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Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen
flüssigkeitsabdichtbaren Behälter für eine
Tintentankpatrone zur Verwendung in einer
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen auf ein
Aufzeichnungsmedium und insbesondere eine Struktur einer
Tintentankpatrone zur Verwendung in der
Tiritenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung.
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Im allgemeinen wird gemäß der Aufzeichnungsvorrichtung
dieser Art die Tinte einem Aufzeichnungskopf von einem
Tintentank, der als Patrone aufgebaut ist, zugeführt.
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Es ist vorteilhaft, einen Tintenzufuhrdruck (negativer
Druck) von einem Tintentank zu einem Aufzeichnungskopf
innerhalb eines Bereichs von -30 bis -100 mmAq (d. h., einem
Wasserkopf) zu halten, um einen beständigen Tintenausstoß
des Aufzeichnungskopfs der
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zu erreichen. Es ist jedoch schwierig, den
Tintenzufuhrdruck unter Verwendung eines Höhendifferenzials, bei
welchem der Tintentank installiert ist, zu steuern,
insbesondere im Fall einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
von der Art mit Schlitten, bei welcher ein
Aufzeichnungskopf und eine Tintentankpatrone auf einem Schlitten
angebracht sind. Die Ungeprüfte Japanische Patentanmeldung
(OPI) Nr. Hei. 2-187364 schlägt vor, dass ein poröses
Element innerhalb eines Tintentanks (Patrone) untergebracht
wird, wodurch aufgrund der Kapillarwirkung des porösen
Elements ein negativer Druck zwischen dem Tintentank und
dem Aufzeichnungskopf erzeugt wird.
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Da die Japanische Patentanmeldung Hei. 2-187364 jedoch an
eine Art von Aufzeichnungsvorrichtung gerichtet ist, durch
welche ein Tintentank und ein Aufzeichnungskopf beide
einheitlich ausgebildet sind und diese beiden Komponenten
durch eine neue ersetzt werden, wenn die Tinte, die im
Tintentank enthalten ist, sich dem Ende zu neigt, nimmt sie
die anderen Probleme oder Schwierigkeiten, wie beispielsweise
unerwünschte Luftströmung zum Aufzeichnungskopf oder
Tintenleckverlust, welche auftreten können, wenn nur der
Tintentank selektiv aus dem Kopf entnommen wird, nicht in
Angriff.
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Überdies berücksichtigt diese letztere Bezugnahme die
Probleme der Lagerung und Ersetzung einer Tintentankpatrone
nicht.
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Das Japanische Patent Nr. Hei. 3-61592 (entspricht der
Japanischen Patentanmeldung Nr. Sho. 59-143647) lehrt die
Verwendung von 20 Torr als ein Beispiel des negativen
Drucks, der während des Verpackens der Tintentankpatrone
anzuwenden ist, wobei dieser Druck viel höher ist als der
Druck, unter welchem die Tinte in den Tank gefüllt ist.
Dies kann jedoch ein Problem bewirken, da die
Tintentankpatrone einem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist, weil der
Standort für den Tintenfüllprozess und der für den
Verpackungsprozess für gewöhnlich weit voneinander entfernt
liegen. Infolgedessen wird Luft, welche in die Tinte
eindringt, frei, um Luftbläschen zu erzeugen, wenn der größere
negative Druck während des Verpackungsprozesses angewandt
wird. Folglich kann es zu unerwünschtem Tintenleckverlust
kommen und des weiteren können die Luftbläschen, die in dem
porösen Element erzeugt werden, den Tintenstrom, der von
der Tintentankpatrone zum Aufzeichnungskopf fließt,
blockieren, was einen Tintenfehler während des Druckens
bewirken kann.
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JP-A-62 121062 beschreibt die Herstellung einer
Tintentankpatrone für einen Tintenstrahldrucker.
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Die, vorliegende Erfindung erfolgt angesichts der
vorhergehenden Probleme oder Schwierigkeiten, welche die
herkömmliche Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung begleiten, die
eine patronenartige Tintentankstruktur einsetzt. Demgemäß
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung
eines flüssigkeitsabdichtbaren Behälters in
Kombination mit einer Tintentankpatrone, wobei die
Tintentankpatrone unter einem geringen negativen Druck, welcher näher
dem atmosphärischen Druck liegt als der Druck, unter
welchem die Tinte in die Tintentankpatrone gefüllt ist, in den
Behälter verpackt ist und so, dass ein Freiraum in dem
Behälter aufrechterhalten wird.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht ist, die
ein Beispiel einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
darstellt, auf welche eine Tintentankpatrone gemäß der
vorliegenden Erfindung angewandt wird;
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Fig. 2 ein Querschnitt entlang Linie A-A von Fig. 1 ist;
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Fig. 3 ein vergrößerter Querschnitt einer Tintenzufuhrnadel
und peripherer Teile ist, die in Fig. 2 dargestellt sind,;
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Fig. 4 ein Schaltbild einer
Tinte-dem-Ende-nahe-Erkennungsschaltung ist;
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Fig. 5 ein Beispiel der Tasche, worin die Tintentankpatrone
gemäß der vorliegenden Erfindung verpackt ist, darstellt;
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Fig. 6 die Schwankung von einer Menge Stickstoff gegen die
Zeit nach Öffnen der Verpackungstasche darstellt;
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Fig. 7 eine Verpackungsanordnung der Tintentankpatrone
gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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Fig. 8 eine Verpackungsanordnung der Tintentankpatrone mit
einem Flansch in bezug auf einen Finger darstellt;
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Fig. 9-I und 9-II Querschnitte sind, die Tintentankpatronen
darstellen;
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Fig. 10A-1 bis 5 vergrößerte Querschnitte von
Dichtungselementen und eines Dichtungselement-Anschlagslements sind,
die in Fig. 9-I oder 9-II dargestellt sind;
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Fig. 10B ein Querschnitt entlang Linie B-B von Fig. 10A-1
bis 5 ist;
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Fig. 11 ein Querschnitt ist, der einen Teil einer
Tintentankpatrone darstellt;
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Fig. 12 eine Tintenzufuhrnadel darstellt; und
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Fig. 13A und 13B Querschnitte der Tintenzufuhrnadel sind,
die auf die Tintenzufuhrpatrone angewandt wird.
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Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die
ein Beispiel einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
darstellt, auf welche eine Tintentankpatrone gemäß der
vorliegenden Erfindung angewandt wird. Wie in Fig. 1
dargestellt, ist die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit
einem Schlitten 1 versehen, der in bezug auf eine
Längsachse einer Schreibwalze 3 gleitbar auf Führungswellen 2
angebracht ist. Auf dem Schlitten sind ein Tintenstrahl-
Aufzeichnungskopf 4 zum Ausstoßen von Tintentröpfchen in
Übereinstimmung mit einem Drucksignal und eine
Tintentankpatrone 5 zum Versorgen des Aufzeichnungskopfs mit Tinte
installiert. Eine Abdeckvorrichtung 6 ist außerhalb eines
Druckbereichs eingerichtet, welche mit einer vorderen
Fläche des Aufzeichnungskopfs 4 in Eingriff steht, um zu
verhindern, dass die Düsenöffnungen austrocknen, wenn mit
dem Drucken aufgehört wird. Die Düsenöffnungen werden durch
die Abdeckvorrichtung 6 abgedichtet und durch einen
negativen Druck, der durch eine Vakuumpumpe 7 erzeugt wird,
gezwungen, Tinte auszustoßen, unmittelbar nachdem die
Tintentankpatrone 5 durch eine neue ersetzt wird oder eine
Tintenausstoßfähigkeit während kontinuierlichem Drucken
verringert wird. Die ausgestoßene Tinte wird durch ein Rohr
8 in einen Tintenspeichertank 9 eingeführt und darin
gespeichert.
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Die Vorrichtung umfasst des weiteren ein Übertragungskabel
10 zum Übertragen von Drucksignalen an den
Aufzeichnungskopf 4.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt der Tintentankpatrone, welche
auf den Aufzeichnungskopf angewandt wird. Die
Tintentankpatrone ist mit einem Gehäuse 11 versehen, das einen
Tintentankpatronenkörper begründet, welcher eine Öffnung 12 am
oberen Ende und ein Tintenzufuhrkanal 15 aufweist, der
einheitlich damit an einer unteren Fläche 13 ausgebildet
ist und mit welchem eine hohle Tintenzufuhrnadel 14 federnd
in Eingriff steht. Das Gehäuse 11 ist auf eine Weise
konisch zulaufend, dass die untere Fläche 13 einen kleineren
Durchmesser aufweist als die obere Fläche. Das Gehäuse
braucht jedoch nicht konisch zulaufend zu sein, sondern es
kann eine zylindrische Form mit einer geraden Wand
eingesetzt werden.
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Der Tintenzufuhrkanal 15 ist röhrenähnlich geformt und
steht von einer unteren Fläche des Gehäuses 11 sowohl nach
innen als auch nach außen vor. Ein Netzfilter 17 mit einer
Porengröße von 20 bis 100 um ist schmelzverbunden auf einer
oberen Öffnung 16 des Tintenzufuhrkanals 15, der ins Innere
des Gehäuses 11 vorsteht. Der Filter kann aus einem
Hochpolymermaterial oder einem korrosionsbeständigen Metall,
wie beispielsweise nicht rostendem Stahl, gebildet sein.
Ein Stufenabschnitt 18 ist an einem inneren, zentralen
Abschnitt des Tintenzufuhrkanals 15 ausgebildet. Ein
Abdichtungselement 19 zum federnden Kontakteingreifen der
Tintenzufuhrnadel 14 in das Innere des Zufuhrkanals 15 ist
innerhalb des Tintenzufuhrkanals 15 an einer unteren Seite
des Stufenabschnitts 18 zum Bereitstellen einer
Flüssigdichtung eingerichtet.
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Das Abdichtungselement 19 ist aus einem Gummiring, einem
sogenannten O-Ring, gebildet. Ein Dichtungsfilm 20 ist
schmelzverbunden auf einer unteren Öffnung des
Tintenzufuhrkanals 15. Der Film 20 kann vorzugsweise aus einem
Dichtungsmaterial gebildet sein, wie beispielsweise einem
Hochpolymerfilm oder einem Hochpolymerfilm mit einer
Metallschicht auf den Film laminiert, so dass der Film 20
eine hohe Abdichtbarkeit zeigt, während er durch eine
äußere Kraft, wie beispielsweise die Berührung durch einen
Finger, nicht aufgerissen werden kann.
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Ein poröses Element 21 weist eine Breite, welche etwas
größer ist als die von der Öffnung 12 des Gehäuses 11, und
eine Höhe, welche etwas höher ist als die des Gehäuses,
auf, so dass das poröse Element 21 innerhalb des Gehäuses
11 zusammengedrückt wird. Des weiteren wird der untere
Endabschnitt des porösen Elements 21, der dem Filter 17 des
Tintenzufuhrkanals 15 zugewandt ist, durch den
Tintenzufuhrkanal 15, der in das Gehäuse nach innen hineinragt,
zusammengedrückt. Ein Deckel 22 bedeckt die Öffnung 12 des
Gehäuses und umfasst eine Mehrzahl von Rippen 25, die zur
Innenseite des Gehäuses 11 vorstehen, um das poröse Element
21 zusammenzudrücken und jeweilige Freiräume 24 innerhalb
der Tintentankpatrone zwischen dem Deckel 22 und dem
porösen Element 21 zu halten.
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Eine Elektrode 26 ist im Tintenzufuhrkanal 15 vorgesehen,
während eine andere Elektrode 27 im unteren Abschnitt des
Gehäuses 11 vorgesehen ist, um einen Tinte-dem-Ende-nahe-
Zustand zu erkennen, wenn die Tinte im Tank fast erschöpft
ist und Tinte nur noch im Tintenzufuhrkanal 15 vorhanden
ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird durch einen Widerstand
R eine Wechselspannung Vcc an die Elektroden 26, 27
angelegt und die Schwankung in der Spannung zwischen den Elektroden
durch eine Differenzialschaltung 30 erkannt. Ein
Vergleicher 31 vergleicht ein Ausgangssignal der
Differentialschaltung 30, das ein Spannungsschwankungsverhältnis
darstellt, mit einem vorgegebenen Wert, der durch eine
Wertvorgabeschaltung 32 erzeugt wird. Wenn das
Spannungsschwankungsverhältnis größer als der vorgegebene Wert ist -
das heißt, die Tinte, mit der das poröse Element 21
durchtränkt ist, neigt sich dem Ende zu -, wird ein Tinte-dem-
Ende-nahe-Signal ausgegeben und daher der
Tinte-dem-Endenahe-Zustand erkannt.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die hohle Zufuhrnadel 14,
die mit der Tintentankpatrone zusammenwirkt, ein
keilförmiges Ende auf und ist eine Mehrzahl von durchgehenden
Löchern 36 in einer Kopfendfläche 34 der Tintenzufuhrnadel 14
ausgebildet, um die Tinte, die innerhalb des
Tintenzufuhrkanals 15 enthalten ist, mit einem Tintenzufuhrpfad 35,
der im Inneren der Nadel 14 ausgebildet ist, in Verbindung
zu setzen.
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Die Tinte wird durch Niederdruck von ungefähr 0,2 - 0,4
atmosphärischem Druck in die Poren des porösen Elements 21,
das innerhalb des Gehäuses 11 der Tintentankpatrone
untergebracht ist, gefüllt. Das Füllen von Tinte bei Niederdruck
ist sehr nützlich als ein Mittel zur Beibehaltung einer
guten Druckqualität, wie in der Ungeprüften Japanischen
Patentanmeldung (OPI) Nr. Sho. 60-245560 gelehrt wird.
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Nach dem Füllen der Tinte in das poröse Element 21, wird
die Tintentankpatrone zum Versand in einer Tasche verpackt,
die aus hochabdichtbarem Material, wie zum Beispiel einem
Laminatfilm mit Aluminiumschichten, gebildet ist.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Tasche, worin die
Tintentankpatrone gemäß der vorliegenden Erfindung verpackt wird. Die
Tintentankpatrone wird mit einem Paar von Laminatfilmen 37
umwickelt, die aus Aluminium gebildet sind und welche eine
sehr hohe Abdichtbarkeit bereitstellen, wobei die Luft in
der Tasche dekomprimiert wird und dann an
Flanschabschnitten 38 der Filme 37 Schmelzverbindung erfolgt.
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Die gegenwärtigen Erfinder stellten fest, dass die
Tintentankpatrone unter diesen Umständen vorzugsweise unter einem
negativen Druck verpackt wird, welcher nur etwas größer
(näher am atmosphärischen Druck) ist als der Druck, unter
welchem die Tinte in den Tank gefüllt ist.
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Bei Verwendung von Tinte, die Farbstoffe umfasst, welche
freies Gas entwickeln würden (infolge der Auflösung), wird,
wenn der Niederdruck innerhalb der bepackten Tasche
aufrechterhalten wird, die Menge von Gas, das durchtränkt
wird, in der Tinte reduziert. Demgemäß kann
Verschlechterung der Druckqualität infolge dieses freien Gases
wirksam verhindert werden. Des weiteren hilft das Vorhandensein
des Niederdruckfreiraums innerhalb der Tasche sogar bei
Verwendung einer Tinte, welche keiner Entlüftung
unterworfen ist, die Tinte zu entlüften, während sie gelagert wird,
und es wird überdies verhindert, dass Tinte aus der Tasche
nach außen austritt.
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Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf eine
Stickstoffmenge als ein Hauptbestandteil von Luft als ein Parameter
der Wert des Niederdrucks während des Verpackungsprozesses
und die Entlüftungsrate von Tinte unter der
Niederdruckbedingung nach dem Lagerungszeitraum beschrieben.
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Nach Experimentieren kann die Entlüftungsrate der Tinte,
die in der Tintentankpatrone enthalten ist, durch Variieren
des Drucks während des Verpackungsprozesses gesteuert
werden. Tabelle 1 zeigt den Verpackungsdruck (negativer
Überdruck), wenn die Stickstoffdichte während des
Verpackungsprozesses auf den Sättigungswert von 13-14 ppm
eingestellt wird, und die Stickstoffdichte, welche die in
der Tintentankpatrone enthaltene Tinte durchtränkt, wenn
die Verpackungstasche geöffnet wird.
TABELLE 1
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Niederdruckwert (atmosphärischex Druck) Stickstoffmenge (ppm)
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0,5 7,5-9,0
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0,35 7,0-8,5
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0,2 6,0-7,5
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Die Beschreibung beschreibt nun die Schwankung der
Entlüftung von Tinte, die in der Tintentankpatrone nach Öffnen
der Tasche enthalten ist, unter Bezugnahme auf eine
Stickstoffmenge, die in der Tinte als ein Parameter enthalten
ist. Fig. 6 zeigt eine Schwankung einer Stickstoffmenge
nach Öffnen der Verpackungstasche. Da die Tintentankpatrone
durch die Rippen, die vom Deckel vorstehen, einen Freiraum
aufrechterhalten hat, ist eine konstante Luftmenge
entsprechend dem Druck innerhalb der Tasche von unmittelbar nach
dem Verpackungsprozess vorhanden. Demgemäß steigt innerhalb
eines kurzen Zeitraums (Punkt a) die Stickstoffdichte
innerhalb der Tinte schnell an, wie in Fig. 6 dargestellt,
und danach bleibt die Dichte aufgrund der hohen
Abdichtbarkeit der Tasche konstant. Der konstante Zeitraum dauert
ungefähr zwei Jahre ab Herstellung an. Nach Öffnen der
Tasche (Punkt b) steigt die in der Tinte enthaltene
Stickstoffmenge und erreicht ungefähr eine Woche nach dem Öffnen
einen Sättigungspunkt (Punkt c). Selbst im
Sättigungszustand verschlechtert sich die Druckqualität nicht innerhalb
von ungefähr ein bis vier Wochen (b bis d) nach dem Öffnen,
innerhalb welcher eine Patrone normalerweise zum Drucken
verwendet wird.
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Vorzugsweise macht der Freiraum, der in der bepackten
Tasche aufrechterhalten wird, im wesentlichen 15% des
gesamten inneren Volumens der Tasche nach dem Bepacken aus.
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Die Wirkung von Entlüftung von Tinte wird nun beschrieben.
Wenn die Tintentankpatrone von der Tintenzufuhrnadel
abgenommen und darauf aufgesetzt wird, ist eine Luftmenge, die
von der hohlen Nadel eintritt, normalerweise äußerst
gering. Gemäß Experiment war bei einem Durchmesser der hohlen
Nadel von ungefähr 0,8 mm die Luftmenge, die eintrat, unter
0,4 mm³ höchstens, was ungefähr einem Meniskus von Tinte
entspricht. Sobald die Tinte in den Tintenzufuhrkanal
eintritt, fließt sie zum Aufzeichnungskopf und wird durch
einen Filter (nicht dargestellt), der in einer Filterkammer
angebracht ist, aufgefangen. Die durch den Filter
aufgefangene Luft durchdringt den Filter nicht leicht, da die
Porengröße des Filters sehr fein ist. Gemäß Experiment
drang 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 öfterem Abnehmen und
Aufsetzen der Tintentankpatrone von der bzw. auf die Nadel
keine Luft durch den Filter, während die
Aufzeichnungsvorrichtung in Betrieb ist.
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Demgemäß wird die entlüftete Tinte anscheinend während des
Zeitraums von Punkt b bis c von Fig. 6 dem
Aufzeichnungskopf zugeführt, und selbst wenn die Tintentankpatrone von
der Tintenzufuhrnadel abgenommen und darauf aufgesetzt wird
und Luft von der Nadel in den Tintenzufuhrkanal eintritt,
wird die Tinte von der Luft durchtränkt, und demgemäß
leidet die Aufzeichnungsvorrichtung unter keinerlei
Problemen.
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Wenn andererseits die Tintentankpatrone aus der Vorrichtung
genommen und für eine Weile liegengelassen wird, tritt Luft
von der Tintenzufuhrnadel ein. Wie man weiß, zerstört Luft
das Heberphänomen und bewirkt einen unerwünschten
Tintenfehler. Um ein derartiges Problem zu verhindern, ist die
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Vakuumpumpe
versehen, um Tinte aus Tintendüsen durch Anwenden eines
negativen Drucks erzwungenerweise zu einem Aufzeichnungskopf
auszustoßen. Bei diesem Vorgang haben wir
festgestellt, dass das Wiedergutmachen von Tintenfehler von einer
Entlüftungsrate von Tinte nach Experimentieren abhängt. Bei
Verwendung der Tinte ein bis vier Wochen nach Öffnen der
Tasche treten keine Probleme auf, wenn die Luft, die in der
Filterkammer enthalten ist, durch die Tätigkeit der
Vakuumpumpe ausgestoßen wird. Wenn andererseits jedoch nach
diesem Zeitraum die Menge von Luft, die in der Tinte
enthalten ist, komplett gesättigt ist oder infolge einer
Schwankung in der Temperatur sogar übermäßig gesättigt sein
kann, können durch eine Wirkung von negativem Druck während
des Tintenfehlerverhinderungsvorgangs feine Luftbläschen
erzeugt werden, welche das Problem des Blockierens des
Tintenflusses bewirken.
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Fig. 7 zeigt eine Verpackungsanordnung der
Tintentankpatrone, in welcher eine Patrone durch ein absorbierendes
Element, wie beispielsweise Schaumstoffkörner 40, umgeben
und in einer Verpackungstasche 41 untergebracht ist, die
dann einem Dekompressionsprozess unterzogen wird. Da die
Schaumstoffkörner 40 innerhalb der Verpackungstasche einen
Freiraum bilden, kann gemäß dieser Anordnung der
Niederdruck während des Verpackungsprozesses lange Zeit andauern,
selbst wenn in das poröse Element 21 soviel Tinte als
möglich gefüllt ist, zum Beispiel ungefähr 95% des
Volumens des porösen Elements, das in der Tintentankpatrone
untergebracht ist. Daher können die Druckqualität und
Wirksamkeit des Tintenfüllens verbessert werden.
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Wenn die Tintentankpatrone, die verpackt ist, wie zuvor
beschrieben, tatsächlich verwendet wird, wird die
Verpackungstasche geöffnet und die Tankpatrone aus der Tasche
genommen. Die Tintentankpatrone wird auf dem Schlitten der
Aufzeichnungsvorrichtung auf eine derartige Weise
angebracht, dass die Endöffnung des Tintenzufuhrkanals 15
direkt über der Tintenzufuhrnadel 14 angeordnet ist, und
dann niedergedrückt auf die und parallel zur Richtung der
Nadel 14. Die Tintenzufuhrnadel 14 durchdringt das
Dichtungselement (Film) 20 und erreicht das Abdichtungselement
(O-Ring) 19. In diesem Zustand wird der Kopf der
Tintenzufuhrnadel 14 durch das Abdichtungselement (O-Ring) 19 in
einer Flüssigdichtung in bezug auf den Tintenzufuhrkanal 15
gehalten, während sie mit der Tinte, die innerhalb des
Tintenzufuhrkanals 15 enthalten ist, in Verbindung steht.
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Wenn die Tintenzufuhrnadel 14 das Dichtungselement 20
durchdringt, verformt sich das Dichtungselement 20, um
geformt zu werden wie die Endkontur der Nadel 14; in großem
Ausmaß aufgrund der Federung des Dichtungselements 20.
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Da die durchgehenden Löcher 36 am Kopf der
Tintenzufuhrnadel 14 mit einem Durchmesser von unter 0,1 bis 0,4 mm
ausgebildet sind, halten die durchgehenden Löcher 36 einen
Meniskus, wenn die Patrone ausgetauscht wird. Demgemäß wird
verhindert, dass Luft von der Tintenzufuhrnadel 14 in den
Aufzeichnungskopf eintritt. Da eine Mehrzahl von
durchgehenden Löchern 36 vorhanden ist, ist des weiteren der
Strömungswiderstand, der auf die dadurch fließende Tinte
angewandt wird, sehr gering, weshalb eine ausreichende
Menge von Tinte zum Drucken an den Aufzeichnungskopf 4
geliefert werden kann.
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Da das poröse Element 21 durch den Tintenzufuhrkanal 15,
der ins Innere des Tankgehäuses vorsteht, federnd verformt
und zusammengedrückt wird, ist die Porengröße des porösen
Elements in einem Bereich in der Nähe des
Tintenzufuhrkanals kleiner als die des anderen Bereichs, so dass die
Kapillarkraft in bezug auf den anderen Bereich groß ist.
Aufgrund dieser Struktur ist die Tinte im
zusammengedrückten Abschnitt des porösen Elements konzentriert, und des
weiteren kann die Tinte-dem Aufzeichnungskopf ganz bis zum
letzten Tröpfchen zugeführt werden.
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In dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel ist das
Dichtungselement 20, das am Tintenzufuhrkanal 15 eingerichtet
ist, freiliegend. Es wird jedoch vorzugsweise ein Flansch
45 gebildet, der das Dichtungselement 20 umgibt, um
unbeabsichtigte Berührung des Dichtungselements 20 durch einen
Finger F, wie in Fig. 8 dargestellt, zu vermeiden. Diese
Anordnung des Flansches 45 weist den Vorteil auf, dass
nicht nur verhindert wird, dass das Dichtungselement
aufgerissen wird, sondern der Flansch auch als ein
Führungselement zum leichten Anordnen der Tintenzufuhrnadel 14 an der
richtigen Stelle verwendet werden kann.
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Fig. 9-I und 9-II sind Querschnitte, die eine
Tintentankpatrone darstellen. Die Tintentankpatrone ist versehen mit
einem Gehäuse 50, das einen Tintentankpatronenkörper
begründet mit einer Öffnung 51 am oberen Ende davon und einem
röhrenähnlichen Tintenzufuhrkanal 53, der von einer unteren
Fläche 52 des Gehäuses 50 vorsteht, wobei der Kanal mit der
Tintenzufuhrnadel 14, die auf der Seite der
Aufzeichnungsvorrichtung eingerichtet ist, in Eingriff steht. Das
Gehäuse ist konisch zulaufend, so dass ein Durchmesser der
unteren Fläche kleiner ist als der von der oberen Fläche.
Der Tintenzufuhrkanal 53 ist mit einer Öffnung 54 versehen,
auf welcher ein Filter 55, der aus Hochpolymer oder
korrosionsbeständigem Metall gebildet ist, schmelzverbunden ist.
Ein Stufenabschnitt 56 ist an einem inneren Zentrum des
Tintenzufuhrkanals 53 ausgebildet. Ein Abdichtungselement
(ein O-Ring) 5/ ist an einer unteren Seite des
Stufenabschnitts 56 eingebaut, um eine Flüssigdichtung durch
federndes Stoßen des Kanals 53 gegen die Tintenzufuhrnadel 14
aufrechtzuerhalten. Des weiteren ist auch ein
Dichtungselement (Film)-Anschlagselement (ein O-Ring) 58 an einer
unteren Seite des Abdichtungselements 57 eingebaut. Eine
Öffnung 59 ist abgedichtet durch ein Dichtungselement 60
mit einem hohen Luftabschluss, das zum Beispiel aus einem
Laminatfilm gebildet ist, durch welchen die
Tintenzufuhrnadel problemlos eindringt. Die Öffnung 51 des Gehäuses 50
ist durch einen Deckel 62 mit einem Verbindungsloch 62 zur
Verbindung mit der Atmosphäre abgedichtet. Eine innere
Fläche des Deckels 62 ist mit einer Mehrzahl von Rippen 68
versehen, um Freiräume 63 zwischen einem porösen Element 64
und dem Deckel 62 zu definieren. Die Tintentankpatrone ist
des weiteren mit Elektroden 65a, 65b zum Erkennen eines
Tinte-dem-Ende-nahe-Zustands versehen.
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In Fig. 9-II weist das poröse Element, das im Tankgehäuse
50 untergebracht ist, zwei getrennte Schichten auf, die aus
einem oberen porösen Element 64a und einem unteren porösen
Element 64b bestehen. Das obere poröse Element 64a weist
eine größere Porengröße auf als das untere poröse Element
64b, so dass die Kapillarkraft an der unteren Seite in der
Nähe des Tintenzufuhrkanals 53 größer ist. Die Elemente der
Struktur der Patrone dieser Anordnung sind mit Ausnahme des
porösen Elements dieselben wie die in Fig. 9-I
dargestellten.
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Obwohl diese Anordnung die zweischichtige Struktur des
porösen Elements aufweist, kann das poröse Element in mehr
als zwei Schichten geteilt werden, wenn anwendbar, sowie
auch die untere Schicht mit einer kleineren Porengröße als
die obere Schicht.
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Bei der zuvor beschriebenen Tintentankpatrone wird
entlüftete Tinte unter Niederdruck in das poröse Element, das in
dem Tankgehäuse untergebracht ist, gefüllt und zur Lagerung
in einer Verpackungstasche verpackt, während ein negativer
Druck, der etwas höher (näher dem atmosphärischen Druck)
ist als der während des Tintenfüllprozesses,
aufrechterhalten wird. Wenn die Tintentankpatrone gegen eine neue
ausgetauscht wird, wird die Verpackungstasche geöffnet, um
eine neue Tintentankpatrone aus der Tasche zu nehmen, und
die Tankpatrone wird auf dem Schlitten der
Aufzeichnungsvorrichtung auf eine derartige Weise angebracht, dass die
Endöffnung des Tintenzufuhrkanals 53 direkt über der
Tintenzufuhrnadel
14 angeordnet ist, und dann niedergedrückt
auf die und parallel zur Richtung der Nadel 14.
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Bei diesem Vorgang durchdringt die Tintenzufuhrnadel 14 das
Dichtungselement (Film) 60 und erreicht das
Abdichtungselement (O-Ring) 57 durch das Dichtungselement-
Anschlagselement 58. Dies befähigt die Tintenzufuhrnadel
14, durch das Abdichtungselement (O-Ring) 57 in bezug auf
den Tintenzufuhrkanal 53 in einem flüssigkeitsdichten
Zustand gehalten zu werden, während sie mit Tinte, die
innerhalb des Tintenzufuhrkanals 53 enthalten ist, in
Verbindung steht.
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Wenn die Tintenzufuhrnadel 14 das Dichtungselement 60
durchdringt, kann das Dichtungselement 60 teilweise mit der
Tintenzufuhrnadel 14 mit in den Tintenzufuhrkanal 53
hineingehen. Gebrochene Stücke 60a des Dichtungselements 60
werden jedoch durch das Dichtungselement-Anschlagselement
58, wie in Fig. 10B dargestellt, davon abgehalten, mit der
Nadel weiter vorzudringen, so dass die gebrochenen Stücke
60a das Abdichtungselement 5.7 nicht erreichen. Demgemäß
kann aufgrund des Abdichtungselements 57 die
Flüssigdichtung selbst dann aufrechterhalten werden, wenn Spalten 66
zwischen der Nadel 14 und dem
Dichtungselement-Anschlagselement 58 ausgebildet sind, und wird daher verhindert,
dass die Tinte austritt. Verschiedene Änderungen des
Abdichtungselements 57 und des
Dichtungselement-Anschlagselements 58 werden nun beschrieben. Die restlichen Elemente
der Struktur bleiben jedoch dieselben.
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In Fig. 10a-3 ist das Dichtungselement-Anschlagselement 58-
2 kein O-Ring, sondern ein elastisches Dichtungselement,
während das Dichtungselement 57 ein O-Ring ist.
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In Fig. 10a-3 ist weder das Dichtungselement 58 noch das
Dichtungselement-Anschlagselement 58 ein O-Ring, sondern
sind beide elastische Dichtungselemente.
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In Fig. 10a-4 sind das Dichtungselement 57 und das
Dichtungselement-Anschlagselement 58 einheitlich ausgebildet
und mit einer Nut zwischen den Elementen versehen.
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In Fig. 10a-5 ist das Dichtungselement 57 kein O-Ring,
sondern ein elastisches Dichtungselement, während das
Dichtungselement-Anschlagselement 58 ein O-Ring ist.
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Fig. 11 ist ein Querschnitt, der einen Teil der
Tintentankpatrone zeigt. Wie in Fig. 11 dargestellt, ist ein
röhrenförmiger Tintenzufuhrkanal 71 an der unteren Fläche 70 des
Gehäuses zur Unterbringung eines porösen Elements zum
Füllen von Tinte darin ausgebildet. Ein Filter 72 ist auf
einer oberen Öffnung des Tiritenzufuhrkanals 71 befestigt,
welcher federnd anstößt, um das poröse Element zur Tränkung
mit Tinte zusammenzudrücken. Ein Abdichtungselement 73 und
ein Dichtungselement-Anschlagselement 74 sind in einen
zentralen, inneren Abschnitt des Tintenzufuhrkanals 71
pressgepasst und durch eine Hülse 75 gesichert. Eine untere
Öffnung 76 ist durch ein Dichtungselement (Film) 77
abgedichtet.
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Die Tintentankpatrone ist des weiteren mit einem porösen
Element 78 versehen, das im Tintenzufuhrkanal 71 zwischen
einer Elektrode 80, die innerhalb einer Tintenkammer 79 zum
Erkennen eines Tinte-dem-Ende-nahe-Zustands eingerichtet
ist, und dem Abdichtungselement 73 eingebaut. Ein oberer
Abschnitt des porösen Elements 78 steht mit einem
Stufenabschnitt 81 in Eingriff, der im Inneren des
Tintenzufuhrkanals 71 ausgebildet ist, wie in Fig. 11 dargestellt, damit
sich das poröse Element 78 selbst dann nicht bewegt, wenn ·
es von Tintenzufuhrnadel durchdrungen wird. Das
Bezugszeichen 95 bezeichnet eine andere Elektrode zum Erkennen
des Tinte-dem-Ende-nahe-Zustands.
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Fig. 12 zeigt die Tintenzufuhrnadel 90, die vorzugsweise
auf die Tintentankpatrone angewandt wird. Die Tintenzufuhrnadel
90 ist mit einem Kopf 91 versehen, der eine kegelige
Form und eine geneigte Oberfläche aufweist, um das
Dichtungselement 77, Anschlagselement 74 und Abdichtungselement
73 problemlos zu durchdringen. Ein Nadelkörper 92 weist im
allgemeinen parallele Öffnungen 94 auf, die mit einem
Tintenzufuhrpfad 93 in Verbindung stehen.
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Wenn das Dichtungselement 77 auf der Tintenzufuhrnadel 90
angeordnet und angebracht wird, durchdringt die
Tintenzufuhrnadel 90 das Dichtungselement 77, sowie das
Dichtungselement-Anschlagselement 74 und das Abdichtungselement 73.
Da die Tintenzufuhrnadel 90 kein Loch auf dem Kopf 91
aufweist, wird die Schwankung im Volumen in der
Tintenkammer 79, die durch eine Kolbenwirkung während des
Anbringungsvorgangs der Tintentankpatrone verursacht wird,
durch den Kopf 91 und das Abdichtungselement 73
aufgenommen. Dagegen wird die Schwankung nicht auf das durchgehende
Loch 94 angewandt, wie in Fig. 13 A dargestellt, sondern
auf die obere Seite durch das poröse Element 78 des
Tintenzufuhrkanals 79. Infolgedessen wird, wenn die Öffnungen 94
durch das Abdichtungselement 73 durchgehen, ein Druck
erzeugt, wenn die Patrone angebracht wird, und so strömt
Tinte durch die Öffnungen 94 in den Tintenzufuhrpfad 93.
Wie zuvor beschrieben, kann während des Anbringungsvorgangs
der Tintentankpatrone die unerwünschte Schwankung im
Volumen infolge der Kolbenwirkung, die auf den
Aufzeichnungskopf angewandt wird, verhindert werden, da der
Tintenzufuhrpfad 93 nicht mit dem Tintenzufuhrkanal 71 in
Verbindung steht, so dass Leckverlust von Tinte aus der
Düsenöffnung des Aufzeichnungskopfs wirksam vermieden wird. Da es
des weiteren nicht notwendig ist, durchgehende Löcher zu
bilden, weist die Tintenzufuhrnadel genügend mechanische
Festigkeit auf, und demgemäß kann die Nadel aus einem
anderen Material als Metall gebildet sein, wie zum Beispiel
einem Hochpolymermaterial. Eine Tintenzufuhrnadel, die aus.
Hochpolymermaterial gebildet ist, hat den Vorteil, dass der
Herstellungsprozess vereinfacht werden kann und weitere.
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Gefahren, die aufgrund des Metalls entstehen, vermieden
werden können.
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Außerdem kann ein Innendurchmesser der durchgehenden Löcher
94 frei gewählt und dennoch der Meniskus aufrechterhalten
werden, auch wenn der Außendurchmesser der
Tintenzufuhrnadel konstruiert ist, um groß zu sein, um dadurch einen
geeigneten Strömungswiderstand zu steuern. Daher kann die
Tintenzufuhrnadel eine mechanische Festigkeit
aufrechterhalten, die ausreicht, um in die Tintentankpatrone
einzudringen, wenn die Nadel aus einem Hochpolymermaterial
gebildet ist.
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Vorzugsweise ist die in Fig. 13B dargestellte
Tintenzufuhrnadel derart konstruiert, dass zum Beispiel ein
Außendurchmesser R der Nadel innerhalb eines Bereichs von 2-4 mm
liegt und eine Länge L des Tintenzufuhrkanals der
Tintentankpatronenseite, wenn die Tintentankpatrone auf der Nadel
und dem Abdichtungselement angebracht wird, auf unter 2,5
mm eingestellt wird. Diese Anordnung ist zu vorzuziehen, da
die Schwankung im Volumen, wenn die Tintentankpatrone auf
der Tintenzufuhrnadel angebracht wird, gering ist und die
unerwünschte Kolbenwirkung auf ein Minimum herabgesetzt
werden kann.
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Wenn andererseits die Tintentankpatrone ersetzt werden
muss, wenn der Tank noch voll ist, wie beispielsweise zu
Wartungszwecken, wird die Tinte, die um den Kopf der
Tintenzufuhrnadel herum vorhanden ist, in das poröse Element
78, das in der Nähe der Nadel angeordnet ist, aufgrund der
Kapillarwirkung des porösen Elements, das zur Tränkung mit
der Tinte in die Tankpatrone gefüllt ist, aufgesaugt. Da
das poröse Element 78 eine Kapillarkraft aufweist, welche
im wesentlichen dieselbe ist wie die von dem porösen
Element, das in die Tankpatrone gefüllt ist, bleibt bei diesem
Vorgang die Tinte in der Tintenkammer 79. Demgemäß wird
verhindert, dass Luft ins Innere des Tankpatronenkörpers
eintritt. Des weiteren geben die Elektroden, wenn die
Tintentankpatrone entfernt wird, kein Signal aus, das den
Tinte-dem-Ende-nahe-Zustand darstellt. Folglich ist sie
schon allein durch neuerliches Anbringen der einmal
entfernten Tintentankpatrone auf der Tintentanknadel bereit,
um wieder mit dem Drucken zu beginnen.
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Die vorhergehenden Ausführungen beschreiben die Nadel mit
parallelen, durchgehenden Löchern. Die Nadel mit
durchgehenden Löchern in der Endfläche, wie in Fig. 3 dargestellt,
kann jedoch eingesetzt werden, wenn die Kolbenwirkung
während des Anbringens der Patrone gering ist.
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Des weiteren gebraucht die Tintentankpatrone
Anschlagelemente, um zu verhindern, dass das Abdichtungselement und
das Dichtungselement-Anschlagselement herunterfallen. Diese
Anschlagelemente können jedoch weggelassen werden, wenn die
mechanische Festigkeit des Dichtungselements
verhältnismäßig groß ist.
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Wie zuvor beschrieben, ist das Tintentankpatronengehäuse
abnehmbar in bezug auf die Tintenzufuhrnadel und mit dem
Tintenzufuhrkanal versehen, der von der unteren Fläche des
Gehäuses sowohl nach innen als auch nach außen vorsteht.
Das poröse Element zur Tränkung mit Tinte ist federnd
untergebracht in dem Gehäuse durch den Filter, der am Ende
des Tintenzufuhrkanals gesichert ist. Das
Abdichtungselement ist eingerichtet an der Endöffnung des
Tintenzufuhrkanals zum federnden Anstoßen der Tintenzufuhrnadel gegen die
Peripherie und das Dichtungselement zum Abdichten der
Endöffnung des Tintenzufuhrkanals, durch welche die
Tintenzufuhrnadel eindringt. Demgemäß hat die Tintentankpatrone
den Vorteil, dass die Tintenzufuhrnadel keinen scharfen
Kopf erfordert, verhindert wird, dass Luft in den
Tintenzufuhrpfad der Aufzeichnungsvorrichtung eintritt, und ein
dichter Luftabschluss zwischen der Tintenzufuhrnadel und
dem Tintentank aufrechterhalten werden kann.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden
beschrieben, und der Durchschnittsfachmann kann erkennen,
dass Änderungen vorgenommen werden können, ohne sich vom
Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie in den
anhängigen Patentansprüchen definiert ist, zu entfernen.