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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen eine Tintenvorratspatrone zur Verwendung in einer tintenstrahlartigen
Aufzeichnungsvorrichtung für
den Ausstoß von
Tintentröpfchen
auf ein Aufzeichnungsmedium und insbesondere eine Konstruktion einer
Tintenvorratspatrone zur Verwendung in der tintenstrahlartigen Aufzeichnungsvorrichtung.
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Im allgemeinen wird bei der Aufzeichnungsvorrichtung
dieser Art Tinte von einem Tintenbehälter, der als Patrone konstruiert
ist, einem Aufzeichnungskopf zugeführt. Die Verwendung der Tintenpatrone,
die als Tintenbehälter
dient, hat Vorteile, da keine Flecken durch das Auslaufen von Tinte
während
der Nachfüllung neuer
Tinte oder dergleichen entstehen. Unerwünschte Luftblasen können jedoch
leicht in den Behälter
eindringen, die zu Problemen wie einem Tintenausfall führen können.
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Es wurden mehrere Techniken vorgeschlagen,
um ein Eindringen von Luftblasen in den Tintenbehälter zu
verhindern. Zum Beispiel offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentanmeldung
(OPI) Nr. Hei. 3-92356 eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung,
in welcher ein Tintenversorgungsanschluß, der unter einem Tintenbehälter angeordnet
ist, durch ein Gummiventil gebildet wird. Eine Tintenversorgungsnadel
aus Metall dringt durch das Gummiventil in einen Tintenströmungspfad,
der mit Tintendüsen
eines Aufzeichnungskopfs in Verbindung steht. Die Tintenversorgungsnadel
weist Tintenversorgungsöffnungen
an einer Seitenfläche
auf, so daß sie
leicht durch das Gummiventil hindurchgeht, ihr Durchmesser beträgt etwa
1 mm, und sie besteht aus einem Metallrohr, das aus einem korrosionsbeständigen Material
wie rostfreiem Stahl gebildet ist, wobei das Ende des Rohres äußerst spitz
ist. Daher muß ein
Benutzer mit der spitzen Nadel sehr sorgsam umgehen, da er/sie sich
sonst mit der Spitze der Nadel verletzt.
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Zur Behebung des obengenannten Problems
und der Schwierigkeiten schlägt
die Ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung (OPI) Nr. Sho. 50-074341 eine Anordnung
vor, in der ein Abdichtglied mit einer Durchgangsöffnung zuvor
an einer Stirnseitenöffnung
eines Tintenversorgungsanschlusses vorgesehen wird und die Durchgangsöffnung des
Abdichtglieds durch ein Dichtungselement abgedichtet wird. Bei dieser
Anordnung kann eine Tintenversorgungsnadel mit einer Spitze verwendet
werden, die nicht so spitz ist.
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In jedem Fall jedoch verwenden diese
herkömmlichen
tintenstrahlartigen Aufzeichnungsvorrichtungen einen Tintenbehälter, in
dem direkt eine flüssige
Tinte enthalten ist. Daher weisen die Vorrichtungen mehrere Probleme
auf wie das Auslaufen von Tinte oder einen Wassersäulenunterschied;
Wassersäule
ist ein Begriff, der in der Folge erklärt wird.
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Es ist von Vorteil, einen Tintenversorgungsdruck
(Unterdruck) von einem Tintenbehälter
zu einem Aufzeichnungskopf in einem Bereich von –30 bis –100 mmAq (d. h., eine Wassersäule) aufrechtzuerhalten,
um einen stabilen Tintenausstoß des
Aufzeichnungskopfs der tintenstrahlartigen Aufzeichnungsvorrichtung
zu erhalten. Es ist jedoch schwierig, den Tintenversorgungsdruck
unter Verwendung eines Höhenunterschieds,
mit dem der Tintenbehälter
eingebaut ist, zu kontrollieren, insbesondere bei einer tintenstrahlartigen
Aufzeichnungsvorrichtung einer schlittenmontierten Art, wobei ein
Aufzeichnungskopf und eine Tintenvorratspatrone an einem Schlitten
befestigt sind. Die Ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung (OPI) Nr. Hei. 2-187364 schlägt vor,
daß ein
poröses
Element in einem Tintenbehälter
(einer Patrone) untergebracht wird, wodurch ein Unterdruck zwischen
dem Tintenbehälter
und dem Aufzeichnungskopf aufgrund der Kapillarwirkung des porösen Elements
entsteht.
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Da die Japanische Patentanmeldung
Hei. 2-187364 eine Art von Aufzeichnungsvorrichtung betrifft, in welcher
sowohl ein Tintenbehälter
als auch ein Aufzeichnungskopf als Einheit ausgebildet sind und
diese beiden Komponenten durch eine neue ersetzt werden, wenn die
in dem Tintenbehälter
enthaltene Tinte erschöpft ist,
werden die anderen Probleme oder Schwierigkeiten, wie ein unerwünschter
Luftstrom zu dem Aufzeichnungskopf oder ein Auslaufen von Tinte,
die auftreten können,
wenn nur der Tintenbehälter
selektiv von dem Kopf entfernt wird, nicht behandelt.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts
der vorangehenden Probleme und Schwierigkeiten entwickelt, die mit
der herkömmlichen
tintenstrahlartigen Aufzeichnungsvorrichtung verbunden sind, in
welcher eine patronenartige Tintenbehälterkonstruktion verwendet
wird. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Tintenvorratspatrone vorzugsweise zur Verwendung in einer tintenstrahlartigen
Aufzeichnungsvorrichtung zu schaffen, die keine spitze Nadel benötigt und
imstande ist, Luft oder Gas am Eindringen in einen Tintenversorgungspfad
des Aufzeichnungsvorrichtungskörpers
zu hindern, selbst wenn der Tintenbehälter unter Verwendung der Tintenversorgungsnadel
nachgefüllt
wird, und eine hohe Luftdichtheit zwischen der Tintenversorgungsnadel
und dem Tintenbehälter
aufrechtzuerhalten.
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Die obengenannten und weitere Aufgaben
können
durch die Bereitstellung einer Tintenvorratspatrone gemäß der beigefügten Ansprüche gelöst werden.
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Wenn die Tintenvorratspatrone auf
der Tintenversorgungsnadel befestigt wird, durchdringt die Spitze der
Tintenversorgungsnadel das Dichtungselement und geht durch das Abdichtglied,
das über
dem Dichtungselement angeordnet ist, um somit mit der Tinte in Verbindung
zu gelangen, mit welcher das poröse
Element getränkt
ist, das in dem Patronengehäuse
untergebracht ist. Somit steht die Tintenversorgungsnadel mit der Tinte
in Verbindung, die in dem Behälter
enthalten ist, der durch das Abdichtglied am äußeren Umfang der Nadel dicht
verschlossen ist, so daß die
Tinte dem Aufzeichnungskopf zugeführt wird, während durch die Oberflächenspannung
des porösen
Elements ein konstanter Unterdruck zwischen dem Aufzeichnungskopf
und dem Behälter
aufrechterhalten wird.
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer
tintenstrahlartigen Aufzeichnungsvorrichtung zeigt, bei welcher
eine Tintenvorratspatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird;
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie A-A von 1 einer Tintenvorratspatrone, die bei
der Aufzeichnungsvorrichtung angewendet wird;
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3 ist
ein vergrößerter Querschnitt
einer Tintenversorgungsnadel und von Umfangsteilen, die in 2 dargestellt sind;
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung, die ein bevorstehendes Tintenende
erfaßt;
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5 zeigt
ein Beispiel des Beutels, in dem die Tintenvorratspatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung verpackt ist;
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6 zeigt
die Änderung
der Stickstoffmenge im Laufe der Zeit nach dem Öffnen des Verpackungsbeutels;
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7 zeigt
eine Anordnung der Verpackung der Tintenvorratspatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 zeigt
eine Anordnung der Tintenvorratspatrone mit einem Flansch im Verhältnis zu
einem Finger;
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9-I und 9-II sind Querschnitte, welche
Tintenvorratspatronen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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10A-1 bis 5 sind vergrößerte Querschnitte
von Dichtungselementen und Dichtungselement-Abhalteelementen, die
in 9-I oder 9-II dargestellt sind;
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10B ist
ein Querschnitt entlang der Linie B-B von 10A-1 bis 5;
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11 ist
ein Querschnitt, der einen Teil einer Tintenvorratspatrone gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Tintenversorgungsnadel, die vorzugsweise bei der Tintenvorratspatrone
der vorliegenden Erfindung angewendet wird; und
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13A und 13B sind Querschnitte der
Tintenversorgungsnadel, die bei der Tintenvorratspatrone angewendet
wird.
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Es werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben; wobei
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel einer
tintenstrahlartigen Aufzeichnungsvorrichtung zeigt, bei welcher
eine Tintenvorratspatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird. Wie in 1 dargestellt,
ist die tintenstrahlartige Aufzeichnungsvorrichtung mit einem Schlitten 1 versehen,
der in bezug auf eine Längsachse
einer Schreibwalze 3 gleitfähig an Führungswellen 2 befestigt
ist. An dem Schlitten ist ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf 4 angebracht,
um Tintentröpfchen
in Übereinstimmung mit
einem Drucksignal auszustoßen,
und eine Tintenvorratspatrone 5 zur Versorgung des Aufzeichnungskopfs mit
Tinte. Eine Abdeckvorrichtung 6 ist außerhalb eines Druckbereichs
vorgesehen, die mit einer Vorderfläche des Aufzeichnungskopfs 4 in
Eingriff gelangt, um ein Austrocknen der Düsenöffnungen nach Beendigung des Drucks
zu verhindern. Die Düsenöffnungen
werden durch die Abdeckvorrichtung 6 verschlossen und durch
einen Unterdruck, der durch eine Vakuumpumpe 7 unmittelbar
nach dem Austausch der Tintenvorratspatrone 5 durch eine
neue oder nach einer Senkung der Tintenausstoßkapazität während des kontinuierlichen
Drucks erzeugt wird, zum Ausstoß von
Tinte veranlaßt.
Die ausgestoßene
Tinte wird über
ein Rohr in einen Tintenvorratsbehälter 9 geleitet und
dort aufbewahrt.
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Die Vorrichtung enthält ferner
ein Übertragungskabel 10 zur Übertragung
von Drucksignalen zu dem Aufzeichnungskopf 4.
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2 ist
ein Querschnitt einer Tintenvorratspatrone, die bei der Aufzeichnungsvorrichtung
angewendet wird. Die Tintenvorratspatrone ist mit einem Gehäuse 11 versehen,
das einen Tintenvorratspatronenkörper bildet
und eine Öffnung 12 an
der Oberseite und einen Tintenversorgungsanschluß 15 aufweist, der
einstückig an
einer Bodenfläche 13 ausgebildet
ist, mit welchem eine hohle Tintenversorgungsnadel 14 federnd
in Eingriff steht. Das Gehäuse 11 ist
derart verjüngt,
daß die
Bodenfläche 13 einen
geringeren Durchmesser als die Oberseite aufweist. Das Gehäuse muß aber nicht
verjüngt
sein, sondern es kann eine zylindrische Form mit einer geraden Wand
verwendet werden.
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Der Tintenversorgungsanschluß 15 ist
rohrförmig
und steht von einer Bodenfläche
des Gehäuses 11 sowohl
nach innen als auch nach außen
ab. Ein Siebfilter 17 mit einer Porengröße von 20 bis 100 μm ist an eine
obere Öffnung 16 des
Tinten versorgungsanschlusses 15 angeschweißt, die
zu der Innenseite des Gehäuses 11 ragt.
Der Filter kann aus einem hochpolymeren Material oder einem korrosionsbeständigen Metall
wie rostfreiem Stahl gebildet sein. An einem inneren Mittelteil
des Tintenversorgungsanschlusses 15 ist ein Stufenteil 18 ausgebildet.
Ein Abdichtglied 19 für
den federnden Kontakt mit der Tintenversorgungsnadel 14 an
der Innenseite des Versorgungsanschlusses 15 ist an der
Innenseite des Tintenversorgungsanschlusses 15 an einer
unteren Seite der Stufenteils 18 zur Bildung einer Flüssigkeitsdichtung
angeordnet.
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Das Abdichtglied 19 ist
aus einem Gummiring, einem sogenannten O-Ring, gebildet. Ein Dichtungsfilm 20 ist
auf eine untere Öffnung
des Tintenversorgungsanschlusses 15 geschweißt. Der
Film 20 kann vorzugsweise aus einem Dichtungsmaterial wie
einem hochpolymeren Film oder einem hochpolymeren Film mit einer auf
den Film laminierten Metallschicht sein, so daß der Film 20 eine
hohe Dichtungsfähigkeit
aufweist und gleichzeitig nicht durch eine äußere Kraft wie durch einen
Kontakt mit einem Finger zerrissen werden kann.
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Ein poröses Element 21 weist
eine etwas größere Breite
als jene der Öffnung 12 des
Gehäuse 11 und eine
etwas größere Höhe als das
Gehäuse
auf, so daß das
poröse
Element 21 in dem Gehäuse 11 zusammengedrückt ist.
Ferner ist der untere Endteil des porösen Elements 21, der
dem Filter 17 des Tintenversorgungsanschlusses 15 gegenüberliegt,
durch den Tintenversorgungsanschluß 15 zusammengepreßt, der
in das Innere des Gehäuses
vorsteht. Ein Deckel 22 bedeckt die Öffnung 12 des Gehäuses 11 und
enthält
eine Mehrzahl von Rippen 25, die zu der Innenseite des
Gehäuses 11 vorstehen,
um das poröse
Element 21 zusammenzupressen und entsprechende Zwischenräume 24 in
der Tintenvorratspatrone zwischen dem Deckel 22 und dem
porösen
Element 21 zu bilden.
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Eine Elektrode 26 ist in
dem Tintenversorgungsanschluß 15 vorgesehen,
und eine weitere Elektrode 27 ist in dem Bodenteil des
Gehäuses 11 vorgesehen,
um ein bevorstehendes Ende der Tinte zu erfassen, wenn die Tinte
in dem Behälter
nahezu erschöpft
ist und sich nur Tinte in dem Tintenversorgungsanschluß 15 befindet.
Wie in 4 dargestellt,
wird eine Wechselspannung Vcc über
einen Widerstand R an die Elektroden 26, 27 angelegt
und die Spannungsschwankung zwischen den Elektroden von einer Differentialschaltung 30 erfaßt. Ein
Komparator 31 vergleicht ein Ausgangssignal der Differentialschaltung 30,
das ein Spannungsschwankungsverhältnis
darstellt, mit einem voreingestellten Wert, der von einer Schaltung 32 zur
Lieferung des voreingestellten Werts erzeugt wird. Wenn das Spannungsschwankungsverhältnis größer als
der voreingestellte Wert ist, das heißt, die Tinte, mit welcher
das poröse
Element 21 getränkt
ist, dem Ende zugeht, wird ein Signal für ein bevorstehendes Ende der
Tinte ausgegeben und somit der Zustand eines bevorstehenden Endes
der Tinte erfaßt.
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Wie in 3 dargestellt,
weist die hohle Tintenversorgungsnadel 14, die mit der
Tintenvorratspatrone zusammenwirkt, ein konisches Ende auf, und
eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 36 ist
in einer Spitzenendfläche 34 der
Tintenversorgungsnadel 14 ausgebildet, welche die in dem
Tintenversorgungsanschluß 15 enthaltene
Tinte mit einem Tintenversorgungspfad 35 in Verbindung
bringen, der innerhalb der Nadel 14 ausgebildet ist.
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Die Tinte wird unter geringem Druck
von etwa 0,2 bis 0,4 atmosphärischem
Druck in die Poren des porösen
Elements 21 gefüllt,
das in dem Gehäuse 11 der
Tintenvorratspatrone untergebracht ist. Das Einfüllen von Tinte unter geringem
Druck ist zur Aufrechterhaltung einer guten Druckqualität sehr zweckdienlich,
wie in der Ungeprüften
Japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. Sho. 60-245560 gelehrt wird.
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Nach dem Befüllen des porösen Elements 21 mit
Tinte wird die Tintenvorratspatrone für den Versand in einem Beutel
verpackt, der aus einem gut dichtenden Material wie zum Beispiel
einem Laminatfilm mit Aluminiumschichten gebildet ist.
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5 zeigt
ein Beispiel des Beutels, in dem die Tintenvorratspatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung verpackt ist. Die Tintenvorratspatrone wird mit zwei Laminatfilmen 37 umhüllt, die
aus Aluminium bestehen und für
eine gute Dichtung sorgen, die Luft in dem Beutel wird dekomprimiert,
und dann werden die Flanschteile 38 der Filme 37 verschweißt.
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Das Japanische Patent Nr. Hei. 3-61592
lehrt die Verwendung eines Unterdrucks von zum Beispiel 20 Torr,
der während
der Verpackung der Tintenvorratspatrone ausgeübt wird, wobei der Druck viel
höher als
der Druck ist, unter dem die Tinte in dem Behälter gefüllt ist. Dies kann jedoch zu
einem Problem führen,
da die Tintenvorratspatrone atmosphärischem Druck ausgesetzt ist,
da die Stelle für
den Tintenfüllvorgang
und jene für
den Verpackungsvorgang für
gewöhnlich
weit voneinander entfernt sind. Somit wird Luft, die in die Tinte eindringt,
frei und bildet Luftblasen, wenn der höhere Unterdruck während des
Verpackungsvorgangs ausgeübt
wird. Daher kann es zu einem unerwünschten Auslaufen von Tinte
kommen, und ferner können
die Luftblasen, die in dem porösen
Element erzeugt werden, den Tintenstrom behindern, der von der Tintenvorratspatrone
zu dem Aufzeichnungskopf fließt,
wodurch es während
des Druckens zu einem Tintenausfall kommen kann.
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Unter diesen Umständen haben die gegenwärtigen Erfinder
festgestellt, daß es
besonders bevorzugt ist, daß die
Tintenpatrone unter einem Unterdruck verpackt wird, der nur etwas
größer (näher beim
atmosphärischen
Druck) ist als der Druck, unter dem die Tinte in den Behälter gefüllt ist.
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Wenn Tinte mit Farbstoffen verwendet
wird, die (aufgrund der Auflösung)
freie Gase erzeugen, wenn ein niederer Druck in dem verschlossenen
Beutel aufrechterhalten wird, wird die Gasmenge, mit der die Tinte durchsetzt
ist, verringert. Dadurch kann eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund
dieses freien Gases effektiv verhindert werden. Selbst wenn eine
Tinte verwendet wird, die keine Entlüftung erfährt, trägt die Gegenwart eines Niederdruckraums
in dem Beutel dazu bei, die Tinte während der Lagerung zu entlüften, und ferner
wird verhindert, daß Tinte
aus dem Beutel ausläuft.
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In der Folge wird der Wert des niederen
Drucks während
des Verpackungsverfahrens und die Entlüftungsrate von Tinte unter
den niederen Druckbedingungen nach einer Lagerungsperiode mit Bezugnahme
auf eine Stickstoffmenge als Hauptluftbestandteil als Parameter
beschrieben.
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Wie Versuche zeigen, kann die Entlüftungsrate
der Tinte, die in der Tintenvorratspatrone enthalten ist, durch Ändern des
Drucks während
des Verpackungsverfahrens gesteuert werden. Tabelle 1 zeigt den
Verpackungsdruck (negativer Manometerdruck), wenn die Stickstoffdichte
während
des Verpackungsverfahrens auf einen Sättigungswert von 13–14 ppm
eingestellt wird und die Stickstoffdichte, mit welcher die in der
Tintenvorratspatrone enthaltene Tinte durchsetzt ist, wenn der Verpackungsbeutel
geöffnet
wird.
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Die Beschreibung erklärt nun die Änderung
der Entlüftung
von Tinte, die in der Tintenvorratspatrone enthalten ist, nach dem Öffnen des
Beutels mit Bezugnahme auf eine Stickstoffmenge, die in der Tinte
enthalten ist, als Parameter. 6 zeigt
eine Änderung
in einer Stickstoffmenge nach dem Öffnen des Verpackungsbeutels.
Da die Tintenvorratspatrone einen Zwischenraum aufweist, der von
den Rippen, die von dem Deckel abstehen, aufrechterhalten wird,
ist eine konstante Luftmenge, die dem Druck entspricht, in dem Beutel
unmittelbar nach dem Verpackungsverfahren vorhanden. Daher steigt
innerhalb einer kurzen Zeitperiode (Zeitpunkt a) die Stickstoffdichte
in der Tinte rasch an, wie in 6 dargestellt
ist, und danach ist die Dichte wegen der hohen Dichtheit des Beutels
konstant. Die konstante Zeitperiode hält etwa zwei Jahre nach der
Herstellung an. Nach dem Öffnen
des Beutels (Zeitpunkt b) nimmt die in der Tinte enthaltene Stickstoffmenge
zu und erreicht etwa eine Woche nach dem Öffnen einen Sättigungspunkt
(Zeitpunkt c). Selbst bei einer Sättigung nimmt die Druckqualität innerhalb
von etwa ein bis vier Wochen (b bis d) nach dem Öffnen nicht ab, in welcher
Zeit eine Patrone normalerweise für den Druck verwendet wird.
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Es wird insbesondere bevorzugt, daß der Raum,
der in dem verschlossenen Beutel aufrechterhalten wird, im wesentlichen
15% des gesamten Innenvolumens des Beutels nach der Verpackung beträgt.
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Es wird nun die Wirkung der Entlüftung von
Tinte beschrieben. Wenn die Tintenvorratspatrone von der Tintenversorgungsnadel
entfernt und an dieser befestigt wird, ist für gewöhnlich die Luftmenge, die von
der Hohlnadel eindringt, äußerst gering.
Versuche haben gezeigt, daß die
eindringende Luftmenge bei einem Durchmesser der Hohlnadel von etwa
0,8 mm höchstens
weniger als 0,4 mm3 betrug, was etwa einem
Tintenmeniskus entspricht. Die Tinte strömt, sobald sie in den Tintenversorgungsanschluß eingedrungen
ist, zu dem Aufzeichnungskopf und wird von einem Filter (nicht dargestellt)
aufgefangen, der in einer Filterkammer befestigt ist. Die von dem
Filter aufgefangene Luft geht nicht leicht durch den Filter, da
die Porengröße des Filters sehr
fein ist. Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung eines Filters
mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Dicke (Höhe der Filterkammer)
von 0,3 bis 0,5 mm nach zehnmaligem oder häufigerem Entfernen und Befestigen
der Tintenvorratspatrone an der Nadel die Luft nicht durch den Filter
ging, während
die Aufzeichnungsvorrichtung betrieben wurde.
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Daher wird während der Zeitperiode vom Zeitpunkt
b zu c von 6 die entlüftete Luft
offensichtlich zu dem Aufzeichnungskopf geleitet, und selbst wenn
die Tintenvorratspatrone entfernt und an der Tintenversorgungsnadel
befestigt wird und Luft in den Tintenversorgungssanschluß von der
Nadel eindringt, durchsetzt die Luft die Tinte, und somit tritt
kein Problem bei der Aufzeichnungsvorrichtung auf.
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Wenn andererseits die Tintenvorratspatrone
von der Vorrichtung entfernt und über eine gewisse Zeit so belassen
wird, dringt Luft von der Tintenversorgungsnadel ein. Wie bekannt
ist, zerstört
Luft das Siphonphänomen
und bewirkt einen unerwünschten
Tintenausfall. Zur Vermeidung eines solchen Problems ist die tintenstrahlartige
Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Vakuumpumpe versehen, die Tinte
aus den Tintendüsen durch
Ausübung
eines Unterdrucks auf einen Aufzeichnungskopf auspreßt. Bei
diesem Vorgang hat sich in Versuchen gezeigt, daß eine Wiederherstellung nach
einen Tintenausfall von einer Tintenentlüftungsrate abhängt. Wenn
Tinte ein bis vier Wochen nach dem Öffnen des Beutels verwendet
wird, tritt kein Problem auf, wenn die in der Filterkammer enthaltene
Luft durch den Betrieb der Vakuumpumpe ausgestoßen wird. Wenn aber andererseits
nach dieser Zeitperiode die in der Tinte enthaltene Luftmenge vollständig gesättigt ist
oder sogar aufgrund einer Temperaturschwankung übermäßig gesättigt sein kann, können feine
Luftblasen durch eine Unterdruckwirkung während des Vorgangs zur Vermeidung
eines Tin tenausfalls erzeugt werden, wodurch das Problem der Behinderung
des Tintenstroms entsteht.
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7 zeigt
eine Anordnung zur Verpackung der Tintenvorratspatrone, wobei eine
Patrone von einem absorbierenden Element wie Schwammkörnern 40 umgeben
und in einem Verpackungsbeutel 41 untergebracht ist und
dann einem Dekompressionsverfahren unterzogen wird. Da gemäß dieser
Anordnung die Schwammkörner 40 einen
Raum innerhalb des Verpackungsbeutels bilden, kann der niedere Druck
während des
Verpackungsvorgangs für
lange Zeit aufrechterhalten werden, selbst wenn die Tinte soweit
wie möglich
in das poröse
Element 21 gefüllt
wird, zum Beispiel bis etwa 95 Volumsprozent des porösen Elements,
das in der Tintenvorratspatrone angeordnet ist. Daher kann die Druckqualität und Effizienz
der Tintenfüllung
verbessert werden.
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Wenn die Tintenvorratspatrone, die
gemäß der vorangehenden
Beschreibung verpackt ist, tatsächlich verwendet
wird, wird der Verpackungsbeutel geöffnet und die Vorratspatrone
dem Beutel entnommen. Die Vorratspatrone wird derart an einem Schlitten
der Aufzeichnungsvorrichtung befestigt, daß die Stirnseitenöffnung des
Tintenversorgungsanschlusses 15 unmittelbar über der
Tintenversorgungsnadel 14 angeordnet wird und dann in Richtung
und parallel zu der Nadel 14 niedergedrückt wird. Die Tintenversorgungsnadel 14 durchdringt das
Dichtungselement (den Film) 20 und erreicht das Abdichtglied
(den O-Ring) 19. In diesem Zustand wird die Spitze der
Tintenversorgungsnadel 14 durch das Abdichtglied (den O-Ring) 19 in
einer Flüssigkeitsdichtung
in bezug auf den Tintenversorgungsanschluß 15 gehalten, während sie
mit Tinte, die in dem Tintenversorgungsanschluß 15 enthalten ist,
in Verbindung steht.
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Wenn die Tintenversorgungsnadel 14 das
Dichtungselement 20 durchdringt, verformt sich das Dichtungselement 20 und
wird weitgehend aufgrund der Elastizität des Dichtungselements 20 wie
die Endkontur der Nadel 14 geformt.
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Da die Durchgangsöffnungen 36, die an
der Spitze der Tintenversorgungsnadel 14 ausgebildet sind, einen
Durchmesser von weniger als 0,1 bis 0,4 mm aufweisen, halten die
Durchgangsöffnungen 36 einen
Meniskus, wenn die Patrone getauscht wird. Daher wird verhindert,
daß Luft
von der Tintenversorgungsnadel 14 zu dem Aufzeichnungskopf
dringt. Da ferner eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen vorhanden ist, ist
der Fluidwiderstand, welcher der hindurchströmenden Tinte geboten wird,
sehr gering, und somit kann eine für den Druck ausreichende Tintenmenge
zu dem Aufzeichnungskopf 4 geleitet werden.
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Da ferner das poröse Element 21 elastisch
verformt und durch den Tintenversorgungsanschluß 15 zusammengepreßt wird,
der von dem Behältergehäuse nach
innen ragt, ist die Porengröße des porösen Elements
in einem Bereich nahe dem Tintenversorgungsanschluß kleiner
als jene des äußeren Bereichs,
so daß die
Kapillarkraft in bezug auf den anderen Bereich groß ist. Aufgrund
dieser Konstruktion ist die Tinte an dem zusammengepreßten Teil
des porösen
Elements konzentriert, und ferner kann die Tinte dem Aufzeichnungskopf
bis zum letzten Tropfen zugeführt
werden.
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In dem Obengenannten liegt das Dichtungselement 20,
das an dem Tintenversorgungsanschluß 15 angeordnet ist,
frei. Es wird jedoch insbesondere bevorzugt, einen Flansch 45 zu
bilden, der das Dichtungselement 20 umgibt, um eine unbeabsichtigte
Berührung
des Dichtungselements 20 mit einem Finger F zu verhindern,
wie in 8 dargestellt
ist. Diese Anordnung des Flansches 45 ist vorteilhaft,
da nicht nur ein Zerreißen
des Dichtungselements verhindert wird, sondern der Flansch auch
als Führungselement
verwendet werden kann, um die Tintenversorgungsnadel 14 leicht
an der richtigen Stelle zu plazieren.
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9-I und 9-II sind Querschnitte, die
eine Tintenvorratspatrone gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Tintenvorratspatrone des
ersten Ausführungsbeispiels
ist mit einem Gehäuse 50 versehen,
das einen Tintenvorratspatronenkörper
bildet und eine Öffnung 51 an
der Oberseite und einen rohrartigen Tintenversorgungsanschluß 53,
der von einer Bodenfläche 52 des
Gehäuses 50 absteht,
aufweist, wobei der Anschluß mit
der Tintenversorgungsnadel 14 in Eingriff steht, die an
der Seite der Aufzeichnungsvorrichtung angeordnet ist. Das Gehäuse 50 ist
verjüngt,
so daß ein
Durchmesser der Bodenfläche
kleiner als jener der Oberseite ist. Der Tintenversorgungsanschluß 53 ist
mit einer Öffnung 54 versehen, auf
welcher ein Filter 55, der aus Hochpolymer oder korrosionsbeständigem Metall
gebildet ist, angeschweißt ist.
Ein Stufenteil 56 ist an einer inneren Mitte des Tintenversorgungsanschlusses 53 ausgebildet.
Ein Abdichtglied (ein O-Ring in diesem Ausführungsbeispiel) 57 ist
an einer unteren Seite des Stufenteils 56 aufgesetzt, um
eine Flüssigkeitsdichtung
zu erhalten, indem der Anschluß 53 federnd
gegen die Tintenversorgungsnadel 14 liegt. Ferner ist auch
ein Dichtungselement- (Film-) Abhalteelement (ein O-Ring in diesem
Ausführungsbeispiel) 58 an
einer unteren Seite des Abdichtglieds 57 aufgesetzt. Eine Öffnung 59 wird
durch ein Dichtungselement 60 abgedichtet, wobei eine hohe
Luftdichtung zum Beispiel aus einem laminierten Film gebildet ist, durch
welchen die Tintenversorgungsnadel leicht hindurchgeht. Die Öffnung 51 des
Gehäuses 50 ist
durch einen Deckel 62 mit einer Verbindungsöffnung 61 zur
Verbindung mit der Atmosphäre
verschlossen. Eine Innenfläche
des Deckels 62 ist mit einer Mehrzahl von Rippen 68 versehen,
die Zwischenräume 63 zwischen
einem porösen
Element 64 und dem Deckel 62 definieren. Die Tintenvorratspatrone
ist ferner mit Elektroden 65a, 65b zur Erfassen
eines bevorstehenden Tintenendes versehen.
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In 9-I weist
das poröse
Element, das in dem Behältergehäuse 50 untergebracht
ist, zwei getrennte Schichten auf, die aus einem oberen porösen Element 64a und
unteren porö sen
Elementen 64b bestehen. Das obere poröse Element 64a besitzt
eine größere Porengröße als das
untere poröse
Element 64b, so daß die
Kapillarkraft an der unteren Seite in der Nähe des Tintenversorgungsanschlusses 53 größer ist.
Die anderen Konstruktionselement der Patrone dieser Anordnung, außer dem
porösen
Element, sind dieselben wie jene, die in 9-I dargestellt sind.
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Obwohl diese Anordnung die zweilagige
Konstruktion des porösen
Elements aufweist, kann das poröse
Element, falls zutreffend, in mehrere Schichten unterteilt sein,
und die untere Schicht kann auch eine kleinere Porengröße als die
obere Schicht aufweisen.
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Bei der zuvor beschriebenen Tintenvorratspatrone
ist entlüftete
Tinte in das poröse
Element, das in dem Behältergehäuse untergebracht
ist, unter niederem Druck gefüllt
und in einem Verpackungsbeutel zur Lagerung verpackt, während ein
etwas höherer
Unterdruck (näher
der Atmosphäre)
aufrechterhalten wird, als während
des Tintenfüllvorganges.
Wenn die Tintenvorratspatrone durch eine neue getauscht wird, wird
der Verpackungsbeutel zur Entnahme einer neuen Tintenvorratspatrone
aus dem Beutel geöffnet,
die Vorratspatrone wird derart an dem Schlitten der Aufzeichnungsvorrichtung
befestigt, daß die
Stirnseitenöffnung
des Tintenversorgungsanschlusses 53 unmittelbar über der
Tintenversorgungsnadel 14 angeordnet ist, und dann in die
Richtung und parallel zu der Nadel 14 niedergedrückt.
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Bei diesem Vorgang durchdringt die
Tintenversorgungsnadel 14 das Dichtungselement (den Film) 60 und
erreicht das Abdichtglied (den O-Ring) 57 durch das Dichtungselement-Abhalteelement 58.
Dadurch kann die Tintenversorgungsnadel 14 durch das Abdichtglied
(den O-Ring) 57 in einem flüssigkeitsdichten Zustand in
bezug auf den Tintenversorgungsanschluß 53 gehalten werden,
während
sie mit Tinte, die in dem Tintenversorgungsanschluß 53 enthalten
ist, in Verbindung steht.
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Wenn die Tintenversorgungsnadel 14 das
Dichtungselement 60 durchdringt, kann das Dichtungselement 60 teilweise
mit der Tintenversorgungsnadel 14 in den Tintenversorgungsanschluß 53 gelangen.
Bruchstücke 60a des
Dichtungselements 60 werden jedoch durch das Dichtungselement-Abhalteelement 58 daran gehindert,
sich mit der Nadel weiterzubewegen, wie in 10B dargestellt, so daß die Bruchstücke 60a das Abdichtglied 57 nicht
erreichen. Selbst wenn daher Spalten 66 zwischen der Nadel 14 und
dem Dichtungselement-Abhalteelement 58 entstehen,
kann die Flüssigkeitsdichtung
durch das Abdichtglied 57 aufrechterhalten werden und somit
ein Auslaufen der Tinte verhindert, werden. Es werden nun verschiedene
Modifizierungen des Abdichtglieds 57 und des Dichtungselement-Abhalteelements 58 beschrieben.
Die übrigen
Element der Konstruktion bleiben jedoch gleich.
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In 10A-2 ist
das Dichtungselement-Abhalteelement 58-2 nicht ein O-Ring,
sondern ein elastisches Dichtungselement, während das Dichtungselement 57 ein
O-Ring ist.
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in 10A-3 sind
sowohl das Dichtungselement 57 als auch das Dichtungselement-Abhalteelement 58 kein
O-Ring, sondern ein elastisches Dichtungselement.
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In 10-4 sind
das Dichtungselement 57 und das Dichtungselement-Abhalteelement 58 einstückig ausgebildet
und mit einer Rille zwischen den Elementen versehen.
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In 10A-5 ist
das Dichtungselement 57 kein O-Ring, sondern ein elastisches
Dichtungselement, während
das Dichtungselement-Abhalteelement 58 ein O-Ring ist.
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11 ist
ein Querschnitt, der einen Teil einer Tintenvorratspatrone gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 11 dargestellt, ist ein rohrartiger Tintenversorgungsanschluß 71 an
der Bodenfläche 70 des
Gehäuses
zur Aufnahme eines porösen
Elements für
das Einfüllen
von Tinte ausgebildet. Ein Filter 72 ist an einer oberen Öffnung des
Tintenversorgungsanschlusses 71 befestigt, der federnd
aufliegt, um das poröse
Element zur Tintendurchtränkung
zusammenzupressen. Ein Abdichtglied 73 und ein Dichtungselement-Abhalteelement 74 sind
in einem mittleren Innenteil des Tintenversorgungsanschlusses 71 preßgepaßt und durch
eine Buchse 75 befestigt. Eine untere Öffnung 76 ist mit
einem Dichtungselement (einen Film) 77 dicht verschlossen.
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Die Tintenvorratspatrone dieses Ausführungsbeispiels
ist ferner mit einem porösen
Element 78 versehen, das in den Tintenversorgungsanschluß 71 zwischen
einer Elektrode 80, die in einer Tintenkammer 79 zum Erfassen
eines bevorstehenden Tintenendes angeordnet ist, und dem Abdichtglied 73 eingesetzt
ist. Ein oberer Teil des porösen
Elements 787 steht mit einem Stufenteil 81 in
Eingriff, der an der Innenseite des Tintenversorgungsanschlusses 71 ausgebildet
ist, wie in 11 dargestellt,
um eine Bewegung des porösen
Elements 78 zu verhindern, selbst wenn die Tintenversorgungsnadel
durch dieses hindurchgeht. Das Bezugszeichen 95 bezeichnet
eine weitere Elektrode zum Erfassen des bevorstehenden Tintenendes.
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12 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Tintenversorgungsnadel 90, das vorzugsweise bei der
Tintenvorratspatrone der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Die Tintenversorgungsnadel 90 ist mit einer Spitze 91 versehen,
die eine konische Form und eine schräge Oberfläche zum leichten Durchdringen
des Dichtungselements 77, des Abhalteelements 74 und
des Abdichtglieds 73 aufweist. Ein Nadelkörper 92 weist
im allgemeinen parallele Öffnungen 94 auf,
die mit einem Tintenversorgungspfad 93 in Verbindung stehen.
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Wenn in diesem Ausführungsbeispiel
das Dichtungselement 77 auf der Tintenversorgungsnadel 90 angeordnet
und befestigt wird, durchdringt die Tintenversorgungsnadel 90 das
Dichtungselement 77 und geht durch das Dichtungselement-Abhalteelement 74 und
das Abdichtglied 73. Da die Tintenversorgungsnadel 90 keine Öffnung an
der Spitze 91 aufweist, wird die Volumsänderung in der Tintenkammer 79,
die durch einen Kolbeneffekt während
des Befestigungsvorgangs der Tintenvorratspatrone hervorgerufen
wird, von der Spitze 91 und dem Abdichtglied 73 aufgenommen.
Die Änderung
betrifft jedoch nicht die Durchgangsöffnung 94, wie in 13A dargestellt, sondern
die obere Seite durch das poröse
Element 78 des Tintenversorgungsanschlusses 79.
Wenn daher die Öffnungen 94 durch
das Abdichtglied 73 gehen, wird ein Druck erzeugt, wenn
die Patrone befestigt wird, und somit strömt Tinte durch die Öffnungen 94 in
den Tintenversorgungspfad 93.
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Wie zuvor beschrieben, kann während des
Befestigungsvorgangs der Tintenvorratspatrone die unerwünschte Volumsänderung
aufgrund des Kolbeneffekts, der auf den Aufzeichnungskopf ausgeübt wird,
verhindert werden, da der Tintenversorgungspfad 93 nicht
mit dem Tintenversorgungsanschluß 71 in Verbindung steht,
so daß ein
Auslaufen von Tinte aus der Düsenöffnung des
Aufzeichnungskopfes effektiv verhindert wird. Da es ferner nicht
notwendig ist, Durchgangslöcher
zu bilden, weist die Tintenversorgungsnadel eine ausreichende mechanische
Festigkeit auf, und somit kann die Nadel aus einem anderen Material
als Metall gebildet werden, zum Beispiel aus einem hochpolymeren
Material. Eine Tintenversorgungsnadel, die aus hochpolymerem Material
gebildet ist, ist vorteilhaft, da das Herstellungsverfahren vereinfacht
werden kann und weitere Risiken, die mit Metall verbunden sind,
vermieden werden können.
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Ferner kann ein Innendurchmesser
der Durchgangsöffnung 94 frei
gewählt
und dennoch der Meniskus aufrechterhalten werden, selbst wenn ein
Außendurchmesser
der Tintenversorgungsnadel groß konstruiert
ist, um somit einen passenden Strömungswiderstand zu steuern.
Daher kann die Tintenversorgungsnadel eine ausreichende mechanische
Festigkeit beibehalten, die zum Eindringen in die Tintenvorratspatrone
ausreicht, wenn die Nadel aus einem hochpolymeren Material gebildet
ist.
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Vorzugsweise ist die in 13B dargestellte Tintenversorgungsnadel
so konstruiert, daß zum
Beispiel ein Außendurchmesser
R der Nadel in einem Bereich von 2 bis 4 mm liegt und eine Länge L des
Tintenversorgungsanschlusses der Tintenvorratspatronenseite, wenn
die Tintenvorratspatrone auf der Nadel und dem Abdichtglied befestigt
ist, auf weniger als 2,5 mm eingestellt ist. Diese Anordnung ist
besonders bevorzugt, da die Volumenänderung, wenn die Tintenvorratspatrone
an der Tintenversorgungsnadel befestigt ist, gering ist und der
unerwünschte
Kolbeneffekt verringert werden kann.
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Wenn andererseits die Tintenvorratspatrone
getauscht werden muß,
wenn der Behälter
noch voll ist, zum Beispiel zur Wartung, wird Tinte, die um die
Spitze der Tintenversorgungsnadel vorhanden ist, aufgrund der Kapillarwirkung
des porösen
Elements, das in der Vorratspatrone untergebracht ist, um mit Tinte
getränkt zu
werden, in das poröse
Element 78 hochgesaugt, das in der Nähe der Nadel angeordnet ist.
Da das poröse Element 78 eine
Kapillarkraft aufweist, die im wesentlichen dieselbe wie jene des
porösen
Elements ist, das in die Vorratspatrone eingefüllt ist, bleibt bei diesem
Vorgang die Tinte in der Tintenkammer 79. Daher wird Luft am
Eindringen in den Tintenpatronenkörper gehindert. Wenn die Tintenvorratspatrone
entfernt wird, geben ferner die Elektroden kein Signal aus, das
ein bevorstehenden Tintenende anzeigt. Daher ist sie sofort wieder druckbereit,
indem einfach die einmal entfernte Tintenvorratspatrone wieder auf
der Tintenversorgungsnadel befestigt wird.
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Das zweite Ausführungsbeispiel beschreibt die
Nadel mit parallelen Durchgangsöffnungen.
Die Nadel mit Durchgangsöff nungen
in der Stirnseitenfläche,
wie in 3 dargestellt,
kann jedoch verwendet werden, wenn die Kolbenwirkung während der
Befestigung der Patrone gering ist.
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Ferner verwendet die Tintenvorratspatrone
des zweiten Ausführungsbeispiels
Abhalteelemente, die verhindern, daß das Abdichtglied und das
Dichtungselement-Abhalteelement abfallen.
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Wie zuvor beschrieben, ist das Tintenvorratspatronengehäuse gemäß der vorliegenden
Erfindung in bezug auf die Tintenversorgungsnadel entfernbar und
mit dem Tintenversorgungsanschluß versehen, der von der Bodenfläche des
Gehäuses
sowohl einwärts
als auch auswärts
absteht. Das poröse
Element, das mit Tinte getränkt
wird, ist federnd in dem Gehäuse
durch den Filter aufgenommen, der an dem Ende des Tintenversorgungsanschlusses
befestigt ist. Das Abdichtglied ist an der Stirnseitenöffnung des
Tintenversorgungsanschlusses angeordnet, so daß es federnd gegen den Umfang
der Tintenversorgungsnadel und das Dichtungselement liegt, um die
Stirnseitenöffnung
des Tintenversorgungsanschlusses abzudichten, durch welche die Tintenversorgungsnadel
hindurchgeht. Daher ist die Tintenvorratspatrone der Erfindung vorteilhaft,
da die Tintenversorgungsnadel keine scharfe Spitze benötigt, Luft
am Eindringen in den Tintenversorgungspfad der Aufzeichnungsvorrichtung
gehindert wird und eine dichte Luftdichtung zwischen der Tintenversorgungsnadel
und dem Tintenbehälter
aufrechterhalten werden kann.
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Es wurden Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beschrieben, und für
den Fachmann ist offensichtlich, daß Änderungen durchgeführt werden
können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung Abstand zu nehmen, der
in den beiliegenden Ansprüchen
definiert ist.
