die Temperatur abhängt, bei denen der Schreiber arbeiten soll, sowie von dem Volumen der größten Tintenkammer. Bei der einfachsten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Kammern, und unter Annahme daß beide Kammern dasselbe Volumen aufweisen, ist das Volumen der Luft, welche Tinte aus dem Reservoir in das Auffangbecken treiben kann, immer geringer als die Hälfte des Volumens des Reservoirs. (Ähnlich ist das Volumen der Tinte, welche aus dem Reservoir in das Auffangbecken getrieben werden kann, immer geringer als die Hälfte des Volumens des Reservoirs.) Daraus folgt, daß das Auffangbecken die Hälfte seiner üblichen Größe haben kann. Die Größe des Auffangbeckens kann weiter auf ein beliebig kleines Volumen vermindert werden, indem das Tintenreservoir in eine entsprechend große Anzahl von gleich kleinen Kammern aufgeteilt wird.
Während die obige Beschreibung eine Ausführungsform dieser Erfindung erläutert, sind deren Grundsätze auf gleiche Weise auf eine Vielzahl von anderen Konstruktionen anwendbar. Ein Beispiel ist die in Fig. 5 gezeigte Anordnung von Tintenkammern. Während bei der Ausführungsform von Fig. 1 das Reservoir durch Trennwände, welche Verbindungsöffnungen eingrenzten, in mehrere Kammern aufgeteilt wurde, sind die Kammern in Fig. 5 in einer "Traubenhaufen"-Anordnung ausgebildet, und sie sind mittels Verbindungsrohren 42 und 44 verbunden, welche sich zwischen diesen erstrecken.
Während die Ausführungsform von Fig. 1 eine Positionierung der Verbindungsöffnungen in den Seitenwänden der Kammern zeigt, müssen auch diese nicht so positioniert sein. Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der Verbindungsöffnungen 20', 24' sich zu Strömungskanälen 46, 48 hin öffnen, die sich unter den die Kammern 14 bis 18 trennenden Wänden erstrecken.
Nach der Beschreibung und Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform und verschiedene Abwandlungen dieser Ausführungsform, sollte deutlich geworden sein, daß die Erfindung weiter in Anordnung und Einzelheiten modifiziert werden kann, ohne diese Grundsätze zu verlassen. Während beispielsweise die Erfindung mit Bezug auf ein Tintenreservoir beschrieben worden ist, das in Reihe verbundene Tintenkammern aufweist, kann eine Vielzahl von anderen Topologien für die Verbindung der Kammern vorteilhaft eingesetzt werden. Während die Erfindung so dargestellt wurde, daß sie nur eine einzige Öffnung aufweist, um benachbarte Tintenkammern zu verbinden, können auch mehrere Verbindungsöffnungen vorteilhaft eingesetzt werden. (Wenn nur eine einzige Öffnung verwendet wird, würde jeder Fremdstoff, der sich in der Öffnung festsetzt den Betrieb des Stiftes kritisch beeinträchtigen. Durch den Einsatz mehrerer Öffnungen, die parallel betrieben werden, wird die Zuverlässigkeit des Stiftes verbessert.) Während die Erfindung in Bezug auf einen Tintenschreiber für nur eine Tinte beschrieben wurde, ist die Erfindung ebenso auch für Mehrfachtinten-Schreiber anwendbar, beispielsweise Schreiber bei denen Cyan, Gelbe und Magenta- Tinten an einen Druckkopf abgegeben werden. Während die Erfindung dahingehend beschrieben wurde, daß sie ein Auffangbecken zum Aufsammeln der ausgestoßenen Tinte aufweist, können schließlich auch eine Vielzahl anderer Sammeltechniken für Tinte für diese Funktion übernommen werden, beispielsweise eine flexible Blase.
Im Hinblick auf die große Anzahl von Ausführungsformen, auf welche die Grundsätze der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, muß man verstehen, daß die beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispiele nur der Erläuterung dienen und den Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzen sollen. Vielmehr umfaßt diese Erfindung alle Ausführungsformen, die innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Tintenstrahlschreiber mit einem Tintenreservoir (12), einem damit gekuppelten Tropfenerzeuger (30) und einem mit dem Tintenreservoir (12) verbundenen Akkumulator (34), der zum Umgebungsdruck entlüftet ist, wobei das Tintenreservoir (12) in mehrere Tintenkammern (14, 16, 18) unterteilt ist und die erste Kammer (14) in Fluidverbindung mit dem Tropfenerzeuger (30) und die letzte Kammer (18) in Fluidverbindung mit dem Akkumulator (34) stehen; dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Tintenkammern (14, 16, 18) anfänglich gefüllt und in Reihe miteinander verbunden sind, um beim Austreiben von Tinte aus dem Tropfenerzeuger (30) Tinte nur aus einer Kammer nach der anderen in Reihenfolge von der letzten Kammer (18) bis zur ersten Kammer (14) austreten zu lassen.

2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, bei welchem die Fluidverbindung (20, 24; 42, 44; 20, 24') zwischen den Tintenkammern (14, 16, 18) am Boden der Tintenkammern angeordnet ist.

3. Tintenstrahlschreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Fluidverbindung (20, 24; 42, 44; 20, 24') zwischen den Tintenkammern (14, 16, 18) eine Tintenöffnung ist, welche einen Blasengenerator bildet.

4. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 3, bei welchem der Akkumulator (34) einen Blasengenerator (38) umfaßt, der einen Blasendruck bei einem Schwellwert aufweist, und bei welchem die Tintenöffnung(en) so ausgebildet ist (sind), daß sie einen auf diesen Schwellwert eingestellten Blasendruck hat (haben).

5. Tintenstrahlschreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Akkumulator (34) ein kleineres Volumen als jede der Kammern (14, 16, 18) aufweist.

6. Tintenstrahlschreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Akkumulator (34) ein Volumen aufweist, welches mindestens ein Drittel der größten Kammer (14, 16, 18) beträgt.

7. Tintenstrahlschreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Tintenkammern (14, 16, 18) gleichgroß sind.

8. Tintenstrahlschreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Tintenkammern (14, 16, 18) Seite an Seite angeordnet sind.

9. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 7, bei welchem der Akkumulator (34) so bemessen ist, daß er ein Tintenvolumen entsprechend einem Drittel des Gesamttintenvolumens der Tinte im Tintenreservoir, dividiert durch die Anzahl der Tintenkammern, aufnehmen kann.