РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ЧЕРНИЛ С СИСТЕМОЙ ОБРАТНОГО ДАВЛЕНИЯ
INK RESERVOIR WITH BACK PRESSURE SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к резервуару для чернил для печатающего устройства, в частности к системе обратного давления резервуара для чернил, содержащего чернила на основе растворителей, и картриджа для струйного печатающего устройства, содержащего такой резервуар.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Точное управление чернилами, вытекающими из картриджа для струйного печатающего устройства, является одной из важнейших предпосылок для обеспечения высококачественной профессиональной печати на струйном печатающем устройстве. Одной из систем, которая способствует обеспечению такой степени управления потоком чернил, является система обратного давления, которая создает отрицательное давление в резервуаре для чернил. Отрицательное давление в резервуаре для чернил предотвращает непреднамеренную утечку чернил. В противном случае такая утечка может произойти, когда печатающая головка, использующая чернила, простаивала или резервуар для чернил подвергали внезапным ускорениям.
В одной из систем обратного давления, известных из уровня техники, используется пеноматериал с открытыми порами для создания отрицательного давления в резервуаре посредством капиллярного эффекта сети пор пеноматериала.
Указанный пеноматериал с открытыми порами, такой как пеноматериал из полиуретана на основе простых эфиров, в основном, имеет однородную эластичность по всем трем пространственным координатам. В результате он может со всех сторон точно адаптироваться к окружающему пространству после установки в резервуаре для чернил печатающего устройства. Рекомендуется обеспечивать плотный контакт между компонентами, расположенными на пути потока чернил, содержащихся в резервуаре, через выпускное отверстие, так как создание отрицательного давления в резервуаре может привести к накоплению воздуха, проходящего вверх по течению. Иными словами, если между компонентами вдоль пути потока чернил находится достаточное пространство, то может образоваться воздушный пузырь, который впоследствии препятствует или даже останавливает поток чернил.
Однако, во время разработки резервуара для чернил на основе растворителей авторы настоящего изобретения установили, что пеноматериал абсорбирует растворитель, вызывая со временем набухание материала. Поскольку объем пеноматериала увеличивается внутри неизменного объема резервуара, объем полостей, т.е. пор, уменьшается. Это приводит к уменьшению доступной емкости резервуара для чернил, а также снижению капиллярного действия. Кроме того, наблюдалось повышение нагрузки на стенки резервуара, которая вредит размерной стабильности резервуара для чернил. Это может привести к повреждению стенок резервуара и прилегающих компонентов или, в случае резервуара для чернил, являющегося частью сменного картриджа для чернил, зажатию картриджа в печатающем устройстве. В наихудшем случае набухание приводит к тресканию материала резервуара. Следовательно, необходимо соответствующим образом укрепить конструкцию резервуара для чернил, первоначально предназначенного для чернил на водяной основе.
Конструкция картриджа для чернил на водной основе для струйного печатающего устройства описана, например, в документе US 8,480,217 B2. Резервуар содержит пористый материал для абсорбции чернил на водной основе, выполненный из сжимаемого пеноматериала и несжимаемого волокнистого материала, при этом большая часть пространства резервуара занята пеноматериалом. Несжимаемый волокнистый материал расположен над пеноматериалом и обеспечивает пустое пространство между пористым материалом и внутренними стенками картриджа, необходимое для эффективной вентиляции.
Другая система, предназначенная быть устойчивой к чернилам на основе растворителей, представляет собой механическую пружинную систему, воздействующую на гибкий резервуар для чернил, такой как мешок. В такой системе механические пружины прикреплены к внешней поверхности мешка так, что силы, c которыми пружина воздействует в противоположные направления, способны увеличивать внутренний объем мешка, обеспечивая необходимое обратное давление. Однако, данные системы имеют сложную конструкцию, а также являются сложными и дорогими в изготовлении ввиду наличия большого количества небольших частей, необходимых для создания такой системы. Кроме того, сложная конструкция и подвижность системы, предназначенные для регулирования объема гибкого резервуара для чернил, делают систему склонной к изнашиванию, и, следовательно, существует вероятность возникновения неисправностей по истечению длительного времени.
Документ EP 1 258 363 A1 раскрывает контейнер для чернил, в котором предотвращена излишняя деформация держателя для чернил. Внутри контейнера для чернил обеспечены два держателя для чернил, которые  имеют разные капилляры и могут представлять собой пеноматериалы или волокнистые материалы.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следовательно, существует потребность в системе обратного давления, которая устойчива к растворителям и обеспечивает отрицательное давление, необходимое для предотвращения любой непреднамеренной утечки чернил из резервуара. Другой целью настоящего изобретения является предоставление недорогого и эффективного средства, которое может точно поместиться в пространстве резервуара для чернил и не создавать размерную нестабильность по истечению длительного времени нахождения в контакте с чернилами на основе растворителей. Предпочтительно также, чтобы система обратного давления подходила для установки в существующих конструкциях резервуаров.
Для достижения указанных целей, настоящее изобретение обеспечивает резервуар для чернил, содержащий промежуточную поверхность для подачи чернил, канал, образующий соединение между резервуаром для чернил и промежуточной поверхностью для подачи чернил, и систему обратного давления. Система обратного давления содержит анизотропный волокнистый элемент для удержания чернил на основе растворителей, расположенный внутри резервуара для чернил, при этом волокнистый элемент образован из множества волокон. По меньшей мере несколько волокон обращены к каналу, ведущему к промежуточной поверхности для подачи чернил.
Новая волокнистая структура волокнистого элемента, устойчивая к растворителям, обеспечивает обратное давление, необходимое для сохранения чернила внутри резервуара в то время, как печатающая головка не работает. Поскольку анизотропный волокнистый элемент устойчив к чернилам на основе растворителей, система обратного давления согласно настоящему изобретению имеет стабильные размеры. Следовательно, отрицательное давление системы обратного давления не подвергается изменениям, описанным выше в отношении систем обратного давления для чернил на водной основе, которые подвергаются воздействию чернил на основе растворителей. В результате давления внутри резервуара для чернил остается ниже давления за пределами резервуара для чернил ввиду того, что капиллярные силы действуют между и/или внутри волокон, устойчивых к растворителям. С одной стороны, это предотвращает утечку чернил из резервуара для чернил в период, когда отсутствует потребность в чернилах, и, с другой стороны, позволяет удерживать чернила внутри резервуара для чернил в течении длительного периода времени. В частности, последний указанный факт обеспечивает пригодность системы согласно настоящему изобретению не только для картриджей для чернил, но и для стационарных резервуаров для чернил, установленных внутри струйного печатающего устройства. Кроме того, отсутствие набухания делает всё количества чернил доступным для использования.
Кроме того, в системе обратного давления согласно настоящему изобретению сохранена простая структура систем на водной основе, и она даже может использоваться в существующих резервуарах путем простой замены пеноматериала на волокнистый элемент согласно настоящему изобретению до тех пор, пока оставшиеся части устойчивы к чернилам на основе растворителей, используемым для хранения и подачи чернильных частиц.
Из описания настоящего изобретения для специалиста в данной области техники ясно, что растворитель в чернилах на основе растворителей относится к таким растворителям, как органические растворители, но не включает использование воды в качестве растворителя. Устойчивый к растворителям согласно настоящему изобретению означает весьма стабильное поведение компонентов резервуара для чернил и свойств их материала при взаимодействии с чернилами на основе растворителей.
Волокнистый элемент обладает свойствами анизотропного материала, поскольку волокна, в основном, выравнены параллельно друг к другу. Как указано выше, по меньшей мере несколько волокон обращены к каналу, ведущему к промежуточной поверхности для подачи чернил. Следовательно, продольная ось указанных волокон направляет чернила, расположенные внутри, по направлению к указанному каналу.
Промежуточная поверхность для подачи чернил выполнена, в основном, в соответствии с типом резервуара для чернил. В частности, если резервуар для чернил образует часть картриджа для чернил, промежуточная поверхность для подачи чернил выполнена в форме съемного соединения, которое упрощает замену пустого картриджа для чернил на новый. Однако, если резервуар для чернил установлен стационарно как часть печатающего устройства, например, такая как заправляемый резервуар для печатающей головки, промежуточная поверхность для подачи чернил будет предпочтительно выполнена с возможностью создания более постоянного соединения с печатающей головкой. Наконец, также возможно, чтобы промежуточная поверхность для подачи чернил содержала печатающую головку для чернил, размещенных внутри резервуара для чернил.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения волокнистый элемент занимает большую часть емкости резервуара для чернил, предназначенной для вмещения чернил на основе растворителей, предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 95%.
Обеспечение большей части емкости волокнистым элементом гарантирует стабильное отрицательное давление, образованное капиллярным действием волокон, и высокую размерную стабильность. Кроме того, обеспечение резервуара для чернил с такой емкостью гарантирует отсутствие смещения чернил на основе растворителей внутри резервуара, которое потенциально может воздействовать на, в основном, внезапные движения печатающей головки из-за инерционных сил. Иными словами, за счет хранения большей части от всей массы чернил в волокнистом элементе, центр тяжести чернил, хранящихся в резервуаре, существенно не смещается, что, следовательно, является особенно благоприятным для резервуаров для чернил, которые двигаются вместе с печатающей головкой. Таким образом, чем больше количество чернил, хранящихся внутри волокнистого элемента, тем лучше контролируется кинетическое поведение резервуара для чернил, а также капиллярное действие.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, волокнистый элемент образован из множества волокнистых слоев, выполненных из волокон, которые прикреплены друг к другу.
Этот предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения позволяет регулировать капиллярный эффект при конструировании и производстве волокнистого элемента. Одна из причин возможности настолько точно определять отрицательное давление, созданное волокнистым элементом в резервуаре для чернил, заключается в способности создавать определенную форму поперечного сечения волокнистого элемента. В отличие от элемента из пеноматериала, используемого в уровне техники, поперечное сечение волокнистого элемента, в основном, не изменяется вдоль продольного направления волокон. Другими словами, такая конструкция волокнистого элемента позволяет точно регулировать капиллярный эффект, который создает обратное давление, необходимое для удержания чернил внутри резервуара.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, каждый волокнистый слой имеет максимальную толщину, соответствующую двум или трем диаметрам одного волокна.
За счет сохранения толщины каждого слоя в указанном диапазоне улучшается контроль при регулировании количества капиллярной силы, с которой воздействует волокнистый элемент, поскольку расположение или порядок волокон является более предсказуемым. Эта предсказуемость расположения волокон увеличивается по мере уменьшения толщины слоев.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере несколько волокон волокнистого элемента представляют собой волокна из полиэтилена и полипропилена, при этом полиэтилен предпочтительно образует внешнюю оболочку, а полипропилен образует внутреннее ядро волокна.
Было установлено, что материалы, выполненные из полиэтилена и полипропилена, обладают хорошей устойчивостью к растворителям, используемым в чернилах на основе растворителей, и хорошо совместимы с ними. Предпочтительно все волокна выполнены из указанного материала.
Кроме того, преимуществом выполнения волокон с внешней оболочкой из полиэтилена и внутренним ядром из полипропилена является то, что смежные волокна могут быть легко соединены под воздействием тепла без нанесения существенного вреда целостности волокон, так как температура плавления полиэтилена ниже, чем у полипропилена.
Резервуар для чернил согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения также содержит фильтр, который расположен между волокнистым элементом и каналом.
Фильтр, в основном, предотвращает попадание частиц или мусора определенного размера, которые могут перекрывать канал или дюзы печатающей головки. Такие частицы могут представлять собой, например, волокна, отделенные от волокнистого элемента, или скопления чернильных частиц.
Фильтр предпочтительно расположен непосредственно над отверстием канала, который ведет к промежуточной поверхности для подачи чернил. Таким образом, фильтр проходит на пути потока чернил и гидравлически соединен с печатающей головкой.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, фильтр резервуара содержит сетку, выполненную из полос.
Свойства такого фильтра могут быть легко адаптированы к требованиям для обеспечения эффективного течения чернил. В частности, внешние размеры фильтра могут оставаться неизменными, в то время как посредством регулирования размеров поперечного сечения, профиля и густоты полос можно существенно изменять пропускные характеристики фильтра.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, полосы фильтра изготовлены из металла. Преимуществом металла является то, что он обладает высокой устойчивостью к любым растворителям, используемым в чернилах на основе растворителей, для которых разработан резервуар согласно настоящему изобретению.
Резервуар для чернил согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения также содержит регулирующий элемент, расположенный между волокнистым элементом и каналом.
Функция регулирующего элемента заключается в улучшении размещения волокнистого элемента в картридже, особенно со стороны канала или фильтра, ведущего к печатающей головке. При использовании регулирующего элемента более высокая жесткость волокнистой структуры в продольном направлении волокон может быть локально отрегулирована по отношению к поперечному направлению таким образом, чтобы присутствовал непрерывный путь потока чернил.
Другими словами, непрерывный путь потока устанавливается путем создания тесного контакта между компонентами вдоль пути потока, так что между ними отсутствует мертвое пространство, которое может служить в качестве места сбора воздуха, создающего воздушный пузырь, который может препятствовать вытеканию чернил в печатающую головку. Из-за отрицательного давления внутри резервуара с чернилами воздушные пузыри могут попадать на путь потока чернил в обратном направлении.
В частности, если фильтр установлен перед входом в канал, то имеется неровная поверхность по сравнению с относительно гладкой поверхностью стенок внутри резервуара для чернил. Шероховатая или волнистая поверхность фильтра и относительно высокая жесткость волокон в их продольном направлении затрудняют образование прямого контакта волокнистого элемента с поверхностью фильтра, обращенной к внешним сторонам волокон. Жесткость волокнистого элемента в продольном направлении волокон также затрудняет закрытие любых зазоров между фильтром и волокнистым элементом, образованных из-за неполной установки при простом прижимании волокнистого элемента к фильтру. В данном случае, регулирующий элемент служит в качестве гибкого промежуточного элемента между волокнами волокнистого элемента и поверхностью фильтра. Следовательно, регулирующий элемент предпочтительно находится в непосредственном контакте как с фильтром, так и с внешними сторонами волокон.
При отсутствии фильтра преимуществом регулирующего элемента останется то, что он изменяет направление пути потока чернил, выходящих из волокнистого элемента, в областях, которые непосредственно не обращены к каналу, ведущему к промежуточной поверхности для подачи чернил резервуара для чернил. В противном случае внешние стороны волокон могут находиться в частичном непосредственном контакте с внутренней стенкой резервуара для чернил, что может значительно увеличить сопротивление потоку чернил, выходящих из волокон. В результате, опустошение резервуара для чернил может стать более проблематичным.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, регулирующий элемент содержит сжимаемый пеноматериал.
Хотя использование сжимаемого пеноматериала для всего резервуара для чернил имеет, по меньшей мере, несколько отрицательных эффектов, описанных подробно выше, выполнение лишь регулирующего элемента из сжимаемого пеноматериала позволяет использовать его изотропные свойства там, где они необходимы. С одной стороны, указанный пеноматериал легко перенаправляет поток чернил на внешней стороне волокнистого элемента 9а к каналу или фильтру, а с другой стороны, способность к сжатию способствует образованию плавного перехода от внешних сторон волокон к каналу или фильтру.
Кроме того, сжимаемость пеноматериала может быть использована для точного регулирования капиллярных сил в резервуаре для чернил посредством соответствующего сжатия регулирующего элемента. Регулирующий элемент может также выполнять функцию фильтра, чтобы таким образом дополнять или представлять собой альтернативу вышеупомянутому фильтру.
Для достижения любой из указанных целей минимальная толщина регулирующего элемента может иметь значение, в два или пять раз превышающее максимальное расстояние между внешними сторонами двух волокон, которые наиболее удалены друг от друга и являются частью волокнистого элемента. С другой стороны, предпочтительно выбирается такая толщина, которая является достаточно высокой, чтобы эффективно изменить направление пути потока чернил, выходящих из волокнистого элемента. В любом случае, емкость регулирующего элемента является предпочтительно незначительной по сравнению с емкостью волокнистого элемента.
Следовательно, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения объем регулирующего элемента по отношению к волокнистому элементу составляет менее 20%, предпочтительно менее 10% и наиболее предпочтительно менее 5%.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения регулирующий элемент проходит вдоль всей внешней стороны волокнистого элемента 9а, направленного к каналу.
Этот вариант осуществления имеет особое преимущество в случае, если регулирующий элемент предназначен для перенаправления потока чернил, выходящих из волокнистого элемента, к фильтру или каналу, поскольку отверстие канала обычно не проходит по всей боковой поверхности резервуара для чернил. Регулирующий элемент, который перенаправляет путь потока, также способствует полному опустошению резервуара для чернил.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, резервуар для чернил дополнительно содержит вентиляционное отверстие.
Преимущество вентиляционного отверстия заключается в стабилизации отрицательного давления, создаваемого системой обратного давления. Как объяснялось выше, при близком расположении промежуточной поверхности для подачи чернил давление в чернилах должно быть ниже атмосферного давления, чтобы избежать вытекания чернил из-за гидростатического давления. Однако объем чернил, используемый во время работы печатающего устройства, также создает отрицательное давление внутри резервуара. Для того, чтобы избежать достижения отрицательным давлением нежелательного уровня, резервуар предпочтительно содержит вентиляционное отверстие, которое обеспечивает контакт внутренней части резервуара, расположенной непосредственно над волокном, с атмосферным давлением. Если отрицательное давление внутри картриджа увеличивается, отверстие обеспечивает поступление некоторого количества воздуха в резервуар для восстановления необходимого уровня отрицательного давления, устраняя, по существу, влияние вытечки чернил из резервуара на внутреннее давление в резервуаре. Другими словами, наличие отверстия гарантирует, что отрицательное давление внутри резервуара создается предпочтительно только системой обратного давления.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, волокнистый элемент предназначен для чернил на основе растворителей, которые содержат по меньшей мере один растворитель, выбранный из группы, содержащей спирты, такие как этанол и изопропиловый спирт (ИПС), кетоны, такие как метилизобутилкетон (МИБК) и метилэтилкетон (МЭК), сульфоксиды, такие как диметилсульфоксид (ДМСО), амиды, такие как диметилформамид (ДМФА), и ксилолы.
Таким образом, волокнистый элемент является устойчивым по меньшей мере к одной, любой или любой соответсвующей комбинации указанных растворителей, которые могут использоваться в чернилах на основе растворителей в соответствии с настоящим изобретением. Это позволяет выбрать оптимальный растворитель для соответствующих чернильных частиц, который повышает качество печати, обеспеченное этими чернилами.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает картридж для струйного печатающего устройства, содержащий резервуар для чернил согласно одному из вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Сменный картридж для струйного печатающего устройства обеспечивает быструю и легкую замену пустого картриджа на новый. Кроме того, выдвигается меньше требований по отношению к стойкости к растворителям, чем в случае со стационарно установленным резервуаром для чернил. В частности, в таком картридже регулирующий элемент может быть выполнен из пеноматериала, который все еще подвергается определенной степени набухания. Однако набухание не оказывает существенное влияние на выполнение резервуаром для чернил функции обеспечения печатающей головки чернилами, поскольку его объемная доля является относительно низкой по сравнению с объемной долей волокнистого элемента, как описано выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для обеспечения лучшего понимания настоящее изобретение будет описано на примерах его осуществления. Наиболее полное понимание указанных вариантов осуществления настоящего изобретения может быть достигнуто, принимая во внимание следующие чертежи. На фигурах указанных чертежей одинаковые ссылочные цифровые обозначения используются для обозначения идентичных признаков или признаков, имеющих идентичные или схожие функции. На указанных фигурах,
На фигуре 1 изображено поперечное сечение картриджа для струйного печатающего устройства;
На фигуре 2 изображено трехмерное изображение картриджа для струйного печатающего устройства, изображенного на фигуре 1 с частично установленными элементами из пеноматериала, которые образуют систему обратного давления картриджа;
На фигуре 3 изображен вид сбоку слоя волокнистого элемента согласно настоящему изобретению;
На фигуре 4 изображен волокнистый элемент в сборе, который образует систему обратного давления согласно настоящему изобретению;
На фигуре 5 изображен картридж для струйного печатающего устройства согласно настоящему изобретению с частично установленным волокнистым элементом.
Для обеспечения ясности на фигуре 6а фигуры 6 изображено схематическое поперечное сечение промежуточной поверхности для подачи чернил, содержащейся в картридже для чернил, полученное из рентгеновского изображения промежуточной поверхности для подачи чернил картриджа для струйного печатающего устройства, изображенного на фигуре 6b;
На фигуре 7 изображен другой вариант осуществления картриджа для струйного печатающего устройства согласно настоящему изобретению, который содержит регулирующий элемент;
На фигуре 8 изображен пример варианта осуществления фильтра, который может использоваться в резервуаре для чернил в соответствии с настоящим изобретением на входе в канал, который ведет к промежуточной поверхности для подачи чернил.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Картридж 1 для струйного печатающего устройства, изображенный на фигуре 1, содержит резервуар 5 для чернил, фильтр 4, канал 3 и промежуточную поверхность 2 для подачи чернил. Промежуточная поверхность 2 для подачи чернил может быть выполнена в виде печатающей головки для выпуска чернил в сборе, которая подает чернильные капли для печати согласно требованию.
Резервуар 5 для чернил, изображенный на фигуре 1, выполнен таким образом, что посредством гидростатического давления, созданного чернилами, обеспечивается вытекание чернил, содержащихся в резервуаре 5, из промежуточной поверхности 2 для подачи чернил. Такое же действие может произойти при использовании или работе картриджа 1 для струйного печатающего устройства, во время которых картридж подвергается внезапным ускорениям.
Как описано выше, эту утечку можно предотвратить путем размещения системы обратного давления в резервуаре 5, которая обеспечивает отрицательное давление, которое удерживает чернила внутри резервуара 5 для чернил. Традиционная система обратного давления, известная из уровня техники, изображена на фигуре 2 и состоит из пеноматериала 6, который вставлен в резервуар. Открытые поры пеноматериала создают отрицательное давление, необходимое для удержания чернил. Одним из материалов, которые обычно используются для производства элемента из пеноматериала, является полиуретан на основе простых эфиров.
Картридж 1 для струйного печатающего устройства, известный из уровня техники и изображенный на фигуре 2, содержит два резервуара 5 для чернил, каждый из которых содержит сжимаемый пористый пеноматериал 6 для создания вышеуказанного отрицательного давления. Многосекционный резервуар 5 для чернил в одном картридже 1 для струйного печатающего устройства, в основном, используется для разных чернил. Однако, как наблюдалось авторами настоящего изобретения, при использовании чернил на основе растворителей, в которых для содержания чернильных частиц используется среда, отличная от воды, пеноматериал поддается существенным изменениям и повреждениям из-за его взаимодействия с растворителем. Набухание, возникающее во время этого неблагоприятного процесса, изменяет свойства пеноматериала и оказывает давление на окружающее пространство, что может привести к повреждению корпуса резервуара.
Следовательно, в настоящем изобретении используется другой корпус, который также генерирует отрицательное давление посредством капиллярного действия. Как изображено на фигурах 3 и 4, корпус пористого пеноматериала 6, изображенный на фигуре 2, заменен на волокнистый элемент 9, который выполнен из волокнистых слоев 7, которые, в свою очередь, выполнены из волокон 8, устойчивых к растворителям.
Волокна 8 предпочтительно выполнены из полиэтилена и полипропилена, которые хорошо совместимы с растворителями, используемыми в чернилах на основе растворителей, такими как этиловый спирт и изопропиловый спирт (чернила на спиртовой основе), метилизобутилкетон (МИБК) и метилэтилкетон (MEK) (кетоновые чернила), диметилсульфоксид (ДМСО) (сульфоксидные чернила) и диметилформамид (ДМФА) (амидные чернила). С другой стороны, указанные волокна менее совместимы с чернилами на основе ксилолов, поэтому этот растворитель предпочтительно не используется с указанными волокнами 8.
Волокна 8 могут содержать внешнюю оболочку из одного полимера и внутреннее ядро из другого материала. В данном случае, капиллярный эффект возникает между волокнами, поскольку волокна не являются пустотелыми. Кроме того, если температура плавления внешней материала оболочки ниже, чем ядра, нагревание, которое может сопровождаться воздействием внешнего давления, обеспечивает простой способ соединения прилегающих волокон для образования волокнистого элемента 9. Например, в случае вышеуказанного сочетания материалов, внешняя оболочка предпочтительно выполнена из полиэтилена, а ядро - из полипропилена, при этом температура плавления ядра выше температуры плавления оболочки.
Для создания достаточного отрицательного давления, диаметр волокон предпочтительно составляет от 10 до 30 микрон, более предпочтительно от 15 до 25 микрон и наиболее предпочтительно 20 микрон. Указанные размеры обеспечивают наличие пространства, необходимого для возникновения капиллярного эффекта, и, в то же время, обеспечивают необходимый диапазон значения отрицательного давления или достижение отрицательным давлением необходимого значения.
Как изображено на фигуре 3, волокна 8 слоя 7 расположены почти параллельно и прилегают друг к другу. То же самое касается волокнистых слоев 7, которые расположены друг на друге штабелями, образуя трехмерную форму волокнистого элемента 9 (фигура 4). Следует отметить, что фигура 3 представляет собой схематически идеализированный чертеж, на котором волокна выглядят как параллельные "палки". На практике они имеют определенные неровности или волнистость. Следовательно, на практике расположение волокон до некоторой степени менее точное, чем расположение, изображенное на фигуре. Предпочтительная толщина одного слоя предпочтительно находится в диапазоне, в два или три раза превышающем диаметр волокна 8.
В указанном расположении сохраняется наименьшее возможное количество любых неровностей при прикреплении волокон 8 друг к другу. Более точно это может быть объяснено следующим образом: если толщина волокнистого слоя 7 приблизительно равняется диаметру одного волокна, волокнистый слой 7 по существу состоит из аккуратно расположенного ряда волокон, как изображено на фигуре 3. В случае если максимальная толщина волокнистого слоя в два раза больше диаметра среднего волокна, то могут быть образованы два точно расположенных ряда волокон, которые также могут содержать секции, в которых волокна расположены в шахматном смещенном порядке. Эти неровности увеличиваются по мере увеличения толщины слоя. Было установлено, что сохранение вышеуказанного диапазона толщины слоя является практичным и экономичным способом для производства отдельных волокнистых слоев 7.
Как описано выше, по меньшей мере небольшое пространство между прилегающими волокнами обеспечивает волокнистый элемент 9 капиллярными свойствами. Это пространство предпочтительно создано посредством использования волокон с таким поперечным сечением, как круглое поперечное сечение, которое не позволяет расположить волокна без наличия пространства между волокнами, как видно из поперечного сечения, пересекающего продольное направление волокон. Кроме того, пустотелые волокна могут использоваться для дополнения капиллярного эффекта, существующего между прилегающими волокнами.
Как изображено на фигуре 5, размеры и форма волокнистого элемента 9 согласно настоящему изобретению подобны размерам и форме пеноматериала 6, как изображено на фигуре 2. Таким образом, резервуар 5 для чернил можно легко выполнить устойчивым к растворителям посредством вставки волокнистого элемента 9 в резервуар 5 вместо пеноматериала 6, чтобы резервуар 5 для чернил мог содержать чернила на основе растворителей. Кроме того, на фигуре 5 изображен картридж 1 для струйного печатающего устройства согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащий два резервуара 5 для чернил. Указанные два резервуара 5 для чернил предпочтительно являются идентичными. Однако, для специалиста в данной области техники будет понятно, что в одном из резервуаров 5 может использоваться система обратного давления согласно настоящему изобретению, в то время как в другом резервуаре того же самого картриджа 18 для струйного печатающего устройства может быть установлена система обратного давления, известная из уровня техники. Для специалиста в данной области техники будет понятно, что картридж также может содержать только один резервуар 5 для чернил.
На фигуре 5 также изображено общее направление волокон 8, которые образуют волокнистый элемент 9. Посредством анизотропной эластичности волокнистого элемента 9, образованной за счет указанной конструкции, снижается адаптивность волокнистого элемента 9 с внешней стороны волокнистого элемента 9а, т.е. концов волокон, по сравнению с адаптивностью волокнистого элемента 9 к внутреннему пространству резервуара 5 для чернил в направлении, перпендикулярном продольному направлению волокон 8. Другими словами, жесткость волокнистого элемента 9 вдоль направления волокон значительно выше жесткости вдоль двух других направлений. Следовательно, размеры внешних сторон волокнистого элемента 9 должны быть подобраны таким образом, чтобы они соответствовали размерам резервуара 5 для чернил.
Хотя высокая жесткость вдоль направления волокон создает трудности в соединении волокнистого элемента с последующими компонентами на пути потока чернил, ориентация волокон 8 волокнистого элемента 9 имеет указанное предпочтительное направление по гидравлическим причинам. В частности, предпочтительное направление должно быть ориентировано в сторону канала 3 или фильтрующей поверхности фильтра 4, если таковой присутствует, для обеспечения оптимального капиллярного эффекта, созданного волокнами 8. Другими словами, волокна предпочтительно расположены перпендикулярно фильтрующей поверхности или плоскости отверстия канала по направлению к внутреннему пространству резервуара.
Однако, если не установлен плотный контакт между компонентами вдоль пути потока чернил, вытекающих из резервуара 5 для чернил, то могут возникать серьезные препятствия для функционирования печатающего устройства, в котором содержится резервуар 5 для чернил. В частности, если соединение между фильтром 4 и волокнистым элементом 9 не является максимально плотным, по периметру может засасываться газ, а не чернила, выходящие из пористого материала. Этот эффект является более выраженным, если используются фильтры больших размеров, как, например, в случае с “дюймовыми печатающими головками”. В частности, при таких фильтрах с большой поверхностью, соединение с волокнистым элементом 9 становится еще более важным.
Неблагоприятный эффект от недостаточного контакта между фильтром 4 и волокнистым элементом 9 был установлен авторами настоящего изобретения при помощи рентгенографического анализа и изображен на фигурах 6а и 6b. В целях обеспечения ясности оригинальное рентгенографическое изображение, изображенное на фигуре 6b, перерисовано в схематическом виде, изображенном на фигуре 6a. Если размеры волокнистого элемента 9 не полностью адаптированы к внутренним размерам резервуара 5 для чернил и усилие при вставке не позволило достичь данной адаптации, между внутренней стенкой резервуара 5 для чернил и волокнистым элементом 9 возникает мертвое или пустое пространство 10, которое может быть заполнено газом. Если, кроме того, контакт между фильтром 4 и волокнистым элементом 9 не является достаточно плотным, любой газ, содержащийся в мертвом пространстве 10 резервуара 5 для чернил может перемещаться вдоль поверхности фильтра, приводя к образованию газового пузыря 11 на пути потока чернил, который препятствует и останавливает нормальный поток чернил по направлению к печатающей головке 15.
Одну из причин недостаточного контакта между волокнистым элементом 9 и фильтром, а именно волнистую или неровную поверхность фильтра, можно увидеть в варианте осуществления фильтра 4, изображенном в качестве примера на фигурах 8а и 8b. Кроме того, поверхность фильтра может быть не полностью плоской из-за процесса теплового прикрепления фильтра к резервуару 5 для чернил и разных коэффициентов теплового расширения фильтра 4 (например, выполненного из металла), корпуса резервуара 5 для чернил (например, выполненного из полимера) и/или волокнистого элемента 9 (например, выполненного из полимера).
Помимо адаптации размеров волокнистого элемента 9 к внутренним размерам резервуара 5 для чернил, другим решением данного вопроса является применение регулирующего элемента 12, как изображено на фигуре 7. Регулирующий элемент 12 выполнен из материала с высокой степенью гибкости, который способен создавать гидравлическое соединение между волокнистым элементом 9 и каналом 3, или фильтром 4. Как изображено на фигуре 7, размеры регулирующего элемента 12 точно соответствуют внутренним размерам резервуара 5 для чернил в секции резервуара 5 для чернил, где размещены фильтр 4 и канал 3. Хотя использование регулирующего элемента 12 является особенно предпочтительным, если присутствует фильтр 4 с неровной фильтрующей поверхностью (сравните фигуры 8a и 8b), регулирующий элемент 12 может также использоваться для резервуара 5 для чернил 5 без фильтра 4.
Материал регулирующего элемента 12 предпочтительно представляет собой пеноматериал, поскольку пеноматериал является легко сжимаемым во всех трех плоскостях по сравнению с продольным направлением волокнистого элемента 9. Следовательно, он может устранить любую разницу между размерами волокнистого элемента 9 и размером резервуара 5 для чернил. Это предотвращает образование мертвого пространства 10 (см. фигуру 6a), приводящего к негативным эффектам, детально описанным выше.
Хотя регулирующий элемент 12 предпочтительно выполнен из пеноматериала, устойчивого к растворителям, он также может быть выполнен из пеноматериала, который набухает при контакте с чернилами на основе растворителей, поскольку объем пеноматериала достаточно небольшой относительно объема волокнистого элемента 9, как было более детально описано выше. Другими словами, хотя набухание все еще возникает из-за пеноматериала, неустойчивого к растворителям, изменения в размерах пеноматериала являются небольшими ввиду его небольшого размера относительно волокнистого элемента 9 или емкости резервуара 5 для чернил, так что вышеописанные негативные эффекты, если таковые имеются, не влияют существенным образом на функциональные возможности резервуара 5 для чернил.
В любом случае, для толщины слоя пеноматериала, действующего как буфер между волокнистым элементом и фильтром 4 или входом или отверстием в канале 3, должно быть подобрано наименьшее возможное значение, чтобы избежать эффекта набухания, но, в то же время, обеспечить выполнение функции буфера и, предпочтительно, средства для изменения направления чернил, вытекающих из внешних сторон волокон, что более детально описано выше по тексту.
Другим преимуществом использования регулирующего элемента как промежуточного элемента является возможность достижения точного регулирования капиллярности указанного регулирующего элемента и, следовательно, результирующей капиллярности системы обратного давления. В частности, контролируя сжатие, образованное волокнистым элементом 9 по отношению к регулирующему элементу 12, предпочтительно выполненному из пеноматериала, посредством уровня, на который волокнистый элемент вставляют в резервуар для чернил, может быть установлено необходимое значение действующей капиллярности, достаточное для безупречного функционирования печатающего устройства.
Как изображено на фигурах 8a и 8b, фильтр 4 предпочтительно выполнен в форме сетки 13, которая, в свою очередь, образована из множества пересекающихся полос 14. Предпочтительным материалом для полос 14 или фильтра 4 является металл, устойчивый к растворителю в чернилах на основе растворителей. Как описано выше, фильтры с такой конфигурацией легко производить и могут быть модифицированы согласно необходимым характеристикам в отношении потока, мусора и частиц, которые необходимо отделить от чернил, проходящих через фильтр 4. В противном случае этот мусор или частицы могут создавать преграды в узком канале для чернил, ведущем к печатающей головке, и в самой печатающей головке.
ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1 картридж
2 промежуточная поверхность для подачи чернил
3 канал (образует часть пути потока чернил)
4 фильтр
5 резервуар для чернил
6 пеноматериал (известный из уровня техники)
7 волокнистые слои
8 волокно
9 волокнистый элемент, содержащий несколько волокнистых слоев
9a внешняя сторона волокнистого элемента
10 пустое пространство, прилегающее к фильтру
11 газовый пузырь, преграждающий путь потока чернил
12 регулирующий элемент
13 сетка фильтра
14 полосы, образующие сетку
15 печатающая головка