DE69108413T2

DE69108413T2 - Druckempfindlicher Speicher für Tintenstrahldrucker.

Info

Publication number: DE69108413T2
Application number: DE69108413T
Authority: DE
Inventors: Marc A Baldwin; Bruce Cowger; George M Custer; Fred E Tarver; Gary D Tarver
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1990-01-12
Filing date: 1991-01-10
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2011-01-11
Also published as: EP0437363A2; EP0437363A3; EP0437363B1; KR910014219A; US5505339A; DE69108413D1; US5409134A; HK142095A; JPH04219252A; JP3204674B2; CA2019290A1; KR100204744B1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Regeln des Fluiddrucks in dem Tintebehälter eines Tintenstrahlstifts.

Hintergrundinformationen

Tintenstrahldrucken schließt im allgemeinen das gesteuerte Liefern von Tintentropfen von einem Tintenstrahlstift-Behälter zu einer Druckoberfläche ein. Eine Art des Tintenstrahldruckens, bekannt als Tropfen-auf-Befehl-Drucken, verwendet einen Stift, der einen Druckkopf aufweist, welcher auf Steuersignale zum Ausstoßen von Tintentropfen aus dem Tintebehälter anspricht.
Tropfen-auf-Befehl-Typ-Druckköpfe verwenden typischerweise einen von zwei Mechanismen zum Ausstoßen von Tropfen: eine Thermoblase oder eine piezoelektrische Druckwelle. Ein Thermoblasen-Typ-Druckkopf schließt einen Dünnfilmwiderstand ein, der erwärmt wird, um eine plötzliche Verdampfung eines kleinen Teils der Tinte zu bewirken. Die schnelle Ausdehnung des Tintendampfs zwingt einen kleinen Betrag der Tinte durch eine Druckkopföffnung.
Druckköpfe des Typs mit einer piezoelektrischen Druckwelle verwenden ein piezoelektrisches Element, das zum abrupten Komprimieren eines Tintenvolumens in dem Druckkopf auf ein Steuersignal anspricht, um dadurch eine Druckwelle zu erzeugen, welche die Tintentropfen durch die Öffnung zwingt.
Obwohl herkömmliche Tropfen-auf-Befehl-Druckköpfe zum Ausstoßen oder "Pumpen" von Tintentropfen aus einem Stiftbehälter wirksam sind, schließen sie keine Vorrichtung ein, um Tinte daran zu hindern, den Druckkopf zu durchdringen, wenn der Druckkopf inaktiv ist. Demgemäß machen es Tropfen-auf- Befehl-Techniken erforderlich, daß das Fluid in dem Tintebehälter auf eine Art und Weise gespeichert werden muß, die einen leichten Gegendruck an dem Druckkopf liefert, um eine Tintenleckage aus dem Stift zu verhindern, wann immer der Druckkopf inaktiv ist. Der hierin verwendete Ausdruck "Gegendruck" bezieht sich auf das partielle Vakuum in dem Stiftbehälter, das sich dem Tintenfluß durch den Druckkopf widersetzt. Der Gegendruck wird im positiven Sinne betrachtet, so daß ein Anwachsen des Gegendrucks ein Anwachsen des partiellen Vakuums darstellt. Folglich wird der Gegendruck in positiven Termen gemessen, wie z.B. der Wassersäulenhöhe.
Der Gegendruck an dem Druckkopf muß immer stark genug sein, um eine Tintenleckage zu verhindern. Der Gegendruck darf jedoch nicht so stark sein, daß der Druckkopf nicht in der Lage ist, den Gegendruck zu überwinden, um Tintentropfen auszustoßen. Außerdem muß der Tintenstrahlstift entworfen sein, um trotz umgebungsbedingter Änderungen, die Schwankungen des Gegendrucks verursachen, zu arbeiten.
Eine schwerwiegende umgebungsbedingte Veränderung, die den Behältergegendruck beeinflußt, tritt während des Lufttransports eines Tintenstrahlstifts auf. In diesem Fall nimmt der Umgebungsluftdruck ab, während das Flugzeug Höhe gewinnt und der Druck, dem es ausgesetzt ist, abnimmt. Während der Umgebungsluftdruck abnimmt, wird ein entsprechend größerer Betrag an Gegendruck benötigt, um die Tinte daran zu hindern, durch den Druckkopf abzufließen. Folglich muß der Pegel des Gegendrucks in dem Stift während der Zeiten eines Umgebungsdruckabfalls geregelt werden.
Der Gegendruck in einem Tintenstrahlstift-Behälter wird Situationen unterworfen, die man als "Betriebseffekte" bezeichnen kann. Ein wesentlicher Betriebseffekt tritt auf, wenn der Druckkopf aktiviert wird, um Tintentropfen auszustoßen. Die nachfolgende Entleerung der Tinte aus dem Behälter erhöht den Behältergegendruck (macht ihn positiver). Ohne Regelung dieser Gegendruckerhöhung fällt der Tintenstrahlstift eventuell aus, da der Druckkopf nicht in der Lage ist, den erhöhten Gegendruck zu überwinden, um Tintentropfen auszustoßen.
Vergangene Versuche, den Tintenstrahlbehälter-Gegendruck als Reaktion auf umgebungsbedingte Veränderungen und Betriebseffekte zu regulieren, schlossen Vorrichtungen ein, die kollektiv als Akkumulatoren bezeichnet werden können. Beispiele von Akkumulatoren sind in EP-A-0 375 383 beschrieben.
Im allgemeinen umfassen bekannte Akkumulatoren eine elastische Blase oder eine tassengleiche Vorrichtung, die ein Volumen definiert, das in fluidmäßiger Verbindung mit dem Tintenstrahlstiftbehälter-Volumen steht. Die Akkumulatoren sind entworfen, um sich als Reaktion auf Veränderungen des Gegendruckpegels in dem Behälter zwischen der Position eines minimalen Volumens und der Position eines maximalen Volumens zu bewegen. Die Akkumulatorbewegung ändert das Gesamtvolumen des Behälters, um Gegendruck-Pegeländerungen zu regulieren, so daß der Gegendruck in einem Betriebsbereich bleibt, der geeignet ist, um eine Tintenleckage zu verhindern, während der Druckkopf in der Lage ist, das Ausstoßen von Tintentropfen fortzusetzen.
Wenn z.B. der Unterschied zwischen Umgebungsdruck und dem Gegendruck in dem Stift als eine Folge eines Umgebungsluftdruckabfalls abnimmt, bewegt sich der Akkumulator, um das Behältervolumen zu erhöhen, um dadurch den Gegendruck auf einen Pegel innerhalb des oben erörterten Bereichs, der eine Tintenleckage verhindert, zu erhöhen. Andererseits verhindert das vergrößerte Volumen, das der Akkumulatorbewegung zuzuschreiben ist, ein Abnehmen des Unterschieds zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Gegendruck, der andernfalls auftreten würde, wenn der Behälter auf ein festes Volumen beschränkt wäre, während der Umgebungsluftdruck abnimmt.
Akkumulatoren bewegen sich ferner, um das Behältervolumen zu verringern, wann immer umgebungsbedingte Veränderungen oder Betriebseffekte (z.B. eine Tintenentleerung, die während des Betriebs des Stifts auftritt) eine Erhöhung des Gegendrucks verursachen. Das verringerte Volumen, das der Akkumulatorbewegung zuzuschreiben ist, reduziert den Gegendruck auf einen Pegel innerhalb des Betriebsbereichs, wodurch es dem Druckkopf ermöglicht wird, das Ausstoßen von Tinte fortzusetzen.
Akkumulatoren sind gewöhnlich mit internen oder externen elastischen Vorrichtungen ausgestattet, die die Akkumulatoren kontinuierlich in eine Position zum Erhöhen des Volumens des Behälters drücken. Die Wirkung der elastischen Vorrichtungen besteht darin, einen ausreichenden minimalen Gegendruck in dem Behälter zurückzuhalten (um eine Tintenleckage zu verhindern), selbst wenn sich der Akkumulator bewegt, um das Behältervolumen zu vergrößern oder zu verkleinern.
Bekannte Akkumulatorentwürfe leiden unter zumindest zwei Unzulänglichkeiten. Erstens war das Arbeitsvolumen des Akkumulators (d.h. die maximale Behältervolumen-Zunahme oder -Abnahme, die durch den Akkumulator geliefert wird), größenmäßig begrenzt. Speziell war das Arbeitsvolumen des Akkumulators auf die maximale Größe der Blase oder der ähnlichen Struktur, die in den Tintenstrahlstift eingeschlossen sein könnte, begrenzt. Folglich war der umgebungsbedingte Betriebsbereich bekannter Stifte, wobei der Bereich als der maximale Umgebungsdruckabfall, den der Stift ohne Leckage aushalten könnte, quantitativ bestimmt werden kann, durch die Größe des Arbeitsvolumens des Akkumulators begrenzt.
Ein bekannter Lösungsansatz, um die eben beschriebene Arbeitsvolumen-Größenbegrenzung zu überwinden, führt zum Einschluß eines Auffangspeichers in dem Tintenstrahlstift. Der Auffangspeicher liefert ein Volumen zum Aufnehmen von Tinte, die aus dem Behälter gedrückt wird, durch eine Überflußöffnung, während der Umgebungsdruck weiter abfällt, nachdem sich der Akkumulator in seine Position des maximalen Volumens bewegt hat. Der kontinuierliche Abfall des Umgebungsdrucks eliminiert eventuell den Unterschied zwischen dem Umgebungsdruck und dem Gegendruck in dem Behälter. Eventuell entwickelt sich ein positiver Druck geringen Pegels in dem Behälter. Der positive Druck geringen Pegels zwingt die Tinte durch die Überflußöffnung in das Auffangbecken. Der Einschluß der Überflußöffnung und des Auffangbeckens ist dazu bestimmt, zu verhindern, daß der positive Druck in dem Behälter auf einen Pegel ansteigt, der es der Tinte ermöglichen würde, aus dem inaktiven Druckkopf auszulaufen.
Die Verwendung von Auffangbecken ist unerwünscht, da dieselben Raum in der Tintenstrahlstift-Anordnung verbrauchen, der andererseits als Tintenbehälterraum verwendet werden könnte. Außerdem ist es schwierig, den Stift derart zu entwerfen, daß Tinte durch die Überflußöffnung und nicht durch den Druckkopf gedrückt wird.
Eine zweite Unzulänglichkeit bei bekannten Akkumulatorentwürfen betrifft ein Merkmal, das als Abzug (Drawdown) bekannt ist. Abzug ist der Betrag des Tintenvolumens, der aus einem gefüllten Tintenstrahlstift abgezogen werden muß, um in dem Behälter einen minimalen Gegendruck einzurichten, um sicherzustellen, daß keine Tinte durch den Druckkopf ausläuft. Dieser minimale Gegendruck wird typischerweise zu der Zeit eingerichtet, zu der der Stift mit Tinte gefüllt ist, d.h. zu der Zeit, zu der das Luftvolumen in dem Behälter minimal ist. Es ist wünschenswert, so wenig "Abzugs"-Tinte wie möglich zu entfernen, um den minimalen Gegendruck einzurichten, da das Abziehen der Tinte zu diesem Zweck die Tintenmenge reduziert, die zum Drucken verwendet werden kann.
Bekannte Akkumulatoren, die aus gießbaren Elastomeren gebildet sind, ermöglichen es im allgemeinen einem wesentlichen Luftvolumen, durch ihre Wände zu diffundieren. Dementsprechend sind in bekannten Akkumulatoren größere Abzugs-Volumen erforderlich, so daß die durch die Diffusion bedingte zusätzliche Luft in dem Behälter die Akkumulatoren nicht veranlaßt, sich auf ihr maximales Volumen auszudehnen. Es ist offensichtlich, daß der Behältergegendruck verloren ist, wenn die Akkumulatoren ihr maximales Volumen erreichen.
Die DE-A-2 742 633 offenbart einen Akkumulator für einen Tintenstift, der einen dehnbaren und kontrahierbaren Sack einschließt, eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Sacks in einem Fluidvolumen einer speziellen Größe, so daß die Ausdehnung des Sacks die Größe des Fluidvolumens verringert, wobei der Sack eine Öffnung einschließt, so daß das Innere des Sacks in einer fluidmäßigen Beziehung mit der Umgebungsluft außerhalb des Fluidvolumens steht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder, die in dem Fluidvolumen angeordnet ist, einen ersten Abschnitt aufweist, der einen gekrümmten entspannten Zustand annimmt, und daß der Sack benachbart zu einer Seite des gekrümmten ersten Abschnitts liegt, so daß der Sack im wesentlichen vollständig kontrahiert ist, wenn sich die Feder in einem entspannten Zustand befindet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung liefert ein Akkumulatorarbeitsvolumen, das ausreicht, um den Stift ungeachtet extremer umgebungsbedingter Veränderungen und Betriebseffekte auf den Gegendruck in einem Behälter zu betreiben.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ferner aufgebaut, um ein Arbeitsvolumen einer Größe zu liefern, die groß genug ist, um den Bedarf nach einem Auffangspeicher oder einer ähnlichen Überflußvorrichtung zu eliminieren. Demgemäß ist die Tintenmenge, die zum Drucken verfügbar ist, bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung maximiert.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ferner derart konfiguriert, daß die Beziehung zwischen dem Behältergegendruck und der Bewegung des Akkumulators eine solche ist, daß sehr wenig Abzugs-Tinte entfernt werden muß, um den minimalen Gegendruck in dem Behälter einzurichten. Folglich ist die zum Drucken verfügbare Tintenmenge nur aufgrund des Abzugs randmäßig begrenzt.
Der Sack und die Feder können derart konfiguriert sein, daß die Sack-Ausdehnung und -Kontraktion das Behältervolumen in einer Art und Weise beeinflussen, daß der Behältergegendruck ungeachtet extremer Veränderungen des Umgebungsluftdrucks in einem annehmbaren Betriebsbereich gehalten wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vorderquerschnitt eines Tintenstrahlstifts, der einen Akkumulator, der die Erfindung verkörpert, einschließt, dargestellt in der kontrahierten oder der Position des minimalen Volumens.
Fig. 2 einen Vorderquerschnitt eines Tintenstrahlstifts, der den Akkumulator, der die Erfindung verkörpert, einschließt, dargestellt in der ausgedehnten oder der Position des maximalen Volumens.
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt des oberen Abschnitts des Akkumulators, die den Akkumulator in der Position des minimalen Volumens zeigt.
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt des oberen Abschnitts des Akkumulators, der den Akkumulator in der Position des maximalen Volumens zeigt.
Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt eines Abschnitts des Akkumulators, der die Anordnung einiger der Akkumulatorkomponenten zeigt.
Fig. 6 einen Seitenquerschnitt eines Tintenstrahlstifts, der den Akkumulator, der die Erfindung verkörpert, einschließt.
Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Akkumulatorkomponenten.
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Federkomponente des Akkumulators nach der Formung derselben in ihre nicht ausgelenkte Position.
Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 von Fig. 2.
Fig. 10 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Behältergegendruck und Veränderungen des Tintenvolumens in dem Behälter zeigt.
Fig. 11 einen Querschnitt eines Abschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels des Akkumulators der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Ein Akkumulator, der die Erfindung verkörpert, ist konfiguriert, um ein Arbeitsvolumen (d.h. die maximale Behältervolumen-Zunahme oder -Abnahme, die durch den Akkumulator geliefert wird) aufzuweisen, das den Gegendruck in einem Tintenstrahlstift-Behälter ungeachtet extremer Veränderungen des Umgebungsluftdrucks regeln kann. In dieser Hinsicht tritt die schwerwiegendste Druckveränderung, die Tintenstrahlstifte betrifft, normalerweise auf, wenn die Stifte durch die Luft transportiert werden. Während eines solchen Transports sind die Stifte in einer Flugzeugkabine angeordnet, deren Druck, bei der größten Höhe, auf einen Pegel ausgeglichen ist, der im wesentlichen unter dem atmosphärischen Druck auf Meereshöhe ist. Folglich ist das Arbeitsvolumen des vorliegenden Akkumulators eingerichtet, um den Umgebungsdruckabfall, der auf die Stifte einwirkt (d.h. den Druckabfall in der Kabine), zu kompensieren.
Z.B. kann der Luftdruck in einem Flugzeug in der Luft etwa 26% unter dem Luftdruck auf Meereshöhe sein. Folglich fällt der Luftdruck in dem Flugzeug um etwa 26%, nachdem das Flugzeug abgehoben hat. Der Akkumulator der vorliegenden Erfindung ist beweglich, um das Stiftbehältervolumen um einen Betrag zu erhöhen (d.h. das Arbeitsvolumen des Akkumulators), der notwendig ist, um zu verhindern, daß der Abfall des Umgebungsdrucks um 26% einen entsprechenden Abfall des Behältergegendrucks bewirkt. Wie vorher erörtert, erhält die Behältervolumenerhöhung, die dem Akkumulator zuzuschreiben ist, den Gegendruck auf einem Pegel, der die Tinte daran hindert, durch den Druckkopf aus dem Stift auszulaufen.
Die Größe der Behältervolumenzunahme, die notwendig ist, um einen beliebigen Umgebungsdruckabfall zu kompensieren, bezieht sich auf die Luftmenge, die sich zu der Zeit in dem Behälter befindet, zu der der Umgebungsdruck abnimmt. Folglich tritt der größte Betrag einer Behältervolumensänderung, die von einem Akkumulator geliefert werden muß, in den Fällen auf, in denen sich die größte Luftmenge in dem Stift befindet, d.h., wenn nahezu keine Tinte mehr in dem Stift ist. Kurz gesagt muß das Arbeitsvolumen Vac des Akkumulators größer oder gleich der Luftvolumenzunahme in dem Behälter sein, wenn ein nahezu leerer Stift der eben beschriebenen extremen Druckabnahme unterworfen wird. In Gleichungsform:
Vac ≥ Vr * (Po / P) - Vr [1]
Vr bestimmt das Behältervolumen, wobei der Akkumulator sein maximales Volumen aus dem Behältervolumen verschiebt, Po ist der anfängliche Umgebungsluftdruck (Kabine) auf Meereshöhe und P der minimale Druckpegel, auf den der Druck der Flugzeugkabine nach dem Abheben des Flugzeugs ausgeglichen wird. Die Tintenmenge, die in dem nahezu leeren Stiftbehälter verbleibt, ist von dem Volumen Vr in obiger Gleichung 1 nicht abgezogen. Folglich ist das Arbeitsvolumen Vac des Akkumulators, das in Gleichung 1 berechnet wird, etwas größer als das tatsächlich Erforderliche. Dennoch ist es bevorzugt, daß das Arbeitsvolumen des Akkumulators etwas größer bemessen ist, als das Berechnete, um Abweichungen beim Akkumulator- Herstellungsprozeß und eine beliebige Luftdiffusion durch den Akkumulator, wie nachfolgend vollständiger erörtert wird, zu kompensieren.
Die Beziehung zwischen dem Behältervolumen Vr, den Drücken Po und P und dem Arbeitsvolumen Vac des Akkumulators können in Form der lieferbaren Tinte Vd ausgedrückt werden. Die lieferbare Tinte Vd ist die Tintenmenge, die in einem Stift gespeichert ist, der zum Schreiben bereit ist. Die größte lieferbare Tintenmenge ist verfügbar, wenn der Stift mit Tinte gefüllt ist und der Akkumulator sich in der Position seines minimalen Volumens befindet,
oder:
Vd = Vr + Vac [2]
oder:
Vr = Vd - Vac [3]
Einsetzen von Gleichung 3 in Gleichung 1 und Auflösen nach Vac ergibt:
Vac ≥ Vd * (1 - P / Po) [4]
Es ist offensichtlich, daß die Größe in den runden Klammern in Gleichung 4 der partielle Wert der relativen Luftdruckzunahme ist, die in dem Behälter als Folge des Umgebungsdruckabfalls Po - P, der durch den Stift erfahren wird, auftritt. Folglich zeigt Gleichung 4 unter der oben genannten extremen Bedingung, durch die der Umgebungsdruckabfall etwa 26% beträgt, daß das Arbeitsvolumen des Akkumulators 26% des Volumens der lieferbaren Tinte in dem Stift betragen muß. Z.B. würde ein Stift mit einem Volumen von 40 cm³ lieferbarer Tinte einen Akkumulator mit einem Arbeitsvolumen von 10.4 cm³ erfordern, um einen Umgebungsluftdruckabfall von 26% ohne Auslaufen auszuhalten.
Es ist bemerkenswert, daß, obwohl die Umgebungsdruckabnahme Po - P oben bezüglich des Lufttransports des Stiftes erörtert wurde, es offensichtlich ist, daß sich die Luft in dem Behälter aufgrund von Temperaturänderungen ebenso wie von Umgebungsdruckänderungen ausdehnen und zusammenziehen kann. Z.B. wird ein Stift, der hohen Temperaturen unterworfen wird, eine Ausdehnung der Luft in seinem Behälter erfahren. Ein Fachmann kann die quantitative Analogie zwischen Druck- und Temperatur-Abweichungen herleiten. Es wird jedoch angenommen, daß die Umgebungsdruckabnahme, die mit dem Lufttransport der Stifte verknüpft ist, die schwerwiegendste Umgebungsdruckänderung, die von dem Stift erfahren wird, liefert. Demgemäß ist der Akkumulator der vorliegenden Erfindung entworfen, um eine derartige Änderung zu kompensieren.
Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 9 liefert ein Akkumulator 20, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ein Arbeitsvolumen Vac des Akkumulators, das schwerwiegende umgebungsbedingte Änderungen oder Operationseffekte auf den Gegendruck in einem Tintenstrahlstift-Behälter effektiv kompensiert. Insbesondere ist der Akkumulator 20 konfiguriert, um in einen Tintenstrahlstift 22 zu passen, der einen Behälter 24 mit starren Seitenwänden 26, 28, 30, 32 einschließt, die konfiguriert sind, um eine Tintenmenge zu enthalten. Ein eingelassener Behälter 34 ist in der Unterseite des Behälters 24 in der Nähe einer Seite der Wand 30 gebildet. Ein Thermoblasen-Typ-Druckkopf 36 ist in die untere Wand 38 des Behälters 24 eingepaßt, um Tintentropfen aus dem Behälter 24 auszustoßen. Die Konfiguration der Behälterwände und des Druckkopfs kann im wesentlichen die sein, die in der Stiftkomponente eines Tintenstrahldruckers geschaffen ist, der von der Hewlett-Packard Company aus Palo Alto, Kalifornien, unter dem Warenzeichen DeskJet hergestellt wird.
Der Akkumulator 20 ist an einer Abdeckung 40 befestigt, die an der Oberseite der Seitenwände 26, 28, 30, 32 des Behälters 24 abgedichtet befestigt ist. Der Akkumulator 20 umfaßt einen dehnbaren Sack 42, der an einer Feder 44 befestigt ist. Der Sack 42 und die Feder 44 sind an einer Befestigungsvorrichtung 46 befestigt, die einen nach oben herausstehenden Vorsprung 48 aufweist. Der Vorsprung 48 ist an einer zylindrisch geformten Buchse 47 abgedichtet befestigt, die einstückig mit der Oberseite der Abdeckung 40 gebildet ist.
Der Sack 42 ist derart an der Befestigungsvorrichtung 46 befestigt, daß das Innere des Sacks mit dem unteren Ende 90 einer zentralen Durchführung 50, die durch den Vorsprung 48 führt, in fluidmäßiger Verbindung steht. Die Befestigungsvorrichtung 46 ist an der Abdeckung 40 des Stifts 22 befestigt, wobei die Durchführung 50 derart angeordnet ist, daß das obere Ende 51 der Durchführung in fluidmäßiger Verbindung mit der Umgebungsluft steht. Folglich steht das Innere des Sacks 42 in fluidmäßiger Verbindung mit der Umgebungsluft.
Ist der Akkumulator 20 an seinem Platz, wird der Behälter 24 durch eine abdichtbare Öffnung 43 mit Tinte gefüllt. Ein leichter Gegendruck (nachfolgend als der minimale Gegendruck bezeichnet) wird in dem Stiftbehälter 24 eingerichtet. Der minimale Gegendruck ist der minimale Gegendruckbetrag, der notwendig ist, um die Tinte daran zu hindern, durch den Druckkopf 36 auszulaufen, wenn der Druckkopf inaktiv ist.
Wenn der Stift 22 zum Drucken verwendet wird, nimmt der Luftdruck in dem Behälter 24 ab (daher nimmt der Gegendruck zu), wenn die Tinte entleert wird. Während des Druckens dehnt sich der Sack 42 infolge der Gegendruckzunahme aus. Die Sackausdehnung verringert das Volumen des Behälters 24, um den Behältergegendruck in einem Bereich zu halten, so daß der Druckkopf 36 in der Lage ist, das Ausstoßen der Tinte aus dem Behälter 24 fortzusetzen. Wenn der Umgebungsdruck danach abnehmen sollte (z.B. während des Lufttransports des Stifts), wird der Sack 42 kontrahieren, um das Behältervolumen zu erhöhen, so daß der Gegendruck in dem Behälter 24 (relativ zum Umgebungsdruck), nicht auf einen Pegel abfällt, der es der Tinte ermöglicht, aus dem Druckkopf 36 auszulaufen.
Die Ausdehnung des Sacks 42 lenkt die Feder 44 aus. Die Elastizität der Feder 44 tendiert dazu, den Sack 42 zu kontrahieren. Die Feder 44 und der Sack 42 sind konfiguriert und angeordnet, um eine Gegendruck- und Sackvolumen-Beziehung zu bestimmen, die den Behältergegendruck in einem Betriebsbereich hält, der geeignet ist, eine Tintenleckage zu verhindern, während es dem Druckkopf 36 ermöglicht wird, das Ausstoßen der Tintentropfen fortzusetzen. Außerdem ist der Akkumulator 20 derart konfiguriert, daß das maximale Volumen des Sacks 42, d.h. das Arbeitsvolumen Vac des Akkumulators, groß genug ist, um den Behältergegendruck in dem oben genannten Betriebsbereich zu halten, ungeachtet starker Schwankungen des Drucks der Umgebungsluft.
Bezugnehmend nun auf die Einzelheiten des Akkumulators 20, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, umfaßt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Akkumulatorfeder 44 einen Metallstreifen, z.B. aus rostfreiem Stahl, mit einer Dicke von näherungsweise 75 Mikrometern (um) und einer Umformfestigkeit größer als 5,600 Kg/cm². Die Feder 44 kann aus einem flachen Blech (Fig. 7) gestanzt oder geätzt sein und wird in die entspannte oder unausgelenkte Konfiguration, die in Fig. 8 gezeigt ist, geformt.
Die entspannte Konfiguration der Feder 44 umfaßt eine flache Basis 52 mit einer runden Hauptöffnung 54, die durch dieselbe gebildet ist. Die Feder 44 ist an jeder Kante 56, 58 der Basis 52 gebogen. Ein Paar von länglichen Schlitzen 60 ist an jeder Basiskante 56, 58 in der Feder 44 gebildet, um das Biegen der Feder 44 an den Basiskanten 56, 58 zu erleichtern.
Die Feder 44 ist ausgebildet, um gekrümmte Beine 62 aufzuweisen. Ein Bein 62 erstreckt sich von jeder Kante 56, 58 der Basis 52 abwärts. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Beine 62 näherungsweise 5.7 cm lang. Die Beine 62 der Feder 54 haben eine solche Länge, daß sich jedes Ende 68 eines Beins 62 sehr nahe an der unteren Wand 38 des Behälters 24 befindet.
Jedes Federbein 62 ist ausgebildet, um einen Krümmungsradius von etwa 2.5 cm aufzuweisen. Jedes Bein 62 besitzt eine konvexe Oberfläche 64, die nach innen gegenüber der konvexen Oberfläche 64 des anderen Beins 62 liegt.
Die Größe der Feder 44 ist bemessen, um im wesentlichen so breit zu sein, wie der Abstand zwischen den Seitenwänden 30 und 32 (Fig. 6) des Stiftbehälters 24. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Beine 62 näherungsweise 2.5 cm breit.
Wie am besten in den Figuren 6 und 8 zu sehen ist, ist die Feder 44 im Bereich der Basis 52 relativ gesehen schmaler. Diese Form der Feder 44 ermöglicht es dem Akkumulator 20 in einen Tintenstrahlstift 20 zu passen, der eine Abdeckung mit einer geneigten Vorderseite 66 (Fig. 6) einschließt. Insbesondere sind die Beine 62 der Feder 44 breitenmäßig von jeder Basiskante 56, 58 zu einem Ort zwischen der Basiskante und dem Ende 68 jedes Beins 62 verjüngt. Die Federbreite nimmt in der Richtung des Beinendes 68 zu. Es ist anzunehmen, daß eine Feder 44 mit Beinen 62 einer konstanten Breite ebenfalls geeignet sein würde. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Breite der Feder 44 geformt ist, um über im wesentlichen die gesamte Breite des Behälters 24 zu passen, so daß der Sack 42, der an der Feder 44 befestigt ist, bei gegebenen Beschränkungen der Behälterseitenwände und der Abdeckungskonfiguration die größtmögliche Breite hat.
Vier Zugangslöcher 71 sind in der Federbasis 52 gebildet. Ein Loch 71 ist in der Nähe jeder Ecke der Basis 52 plaziert. Außerdem ist ein Paar von beabstandeten Zugangslöchern 72 durch die Federbeine 62 unterhalb und in der Nähe jeder Basiskante 56, 58 gebildet. Vier weitere beabstandete Zugangslöcher 74 sind durch die Enden 68 jedes Federbeins 62 gebildet. Die Zugangslöcher 71, 72, 74 liefern eine Einrichtung zum Befestigen des Sacks 42 an der Feder 44, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Der Sack 42 der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise aus zwei dünnen flexiblen Lagen 76, 77 (Fig. 7) gebildet, die an ihren äußeren Kanten 78 abgedichtet aneinander befestigt sind. Eine Lage, die erste Lage 76, besitzt eine Öffnung 80, um eine Luftpassage in und aus dem Raum zwischen der an den Kanten abgedichteten ersten Lage 76 und der zweiten Lage 77 zu ermöglichen. Die Lagen 76, 77 sind etwas größer geformt (d.h. in Breite und Länge) als die Feder 44. Außerdem ist der Abschnitt 79 der Kante 78 jeder Lage, der sich in der Nähe des verjüngten Teils der Feder 44 befindet, als eine weiche Kurve ausgebildet.
Vorzugsweise sind die erste und die zweite Lage 76, 77 aus einem Material gebildet, das wärmemäßig geschweißt werden kann (z.B. an den Kanten 78) und das im wesentlichen luftundurchlässig ist. Wärmemäßig schweißbares Sackmaterial ist bevorzugt, da ein solches Material ein effizientes Verfahren zum Bilden des Sacks 42 und zum Befestigen des Sacks 42 an der Feder 44 und der Befestigungsvorrichtung 46 ermöglicht, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Ein Material, das im wesentlichen luftundurchlässig ist, wird als Sackmaterial bevorzugt, so daß der Gegendruck in dem Stiftbehälter 24 nicht durch Luft reduziert wird, die durch die Öffnung 80 in den Sack 42 gelangt und dann durch die Wände der Sacklagen 76, 77 in den Behälter 24 diffundiert.
Angesichts des oben Gesagten umfaßt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lagen 76, 77, die den Sack 42 bilden, einen dünnen "Barrieren"-Film eines Materials, wie z.B. Ethylen-Vinyl-Alkohol (EVOH), bedeckt mit dünnen äußeren Schichten von Polyethylen. Der EVOH-Film ist vorzugsweise etwa 12 um dick. Die Polyethylenschichten sind zwischen 15 um und 50 um dick.
Der EVOH-Film liefert die gewünschte Eigenschaft der geringen Luftdurchlässigkeit. Es wird jedoch erwartet, daß der Barrieren-Film zum Verhindern des Diffundierens von Luft durch den Sack 42 aus einer Vielzahl von Materialien, wie z.B. PVDC (Polyvinylidenchlorid) (SARAN), Nylon, Polyester- oder Metall-Folien, oder Kombinationen solcher Materialien, gebildet sein kann.
Die äußeren Polyethylen-Schichten der Lagen 76, 77 liefern die gewünschte Eigenschaft der wärmemäßigen Schweißbarkeit. Die Verwendung von Polyethylen als äußere Sacklagen ist ferner vorteilhaft, da das Material im allgemeinen keine Ausheilbeschleuniger oder Weichmacher einschließt, die in die Tinte in dem Behälter 24 durchsickern könnten und diese dadurch verschmutzen könnten.
Bevor der Sack 42 durch das Schweißen der Ränder der Lagen 76, 77 gebildet wird, werden zwei Elemente zwischen die Lagen plaziert. Ein Element, das nachfolgend als ein "Trennkissen" 82 bezeichnet wird, umfaßt eine dünne (näherungsweise 25 um) Schicht eines Materials, wie z.B. Polyester, mit einem Schmelzpunkt, der im wesentlichen höher ist als der Schmelzpunkt der äußeren Polyethylen-Schichten der Sacklagen 76, 77. Das Trennkissen 82 ist im allgemeinen kreisförmig geformt und unterhalb der Öffnung 80 in dem Sack 42 positioniert.
Vorzugsweise schließt das Trennkissen 82 auf einer Seite ein Klebemittel zum festen Befestigen des Kissens 82 an der zweiten Lage 77 des Sacks 42 ein. Das Trennkissen 82 liefert eine Vorrichtung zum Erleichtern der Befestigung des Sacks 42 an der Befestigungsvorrichtung 46, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Das zweite Element, das in dem Sack 42 angeordnet ist, ist ein schmaler Streifen, der nachfolgend als ein Entlüftungsstreifen 84 bezeichnet wird, eines perforierten Polyethylen-Materials mit einer maximalen Dicke von näherungsweise 375 um, wie z.B. dem, der von Ethyl VisQueen Film Products unter dem Warenzeichen VISPORE hergestellt wird. Der Entlüftungsstreifen 84 liefert eine Vorrichtung zum Erleichtern der Bewegung von Luft in und aus dem Sack 42, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Die Feder 44 und der Sack 42 sind an der Unterseite der Befestigungsvorrichtung 46 befestigt. Spezieller gesagt ist die Vorrichtung 46 aus Polyethylen mit einem höheren Schmelzpunkt als die äußeren Polyethylen-Schichten der Sacklagen 76, 77 gebildet und umfaßt eine im allgemeinen flache Basisplatte 86 mit einem nach oben herausstehenden Vorsprung 48. Der Vorsprung 48 ist im allgemeinen zylindrisch geformt und besitzt ein abgeschrägtes oberes Ende 49. Der Vorsprung 48 umfaßt eine interne Durchführung, die sich vollständig durch den Vorsprung erstreckt.
Die Befestigungsvorrichtungs-Basisplatte 86 schließt zwei konzentrische kreisförmige Befestigungseinfassungen 88 ein, die einstückig mit der Basisplatte 86 gebildet sind, um abwärts aus derselben durch die Hauptöffnung 54 in der Basis 52 der Feder 44 vorzustehen. Die Befestigungseinfassungen 88, die das untere Ende 90 der Durchführung 50 umgeben, werden verwendet, um den Sack 42 an der Befestigungsvorrichtung 46 zu befestigen. Zu diesem Zweck wird der Abschnitt der ersten Sacklage 76, der die Sacköffnung 80 umgibt, durch die Hauptöffnung 54 in der Feder 44 gedrückt, um auf den Befestigungseinfassungen 88 zu drücken. Ein erwärmtes Futter (nicht gezeigt) wird unmittelbar unter den Befestigungseinfassungen 88 gegen die zweite Lage 77 des Sacks 42 gedrückt. Wärme von dem Futter wird von der zweiten Lage 77 über das Trennkissen 82 zu der Grenzfläche der Befestigungseinfassungen 88 und der ersten Lage 76 übertragen. Die Befestigungseinfassungen 88, die als Teil der Befestigungsvorrichtung aus Polyethylen gebildet sind, besitzen einen höheren Schmelzpunkt als der Sack, werden erwärmt, bis die Einfassungen 88 und die erste Lage 76 zusammenfließen, um eine Schweißnaht zu bilden. Beim Kühlen verbinden sich die Einfassungen 88 mit der ersten Lage 76, um eine luftdichte Abdichtung zu bilden.
Wenn der Sack 42 wie gerade beschrieben an der Befestigungsvorrichtung 46 abgedichtet befestigt ist, ist der einzige Weg für die Luft in und aus dem Sack 42 durch die Durchführung 50 in dem Befestigungsvorrichtungsvorsprung 48.
Es ist offensichtlich, daß das Trennkissen 82, zusätzlich zum Übertragen der Wärme von dem Futter zu der Grenzfläche der ersten Lage 76 und den Befestigungseinfassungen 88, die erste und die zweite Lage 76, 77 in dem Bereich trennt, in dem das erwärmte Futter angewendet wird. Folglich hindert das Trennkissen 82 die zwei Sacklagen 76, 77 daran, an den Befestigungseinfassungen 88 miteinander verbunden zu werden.
Vorzugsweise ist die äußerste Befestigungseinfassung 88 der Befestigungsvorrichtung 46 größenmäßig bemessen, um einen Durchmesser aufzuweisen, der gerade etwas kleiner als der Durchmesser der Hauptöffnung 54 in der Feder 44 ist. Folglich paßt die Federbasis 52 gut um die äußerste Einfassung 88. Der Effekt dieser Anpassung besteht darin, eine Paßgenauigkeitsvorrichtung zum Zentrieren der Federöffnung 54 unter der Durchführung 50 in der Befestigungsvorrichtung 46 zu liefern. Außerdem umfaßt die Federbasis 52 ferner ein Ausrichtungsloch 89, das durch dieselbe gebildet ist, das mit einem abwärts vorstehenden Stift (nicht gezeigt) in der Befestigungsvorrichtungs-Basisplatte 86 zusammenpaßt. Das zusammenpassende Ausrichtungsloch 89 und der Stift liefern eine ergänzende Paßgenauigkeitsvorrichtung, um sicherzustellen, daß die Feder 44 relativ zu der Befestigungsvorrichtung 46 ordnungsgemäß positioniert ist.
Der Sack 42 wird in einer Art und Weise an der Befestigungsvorrichtung 46 und der Feder 44 befestigt, die den Sack in eine kontrahierte oder eine Position minimalen Volumens drängt. Das bevorzugte Mittel zum Befestigen des Sacks 42 schließt das Wärmeschweißen des Sacks 42 an die Befestigungsvorrichtung durch die Zugangslöcher 71, 72 an der Basis 52 der Feder 44 und das sichere Befestigen jedes Endes 92 des Sacks 42 an einem entsprechenden Ende 68 eines Federbeins 62 ein.
Spezieller gesagt umfaßt die Unterseite der Befestigungsvorrichtungs-Basisplatte 86 vier sich abwärts erstreckende Pfosten 93, wobei jeder Pfosten 93 geformt und angeordnet ist, um durch ein dazupassendes Zugangsloch 71 in der Ecke der Federbasis 52 zu passen. Die Pfosten 93 durchstoßen die Sacklagen 76, 77, wenn eine erwärmte Platte (nicht gezeigt) gegen die Sacklagen 76, 77 gedrückt wird. Die Platte verbreitert dann die Enden der Pfosten 93 und flacht sie ab, um wirksam eine Niete zum Befestigen der Sacklagen 76, 77 an der Befestigungsvorrichtungs-Basisplatte 86 zu bilden. Diese Operation wird durchgeführt, während der Sack 42 im wesentlichen vollständig kontrahiert ist.
Jedes zweier gegenüberliegender Enden der Befestigungsvorrichtungs-Basisplatte 86 ist ausgebildet, um eine Verlängerung 94 aufzuweisen, die durch zwei beabstandete Gelenke 95 an der Basisplatte 86 befestigt ist. Die Gelenke 95 sind dünner (näherungsweise 250 um) als die Basisplatte 86 und sind um die dazugehörigen Kanten 56, 58 der Federbasis 52 gefaltet, so daß jede Verlängerung 94 ein Paar von Zugangslöchern 72, die unter und in der Nähe jeder Kante 56, 58 gebildet sind, bedeckt. Jede Verlängerung 94 schließt auf seiner Unterseite ein nach außen vorstehendes Paar von Pfosten 96 ein. Jeder der Pfosten 96 ist größenmäßig so bemessen und angeordnet, um durch ein dazugehörendes Zugangsloch 72 zu passen. Wenn sich die Pfosten 96 durch die Zugangslöcher 72 erstrecken, werden beide Lagen 76, 77 des Sacks 42 gegen die Pfostenpaare 96 an jeder Kante 56, 58 gedrückt. Die Pfosten 96 werden dann in einer vorher beschriebenen Art und Weise an die in Berührung stehenden Sacklagen 76, 77 wärmemäßig angenietet.
In dem Raum zwischen jedem Paar von Gelenken 95 ist ein Paar von Vorsprüngen 98 in der Befestigungsvorrichtungsbasisplatte 86 gebildet, um sich abwärts durch die Schlitze 60 in der Feder zu erstrecken. Ein Vorsprung 98 erstreckt sich durch einen Schlitz 60. Die Vorsprünge 98 helfen dabei, die Befestigungsvorrichtungsbasisplatte 86 ordnungsgemäß ausgerichtet über der Basis 52 der Feder 44 zu halten. Es wird jedoch erwartet, daß die vorspringenden Pfosten 93, 96 beim Fehlen der Vorsprünge 98 eine adäquate Ausrichtung des Sacks 42 und der Feder 44 liefern.
Der Entlüftungsstreifen 84 in dem Sack 42 ist zwischen benachbarten Zugangslöchern 72 in der Feder ausgerichtet und erstreckt sich vollständig um jede gebogene Kante 56, 58 der Feder 44. Folglich erleichtert der Entlüftungsstreifen 84 eine Luftbewegung durch den Sack, selbst wenn der Sack festsitzend an den Kanten 56, 58 der Federbasis 52 an den Zugangslöchern 72 befestigt ist. Außerdem stellt der Entlüftungsstreifen 84 sicher, daß der Sack 42 sich ausdehnen wird (d.h. die Lagen 76, 77 werden sich auseinanderbewegen), ungeachtet einer Verdichtung in dem Sack, wobei diese Verdichtung dazu tendieren würde, die Lagen 76, 77 zusammenzuhalten.
Die Enden 92 des Sacks 42 sind um die Enden 68 der Federbeine 62 gehüllt, so daß jeder Abschnitt des Sacks, der zwischen den Kanten 56, 58 und den Beinenden 68 liegt, stark gegen die konvexe Oberfläche 64 jedes Beins 62 (Fig. 1) gedrückt wird. Die Enden 92 des Sacks 42 bedecken die Zugangslöcher 74 in den Beinenden, so daß, wenn dem Sack 42 an den Zugangslöchern 74 Wärme zugeführt wird, der Sack 42 in den Löchern 74 zusammengeschweißt wird, um die Sackenden 92 sicher an den Federbeinenden 68 zu befestigen.
Die Peripherie 55 des Befestigungsvorrichtungsvorsprungs 48 wird abgedichtet an der Buchse 47 in der Behälterabdeckung 40 befestigt, so daß keine Luft zwischen der Befestigungsvorrichtung 46 und der Abdeckung 40 passieren kann. Die Abdeckung 40 wird dann abgedichtet an den Behälterseitenwänden befestigt, wobei der Akkumulator 20 schwebend in dem Behälter 24 gehalten wird. Der Behälter 24 wird danach gemäß obiger Beschreibung mit Tinte gefüllt.
Wie oben bemerkt wurde, ist der gefüllte Stift 22 mit einem minimalen Gegendruck versehen. Berechnet am Druckkopf 36 sollte der minimale Gegendruck z.B. 2.5 cm Wassersäule betragen. Folglich wird der minimale Gegendruck durch Entfernen einer gewissen Tintenmenge aus dem gefüllten und abgedichteten Behälter eingerichtet. Das Fluidvolumen, das entfernt wird, um den minimalen Gegendruck einzurichten, wird als das Abzugs-Volumen Vdd bezeichnet.
Es ist bemerkenswert, daß der Sack 42, der gegenüber der Feder 44 sicher gehalten ist, sich nicht merklich ausdehnt, wenn das Abzugsvolumen Vdd entfernt wird. Entsprechend wird der Gegendruck, der dem Entfernen des Abzugsvolumen zuzuschreiben ist, schnell ansteigen (siehe Linie O-A im Graph von Fig. 10), wenn das Abzugsvolumen Vdd entfernt wird, da sich der Akkumulatorsack 42 nicht merklich ausdehnt, um den Raum zu füllen (und daher den Gegendruck zu senken), der dem Abzugsvolumen Vdd entspricht. Es wurde herausgefunden, daß bei einem Akkumulator, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, ein sehr kleiner Betrag eines Abzugsvolumens (z.B. weniger als 5 % der Behälterkapazität) erforderlich ist, um den Gegendruck auf den minimalen Pegel, der oben erwähnt ist, zu bringen.
Der minimale Gegendruck richtet das untere Ende des Gegendruck-Betriebsbereichs, auf den oben Bezug genommen wurde, ein. Der maximale Gegendruck oder der obere Pegel des Gegendruck-Betriebsbereichs ist der Pegel (z.B. 11.5 cm Wassersäule), über den hinaus der Druckkopf 36 nicht in der Lage sein würde, gegen denselben zu "pumpen", um Tintentropfen auszustoßen. Fig. 10 stellt einen Graph dar, der die Beziehung zwischen Änderungen des Behältergegendrucks P (Ordinate) und Änderungen des Fluidvolumens V des Reservoirs (Abszisse) zeigt. Der Ursprung 0 des Graphen von Fig. 10 stellt ein gefülltes Behältervolumen ohne Gegendruck dar. Ferner ist in Fig. 10 das Arbeitsvolumen Vac des Akkumulators gezeigt, das zum Beibehalten des Gegendrucks in dem Behälter (oder präziser an dem Druckkopf 36) in dem Betriebsbereich zwischen dem minimalen und dem maximalen Gegendruckpegel, die in dem Graph gezeigt sind, verfügbar ist.
Wenn der Druckkopf 36 arbeitet, um Tintentropfen aus dem Behälter 24 auszustoßen, erhöht die daraus resultierende Reduzierung des Tintenvolumens in dem Behälter den Gegendruck. Wenn diese Erhöhung nicht reguliert würde, würde der Gegendruck in dem Behälter 24 schnell über den maximalen Gegendruck hinaus anwachsen (gestrichelte Linie in Fig. 10), und der Druckkopf 36 wäre nicht betriebsfähig. Bei dem vorliegenden Akkumulator 20 tendiert das Anwachsen des Gegendrucks über den minimalen Pegel hinaus jedoch dazu, den Sack 42 auszudehnen. Spezieller gesagt wird die Umgebungsluft, die unter einem relativ höheren Druck steht durch die Durchführung 50 in der Befestigungsvorrichtung 46 und in die Öffnung 80 in den Sack 42 gezogen, wenn der Gegendruck ansteigt. Wenn sich der Sack 42 ausdehnt, drückt die erste Lage 76 des Sacks gegen die Federbeine 62, so daß diese Beine aus der entspannten gekrümmten Konfiguration (Fig. 1) in eine entgegengesetzt gebogene Konfiguration (Fig. 2) ausgelenkt werden.
Die Elastizität der Federbeine 62, die dazu tendiert, den Sack 42 gegen die konvexen Oberflächen 64 zu kontrahieren, wird im wesentlichen durch die Ausdehnung des Sacks 42 überwunden, die durch das Anwachsen (über das Minimum) des Gegendrucks in dem Behälter 24 bewirkt wird. Die Abnahme des Volumens des Behälters 24, die der Ausdehnung des Sacks 42 zuzuschreiben ist, hält den Gegendruck unter dem maximalen Gegendruck, der oben erörtert ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dehnt sich der Sack 42 in den Zustand des maximalen Volumens aus, wenn Tinte des Stifts ausgedruckt wird. Während dieser Ausdehnung hält der Sack 42 den Gegendruck unter dem maximalen Gegendruckpegel. An dem Punkt, an dem sich der Sack 42 des bevorzugten Ausführungsbeispiels auf den Zustand seines maximalen Volumens ausgedehnt hat, wurden etwa 30 % der Tinte des Stifts ausgedruckt. Jedes weitere Drucken verursacht ein weiteres Anwachsen des Gegendrucks, dem durch die Einführung von Umgebungsluft in den Behälter 24 abgeholfen werden kann. Zu diesem Zweck umfaßt der Stift 22 einen Blasengenerator 102, der in der unteren Wand 38 des Behälters 24 gebildet ist. Der Blasengenerator 102 kann eine kleine Öffnung 104, die sich von einer Aussparung 106 in der unteren Behälterwand 38 erstreckt, umfassen.
Die Öffnung 104 des Blasengenerators 102 ist größenmäßig derart bemessen, z.B. mit einem Durchmesser von etwa 200 um, daß sich beliebige Luftblasen ausschließlich in Fällen durch die Luft-/Tinten-Grenzfläche an der Öffnung 104 und in den Behälterluftraum bewegen, in denen der Gegendruck beginnt, über den maximalen Gegendruckpegel anzusteigen (Fig. 10). Wenn die Luftblasen von dem Blasengenerator 102 in den Behälter 24 eindringen, fällt der Gegendruck auf einen Pegel gerade unter dem maximalen Pegel, so daß der Druckkopf 36 in der Lage ist, das Ausstoßen von Tintentropfen fortzusetzen.
Wie oben bemerkt wurde, tritt die größte Änderung des Behältergegendrucks auf, während ein nahezu leerer Stift einer signifikanten Umgebungsluftdruckabnahme unterworfen wird, die z.B. während eines Luftversands des Stifts auftreten würde. In einem solchen Fall, wenn der Umgebungsluftdruck beginnt abzufallen, fällt der Druck in dem Sack 42 ebenfalls ab. Wenn der Druck abfällt, fällt der Sack 42, der gerade vor dem Umgebungsluftdruckabfall auf sein maximales Volumen ausgedehnt ist (siehe Fig. 2 und Punkt B in Fig. 10), zusammen, um das Behältervolumen zu erhöhen und dadurch den Gegendruck daran zu hindern, auf einen so niedrigen Pegel abzufallen, daß Tinte aus dem Druckkopf 36 auslaufen kann. Außerdem stellt die elastische Wiederherstellung der Federbeine 62 beim Wiedereinnehmen des unausgelenkten Zustands, wenn der Sack 42 zusammenfällt, sicher, daß der Sack in die Konfiguration seines minimalen Volumens (Fig. 1) kontrahiert wird, so daß der gesamte Betrag des Arbeitsvolumens des Akkumulators Vac zum Erhöhen des Reservoirvolumens verwendet wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde herausgefunden, daß ein Akkumulator 20, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, ein Arbeitsvolumen liefert, das groß genug ist, um Umgebungsluft-Druckveränderungen von bis zu näherungsweise 30 % zu kompensieren (z.B. durch Kontrahieren von seinem maximalen zu seinem minimalen Volumenpegel, wie eben beschrieben). Wie oben bemerkt wurde, liegt die größte Umgebungsluft-Druckänderung, die von einem Stift erfahren wird, wahrscheinlich in dem Bereich von näherungsweise 26%. Entsprechend liefert der Akkumulator 20 der vorliegenden Erfindung für Umgebungsluft-Druckabnahmen von 30% oder darunter ein ausreichendes Arbeitsvolumen, um den Gegendruck über dem minimalen Gegendruckpegel zu halten. Es ist daher offensichtlich, daß der vorliegende Akkumulator 20, anders als Akkumulatoren der Vergangenheit, nicht mit irgendwelchen Überflußvorrichtungen ergänzt werden muß, wie z.B. der Überflußöffnung und dem oben erwähnten befestigten Auffangspeicher. Außerdem kann das Stiftvolumen, das andernfalls für einen Auffangspeicher nötig wäre, statt dessen verwendet werden, um die Tintenkapazität des Stifts zu erhöhen.
In dem Fall, daß ein Stift 22 einer Umgebungsluft-Druckerhöhung von mehr als etwa 26% unterzogen wird, wird erwartet, daß der Sack 42 des Akkumulators 20 konfiguriert sein kann, um ein größeres Arbeitsvolumen, als das oben beschriebene zu liefern. Z.B. kann ein alternatives Ausführungsbeispiel des Akkumulatorsacks 142, das in der Querschnittsansicht von Fig. 11 gezeigt ist, gefaltet sein. Der gefaltete Sack 142 liefert einen signifikanten Betrag des Arbeitsvolumens des Akkumulators, da er sich auf ein maximales Volumen ausdehnt, das im wesentlichen größer ist als das des ungefalteten Sacks 42, und noch gegen die konvexen Oberflächen 64 der Federbeine 62 auf ein minimales Volumen, das im wesentlichen gleich dem eines ungefalteten Sacks 42 ist, kontrahierbar ist.
Bezüglich der Verwendung des gefalteten Sacs 142 ist es bevorzugt, dünne Verstärkungsrippen 108 eines Filmmaterials zwischen den inneren gefalteten Kanten 110 der Sackfalten zu befestigen. Die Verstärkungsrippen 108 sind mit geringen Abständen entlang der Länge des Sacks 142 plaziert und dienen dazu, die Falten daran zu hindern, sich unter dem Einfluß des Gegendrucks in dem Behälter umzustülpen. Folglich stellen die Verstärkungsrippen 108 sicher, daß der gefaltete Sack in die Position des flachen minimalen Volumens zurückkehrt, wenn der Gegendruck in dem Behälter abnimmt.
Eine weitere Technik zum Erhöhen des Arbeitsvolumens des Akkumulators kann die Verwendung eines Sacks einschließen, der relativ gesehen länger als der vorher beschriebene Sack 42 ist, und der, nachdem er an den Federbeinenden 68 befestigt ist, wie oben beschrieben wurde, über den Abschnitt des Sacks, der über den konvexen Oberflächen 64 der Federbeine 62 liegt, zurückgefaltet wird. Das äußerste Ende des längeren Sackes wird dann wärmemäßig an die Pfosten 96 in den Befestigungsvorrichtungsverlängerungen 94 geschweißt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wären zusätzliche Entlüftungsstreifen 84 in dem Sack eingeschlossen, um um die Federenden 68 zwischen den Zugangslöchern 74 in diesen Enden 68 gehüllt zu werden, so daß Luft durch die gesamte Länge des Sacks fließen kann.
Während die Grundsätze der Erfindung bezugnehmend auf bevorzugte Ausführungsbeispiele und Alternativen beschrieben und dargestellt wurden, ist es offensichtlich, daß die Erfindung ferner in Aufbau und Detail modifiziert werden kann, ohne von derartigen Grundsätzen abzuweichen. Z.B. kann eine Feder mit nur einem einzigen Bein, das einen Sack auf seiner konvexen Oberfläche trägt, ein ausreichendes Akkumulatorarbeitsvolumen liefern. Außerdem kann ein effektiver Akkumulator eine Feder einschließen, die über ihre longitudinale Achse gekrümmt ist, und nicht über ihre laterale Achse, wie oben beschrieben wurde. Außerdem kann die Feder mit Löchern oder Schlitzen, die ihre Elastizität beeinflussen, konfiguriert sein und dann wieder den Gegendruck modifizieren, wenn sich der Sack ausdehnt und die Feder dazu zwingt, flach zu werden. Es wird ferner erwartet, daß die Funktion der Feder, den Sack zu kontrahieren und das Abzugsvolumen zu minimieren, durch eine Federkonfiguration mit zwei Schichten erreicht werden kann, wobei der Sack zwischen diesen Schichten kontrahiert wird, wenn die Feder in ihrer unausgelenkten Konfiguration ist. Es ist ferner möglich, daß der Sack derart ausgebildet sein kann, daß eine oder beide Sacklagen die elastischen Charakteristika der Feder aufweisen, wodurch der Bedarf nach einer diskreten Federkomponente eliminiert ist.

Claims

1. Eine Akkumulatorvorrichtung zum Regulieren des Tintenbehälter-Fluiddrucks eines Tintenstrahlstifts, die folgende Merkmale aufweist:

einen dehnbaren und kontrahierbaren Sack (42);

eine Befestigungseinrichtung (46) zum Befestigen des Sacks (42) in einem Fluidvolumen (24) einer bestimmten Größe, so daß die Ausdehnung des Sacks (42) die Größe des Fluidvolumens verringert, wobei der Sack (42) eine Öffnung einschließt, so daß das Innere des Sacks in einer fluidmäßigen Verbindung mit der Umgebungsluft außerhalb des Fluidvolumens (24) steht;

dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (44), die in dem Fluidvolumen angeordnet ist, einen ersten Abschnitt 62 aufweist, der einen gekrümmten entspannten Zustand annimmt, und daß sich der Sack (42) benachbart zu einer Seite (64) des gekrümmten ersten Abschnitts befindet, so daß der Sack (42) im wesentlichen voll kontrahiert ist, wenn sich die Feder (44) in einem entspannten Zustand befindet.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Feder (44) derart angeordnet ist, daß die Ausdehnung des Sacks die Feder (44) auslenkt.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der erste Abschnitt (62) der Feder (44) in ihrem entspannten Zustand eine konvexe Oberfläche (64) aufweist und der Sack (42) an der konvexen Oberfläche (64) befestigt ist.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Feder (44) aus Metall ist, und der Sack (42) aus einem flexiblen Material mit einer äußeren Kunststoffoberfläche gebildet ist.

5. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Feder (44) eine flache Basis (52) aufweist, die mit dem ersten Abschnitt (62) der Feder verbunden ist.

6. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Feder (44) einen zweiten Abschnitt (62) einschließt, der mit der Basis (52) verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt (62) einen gekrümmten entspannten Zustand annimmt, und wobei der Sack (42) an einer Seite (64) des zweiten Abschnitts (62) und an einer Seite der Basis (52) der Feder (44) befestigt ist.

7. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Feder (44) einen zweiten Abschnitt (62) einschließt, der einen gekrümmten entspannten Zustand annimmt, wobei der Sack an einer Seite (64) des gekrümmten zweiten Abschnitts befestigt ist.

8. Eine Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 7, bei der die Feder (44) aus rostfreiem Stahl besteht.

9. Eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Sack (42) aus Lagen (76, 77) eines flexiblen Materials gebildet ist und in eine im allgemeinen flache Konfiguration kontrahierbar ist.

10. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Sacklagen (76, 77) aus einem wärmemäßig schweißbaren Material gebildet sind.

11. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Sacklagen (76, 77) eine Einrichtung aufweisen, die die Sacklagen im wesentlichen luftundurchlässig macht.

12. Ein Verfahren zum Herstellen einer Akkumulatorvorrichtung zum Regeln des Tintenbehälter-Fluiddrucks eines Tintenstrahlstifts, das folgende Schritte einschließt:

Befestigen eines dehnbaren und kontrahierbaren Sacks (42) an einer Feder (44), so daß der Sack (42) im wesentlichen kontrahiert ist, wenn die Feder (44) in einem entspannten Zustand ist; und

Konfigurieren des Sacks (42) und der Feder (44), so daß der Sack (42) sich ausdehnt und die Feder (44) auslenkt, wann immer der Druckunterschied zwischen dem Fluid innerhalb und außerhalb des Sacks einen vorbestimmten minimalen Pegel überschreitet.

13. Ein Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Konfigurierens den Unterschritt des Formens der Feder (44) einschließt, um einen gekrümmten Abschnitt (62) aufzuweisen, wenn sie in einem entspannten Zustand ist.

14. Ein Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der Schritt des Befestigens den Unterschritt des Befestigens des Sacks (42) an dem gekrümmten Abschnitt (62) der Feder (44) einschließt.

15. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche (12 bis 14), bei dem die Feder (44) aus Metall ist, und bei dem der Sack (42) eine äußere Kunststoff-Oberfläche aufweist, wobei der Schritt des Befestigens den Unterschritt des Bildens von Zugangslöchern (71, 72, 74) in der Feder (44) einschließt, um Stellen zum Befestigen des Sacks (42) an der Feder vorzusehen.

16. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der Akkumulator in einem Fluidvolumen (24) angeordnet wird, welches eine Druckabnahme erfahren kann, wobei der Schritt des Konfigurierens den Schritt des größenmäßigen Bemessens des Sacks einschließt, um ein Arbeitsvolumen zu bestimmen, das gleich oder größer der Änderung des Fluidvolumens ist, die der Abnahme des Drucks zuzuschreiben ist.