DE3750852T2

DE3750852T2 - Druckeinstellvorrichtung für Tintenstrahldrucker.

Info

Publication number: DE3750852T2
Application number: DE3750852T
Authority: DE
Inventors: Kenji Akami; Masayoshi Miura; Gen Oda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1987-09-15
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2007-09-16
Also published as: EP0429434A2; EP0260663A2; DE3750852D1; US4769658A; DE3776678D1; EP0429434A3; EP0260663A3; EP0429434B1; EP0260663B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Feld der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich generell auf eine auf ein elektrisches Signal ansprechende Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung für die Aufzeichnung von Briefen und/oder Bildern auf ein Aufzeichnungsmittel, und zwar dadurch, daß Tinte unter Verwendung eines Luftstromes ausgestoßen wird, und insbesonders auf eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

2. Stand der Technik

Bislang werden als Peripherieausrüstungen gemeinhin verschiedene Bauarten von Druckern verwendet. Allen voran haben Tintenstrahldrucker Vorteile, wie etwa keine Lärmerzeugung, problemlose Anwendbarkeit auf Farbdrucker und hohe Bildqualität. Was Verfahren für den Tintenausstoß betrifft, so bringt die Verwendung eines Luftstromes und einer elektrostatischen Kraft ein hervorragendes Ansprechen mit sich. Verschiedene Bauarten von Tintenstrahldruckern sind bekannt, wobei ein Beispiel der Tintenstrahldrucker in dem US-Patent Nr. 4,403,234 gezeigt ist.
Diese Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, welche einen Luftstrom und eine elektrostatische Kraft verwendet, hat eine nichtleitende Luftdüsenplatte, welche eine Luftdüse hat, und eine leitende Tintendüsenplatte, die pararell zur Luftdüsenplatte angeordnet ist. Die Luftdüsenplatte hat eine Elektrode und eine Tintendüse, um den Tintenmeniskus zu halten. Die Elektrode und die leitende Tintendüsenplatte sind mit einer Signalquelle verbunden, um dazwischen einen elektrischen Feldgradienten herzustellen. Die Tintendüsenplatte und die Luftdüsenplatte sind an einem rückwärtigen Gehäuse befestigt, um eine Tintenkammer und eine ringförmige Luftstromkammer zu definieren. Die Tintenkammer ist mit einem Tintenbehälter verbunden, um über eine Tintenleitung darin die Tinte zu speichern, wobei die Tinte mittels einer, Druckluft von der Lufteinspeisequelle regulierenden Druckreguliereinrichtung konstantem Druck ausgesetzt ist. Die Druckluft von einer Lufteinspeisequelle strömt über eine Luftleitung in die ringförmige Luftstromkammer und anschließend über die Luftdüse nach außen. Ein derartiger Luftstrom erzeugt in einem ringförmigen Luftstromraum zwischen der Tintendüse und der Luftdüse einen starken Druckgradienten. Aufgrund des Gradienten des elektrischen Feldes und dem starken Druckgradienten wird der Meniskus ausgedehnt und über die Luftdüse ausgestoßen.
Der Zustand des Meniskus wird durch eine Differenz zwischen dem Tintenpegel im Tintenbehälter und dem Pegel in der Tintendüse und durch einen Abstand zwischen der Luftdüsenplatte und der Tintendüsenplatte beeinflußt. Die Differenz und der Abstand haben großen Einfluß auf Aufzeichnungskennwerte, welche das Aufzeichnungsansprechvermögen vom Tintenstrahldruckkopf und die Schwellspannung, d. h. die minimale Spannung für Tintenausstoß, einschließen. Daher sind die Differenz und der Abstand derart bei einem optimalen Wert auszubilden, daß der an der Tintendüse gebildete Tintenmeniskus eine konvexe Form hat.
Hat jedoch der Abstand eine Abweichung von nur 2 oder 3 um, so muß die Differenz faktisch um ungefähr 20 bis 30 mm geändert werden, um den die konvexe Form aufweisenden Meniskus herzustellen, so daß der Einstellbetrag der Differenz beträchtlich ist. Somit besteht bezüglich der Einstellung der Differenz ein Problem. Wird zusätzlich eine derart herkömmliche Vorrichtung für die Einstellung der Differenz auf einen Mehrkopfdrucker angewendet, so bleibt die Differenz aufgrund von schwierigen angewendeten Herstellungsprozessen nicht auf einem konstanten Wert oder variiert diese bei den Tintenstrahlköpfen.
Um die vorstehenden Probleme zu beseitigen, wurde eine Vorrichtung erwogen, um den Tintenbehälter nach oben und unten zu bewegen. Jedoch hat diese Technik den anderen Nachteil, daß sie eine andere Vorrichtung erfordert, um den Tintenbehälter als Reaktion auf die Menge der übriggebliebenen Tinte zu bewegen, wodurch die Struktur von Druckern verkompliziert wird.
Eine weitere Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ist aus der US 4 215 353 bekannt. Diese Vorrichtung hat einen Tintenbehälter, in dem Tinte untergebracht ist, welche ebenfalls mittels Druckluft Druck ausgesetzt ist. Die Druckluft wird über eine an der Oberseite des Tintenbehälters befindliche Einlaßöffnung in den Tintenbehälter gespeist. Um eine befriedigende Arbeitsweise der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu erhalten, wird der Luftdruck mittels einem Drucksensor gemessen und mittels einer Steuereinheit gesteuert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu schaffen, mit der der Druck der von dem Tintenbehälter ausgestoßenen Tinte größtenteils unabhängig von der Tintenmenge in dem Tintenbehälter ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Wie aus dem vorstehend erwähnten Tintenbehälter, der eine Lufteinführeinrichtung hat, die eine Leitung oder ein Rohr und/oder eine Luftkammer hat, und dem vorstehend erwähnten Verfahren für die Tinteneinspeisung gemäß der vorliegenden Erfindung verständlich wird, wird der wesentliche Tintenpegel im Tintenbehälter auf einen bestimmten Wert gehalten. Als Ergebnis ist es möglich, eine brauchbare Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit Druckeinstellvorrichtungen mit geringen Kosten und hoher Zuverlässigkeit zu schaffen, so daß die Menge der auszustoßenden Tinte konstant bleibt oder nicht entsprechend der übriggebliebenen Tintenmenge sinkt. Außerdem hat die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung Druckeinstellvorrichtungen, welche eine einfache Struktur haben und den Tintenbehälter als Reaktion auf die Menge der übriggebliebenen Tinte nicht bewegen, und welche zwischen dem Tintenpegel in dem Tintenbehälter und entsprechenden Tintendüsen in einem Mehrkopf eine gleichbleibende Höhe halten, ohne Aufzeichnungskennwerte zu beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung kann zudem auf eine Aufzeichnungsvorrichtung angewendet werden, die Druckköpfe aufweist, welche einen Luftstrom und mittels einer piezoelektrischen Vorrichtung eine Periode anwenden. Ein Beispiel einer derartigen Aufzeichnungsvorrichtung ist in dem US Patent Nr. 4,106,032 beschrieben. In diesem Fall ist der elektrische Feldgradient nicht erforderlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen leichter offensichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Ansicht eines Tintenausstoßsystems einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, welches nicht in den Schutzbereich der angehängten Ansprüche fällt;
Fig. 1B eine schematische Ansicht eines Tintenausstoßsystems einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1C eine schematische Ansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Tintenbehälters, welcher in dem zweiten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1B verwendet ist;
Fig. 3A eine Querschnittsansicht eines unter Druck stehenden Tintenbehälters aus Fig. 2;
Fig. 3B eine Querschnittsansicht eines nicht unter Druck stehenden modifizierten Tintenbehälters aus Fig. 2;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines modifizierten Tintenbehälters aus Fig. 2;
Fig. 5A eine Querschnittsansicht eines unter Druck stehenden Tintenbehälters aus Fig. 4;
Fig. 5B eine Querschnittsansicht des nicht unter Druck stehenden Tintenbehälters aus Fig. 4;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines weiteren modifizierten Tintenbehälters aus Fig. 2;
Fig. 7 eine erläuternde Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Einspeisung der Tinte; und
Fig. 8 eine herkömmliche Tintenstrahlaufzeichungsvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bevor die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird die vorstehend erwähnte herkömmliche, einen Luftstrom und eine elektrostatische Kraft verwendende Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben. Bezogen auf Fig. 8 weist ein Druckkopf 30 eine Luftdüsenplatte 2, die eine Luftdüse 1 hat, und eine Tintendüsenplatte 3 auf, welche parallel zur Luftdüsenplatte 2 angeordnet ist. Die Luftdüsenplatte 2 besteht aus nicht leitendem Material und ist an einem rückwärtigen Gehäuse 31 aus nichtleitendem Material befestigt. Die Tintendüsenplatte 3 besteht aus leitendem Material und ist an das rückwärtige Gehäuse 31 befestigt. Die Luftdüsenplatte 3 hat eine Elektrode 14, wobei die Tintendüsenplatte 3 eine Tintendüse 4 hat, um den Tintenmeniskus zu halten. Die Tintendüsenplatte 3 und das rückwärtige Gehäuse 31 definieren eine Tintenkammer 10. Die Luftdüsenplatte 2, die Tintendüsenplatte 3 und das rückwärtige Gehäuse 31 definieren eine ringförmige Luftstromkammer 9. Die Tintenkammer 10 ist über eine Tintenzuleitung oder eine Tintenleitung 6 mit einem Tintenbehälter 11 verbunden, um darin die Tinte 26 zu speichern, wobei die Tinte 26 mittels einer, Druckluft von einer Lufteinspeisequelle 12 regulierenden Druckreguliereinrichtung 13 konstantem Druck ausgesetzt ist. Die Druckluft strömt über eine Luftzuleitung oder eine Luftleitung 8 in die ringförmige Luftstromkammer 9 und über die Luftdüse 1 heraus. Ein derartiger Luftstrom erzeugt zwischen der Tintendüse 4 und der Luftdüse 1 in einem ringförmigen Laminar-Luftstromraum 7 einen starken Druckgradienten.
Eine Signalquelle 5 ist mit einer Elektrode 14 und der leitenden Tintendüsenplatte 3 verbunden, wodurch zwischen der Luftdüse 1 und der Tintendüse 4 eine elektrische Potentialdifferenz entwickelt wird. Daher wird der Tintenmeniskus mittels der elektrischen Potentialdifferenz in Richtung auf die Luftdüse 1 ausgedehnt und entlang dem durch den Luftstrom in dem ringförmigen Laminar-Luftstromraum 7 bewirkten starken Druckgradienten abgerissen. Aufgrund der Effekte der elektrostatischen Kraft und des starken Gradienten wird der Tintenmeniskus über die Luftdüse 1 ausgestoßen.
Mit "h" ist die Differenz zwischen dem Pegel der Tintendüse 4 und dem Tintenpegel in dem Tintenbehälter 11 bezeichnet. Ein Abstand zwischen der Tintendüsenplatte 3 und der Luftdüsenplatte 2, d. h. die "Stärke" des ringförmigen Laminar-Luftstromraumes 7, verursacht eine große Beeinträchtigung von Aufzeichnungskennwerten, welche ein Aufzeichnungsansprechvermögen des Tintenstrahldruckkopfes und eine Schwellspannung, d. h. die minimale Spannung für Tintenausstoß einschließen. Daher ist der Abstand derart auf einen optimalen Wert zu setzen, daß der an der Tintendüse gebildete Tintenmeniskus eine konvexe Form aufweist. Gemäß Experimenten beträgt dieser Abstand vorzugsweise ungefähr 10 um, um befriedigende Aufzeichnungskennwerte zu erhalten. Aufgrund dieser Tatsache erfolgt durch den Abstand zwischen der Luftdüsenplatte 2 und der Tintendüsenplatte 3 eine Einstellung. Jedoch ist in dem Fall, daß der Abstand eine Abweichung von lediglich 2 oder 3 um hat, die Differenz "h" faktisch um ungefähr 20 bis 30 mm zu ändern, um Gleichgewicht zwischen dem Druck in der Tintenkammer 10 und dem Druck an der Außenfläche des Meniskus herzustellen. Somit wird ein Einstellungsbetrag der Differenz "h" beträchtlich. Daher besteht bezüglich der Einstellung der Differenz "h" ein Problem.
Wird eine derartige herkömmliche Vorrichtung für die Einstellung eines Gleichgewichts zwischen dem Druck in der Tintenkammer 10 und dem Druck an der Außenfläche des Meniskus auf einen Mehrkopfdrucker (nicht gezeigt) angewendet, welcher einen Mehrkopf hat, der eine Vielzahl von Tintenstrahldruckköpfen und Tintenbehälter aufweist, so bleibt die Differenz "h" nicht auf einem konstanten Wert oder variiert diese bei den Tintenstrahlköpfen. Dies ist deswegen der Fall, da aufgrund von schwierigen angewendeten Herstellungsprozessen der Abstand des ringförmigen Laminar- Luftstromraumes 7 bei einer Vielzahl von Köpfen üblicherweise schwankt. Wie vorstehend beschrieben, beeinflußt die Differenz "h" den Tintenausstoß. Es ist nämlich bei großer Differenz "h" leicht, die Tinte 26 auszustoßen, so daß die Menge der auszustoßenden Tinte erhöht ist. Andererseits wird bei kleiner Differenz "h" die Menge der auszustoßenden Tinte gesenkt.
Daraus resultiert, daß die Verwendung des in Fig. 8 gezeigten herkömmlichen Tintenbehälters 11 den Nachteil mit sich bringt, daß die Menge der auszustoßenden Tinte allmählich entsprechend der Menge der übriggebliebenen Tinte sinkt.
Dadurch verdünnt sich die Dichte der auf ein Aufzeichnungsmittel ausgestoßenen Tinte. Um den vorstehenden Nachteil zu beseitigen, wird eine Vorrichtung für die Bewegung eines Tintenbehälters nach oben und unten vorgeschlagen. Jedoch hat diese Technik den weiteren Nachteil, daß sie als Reaktion auf die Menge der übriggebliebenen Tinte eine weitere Vorrichtung für die Bewegung des Tintenbehälters erfordert. Dadurch wird die Struktur der Drucker verkompliziert.
Bezogen auf Fig. 1A ist ein Tintenstrahldruckkopf und seine zugehörigen Vorrichtungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieselben oder entsprechende Elemente und Teile werden in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Druckkopf 30 weist eine Luftdüsenplatte 2, welche eine Luftdüse 1 hat, und eine Tintendüsenplatte 3 auf, die parallel zur Luftdüsenplatte 2 angeordnet ist. Die Luftdüsenplatte 2 besteht aus nichtleitendem Material und ist an ein rückwärtiges Gehäuse 31 aus nichtleitendem Material befestigt. Die Tintendüsenplatte 3 besteht aus leitendem Material und ist an das rückwärtige Gehäuse 31 befestigt. Die Luftdüsenplatte 2 hat eine Elektrode 14, wobei die Tintendüsenplatte 3 eine Tintendüse 4 hat, um den Tintenmeniskus zu halten. Die Elektrode 14 und die leitende Tintendüsenplatte 3 sind mit einer Signalquelle 5 verbunden, um dazwischen einen elektrischen Feldgradienten zu erzeugen. Die Tintendüsenplatte 3 und das rückwärtige Gehäuse 31 definieren eine Tintenkammer 10. Die Luftdüsenplatte 2, die Tintendüsenplatte 3 und das rückwärtige Gehäuse 31 definieren eine ringförmige Luftstromkammer 9. Die Tintenkammer 10 ist über eine Tintenzuleitung oder Tintenleitung 6 mit einem Tintenbehälter 11 für die Speicherung von Tinte 26 verbunden, wobei die Tinte 26 mittels einer, Druckluft von einer Lufteinspeisequelle 12 regulierenden Druckreguliereinrichtung 13 einem konstanten Druck ausgesetzt ist. Die Druckluft strömt über eine Luftzuleitung oder eine Luftleitung 8 und einem Lufteinstellelement 16 in die ringförmige Luftstromkammer 9 und anschließend über die Luftdüse 1 heraus. Ein derartiger Luftstrom erzeugt in einem ringförmigen Laminar-Luftstromraum 7 einen starken Druckgradienten zwischen der Tintendüse 4 und der Luftdüse 1. Aufgrund des elektrischen Feldgradienten und des starken Druckgradienten wird der Meniskus ausgedehnt und über die Luftdüse 1 ausgestoßen.
Das Lufteinstellelement 16 ist derart mit einem O-Ring 15 ausgebildet, daß ein gleichmäßiger Luftstrom in die ringförmigen Luftstromkammer 9 hergestellt wird. Das Lufteinstellelement 16 kann mit Zacken versehen sein und einen, im Vergleich mit der Luftleitung 8, kleinen innenseitigen Querschnittsbereich haben. Es ist anzumerken, daß das Lufteinstellelement 16 derart herausnehmbar geschaffen ist, daß es durch ein anderes Lufteinstellelement ausgetauscht werden kann, welches einen unterschiedlichen innenseitigen Querschnittsbereich aufweist. Genauer ausgedrückt sind eine Vielzahl von Lufteinstellelementen 16, von denen jedes einen unterschiedlichen innenseitigen Querschnittsbereich hat, derart angefertigt, daß eines von ihnen wahlweise verwendet wird, um ein optimales Gleichgewicht zwischen der Außenfläche des Meniskus und der Tintenkammer 10 herzustellen. Während die Länge der Vielzahl der Lufteinstelleitungen 16 ungefähr 10 mm beträgt, unterscheiden sich die Innendurchmesser derselben aufeinanderfolgend durch beispielsweise 0,1 mm.
Mit "h" ist eine Differenz zwischen dem Pegel der Tinte 26 in dem Tintenbehälter 11 und dem Pegel der Tintendüse 4 bezeichnet. Generell wird der Zustand des Meniskus durch die Differenz "h" beeinflußt. Es ist nämlich bei großer Differenz "h" leicht, die Tinte 26 auszustoßen, so daß die Menge der auszustoßenden Tinte erhöht ist. Andererseits wird bei kleiner Differenz "h" die Menge der auszustoßenden Tinte gesenkt. Im Falle, daß eine, einen Durchmesser von ungefähr 1 mm aufweisende Lufteinstelleitung verwendet wird, ist es bei einer Änderung des Leitungsinnendurchmessers um 0,1 mm erforderlich, die Differenz "h" um lediglich 10 bis 20 mm zu ändern.
Das neben dem Tintenstrahldruckkopf 30 angeordnete Lufteinstellelement 16 bringt einen Druckverlust durch den Widerstand mit sich, welcher zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn der Luftstrom durch die Lufteinstelleitung 16 strömt. Obwohl zwei Elemente einer Länge und eines innenseitigen Querschnittsbereichs der Lufteinstelleitung 16 den Druckverlust durch den Luftstrom beeinflussen, ist die Einstellung mit Hilfe des innenseitigen Querschnittsbereichs besser als die Einstellung mit Hilfe der Leitungslänge. Dies ist deswegen der Fall, weil die Leitungslänge nicht so ausgebildet werden kann, daß sie in der Praxis einen großen Wert annimmt. Tatsächlich kann die Einstellung durch beide Elemente gesteuert werden.
Ist der Innendurchmesser größer als 2 mm, tritt kaum Druckverlust auf und daher ist die Verwendung der Lufteinstelleitung 16 nicht wirksam. Zusätzlich befindet sich die Lufteinstelleitung 16 vorzugsweise neben dem Kopf, da der Luftstrom im Kopf durch die Druckreguliereinrichtung 13 beeinflußt wird, wenn die Leitung 16 neben der Lufteinspeisung 12 angeordnet ist.
Aus dem vorstehenden wird verständlich, daß es im Falle der Mehrkopfdrucker leicht ist, die Differenz "h" bei den Tintenstrahlköpfen einzustellen, wobei die Zuverlässigkeit eines Tintenstrahldruckkopfes bei geringem Raum und mit niedrigen Kosten verbessert werden kann und es möglich ist, daß die Differenz "h" in Mehrkopfdruckern vereinheitlicht werden kann.
Fig. 1B zeigt eine schematische Ansicht, welche ein Tintenausstoßsystem einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das Tintenausstoßsystem von Fig. 1A lediglich in den folgenden Punkten. Die Lufteinstelleitung 16 aus Fig. 1A ist nicht vorhanden und es wird ein weiterer Tintenbehälter 11a anstelle des Tintenbehälters 11 aus Fig. 1A angewandt. Der Tintenbehälter 11a ist in Fig. 2 gezeigt.
Die Druckluft von der Lufteinspeisequelle 12 strömt durch einen Lufteinlaß 17 in eine Luftkammer 18, um die in einer Tintenspeichereinrichtung 19 befindliche Tinte 26 über eine Lufteinführeinrichtung, wie etwa eine Leitung oder ein Lufteinführrohr 20, welches sich fast bis zum Boden des Tintenbehälters 11a erstreckt, zu komprimieren. Die in der Tintenspeichereinrichtung 19 befindliche Tinte 26 wird von einem Tintenauslaß 21 über die Tintenleitung 6 zur in dem Tintenstrahldruckkopf 30 befindlichen Tintenkammer 10 gespeist.
Während der Operation der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung wird ein Luftdruck Pa von der Lufteinspeisequelle 12 aus auf den Tintenbehälter 11a und dem Tintenstrahldruckkopf 30 ausgeübt, um einen stabilen Meniskus an der Tintendüse 4 herzustellen. Dadurch wird die in der Tintenspeichereinrichtung 19 befindliche Tinte 26 durch das Lufteinführrohr 20 gedrückt. Wird die Tinte 26 verbraucht, so strömt dieselbe Luftmenge wie die verbrauchte Tinte 26 aus dem Lufteinführrohr 20, so daß sich der den Tintenstrahldruckkopf 30 im wesentlichen beeinflussende Tintenpegel bei der Höhe 0 des unteren Endes des Lufteinführrohres 20 befindet. Daher wird der Flüssigkeitspegel in der Tintenspeichereinrichtung 19, ungeachtet der Menge an übriggebliebener Tinte 26 im Tintenspeichereinrichtung 19, stets bei der Höhe 0 gehalten. Hierbei stellt sich mit A als Höhe einer Grenze zwischen der Luft des Oberabschnitts in der Tintenspeichereinrichtung 19 und der Tinte 26 in denselben der folgende Luftdruck Pa' in der Tintenspeichereinrichtung 19 ein, welcher sich aus der folgenden Gleichung ergibt:
Pa' = Pa-ogH;
wobei o die Dichte der Tinte 26 und g die Erdbeschleunigung sowie H die Höhe des Pegels A relativ zum Pegel 0 ist. Es ist ersichtlich, daß sich der Wert des Druckes Pa' in Übereinstimmung mit der Menge der Tinte 26 in der Tintenspeichereinrichtung 19 derart ändert, daß sich das Gleichgewicht in Verbindung mit dem auf den Pegel O wirkenden Luftdruck Pa einstellt. Der wesentliche Druck, der den Tintenstrahldruckkopf 30 beeinträchtigt, ist nämlich an der Stelle oder dem Pegel der Höhe 0 vorhanden, wobei dieser wesentliche Druck keine Beziehung zu Höhe A hat.
Es ist zu erkennen, daß der Tintenbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lufteinführeinrichtung, wie etwa eine Leitung oder ein Rohr hat, wodurch der Druck an dem den Tintenstrahldruckkopf im wesentlichen beeinflussenden Tintenpegel bei der Höhe 0 bei einem konstanten Wert gehalten werden kann. Als Ergebnis ist es möglich, diese neue und brauchbare Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu schaffen, welche, ungeachtet der übriggebliebenen Menge an Tinte 26 konstante Kennwerte der auszustoßenden Tinte hat.
Fig. 1C zeigt eine schematische Ansicht, welche ein Tintenausstoßsystem einer Tintenaufzeichnungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Ausführungsbeispiel aus Fig. 1A und das zweite Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 kombiniert. Daher können die vorstehend erwähnten Wirkungen bei der Verwendung der Lufteinstelleitung 16 und bei der Verwendung des Tintenbehälters 11a erreicht werden, so daß die Aufzeichnungskennwerte weiter verbessert werden.
Fig. 3A zeigt einen unter Druck stehenden Tintenbehälter 11a und Fig. 3B zeigt einen Tintenbehälter 11a, der nicht unter Druck steht und bei der Erfindung verwendet wird. In Fig. 3A wird der Luftdruck Pa auf die Luftkammer 18 ausgeübt und der Luftdruck Pa' auf den Oberabschnitt der Tintenspeichereinrichtung 19 ausgeübt. Wird der Luftdruck Pa nicht auf den Tintenbehälter 11a ausgeübt, so ist der Wert des Druckes Pa auf den Wert des atmosphärischen Druckes Po gesenkt, so daß der Luftdruck Pa' ebenfalls gesenkt ist. Daher strömt gemäß Fig. 3B die Tinte 26 in der Tintenspeichereinrichtung 19 in die Luftkammer 18. Wegen dieser strömenden Tinte ist die Luftkammer 18 geschaffen, die verhindert, daß die Tinte 26 im Tintenspeichereinrichtung 19 über den Lufteinlaß 17 ausläuft.
Obwohl eine Kapazität der Luftkammer 18 erforderlich ist, die größer als das Volumen der Tinte in der Tintenspeichereinrichtung 19 ist, kann mit Hilfe der Kapazität der Tintenspeichereinrichtung 19 und der Größe des Luftdruckes Pa eine an und für sich minimale Kapazität der Luftkammer 18 bestimmt werden.
Unter der Annahme, daß gemäß Fig. 3A V' das Luftvolumen des Oberabschnittes in der Tintenspeichereinrichtung 19 ist, ergibt sich ein unter Druck stehendes ausgedehntes Luftvolumen V1 oder die Menge der in die Luftkammer 18 strömenden Tinte ungefähr aus:
V1 = Pa'/Po·V';
wobei Po der atmosphärische Druck und das Volumen V der Tintenspeichereinrichtung 19 größer als V' und Pa' etwas kleiner als Pa ist. Demgemäß ist die erforderliche Bedingung des minimalen Volumens V2 der Luftkammer 18 ungefähr mit der folgenden Gleichung erfüllt:
V2 > Pa/Po·V.
Da generell der Luftdruck Pa bei 0,08 bis 0,15 kg/cm³ liegt, ist ein Volumen, welches ungefähr 10 bis 20% der Kapazität des Tintenbehälters entspricht, für die Luftkammer 18 erforderlich.
Fig. 4 zeigt einen modifizierten Tintenbehälters, der in der Erfindung verwendet wird. Die Druckluft aus der Lufteinspeisequelle 12 strömt in eine Luftkammer 218, und zwar über einen Lufteinlaß 17, um die Tinte 26 über eine Lufteinführrohrleitung 220 in einer Tintenspeichereinrichtung 219 unter Druck zu setzen.
Das Ende des Lufteinführrohres 220 ist schräg geschnitten, so daß es derart nach oben zeigt, daß die Druckluft problemlos als Reaktion auf den Verbrauch der Tinte 26 aus einer großen Öffnung ausströmt. Da genauer gesagt Bläschen am Ende des Lufteinführrohres 220 bei geringem Querschnittsbereich der Öffnung am Ende des Lufteinführrohres 220 Schwierigkeiten haben, in die Flüssigkeit einzutreten, ist dieser Querschnittsbereich mittels dem vorstehend erwähnten schrägen Aufbau groß. Der Konfiguration der Kontaktfläche zwischen der Druckluft und der Tinte 26 in der Tintenspeichereinrichtung 219 unterscheidet sich zum Zeitpunkt unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Ausströmen der Bläschen aus dem Lufteinführrohr 220. Außerdem strömt etwas Tinte in das Lufteinführrohr 220, sobald der Tintenbehälter 11b vibriert oder gestoßen wird. Da sich jedoch das Lufteinführrohr 220 fast bis zum Boden eines Tintenbehälters 11b und weiter in horizontaler Richtung erstreckt, kann sie die bei einer Kontaktstelle zwischen Druckluft und Tinte in der Tintenspeichereinrichtung 219 ausgebildete Höhe 0 konstant halten. Dies ist deshalb der Fall, weil die Kontaktfläche lediglich in horizontaler Richtung verschoben oder bewegt wird, selbst, wenn der Tintenbehälter gestoßen wird oder vibriert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich bei der Ausübung der Druckluft auf die Tinte 26 der den Tintenstrahldruckkopf 30 im wesentlichen beeinflussende Tintenpegel an der in Fig. 5B gezeigten Stelle. Die Höhe B, die sich durch den Flüssigkeitspegel der in die Luftkammer 218 strömenden Tinte 26 einstellt, wenn die Druckluft nicht angewendet wird, ist ein wesentlicher Tintenpegel. Da sich jedoch die Höhe B in Übereinstimmung mit der Menge der übriggebliebenen Tinte ändert, ist die Höhe B nicht konstant. Daher ist der auf den Tintenstrahldruckkopf wirkende Druck nicht konstant, sofern die Tintenstrahldruckvorrichtung nicht betätigt wird und kein Luftdruck angewendet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der wesentliche Tintenpegel im Tintenbehälter generell vorzugsweise niedriger als der Tintendüsenpegel, weil durch die dazwischenliegende Höhendifferenz, bei der der Tintendüsenpegel niedriger als der beträchtliche Tintenpegel ist, ein Tröpfchen zustande gebracht wird. Demgemäß sollte bei der Konstruktion des Ausführungsbeispiels der Erfindung die Höhe B nicht sehr viel größer als die Höhe O sein.
Fig. 6 zeigt einen weiteren modifizierten Tintenbehälter 11c, der bei der Erfindung verwendet wird. Eine Lufteinführleitung 320 ist z. B. spiralförmig und kann aus flexiblem Material bestehen. Die Lufteinführleitung 320 ist zudem als Luftkammer entsprechend der Luftkammer 18 oder 218 verwendet, da sich die Lufteinführleitung 320 ausreichend erstrecken kann, so daß das Volumen der Lufteinführleitung 320 erhöht werden kann. Daraus resultierend ist keine weitere Luftkammer in diesem Beispiel erforderlich.
Fig. 7 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Verfahren für die Einspeisung der Tinte 26 gemäß der Erfindung zeigt. Der Tintenbehälter 11b hat eine Öffnung 41 für die Einspeisung von Tinte 26. Die Öffnung 41 ist mittels einer Kappe 22 während der Operation der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung geschlossen. Die Öffnung 41 und die Kappe 22 aus Fig. 7 sind in den Fig. 1A, 1B, 1C, 2, 3A, 3B und 6 nicht gezeigt. Die Kappe wird abgenommen und ein Rohr 23, welches die Lufteinspeisequelle 12 mit dem Luftauslaß 17 verbindet, mittels einer Blockiervorrichtung 23, wie etwa einer Klemme geschlossen, um die Luftkammer 218 abzudichten.
Wird hierbei die Luftkammer 218 nicht abgedichtet, so hat die Luft in der Luftkammer 218 atmosphärischen Druck, wenn die Kappe 22 abgenommen wird. Anschließend nähert sich der Tintenpegel aufgrund der in die Luftkammer 218 strömenden Tinte 26 auf einen gegebenen Pegel. Wird der Tintenpegel in der Luftkammer 218 zurückgesetzt, wie z. B. wenn die Tinte 26 eingespeist wird, so verringert sich ein derartiger Tintenpegel kaum, d. h. die Luft wird nicht in die Lufteinführleitung 220 eingeführt, selbst wenn die Druckluft zur Luftkammer 218 zurückgespeist wird. Dies ist deshalb der Fall, da das Volumen der Luft an dem Oberabschnitt in der Tintenspeichereinrichtung 219 gering ist, nachdem die Tinte 26 eingespeist wird, d. h. die Menge der kontrahierbaren Luft im Tintenspeichereinrichtung 219 ist gering. Daher wird der den Tintenstrahldruckkopf 30 im wesentlichen beeinflussende Tintenpegel in der Luftkammer 218 solange aufrechterhalten, bis zumindest dieselbe Tintenmenge wie die in die Luftkammer 218 strömende Tinte verbraucht ist. Daraus resultiert, daß der den Tintenstrahldruckkopf 30 im wesentlichen beeinflussende Tintenpegel gesenkt oder geändert wird, d. h. die Differenz "h" nicht konstant ist.
Gemäß Fig. 7 wird die in einer Tintenflasche 25 befindliche Tinte 26 von der Öffnung 41 aus in die Tintenspeichereinrichtung 219 geführt. Da zu diesem Zeitpunkt die Luftkammer 218 abgedichtet ist, strömt die Tinte nicht in die Luftkammer 218. Nachdem die Öffnung 41 mittels der Kappe 22 geschlossen sowie die Blockiervorrichtung 24 abgenommen worden ist, geht gemäß Fig. 5A die eingespeiste Tinte 26 in den Zustand der Tinte 26 über, bei dem wieder Druckluft in den Behälter 11b gespeist wird. Im Falle der Tinteneinspeisung unmittelbar nach dem Zusammenbau der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, wird die Tinte 26 von der Öffnung 41 aus zum Tintenbehälter 11b gespeist, nachdem der Lufteinlaß 17 und der Tintenauslaß 21 geschlossen ist.

Claims

1. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, mit:

(a) einer Lufteinspeisequelle (12) für die Einspeisung von Druckluft;

(b) einem Tintenbehälter (11a, 11b, 11c) für die Speicherung der Tinte;

(c) einer Druckreguliereinrichtung (13) für das Regulieren der Druckluft von der Lufteinspeisequelle (12), wobei der Tintenbehälter (11a, 11b, 11c) so angeordnet ist, daß er regulierte Druckluft von der Druckreguliereinrichtung (13) aufnimmt;

(d) einem Tintenstrahldruckkopf (30), mit:

(i) einer Luftdüsenplatte (2), die eine Luftdüse (1) aufweist;

(ii) einer Tintendüsenplatte (3), die eine Tintendüse aufweist;

(iii) einem rückwärtigen Gehäuse (31), welches zusammen mit der Luftdüsenplatte (2) einen laminaren Luftstromraum (7) definiert und zusammen mit der Tintendüsenplatte (3) eine Tintenkammer (10) definiert, wobei der laminare Luftstromraum (7) über eine Leitungseinrichtung mit der Lufteinspeisequelle verbunden ist, wobei die Tintenkammer (10) mit dem Tintenbehälter (11a, 11b, 11c) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß

der Tintenbehälter (11a, 11b, 11c) eine Tintenspeichereinrichtung (19, 219) und ein sich fast bis zu einem Boden des Tintenbehälters (11a, 11b, 11c) erstreckendes Rohr (20, 220, 320) hat, und daß die Luft von der Druckreguliereinrichtung (13) über das Rohr (20, 220, 320) zur Tintenspeichereinrichtung (19, 219) gespeist wird.

2. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Tintenbehälter (11a, 11b, 11c) ferner eine Luftkammer (18, 218) aufweist, welche ein Volumen V2 hat, das die folgende Gleichung erfüllt:

V2 > Pa/Po·V

wobei Pa der Luftdruck von der Lufteinspeisequelle (12) ist; und Po der atmosphärische Druck ist; und V eine Kapazität der Tintenspeichereinrichtung ist.

3. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Einrichtung für die Erzeugung eines elektrischen Feldgradienten zwischen der Luftdüse (1) und der Tintendüse.

4. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einer Luftleitung (8), welche die Luftdüse mit Luft versorgt, und einem Lufteinstellelement (16), welches einen geringeren innenseitigen Querschnittsbereich als der der Leitungseinrichtung aufweist, wobei das Lufteinstellelement (16) herausnehmbar in der Luftleitung (8) und neben dem Tintenstrahldruckkopf (30) vorgesehen ist.

5. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Rohr (320) spiralförmig ist.

6. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Rohr (220) einen Abschnitt hat, welcher sich in horizontaler Richtung erstreckt, wobei ein Abschnitt mit einem offenen Ende des Rohrs (220) derart schräg geschnitten ist, daß er nach oben zeigt.

7. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Tintenstrahldruckkopf (30) ein Mehrkopf ist, der eine Vielzahl von Tintenstrahldruckköpfen aufweist.