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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Tintentankpatrone
zum Gebrauch in einer Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp
zum Austoßen
von Tintentröpfchen
auf ein Aufzeichnungsmedium, und insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung eine Struktur einer Tintentankpatrone zum Gebrauch in
einer Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp.
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Im
allgemeinen wird gemäß der Aufzeichnungsvorrichtung
von diesem Typ eine Tinte von einem als eine Patrone konstruierten
Tintentank zu einem Aufzeichnungskopf zugeführt. Die Verwendung der Tintenpatrone
als ein Tintentank hat Vorteile dahingehend, daß voraussichtlich keine Verschmierung
aufgrund von Tintenaustritt auftritt, während neue Tinte nachgefüllt wird
oder dergleichen. Jedoch können
unerwünschte
Luftblasen leicht in den Tank eindringen, was Probleme wie zum Beispiel
Tintenversagen verursachen kann.
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Um
Luftblasen nicht in den Tintentank eindringen zu lassen, wurden
mehrere Techniken vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische
Patentanmeldung (OPI) Nr. Hei. 3-92356 eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung,
in welcher ein Tintenzufuhranschluß, welcher unterhalb eines
Tintentanks angeordnet ist, einen Gummihahn umfasst. Eine Tintenzufuhrnadel
aus Metall durchdringt den Gummihahn in einen Tintenflußpfad hinein,
welcher in Verbindung mit Tintendüsen eines Aufzeichnungskopfes
steht. Die Tintenzu fuhrnadel weist Tintenzufuhrlöcher auf einer Seitenoberfläche der
Nadel auf, um auf einfache Weise durch den Gummihahn einzudringen,
wobei der Durchmesser davon etwa 1 mm beträgt und aus einem Metallrohr
gebildet ist, welches aus einem Anti-Korrosionsmaterial gebildet
ist, wie z.B. Edelstahl, und wobei das Ende des Rohrs extrem scharf
ist. Dementsprechend muß eine
Person die scharfe Nadel sehr vorsichtig handhaben, ansonsten kann
die Person durch die Spitze der Nadel verletzt werden.
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Um
das obige Problem und die Schwierigkeit zu umgehen, schlägt die ungeprüfte japanische
Patentanmeldung (OPI) Nr. Sho. 50-074341 eine Anordnung vor, in
welcher ein Abdichtglied mit einem Durchgangsloch zuvor an einer
Endöffnung
eines Tintenzufuhranschlusses angeordnet ist, wobei das Durchgangsloch
des Abdichtgliedes durch ein Versiegelungsglied abgedichtet wird.
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Gemäß dieser
Anordnung kann eine Tintenzufuhrnadel mit einer Spitze, welche nicht
so scharf ist, verwendet werden.
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Jedoch
verwenden diese herkömmlichen
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen in jedem Fall einen Tintentank,
in welchem eine flüssige
Tinte direkt darin enthalten ist. Dementsprechend weisen die Vorrichtungen
mehrere Probleme, wie z.B. Austreten von Tinte oder einen Wasserkopf,
auf; der Begriff "Wasserkopf" wird im folgenden
erläutert.
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Es
ist vorteilhaft, einen Tintenzufuhrdruck (negativen Druck) von einem
Tintentank zu einem Aufzeichnungskopf innerhalb eines Bereiches
von –30
bis –100
mmAq (d.h. einen Wasserkopf) aufrechtzuerhalten, um so einen stabilen
Tin tenausstoß des
Aufzeichnungskopfes der Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp zu
erzielen. Es ist jedoch schwierig, den Tintenzufuhrdruck unter Verwendung
eines Höhenunterschiedes
zu steuern, bei welchem der Tintentank installiert ist, insbesondere
im Fall einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung vom Schlitten-Typ,
wobei ein Aufzeichnungskopf und eine Tintentankpatrone auf einem
Schlitten befestigt sind. Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung
(OPI) Nr. Hei. 2-187364 schlägt
vor, daß ein
poröses Glied
innerhalb eines Tintentanks (Patrone) angeordnet ist, um dadurch
einen negativen Druck zwischen dem Tintentank und dem Aufzeichnungskopf
zu erzeugen, und zwar aufgrund einer Kapillarwirkung des porösen Gliedes.
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Da
jedoch die japanische Patentanmeldung Hei. 2-187364 auf einen Typ
von Aufzeichnungsvorrichtung gerichtet ist, bei welchem sowohl ein
Tintentank als auch ein Aufzeichnungskopf gemeinsam ausgebildet sind
und beide diese Komponenten durch eine neue Komponente ersetzt werden,
wenn in dem Tintentank enthaltene Tinte zur Neige geht, spricht
es nicht die anderen Probleme oder Schwierigkeiten an, wie z.B.
unerwünschte
Luftströmung
zu dem Aufzeichnungskopf oder Austritt von Tinte, was auftreten
kann, wenn nur der Tintentank wahlweise von dem Kopf entfernt wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist hinsichtlich der vorangehenden Probleme
oder Schwierigkeiten gemacht worden, welche die herkömmliche
Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp begleiten, welche eine
Tintentankstruktur vom Patronentyp verwendet. Dementsprechend ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintentankpatrone
bereitzustellen, und zwar vorzugsweise zum Gebrauch in einer Aufzeich nungsvorrichtung
vom Tintenstrahltyp, welche nicht eine scharfe Nadel erfordert und
in der Lage ist, Luft oder Gas nicht in den Tintenzufuhrpfad des
Aufzeichnungsvorrichtungskörpers
eindringen zu lassen, selbst wenn der Tintentank unter Verwendung
der Tintenzufuhrnadel aufgefüllt
wird und eine hohe Luftdichtigkeit zwischen der Tintenzufuhrnadel
und dem Tintentank aufrechterhält.
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Die
obigen und andere Aufgaben können
durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, welche eine Tintentankpatrone
für eine
Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp bereitstellt, wobei
die Patrone in entfernbarer Weise an einer Durchgangslöcher aufweisenden
Tintenzufuhrnadel der Aufzeichnungsvorrichtung angebracht ist, wobei
die Patrone umfaßt:
- ein Gehäuse;
- ein poröses
Glied, welches in dem Gehäuse
aufgenommen ist, um mit einer Tinte getränkt zu werden;
- einen Tintenzufuhranschluß,
welcher in einer Bodenfläche
des Gehäuses
ausgebildet ist, wobei der Tintenzufuhranschluß eine obere Öffnung aufweist,
welche dem porösen
Glied zugewandt ist, und eine untere Öffnung aufweist, welche vom
Boden des Gehäuses
wegweist; gekennzeichnet durch:
- ein Abdichtmittel, welches in dem Tintenzufuhranschluß bereitgestellt
ist, wobei das Abdichtmittel derart angeordnet ist, daß es in
nachgiebiger Weise an einem äußeren Umfang
der Tintenzufuhrnadel anliegt;
- ein Versiegelungsmittel, welches einen mit der unteren Öffnung des
Tintenzufuhranschlusses verbundenen Dünnfilm zum Versiegeln der Öffnung und
zum Durchstoßenwerden
mit der Tintenzufuhrnadel umfaßt;
und
- ein Mittel, welches eine Öffnung
zum Aufnehmen der Tintenzufuhrnadel aufweist und zwischen dem Abdichtmittel
und dem Versiegelungsmittel angeordnet ist.
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Wenn
die Tintentankpatrone an der Tintenzufuhrnadel angebracht wird,
durchdringt die Spitze der Tintenzufuhrnadel die Versiegelungsmittel
und geht durch das Abdichtmittel hindurch, welches oberhalb des
Versiegelungsmittels angebracht ist, um dadurch mit innerhalb des
porösen
Gliedes getränkter
Tinte in Verbindung zu stehen, wobei das poröse Glied in dem Patronengehäuse angeordnet
ist. Dementsprechend steht die Tintenzufuhrnadel mit innerhalb des
Tanks enthaltener Tinte in Verbindung, wobei der Tank durch das
Abdichtglied an der äußeren Peripherie
der Nadel flüssigkeitsdicht
versiegelt ist, so daß die
Tinte zu dem Aufzeichnungskopf zugeführt wird, während ein konstanter negativer
Druck zwischen dem Aufzeichnungskopf und dem Tank aufrechterhalten
wird, und zwar aufgrund der Oberflächenspannung des porösen Gliedes.
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer
Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp darstellt, an welcher
eine Tintentankpatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet ist;
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie A–A in 1, und zwar
eines ersten Beispiels der Tintentankpatrone nicht gemäß der vorliegenden
Ansprüche,
wobei die Tintentankpatrone an der Aufzeichnungsvorrichtung angewendet
ist;
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3 ist
ein vergrößerter Querschnitt
einer Tintenzufuhrnadel und von in 2 dargestellten
peripheren Teilen;
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung zum Erfassen eines bevorstehenden
Tintenendes;
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5 stellt
ein Beispiel des Beutels dar, in welchem die Tintentankpatrone gemäß der vorliegenden Erfindung
verpackt ist;
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6 stellt
die Änderung
einer Stickstoffmenge gegenüber
der Zeit nach dem Öffnen
des Verpackungsbeutels dar;
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7 stellt
eine Anordnung der Verpackung der Tintentankpatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
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8 stellt
eine Anordnung, welche nicht in den Bereich der Ansprüche fällt, der
Tintentankpatrone mit einem Flansch mit Bezug auf einen Finger dar;
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9-I und 9-II sind
Querschnitte, welche Tintentankpatronen gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen;
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10A-1 bis 5 sind vergrößterte Querschnitte
von Versiegelungsgliedern und Versiegelungsglieder-Stoppgliedern, welche
in 9-I oder 9-II dargestellt
sind;
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10B ist ein Querschnitt entlang der Linie B–B in 10A-1 bis 5;
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11 ist
ein Querschnitt, welcher einen Teil einer Tintentankpatrone gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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12 stellt
eine Ausführungsform
der Tintenzufuhrnadel dar, welche vorzugsweise an der Tintentankpatrone
der vorliegenden Erfindung angewendet wird; und
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13A und 13B sind
Querschnitte der Tintenzufuhrnadel, welche an der Tintenzufuhrpatrone angewendet
wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, von denen
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht ist, welche ein Beispiel einer
Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp darstellt, an welcher
eine Tintentankpatrone ge mäß der vorliegenden
Erfindung angewendet ist. Wie in 1 dargestellt
ist, ist die Aufzeichnungsvorrichtung vom Tintenstrahltyp mit einem Schlitten 1 ausgebildet,
welcher in gleitbarer Weise auf Führungswellen 2 mit
Bezug auf eine Längsachse
einer Walze 3 befestigt ist. An dem Schlitten ist ein Tintenaufzeichnungskopf 4 zum
Ausstoßen
von Tintentröpfchen in Übereinstimmung
mit einem Drucksignal und eine Tintentankpatrone 5 zum
Zuführen
von Tinte zu dem Aufzeichnungskopf installiert. Eine Abdeckvorrichtung 6 ist
außerhalb
eines Druckbereichs angeordnet, wobei die Abdeckvorrichtung mit
einer Vorderfläche
des Aufzeichnungskopfes 4 in Eingriff steht, um zu vermeiden,
daß Düsenöffnungen
austrocknen, wenn das Drucken gestoppt hat. Die Düsenöffnungen
sind durch die Abdeckvorrichtung 6 versiegelt und gezwungen,
Tinte durch einen von einer Vakuumpumpe 7 erzeugten negativen Druck
auszustoßen,
sofort nachdem die Tintentankpatrone 5 durch eine neue
ersetzt ist, wobei sonst eine Tintenausstoßfähigkeit während kontinuierlichen Druckens
erniedrigt ist. Die ausgestoßene
Tinte wird zu einem Tintenspeichertank 9 durch ein Rohr 8 eingeführt und
darin gespeichert.
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Die
Vorrichtung umfaßt
weiterhin ein Übertragungskabel 10 zum Übertragen
von Drucksignalen zu dem Aufzeichnungskopf 4.
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2 ist
ein Querschnitt eines ersten Beispiels der Tintentankpatrone nicht
gemäß der vorliegenden Ansprüche, wobei
die Tintentankpatrone an der Aufzeichnungsvorrichtung angewendet
wird. Die Tintentankpatrone ist mit einen Gehäuse 11 ausgebildet,
welches einen Tintentankpatronenkörper bildet, welcher eine Öffnung 12 an
der Oberseite und einen Tintenzufuhranschluß 15 aufweist, welcher
einstückig
in einer Bodenfläche 13 gebildet
ist, und mit welchem eine hohle Tintenzufuhrnadel 14 in
elastischer Weise in Eingriff steht. Das Gehäuse 11 verjüngt sich
in einer solchen Weise, daß die
Bodenfläche 13 im
Durchmesser kleiner ist als die obere Fläche. Jedoch muß das Gehäuse sich
nicht verjüngen,
sondern es kann eine zylindrische Gestalt mit einer geraden Wand
verwendet werden.
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Der
Tintenzufuhranschluß 15 ist
rohrförmig
geformt und steht von einer Bodenfläche des Gehäuses 11 sowohl nach
einwärts
als auch auswärts
hervor. Ein Maschenfilter 17 mit einer Porengröße von 20
bis 100 μm
ist auf einer oberen Öffnung 16 des
Tintenzufuhranschlusses 15 schmelzverbunden angeordnet,
welcher in das Innere des Gehäuses 11 hineinragt.
Der Filter kann aus einem Hochpolymermaterial oder einem Antikorrosionsmetall,
wie z.B. Edelstahl, gebildet sein. Ein Stufenabschnitt 18 ist
an einem inneren zentralen Abschnitt des Tintenzufuhranschlusses 15 gebildet.
Ein Abdichtmittel 19 zum nachgiebigen Berühren der
Tintenzufuhrnadel 14 im Inneren des Zufuhranschlusses 15 ist
innerhalb des Tintenzufuhranschlusses 15 an einer unteren
Seite des Stufenabschnitts 18 angeordnet, um eine Flüssigkeitsabdichtung
bereitzustellen.
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In
dieser Ausführungsform
ist das Abdichtglied 19 aus einem Gummiring gebildet, einem
sogenannten O-Ring. Ein Versiegelungsfilm 20 ist auf einer
unteren Öffnung
des Tintenzufuhranschlusses 15 schmelzverbunden angeordnet.
Der Film 20 kann vorzugsweise aus einem Versiegelungsmaterial,
wie z.B. einem Hochpolymerfilm, oder einem Hochpolymerfilm mit auf
den Film laminierter Metallschicht gebildet sein, so daß der Film 20 eine
hohe Versiegelungsfähigkeit
aufweist, wobei er nicht durch eine äußere Kraft, wie z.B. den Kontakt
durch einen Finger, zerrissen werden kann.
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Ein
poröses
Glied 21 weist eine Breite auf, welche ein bißchen größer ist
als die der Öffnung 12 des Gehäuses 11,
und eine Höhe,
welche ein bißchen
höher ist
als die des Gehäuses,
so daß das
poröse
Glied 21 innerhalb des Gehäuses zusammengepresst ist.
Weiterhin ist der untere Endabschnitt des porösen Gliedes 21, welcher
dem Filter 17 des Tintenzufuhranschlusses 15 zugewandt
ist, durch den Tintenzufuhranschluß 15 zusammengepresst,
wobei der Tintenzufuhranschluß innerhalb
des Gehäuses
hervorsteht. Ein Deckel 22 deckt die Öffnung 12 des Gehäuses 11 ab
und umfaßt
eine Vielzahl von Rippen 25, welche sich zum Inneren des
Gehäuses 11 hin
erstrecken, um das poröse
Glied 21 zusammenzupressen, und halten entsprechende Abstände 24 innerhalb
der Tintentankpatrone zwischen dem Deckel 22 und dem porösen Glied 21.
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Eine
Elektrode 26 ist in dem Tintenzufuhranschluß 15 angeordnet,
während
eine weitere Elektrode 27 in dem Bodenabschnitt des Gehäuses 11 angeordnet
ist, um den Zustand eines nahen Tintenendes zu erfassen, wenn die
Tinte in dem Tank fast leer ist und sich Tinte nur in dem Tintenzufuhranschluß 15 befindet.
Wie in 4 dargestellt ist, wird eine Wechselspannung Vcc
an die Elektroden 26, 27 über einen Widerstand R angelegt,
wobei die Änderung
in der Spannung zwischen den Elektroden über eine differentielle Schaltung 30 erfaßt wird.
Ein Komparator 31 vergleicht ein Ausgangssignal der differentiellen
Schaltung 30, was ein Spannungsänderungsverhältnis darstellt,
mit einem voreingestellten Wert, welcher von einer Voreinstellungswert- Bereitstellungs-Schaltung 32 erzeugt
ist. Falls das Spannungsänderungsverhältnis größer ist
als der voreingestellte Wert, das heißt die in dem porösen Glied 21 getränkte Tinte
sich dem Ende hinzu neigt, wird ein Fast-Tintenende-Signal ausgegeben,
und der Zustand des Fast-Tintenendes ist daher erfaßt.
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Wie
in 3 dargestellt ist, weist die hohle Tintenzufuhrnadel 14,
welche mit der Tintentankpatrone kooperiert, ein konisches Ende
auf, und eine Vielzahl von Durchgangslöchern 36 sind in einer
Endspitzenfläche 34 der
Tintenzufuhrnadel 14 gebildet, damit die innerhalb des
Tintenzufuhranschlusses 15 enthaltene Tinte mit einem Tintenzufuhrpfad 35,
welcher innerhalb der Nadel 14 gebildet ist, in Verbindung
steht.
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Die
Tinte wird in die Poren des porösen
Gliedes 21, welches innerhalb des Gehäuses 11 der Tintentankpatrone
angeordnet ist, unter geringem Druck von etwa 0,2 bis 0,4 Atmosphärendruck
gefüllt.
Das Füllen von
Tinte bei niedrigem Druck ist als ein Mittel zum Aufrechterhalten
einer guten Druckqualität
sehr nützlich, wie
in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. Sho. 60-245560 gelehrt wird.
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Nach
dem Füllen
von Tinte in das poröse
Glied 21 wird die Tintentankpatrone zur Auslieferung in
einen Beutel verpackt, welcher aus einem hoch abdichtenden Material,
wie z.B. einem Laminatfilm mit Aluminiumschichten, gebildet ist.
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5 zeigt
ein Beispiel des Beutels, in welchem die Tintentankpatrone gemäß der vorliegenden
Erfindung verpackt ist. Die Tintentankpatrone ist umhüllt von
einem Paar von Laminatfilmen 37, welche aus Aluminium gebildet
sind, welche eine sehr hohe Abdichtbarkeit bereitstellen, wobei
Luft in dem Beutel zusammengedrückt
ist, und ist dann an Flanschabschnitten 38 der Filme 37 schmelzverbunden.
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Das
japanische Patent Nr. Hei. 3-61592 lehrt, zum Beispiel 20 Torr als
negativen Druck zu verwenden, welcher während des Verpackens der Tintentankpatrone
angewendet wird, wobei der Druck viel höher ist als der Druck, unter
welchem die Tinte in den Tank gefüllt wird.
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Dies
kann jedoch ein Problem verursachen, da die Tintentankpatrone Atmosphärendruck
ausgesetzt ist, da der Ort zum Tintenbefüllungsprozess und der des Verpackungsvorgangs
gewöhnlicherweise
einen Abstand voneinander aufweisen. Daher wird Luft, welche in
die Tinte eindringt, frei, und erzeugt Luftblasen, wenn der größere negative
Druck während
des Verpackungsvorgangs angewendet wird. Als ein Ergebnis kann unerwünschtes
Austreten von Tinte auftreten und weiterhin können die in dem porösen Glied
erzeugten Luftblasen den Tintenstrom, welcher von der Tintentankpatrone
zu dem Aufzeichnungskopf strömt,
behindern, was ein Tintenversagen während des Druckens verursachen
würde.
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Unter
diesen Umständen
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß es sehr vorteilhaft
ist, daß die
Tintentankpatrone unter einem negativen Druck verpackt wird, welcher
nur ein wenig höher
(näher
an Atmosphärendruck)
als der Druck ist, unter welchem die Tinte in den Tank gefüllt wird.
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Wenn
Tinte mit Farbstoffen benutzt wird, was freies Gas erzeugen würde (aufgrund
des Auflösens), falls
niedriger Druck in dem verpackten Beutel aufrechterhalten ist, wird
die Gasmenge, welche in der Tinte gelöst ist, herabgesetzt. Dementsprechend
kann eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund dieses freien Gases
wirksam vermieden werden. Weiterhin, selbst wenn eine Tinte verwendet
wird, welche nicht der Entgasung ausgesetzt ist, hilft die Anwesenheit
eines Raumes mit niedrigem Druck innerhalb des Beutels, daß die Tinte
entgast wird, während
sie gelagert ist, und überdies
wird vermieden, daß die
Tinte aus dem Beutel nach außen
austritt.
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Als
nächstes
wird der Wert des niedrigen Druckes während des Verpackungsvorgangs
und die Entgasungsrate der Tinte bei dem Zustand von niedrigem Druck
nach einer Lagerungsperiode mit Bezug auf eine Stickstoffmenge als
ein Hauptanteil von Luft als ein Parameter beschrieben.
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Experimenten
zufolge kann die Entgasungsrate der innerhalb der Tintentankpatrone
enthaltenen Tinte durch Verändern
des Druckes während
des Verpackungsvorgangs gesteuert werden. Tabelle 1 zeigt den Verpackungsdruck
(negativen Meßdruck),
wenn die Stickstoffdichte während
des Verpackungsvorgangs auf einen Sättigungswert von 13 bis 14
ppm eingestellt ist und die Stickstoffdichte, welche in der in der
Tintenpatrone enthaltenen Tinte gelöst ist, wenn der Verpackungsbeutel
geöffnet
wird.
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Die
Beschreibung wird nun die Änderung
der Entgasung der in der Tintentankpatrone enthaltenen Tinte nach Öffnen des
Beutels mit Bezug auf eine in der Tinte enthaltenen Stickstoffmenge
als ein Parameter beschreiben. 6 zeigt
eine Änderung
einer Stickstoffmenge nach Öffnen
des Verpackungsbeutels. Da die Tintentankpatrone einen Raum aufweist,
welcher durch die Rippen entsteht, welche sich von dem Deckel erstrecken,
existiert eine konstante Luftmenge entsprechend des Drucks innerhalb
des Beutels sofort nach dem Verpackungsvorgang. Dementsprechend
steigt innerhalb einer kurzen Zeitdauer (Punkt a) die Stickstoffdichte
innerhalb der Tinte schnell an, wie in 6 dargestellt
ist, wobei danach die Dichte aufgrund der hohen Abdichtbarkeit des
Beutels konstant ist. Die konstante Zeitdauer hält für etwa 2 Jahre von der Herstellung
an. Nach Öffnen
des Beutels (Punkt b) steigt die in der Tinte enthaltene Stickstoffmenge
an und erreicht einen Sättigungspunkt
(Punkt c) etwa eine Woche nach Öffnen.
Selbst in der Sättigung
verschlechtert sich die Druckqualität nicht innerhalb einer bis
vier Wochen (b bis d) nach Öffnen,
in welcher Zeit eine Patrone normalerweise zum Drucken verbraucht
wird.
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Es
wird mehr bevorzugt, daß der
in dem verpackten Beutel enthaltene Raum im wesentlichen 15 % des
Gesamtinnenvolumens des Beutels nach Verpacken beträgt.
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Der
Effekt der Entgasung der Tinte wird nun beschrieben. Wenn die Tintentankpatrone
entfernt ist von und angebracht ist an der Tintenzufuhrnadel, ist
eine Menge an Luft, welche von der hohlen Nadel eindringt, normalerweise
extrem klein. Entsprechend den Experimenten, wenn der Durchmesser
der hohlen Nadel etwa 0,8 mm beträgt, war die Menge an Luft,
welche eindringt, unterhalb höchstens
0,4 mm3, was etwa einem Tintenmeniskus entspricht.
Sobald die Tinte in den Tintenzufuhranschluß eindringt, strömt sie hin
zu dem Aufzeichnungskopf und wird von einem Filter (nicht dargestellt)
gesammelt, welcher in einer Filterkammer angeordnet ist. Die von
dem Filter angesammelte Luft würde
nicht einfach durch den Filter hindurchtreten, da die Porengröße des Filters
sehr klein ist. Entsprechend den Experimenten trat die Luft nicht
durch den Filter, während
die Aufzeichnungsvorrichtung betrieben wurde, und zwar bei Verwendung
eines Filters mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Dicke (Höhe der Filterkammer)
von 0, 3 bis 0, 5 mm nach Entfernen und Anbringen der Tintentankpatrone
an der Nadel ein oder mehrere Male.
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Dementsprechend
wird während
der Zeitdauer vom Punkt b bis c in 6 die entgaste
Tinte offensichtlich zu dem Aufzeichnungskopf zugeführt, wobei,
selbst wenn die Tintentankpatrone entfernt wird und an der Tintenzufuhrnadel
angebracht wird, und Luft in den Tintenzufuhranschluß von der
Nadel eintritt, die Luft mit Tinte durchsetzt ist und dementsprechend
die Aufzeichnungsvorrichtung nicht jegliches Problem aufweist.
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Wenn
andererseits die Tintentankpatrone von der Vorrichtung entfernt
wird und für
eine Weile liegengelassen wird, dringt Luft von der Tintenzufuhrnadel
ein. Wie bekannt ist, zerstört
Luft das Siphon-Phänomen und
verursacht unerwünschtes
Tintenversagen. Um ein solches Problem zu vermeiden, ist die Aufzeichnungsvorrichtung
vom Tintenstrahltyp ausgestattet mit einer Vakuumpumpe zum forcierten
Ausstoßen
von Tinte aus den Tintendüsen
durch Ausüben
eines negativen Druckes auf einen Aufzeichnungskopf. Während dieses
Betriebs haben wir herausgefunden, daß eine Wiederherstellung vom
Tintenversagen abhängig
ist von einer Entgasungsrate der Tinte, und zwar nach folgenden
Experimenten. Wenn Tinte eine Woche bis vier Wochen nach Öffnen des
Beutels benutzt wird, tritt kein Problem auf, wenn die in der Filterkammer
enthaltene Luft durch den Betrieb der Vakuumpumpe ausgestoßen wird.
Andererseits können
jedoch nach dieser Zeitdauer, falls die Luftmenge, welche in der
Tinte enthalten ist, vollständig
gesättigt
ist oder selbst aufgrund einer Änderung
in der Temperatur exzessiv gesättigt
ist, feine Luftblasen durch eine Wirkung des negativen Druckes während des Betriebs
zum Vermeiden des Tintenversagens erzeugt werden, was das Problem
des Behinderns des Tintenflusses verursacht.
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7 zeigt
eine Anordnung des Verpackens der Tintentankpatrone, wobei eine
Patrone von einem Absorptionsglied umgeben ist, wie z.B. einem Schwamm 40,
und in einem Verpackungsbeutel 41 angeordnet ist, und dann
einem Dekompressions-Vorgang ausgesetzt wird. Gemäß dieser
Anordnung kann, da der Schwamm 40 einen Raum innerhalb
des Verpackungsbeutels bildet, der geringe Druck während des
Verpackungsvorgangs für
eine lange Zeit fortgesetzt werden, selbst wenn so viel Tinte in
das poröse
Glied 21 wie möglich
eingefüllt
wird, z.B. etwa 95 % Volumen des in der Tintentankpatrone angeordneten
porösen
Gliedes. Daher kann die Druckqualität und Effizienz des Tinten-Befüllens verbessert
werden.
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Wenn
die wie oben beschrieben verpackte Tintentankpatrone tatsächlich benutzt
werden soll, wird der Verpackungsbeutel geöffnet und die Tintenpatrone
aus dem Beutel herausgenommen. Die Tankpatrone wird auf einem Schlitten
der Aufzeichnungsvorrichtung in solch einer Weise befestigt, daß die Endöffnung des
Tintenzufuhranschlusses 15 gerade oberhalb der Tintenzufuhrnadel 14 positioniert
ist und dann hin zu und parallel zu der Richtung der Nadel 14 gedrückt wird.
Die Tintenzufuhrnadel 14 durchdringt das Versiegelungsglied (Film) 20 und
erreicht das Abdichtglied (O-Ring) 19. In diesem Zustand
ist die Spitze der Tintenzufuhrnadel 14 in einer flüssigkeitsdichten
Abdichtung hinsichtlich des Tintenzufuhranschlusses 15 durch
das Abdichtglied (O-Ring) 19 gehalten, während es
mit in dem Tintenzufuhranschluß 15 enthaltener
Tinte in Verbindung steht.
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Wenn
die Tintenzufuhrnadel 14 das Versiegelungsglied 20 durchdringt,
deformiert sich das Versiegelungsglied 20, um die Form
der Endkontur der Nadel 14 anzunehmen; und zwar überwiegend
aufgrund der Nachgiebigkeit des Versiegelungsgliedes 20.
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Da
die Durchgangslöcher 36,
welche an der Spitze der Tintenzufuhrnadel 14 ausgebildet
sind, einen Durchmesser von weniger als 0,1 bis 0,4 mm aufweisen,
halten die Durchgangslöcher 36 einen
Meniskus, wenn die Patrone ausgewechselt wird. Dementsprechend wird
vermieden, daß Luft
von der Tintenzufuhrnadel 14 zu dem Aufzeichnungskopf eindringt.
Da weiterhin eine Mehrzahl an Durchgangslöchern besteht, ist der Fluidwiderstand,
welcher auf die dahindurch strömende
Tinte ausgeübt
wird, sehr klein und daher kann eine ausreichende Tintenmenge zum
Drucken zu dem Aufzeichnungskopf 4 zugeführt werden.
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Da
weiterhin das poröse
Glied 21 in nachgiebiger Weise deformiert und durch den
Tintenzufuhranschluß 15 zusammengedrückt ist,
welcher in das Innere des Tankgehäuses hervorsteht, ist die Porengröße des porösen Gliedes
in einem Bereich in der Nähe
des Tintenzufuhranschlusses kleiner als die des anderen Bereiches,
so daß die
Kapillarkraft groß ist
relativ zu dem anderen Bereich. Aufgrund dieser Struktur wird die
Tinte an dem zusammengedrückten
Abschnitt des porösen
Gliedes konzentriert, wobei weiterhin die Tinte zu dem Aufzeichnungskopf
bis zum letzten Tröpfchen
zugeführt
werden kann.
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In
Obigen ist das Versiegelungsglied 20, welches an dem Tintenzufuhranschluß 15 angeordnet
ist, freigesetzt. Es wird jedoch mehr bevorzugt, einen Flansch 45 zu
bilden, welcher das Versiegelungsglied 20 umgibt, um unbeabsichtigtes
Berühren
mit einem Finger F an dem Versiegelungsglied 20, wie in 8 dargestellt ist,
zu vermeiden. Diese Anordnung des Flansches 45 ist dahingehend
vorteilhaft, daß nicht
nur das Versiegelungsglied vor dem Zerreissen geschützt ist,
sondern der Flansch auch als ein Führungsglied zum leichten Positionieren
der Tintenzufuhrnadel 14 zum korrekten Punkt benutzt werden
kann.
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9-I und 9-II sind
Querschnitte, welche eine Tintentankpatrone gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellen. Die Tintentankpatrone dieser
Ausfüh rungsform
ist mit einem Gehäuse 50 ausgestattet,
welches einen Tintentankpatronen-Körper mit einer Öffnung 51 am
oberen Ende davon und einen rohrförmigen Tintenzufuhranschluß 53 bildet,
welcher sich von einer Bodenfläche 52 des
Gehäuses 50 erstreckt,
wobei der Anschluß mit
der Tintenzufuhrnadel 14, welche auf der Aufzeichnungsvorrichtungs-Seite angeordnet
ist, in Eingriff steht. Das Gehäuse 50 verjüngt sich,
so daß ein
Durchmesser der Bodenfläche
kleiner ist als der der oberen Fläche. Der Tintenzufuhranschluß 53 ist
mit einer Öffnung 54 ausgebildet,
auf welchem ein Filter 55, welcher aus einem Hochpolymer-
oder Anti-Korrosionsmetall
gebildet ist, schmelzverbunden angeordnet ist. Ein Stufenabschnitt 56 ist
an einem inneren Zentrum des Tintenzufuhranschlusses 53 gebildet.
Ein Abdichtglied (ein O-Ring in dieser Ausführungsform) 57 ist
an einer unteren Seite des Stufenabschnitts 56 angebracht,
um eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung durch nachgiebiges Anstossen des Anschlusses 53 gegen
die Tintenzufuhrnadel 14 aufrechtzuerhalten. Weiterhin
ist auch ein Versiegelungsglied (Film)-Stoppglied (ein O-Ring in
dieser Ausführungsform) 58 an
einer unteren Seite des Abdichtgliedes 57 angeordnet. Eine Öffnung 59 ist
durch ein Versiegelungsglied 60 mit einer hohen luftdichten
Abdichtung versiegelt, z.B. aus einem laminierten Film, durch welchen
die Tintenzufuhrnadel leicht durchstoßen kann. Die Öffnung 51 des
Gehäuses 50 ist
durch einen Deckel 62 mit einem Verbindungsloch 62 für Verbindung
mit der Atmosphäre
versiegelt. Eine Innenfläche
des Deckels 62 ist mit einer Mehrzahl von Rippen 68 zum
Begrenzen von Räumen 63 zwischen
einem porösen
Glied 64 und dem Deckel 62 ausgebildet. Die Tintentankpatrone
ist weiterhin mit Elektroden 65a, 65b zum Erfassen
eines Tinten-Fast-Ende-Zustandes
ausgebildet.
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In 9-I weist das in dem Tank-Gehäuse 50 angeordnete
poröse
Glied zwei separate Schichten bestehend aus einem oberen porösen Glied 64a und
unteren porösen
Gliedern 64b auf. Das obere poröse Glied 64a weist
eine größere Porengröße auf als
das untere poröse
Glied 64b, so daß die
Kapillarkraft an der unteren Seite in der Nähe des Tintenzufuhranschlusses 53 größer ist.
Die Elemente der Struktur der Patrone dieser Anordnung außer dem
porösen
Glied sind die gleichen wie die in 9-I dargestellten
Elemente.
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Obwohl
diese Anordnung die Zwei-Schicht-Struktur des porösen Gliedes
aufweist, kann das poröse Glied
in mehr als zwei Schichten unterteilt werden, falls es notwendig
ist, und es kann auch die untere Schicht eine kleinere Porengröße als die
obere Schicht aufweisen.
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Mit
der oben beschriebenen Tintentankpatrone wird entgaste Tinte in
das in dem Tankgehäuse
angeordnete poröse
Glied unter niedrigem Druck eingefüllt, und in einen Verpackungsbeutel
zum Lagern verpackt, während
ein negativer Druck ein wenig höher
(mehr hin zu Atmosphärendruck)
als der während
des Tinten-Befüllungsvorgangs
aufrechterhalten wird. Wenn die Tintentankpatrone durch eine neue
ausgetauscht wird, wird der Verpackungsbeutel geöffnet, um eine neue Tintentankpatrone
aus dem Beutel herauszunehmen, und die Tankpatrone wird auf dem
Schlitten der Aufzeichnungsvorrichtung in einer solchen Weise befestigt,
daß die Endöffnung des
Tintenzufuhranschlusses 53 gerade oberhalb der Tintenzufuhrnadel 14 positioniert
ist und dann hin zu und parallel zu der Richtung der Nadel 14 zusammengedrückt wird.
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Bei
diesem Betrieb durchdringt die Tintenzufuhrnadel 14 das
Versiegelungsglied (Film) 60 und erreicht das Abdichtglied
(O-Ring) 57 durch das Versiegelungsglied-Stoppglied 58.
Dies ermöglicht,
daß die
Tintenzufuhrnadel 14 in einem flüssigkeitsdichten Zustand mit
Bezug auf den Tintenzufuhranschluß 53 durch das Abdichtglied
(O-Ring) 57 gehalten wird, während es mit innerhalb des
Tintenzufuhranschlusses 53 enthaltener Tinte in Verbindung
steht.
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Wenn
die Tintenzufuhrnadel 14 das Versiegelungsglied 60 durchdringt,
kann das Versiegelungsglied 60 teilweise in den Tintenzufuhranschluß 53 mit
der Tintenzufuhrnadel 14 hineinreichen. Jedoch werden abgebrochene
Stücke 60a des
Versiegelungsgliedes 60 daran gehindert, weiter mit der
Nadel fortzuschreiten, und zwar durch das Versiegelungsglied-Stoppglied 58,
wie in 10b dargestellt ist, so daß die abgebrochenen
Stücke 60a nicht
das Abdichtglied 57 erreichen. Dementsprechend kann, selbst
wenn Lücken 66 zwischen der
Nadel 14 und dem Abdichtglied-Stoppglied 58 gebildet
sind, die flüssigkeitsdichte
Dichtung aufgrund des Abdichtgliedes 57 aufrechterhalten
werden, und daher wird vermieden, daß Tinte austritt.
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Verschiedene
Modifikationen des Versiegelungsglied-Stoppgliedes 58 und des Abdichtgliedes 57 werden
nun beschrieben. Jedoch bleiben die verbleibenden Elemente der Struktur
die gleichen.
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In 10A-2 ist das Versiegelungsglied-Stoppglied 58-2 nicht
ein O-Ring, sondern ein elastisches Versiegelungsglied, während das
Abdichtglied 57 ein O-Ring ist.
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In 10A-3 sind sowohl das Versiegelungs-Stoppglied 58 und
das Abdichtglied 57 nicht jeweils ein O-Ring, sondern jeweils
ein elastisches Versieglungsglied.
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In 10A-4 sind das Versiegelungsglied-Stoppglied 58 und
das Abdichtglied 57 einstückig und mit einer Ausnehmung
zwischen den Gliedern ausgebildet.
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In 10A-5 ist das Abdichtglied 57 nicht ein
O-Ring, sondern ein elastisches Versiegelungsglied, während das
Versiegelungsglied-Stoppglied 58 ein O-Ring ist.
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11 ist
ein Querschnitt, welcher einen Teil einer Tintentankpatrone gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 11 dargestellt
ist, ist ein rohrförmiger
Tintenzufuhranschluß 71 an
der Bodenfläche 70 des
Gehäuses
zum Anordnen eines porösen
Gliedes zum Befüllen
mit Tinte gebildet. Ein Filter 72 ist an einer oberen Öffnung des
Tintenzufuhranschlusses 71 befestigt, welcher in nachgiebiger
Weise anstößt, um das
poröse
Glied zum Tränken
mit Tinte zusammenzudrücken.
Ein Abdichtglied 73 und ein Versiegelungsglied-Stoppglied 74 sind
in einem zentralen inneren Abschnitt des Tintenzufuhranschlusses 71 mittels
Presspassung befestigt und durch ein Lager 75 gesichert.
Eine untere Öffnung 76 ist durch
ein Versiegelungsglied (Film) 77 versiegelt.
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Die
Tintentankpatrone dieser Ausführungsform
ist weiterhin mit einem in dem Tintenzufuhranschluß 71 angeordneten
porösen
Glied zwischen einer Elektrode 80, welche innerhalb einer
Tintenkammer 79 angeordnet ist, und zwar zum Erfassen eines
bevorstehenden Tinten-Ende-Zustandes, und dem Ab dichtglied 73 ausgebildet.
Ein oberer Abschnitt des porösen
Gliedes 78 steht mit einem Stufenabschnitt 81 in
Eingriff, welcher innerhalb des wie in 11 dargestellten
Tintenzufuhranschlusses 71 gebildet ist, um zu vermeiden,
daß das
poröse
Glied 78 sich bewegt, selbst wenn die Tintenzufuhrnadel
dahin durchdringt. Das Bezugszeichen 95 bezeichnet eine
weitere Elektrode zum Erfassen des bevorstehenden Tinten-Ende-Zustandes.
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12 stellt
eine Ausführungsform
der Tintenzufuhrnadel 90 dar, welche vorzugsweise an der
Tintentankpatrone der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die
Tintenzufuhrnadel 90 ist mit einer Spitze 91 mit einer
konischen Gestalt ausgebildet und einer geneigten Oberfläche zum
leichten Durchdringen des Versiegelungsgliedes 77, Stoppgliedes 74 und
Abdichtgliedes 73. Ein Nadelkörper 92 weist im allgemeinen
parallele Öffnungen 94 auf,
welche mit einem Tintenzufuhrpfad 93 in Verbindung stehen.
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In
dieser Ausführungsform
durchdringt, wenn das Versiegelungsglied 77 an der Tintenzufuhrnadel 90 positioniert
und angebracht ist, die Tintenzufuhrnadel 90 das Versiegelungsglied 77 und
tritt durch das Versiegelungsglied-Stoppglied 74 und das
Abdichtglied 73 hindurch. Da die Tintenzufuhrnadel 90 kein
Loch an der Spitze 91 aufweist, wird die Volumenänderung
in der Tintenkammer 79, welche durch einen Kolbeneffekt
während
des Befestigungsbetriebs der Tintentankpatrone verursacht wird,
durch die Spitze 91 und das Abdichtglied 73 ausgeglichen.
Wohingehen die Änderung
nicht auf das Durchgangsloch 94, wie in 13A dargestellt ist, ausgeübt wird, sondern an der oberen
Seite durch das poröse
Glied 78 des Tintenzufuhranschlusses 79. Daher
wird, wenn die Öffnungen 94 durch
das Abdichtglied 73 hindurchtreten, Druck erzeugt, wenn
die Patrone befestigt wird, und daher strömt Tinte in den Tintenzufuhrpfad 93 durch
die Öffnungen 94.
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Wie
oben beschrieben kann, während
des Befestigungsbetriebs der Tintentankpatrone, die unerwünschte Volumenänderung
aufgrund des Kolbeneffekts, welcher auf den Aufzeichnungskopf ausgeübt wird, vermieden
werden, da der Tintenzufuhrpfad 93 nicht in Verbindung
mit dem Tintenzufuhranschluß 71 steht,
so daß Austritt
von Tinte von der Düsenöffnung des
Aufzeichnungskopfes wirksam vermieden wird. Da es weiterhin nicht
notwendig ist, Durchgangslöcher
zu bilden, weist die Tintenzufuhrnadel ausreichende mechanische Stärke auf
und dementsprechend kann die Nadel aus einem anderen Material als
Metall wie z.B. einem Hochpolymermaterial gebildet werden. Eine
aus Hochpolymermaterial gebildete Tintenzufuhrnadel ist dahingehend vorteilhaft,
daß der
Herstellungsprozeß vereinfacht
werden kann und weiterhin durch das Metall hervorgerufene Gefahren
vermieden werden können.
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Weiterhin
kann ein innerer Durchmesser des Durchgangsloches 94 frei
ausgewählt
werden, wobei trotzdem der Meniskus aufrechterhalten wird, selbst
wenn ein Außendurchmesser
der Tintenzufuhrnadel groß dimensioniert
ist, um dadurch einen geeigneten Strömungswiderstand zu steuern.
Daher kann die Tintenzufuhrnadel eine ausreichende mechanische Stärke zum
Durchdringen in die Tintentankpatrone aufrechterhalten, falls die
Nadel aus einem Hochpolymermaterial gebildet ist.
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Vorzugsweise
ist die in 13B dargestellte Tintenzufuhrnadel
derart konstruiert, daß z.B.
ein Außendurchmesser
R der Nadel innerhalb eines Bereiches von 2 bis 4 mm liegt und eine
Länge L
des Tintenzufuhranschlusses der Tintentankpatronenseite, wenn die
Tintentankpatrone an der Nadel und dem Abdichtglied angebracht ist,
auf unterhalb 2,5 mm gesetzt ist. Diese Anordnung wird mehr bevorzugt,
da die Volumenänderung,
wenn die Tintentankpatrone an der Tintenzufuhrnadel angebracht ist,
klein ist und der unerwünschte
Kolbeneffekt minimiert werden kann.
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Andererseits,
falls die Tintentankpatrone ersetzt werden muß, wenn der Tank noch voll
ist, wie z.B. zur Wartung, wird um die Spitze der Tintenzufuhrnadel
herum existierende Tinte in das poröse Glied 78 aufgesogen,
welches in der Nähe
der Nadel angeordnet ist, und zwar aufgrund der Kapillarwirkung
des porösen
Gliedes, welches innerhalb der Tankpatrone zum Tränken mit
Tinte gefüllt
ist. Bei dieser Operation verbleibt die Tinte in der Tintenkammer 79,
da das poröse
Glied 78 eine Kapillarwirkung aufweist, welche im wesentlichen die
gleiche ist wie die des in der Tankpatrone gefüllten porösen Gliedes. Dementsprechend
wird verhindert, daß Luft
in den Tankpatronenkörper
eindringt. Falls weiterhin die Tintentankpatrone entfernt wird,
geben die Elektroden kein Signal aus, welches den bevorstehenden
Tinten-Ende-Zustand
repräsentieren.
Als ein Ergebnis ist sie bereit, das Drucken nur durch Befestigen
der einst entfernten Tintentankpatrone wieder auf der Tintenzufuhrnadel
erneut zu starten.
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Die
zweite Ausführungsform
beschreibt die Nadel mit parallelen Durchgangslöchern.
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Jedoch
kann die Nadel mit Durchgangslöchern
in der Endfläche,
wie in 3 dargestellt ist, verwendet werden, falls der
Kolbeneffekt während
des Anbringens der Patrone gering ist.
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Weiterhin
benutzt die Tintentankpatrone der zweiten Ausführungsform Stoppglieder zum
Vermeiden, daß das
Abdichtglied und das Versiegelungsglied-Stoppglied abfallen. Diese
Stoppglieder können
jedoch ausgelassen werden, falls die mechanische Stärke des
Versiegelungsgliedes relativ hoch ist.
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Wie
oben gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben worden ist, ist das Tintentankpatronengehäuse entfernbar
mit Bezug auf die Tintenzufuhrnadel und mit dem Tintenzufuhranschluß ausgebildet,
welcher von der Bodenfläche
des Gehäuses
sowohl nach innen als auch nach außen hervorsteht. Das poröse Glied zum
Imprägnieren
mit Tinte ist in nachgiebiger Weise in dem Gehäuse durch den Filter angeordnet,
welcher an dem Ende des Tintenzufuhranschlusses befestigt ist. Das
Abdichtglied ist an der Endöffnung
des Tintenzufuhranschlusses zum nachgiebigen Anstoßen gegen
die Peripherie der Tintenzufuhrnadel und das Versiegelungsglied
zum Versiegeln der Endöffnung
des Tintenzufuhranschlusses angeordnet, durch welchen die Tintenzufuhrnadel
durchdringt. Dementsprechend ist die Tintentankpatrone der Erfindung
in der Hinsicht vorteilhaft, daß die
Tintenzufuhrnadel keine scharfe Spitze erfordert, es wird vermieden,
daß Luft
in den Tintenzufuhrpfad in die Aufzeichnungsvorrichtung eindringt,
und eine luftdichte Abdichtung zwischen der Tintenzufuhrnadel und
dem Tintentank kann aufrechterhalten werden.
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Ausführungen
der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben, wobei ein Fachmann
zu schätzen
wissen wird, daß Änderungen
gemacht werden können,
ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert,
zu verlassen.
