DE69333975T2

DE69333975T2 - Tintenstrahlpatrone, Tintenstrahlkopf und Drucker

Info

Publication number: DE69333975T2
Application number: DE69333975T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Ohta-ku Higuma; Masami Ohta-ku Ikeda; Naohito Ohta-ku Asai; Tsutomu Ohta-ku Abe; Toshio Ohta-ku Kashino; Seiichiro Ohta-ku Karita
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: US6332673B1; SG83725A1; CN1211506A; US20030020791A1; CN1102108C; DE69333791T2; HK1008395A1; US20020021341A1; EP0580433A1; EP0839663A3; EP0838340A2; DE69332387T2; KR0145750B1; PT839663E; PT838340E; DE69331447T2; DE69332387D1; EP0838340A3; HK1008396A1; EP0839662A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahlpatrone, eine Kombination aus einer Tintenstrahlpatrone und einem Tintenstrahlkopf, und einen Drucker, die die Patrone benutzen, die auch in einem Kopiergerät, einem Faksimilegerät oder irgendeinem anderen Aufzeichnungsgerät, Kommunikationsgerät, Bürogerät, kombiniertem Gerät oder Druckgerät verwendet werden kann.
Bisher ist eine Tintenpatrone für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einem Tintenstrahlkopf einstückig gefertigt worden, und wenn die Tinte in der Patrone aufgebraucht ist, werden das einstückig ausgebildete Ende und der Behälter entsorgt. Die Menge der in der Patrone verbleibenden Tinte wird durch das Tintenhaltevermögen eines Schwamms (Vakuum erzeugendes Material) bestimmt, welcher den gesamten Raum in der Patrone ausfüllt, und ziemlich groß ist. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 87242/1988 (JP-A-63 087 242) offenbart solch einen Tintenbehälter. Der Tintenbehälter enthält ein aufgeschäumtes Material, und er ist einstückig mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der eine Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen hat. Um die Tinte in dem porösen Material wie zum Beispiel aufgeschäumtem Polyurethanmaterial unterzubringen, sind in solch einem Tintenbehälter die Vakuumerzeugung und die Tintenrückhaltung (Verhinderung des Auslaufens der Tinte aus dem Tintenbehälter) durch die Kapillarkraft des aufgeschäumten Materials gewährleistet. Allerdings muss das aufgeschäumte Material in den gesamten Behälter eingebracht werden, und daher ist die Tintenmenge darin begrenzt und die Menge der nicht benutzbaren Tinte ist relativ groß. Dies bedeutet, dass der Tintennutzungsgrad gering ist. Es ist schwierig die darin verbliebene Menge der Tinte zu erfassen. Zusätzlich ändert sich während der Tintenverbrauchsperiode allmählich der Unterdruck und deshalb ist es schwierig ein im wesentlichen konstantes Vakuum beizubehalten.
Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 522/1990 (JP-A-2 000 522) offenbart, dass die Tintenpatrone im wesentlichen nur die Tinte enthält. Im besonderen offenbart sie einen einstückig mit der Tintenpatrone gefertigten Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der einen ersten Tintenbehälter zur Aufnahme einer großen Tintenmenge in einem Oberteil und einer kleinen Menge von porösem Material zwischen dem Behälter und dem darunter befindlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf aufweist. Es wird dargelegt, dass eine Verbesserung des Tintennutzungsgrades zu verzeichnen ist, weil nur die Tinte in dem Tintenkanal vorliegt, nicht das poröse Material, das der Tintenbehälter enthält. Außerdem ist auf der Seite des porösen Materials ein zweiter Tintenbehälter zur Aufnahme von Tinte angeordnet, welcher die von dem ersten Tintenbehälter infolge der durch Temperaturanstieg (Druckabfall) in ihm erzeugten Luftausdehnung ausströmende Tinte aufnimmt, um während der Aufzeichnungsoperation einen im wesentlichen konstanten Unterdruck des Aufzeichnungskopfs beizubehalten.
Wenn bei diesem Aufbau keine Aufzeichnungsoperation ausgeführt wird, füllt sich das poröse Material mit einer sehr großen Tintenmenge aus der ersten Tintenkammer, welche eine große Menge Tinte über dem porösen Material enthält, so dass das poröse Material selbst kaum den Unterdruck erzeugen kann. Aus diesem Grund tritt aus der Öffnung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes bei geringen Stößen Tinte aus, und das ist praktisch ungeeignet. Wenn diese Kammer als eine auswechselbare Tintenpatrone verwendet wird, welche an einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf befestigt ist, kann aus dem porösen Material Tinte austreten, und das ist ebenfalls praktisch ungeeignet.
In einem Beispiel einer Tintenpatrone ist die Tinte abgedichtet in einer Blase enthalten, und der Unterdruck der Blase wird durch Verwendung einer Federkonstruktion gleichbleibend erhalten, doch das ist teuer, und die Massenproduktion der Federkonstruktion, welche einwandfrei funktionieren soll, ist schwierig. Auf dem Gebiet des Tintenstrahldrucks (berührungsloses Drucken) ist die langersehnte Herstellung kostengünstiger und ordentlich arbeitender Tintenpatronen bisher nicht gelungen, und wird seit langem gewünscht.
Die Erfinder haben vom Standpunkt der Möglichkeit der sachgemäßen Zufuhr der Tinte entsprechend dem Tintenausstoß aus dem Aufzeichnungskopf während der Druckoperation, und auch vom Standpunkt der Verhinderung des Tintenaustritts durch einen Ausstoßauslass, wenn die Druckoperation nicht vorgenommen wird, untersucht. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, dass der grundlegende Aufbau eine erste Kammer, die Vakuum erzeugendes Material enthält und mit einem Luftkanal versehen ist, und eine zweite Kammer zur Aufnahme im wesentlichen nur der der ersten Kammer zuzuführenden Tinte aufweist, wobei die zweite Kammer im wesentlichen hermetisch abgeschlossen ist, ausgenommen die Verbindung zur ersten Kammer.
Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 16385/1985 (JP-U-60 016 385) offenbart einen Aufzeichnungsstift mit einer Aufzeichnungsspitze, welche während der Aufzeichnungsoperation ein Aufzeichnungsmaterial berührt. Die Aufzeichnungsspitze hat Tintenabsorbier- und Tintenhaltecharakter, und die Tinte wird an die Spitze herangeführt. Demzufolge ist die Aufzeichnungsspitze im Gegensatz zu dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät der Umgebung ausgesetzt. Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung bezieht sich nur auf das Überströmen der Tinte durch die Aufzeichnungsspitze. Es weist als wesentliche Elemente ein erstes Flüssigkeit absorbierendes Material und ein zweites Flüssigkeit absorbierendes Material auf, welches weniger Tinte als das erste absorbierende Material absorbiert, obwohl es eine geringe Tintenmenge absorbiert, wobei das zweite absorbierende Material über dem ersten absorbierenden Material an einer Stelle näher am Luftkanal angeordnet ist, eine zentrale Kammer, aus welcher die Aufzeichnungsspitze nach unten ausgekragt ist, und hermetisch abgeschlossene Tintenaufnahmekammern, um die Tinte den gegenüberliegenden Kammerseiten zuzuführen. Wenn sich bei dieser Konstruktion die in der geschlossenen Tintenkammer vorhandene Luft infolge des Anstiegs der Umgebungstemperatur ausdehnt, mit dem Ergebnis des Fließens der Tinte in der Tintenkammer in das erste absorbierende Material, die Tinte, welche das erste absorbierende Material nicht zurückhalten kann, wird vom zweiten absorbierenden Material absorbiert, so dass die Überlauftröpfchen aus Tinte aus der Schreibspitze verhindert werden können. Es offenbart auch die Bereitstellung einer Nut mit konstanter Breite, welche wirksam wird, wenn eine der beiden geschlossenen Tintenkammern nur Luft enthält, um das Austreten sich ausdehnender Luft durch den Luftkanal zu ermöglichen. Die Nut erstreckt sich vom unteren Ende zum oberen Ende auf einer Seitenfläche, welche sich von einer Trennwand zwischen der Mittelkammer und der verschlossenen Tintenkammer unterscheiden. Wenn dieser Aufbau für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet wird, wurde das Austreten von Tinte durch den Luftkanal bestätigt, wie erwartet, wegen des grundsätzlichen Unterschieds zwischen dem Berührungsaufzeichnen und dem berührungslosen Aufzeichnen. Dieses Problem ist bei Aufzeichnungsstiften nicht bekannt. Außerdem dient die Nut mit konstanter Breite zur Unterstützung des Tintenausflusses zusammen mit Luft, und deshalb wird das Leck der Tinte durch den Luftkanal gefördert.
Außerdem ist der Tintenverbrauch bei beiden Tintenkammern nicht gleich. Wenn eine der Kammern zuerst leer wird, wurde trotz der Tatsache, dass eine große Tintenmenge in der anderen Tintenkammer verbleibt, das Fortsetzen der Tintenstrahl-Aufzeichnungsoperation nicht länger möglich. Das ist so, da eine große Menge Luft in das erste absorbierende Material eindringt mit dem Ergebnis der Unfähigkeit der Tintenzufuhr.
EP-A-0493058 beschreibt einen Tintenbehälter für einen Tintenstrahldrucker. Der Tintenbehälter hat erste und zweite Kammern, wobei die erste Kammer angebracht ist, um im Gebrauch eine obere Kammer zu sein, und die zweite Kammer angebracht ist, um im Gebrauch eine untere Kammer zu sein, so dass, wenn der Behälter an dem Drucker montiert ist, die untere Kammer unter dem Druckkopf des Druckers angeordnet ist. Die obere Kammer ist mit einem Luftkanal versehen und enthält Unterdruck erzeugendes Material für das Aufnehmen von Tinte. Die obere Kammer steht mit der unteren Kammer mittels einer Öffnung 31 in Verbindung, in welche hoch kapillarer Schaum eingebracht ist, um eine Abdichtung zwischen den beiden Kammern zu bilden. Der hoch kapillare Schaum steht auch mit einer Zufuhrleitung in Verbindung, welche im Gebrauch Tinte von der unteren Kammer durch Kapillarwirkung zu dem Druckkopf transportiert.
Überblick über die Erfindung
In einer Hinsicht bietet die vorliegende Erfindung eine Tintenstrahlpatrone, wie in Anspruch 1 dargelegt.
In einer anderen Hinsicht bietet die vorliegende Erfindung eine Kombination, wie in Anspruch 5 dargelegt. In einer anderen Hinsicht bietet die vorliegende Erfindung einen Drucker, wie in Anspruch 6 dargelegt.
Dadurch, dass man das so macht, kann ein stabilisierter Tintenweg in dem Vakuumerzeugungsmaterial des zweiten Tintenbehälters sichergestellt werden. Zum Zweck der weiteren Stabilisierung kann die Tintenzufuhröffnung so angebracht werden, dass sie bezüglich der Bodenfläche der Tintenpatrone bei Benutzung oberhalb des Kammerverbindungsteils angeordnet ist. Hier hat das Zufuhrrohr ein Einführungsrohr, was eigenartig ist für das Tintenstrahlaufzeichnen oder -drucken, und eine Ventilkonstruktion oder ein Verbindungselement auf der Patrone montiert, die das Vakuumerzeugungsmaterial zusammenpresst. Dadurch, dass man das so macht, kann die Tintenbewegungsrichtung wesentlich stabilisiert werden, so dass die gesamte Tinte im zweiten Behälter aufgebraucht werden kann. Nachdem sie aufgebraucht ist, bewegt sich die Luft von der Trennwand in Richtung der Tintenzufuhröffnung, was den Verbrauch der Tinte in dem Vakuumerzeugungsmaterial unterbindet, und daher kann die Menge der nicht nutzbaren verbleibenden Tinte minimiert werden.
In einem Ausführungsbeispiel sind, in der Reihenfolge von der Trennwand, welche das Kammerverbindungsteil bildet, zu der gegenüberliegenden Wand genannt, ein Bereich des Unterdruckerzeugungsmaterials, das nicht durch das Zufuhrrohr zusammengepresst wird, und der durch das Zufuhrrohr zusammengepresste Bereich ausgebildet, wodurch ein Einrichtungszufuhrpfad in dem nicht zusammengepressten Bereich ausgebildet wird, und zusätzlich kann durch das Tintenrückhaltevermögen in dem zusammengepressten Bereich die Menge der verbleibenden nicht nutzbaren Tinte weiter verringert werden.
Diese und weitere Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen noch deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch eine perspektivische Teilausbruchansicht einer Tintenpatrone.
2 zeigt eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Tintenpatrone.
3 zeigt Beispiele der Verbindung zwischen der Patrone und dem Zufuhrrohr.
4 zeigt ein Vergleichsbeispiel.
5 zeigt einen Tintenzufuhrabschnitt einer Patrone.
6 zeigt eine Lagebeziehung zwischen einem Tintenzufuhrabschnitt und dem Kammerverbindungsteil.
7 zeigt den Aufbau des Kammerverbindungsteils.
8 zeigt die Gestaltung der Trennwand auf einer Seite des Kammerverbindungsteils.
9 zeigt den Zustand des absorbierenden Materials an einem an die Trennwand angrenzenden Ende.
10 zeigt den Zustand im Innern des absorbierenden Materials bei Änderung der Umgebungsbedingungen.
11 zeigt ein Patronenherstellverfahren und einen Tintenstrahlkopf.
12 zeigt einen Tintenstrahldrucker und eine damit nutzbare Tintenpatrone.
13 zeigt Abwandlungen der Tintenpatrone.
14 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der zulässigen Neigung im Verwendungszustand der Tintenpatrone,
15 zeigt den Aufbau eines anderen Beispiels einer Tintenpatrone.
16 zeigt Änderungen während einer Druckoperation.
17 zeigt den Effekt des Aufbringens von Druck auf die Außenwand eines Beispiels einer Tintenpatrone.
18 zeigt eine Schnittansicht eines abgewandelten Beispiels einer Tintenpatrone.
19A und B zeigen perspektivische Ansichten einer Farbtintenpatrone.
20 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Wanddicke und dem Tintenaustritt durch den Außendruck.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den 1–6 wird eine Tintenpatrone gezeigt, die eine Tintenzufuhröffnung aufweist, die in einer Wand einer Kammer mit Vakuum erzeugendem Material ausgebildet ist, die in Gegenüberlage einer Trennwand 5 angeordnet ist, welche mit einer unteren Oberfläche der Patrone zusammenwirkt, um eine Kammerverbindungsöffnung 8 auszubilden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tintenpatrone, und 2 zeigt eine Schnittansicht der Tintenkammer.
Wie die 1 und 2 zeigen, ist der Tintenpatronen Hauptkörper 1 zur Verbindung mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf in einer Position mit einer Öffnung 2 versehen, die zu der Kammerverbindungsöffnung in der Form eines Spalts 8 verschoben ist. Der Tintenpatronen-Hauptkörper 1 weist eine Kammer 4 zur Aufnahme des Unterdruck erzeugenden Materials 3 und eine Tintenkammer 6 zur Aufnahme von im wesentlichen nur Tinte auf, welcher an einem Bodenabschnitt 11 über den von der Trennwand 5 gebildeten Spalt 8 mit dem Behälter 4 in Verbindung steht.
Bei dieser Konstruktion wird durch die Öffnung 2 Luft zugeführt. Es ist jedoch wichtig, anzumerken, dass von der Tintenpatrone 6 durch die Verbindungsöffnung 8 in Richtung der Öffnung 2 entlang dem Boden 11 der Tintenpatrone Tinte sicher zugeführt wird. Bei der Tintenzufuhr wird anstelle von Tinte Luft in die Tintenkammer 6 eingeleitet. Nachfolgend wird die Druckverformung des Vakuum oder Unterdruck erzeugenden Materials durch das Zulaufrohr im Druckverformungsbereich nahe der Öffnung beschrieben. In 3 ist ein als Zulaufrohr zur Zufuhr von Tinte zum Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendetes Verbindungselement 7 in eine auswechselbare Tintenpatrone eingebracht.
In diesem Zustand wird das Verbindungselement 7 gegen das Vakuum erzeugende Element gedrückt, und dadurch wird das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät betriebsbereit gemacht. An einem Ende des Verbindungselements kann zum Entfernen von Fremdstoffen in der Tintenpatrone ein Filter angeordnet werden.
Beim Betreiben des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes wird durch Öffnungen des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes Tinte ausgestoßen, mit dem Resultat einer Tintenabsorptionskraft in der Tintenpatrone. Durch die Absorptionskraft wird aus der Tintenkammer 6 durch den Spalt 8 zwischen dem unteren Ende der Trennwand und dem Boden 11 der Tintenpatrone 11 zur Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material und dadurch über das Vakuum erzeugende Material 3 und das Verbindungselement 7 Tinte 9 dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zugeführt.
Durch diese Tintenzufuhr sinkt der Innendruck der Tintenkammer 6 (welcher mit Ausnahme des Spaltes 8 geschlossen ist) und das führt zu einer Druckdifferenz zwischen der Tintenkammer 6 und der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material. Mit fortschreitendem Aufzeichnen steigt diese Druckdifferenz weiter an. Durch einen Spalt 12 zwischen dem Verbindungselement und der Öffnung steht das Vakuum erzeugende Material jedoch mit der Umgebung in Verbindung, und über den Spalt 8 zwischen dem unteren Ende des Trennelements 8 und der Bodeninnenoberfläche 11 der Tintenpatrone wird durch das Vakuum erzeugende Material Luft in die Tintenkammer 6 eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckdifferenz zwischen der Tintenkammer 6 und der Kammer mit Vakuum erzeugendem Material abgebaut. Während des Aufzeichnens wiederholt sich dieser Prozess, so dass in der Tintenpatrone ein konstanter Unterdruck (Vakuum) beibehalten wird. Mit Ausnahme der an der Innenwandfläche des Tintenbehälters haftenden Tinte kann im wesentlichen die gesamte Tinte in der Tintenkammer 6 aufgebraucht werden, so dass der Tintennutzungsgrad verbessert wird.
Wenn kein Aufzeichnen erfolgt, wirkt die Kapillarkraft des Vakuum erzeugenden Materials selbst (Meniskuskraft an der Grenzfläche zwischen der Tinte und dem Vakuum erzeugenden Material) und eine ähnliche Kraft. Besonders bei Beginn des Tintenverbrauchs aus der Tintenkammer 6 wird der Tintenhaltezustand in dem Vakuum erzeugenden Material im wesentlichen stabil. Die in der Tintenkammer gesammelte Luft befindet sich im wesentlichen in einem bestimmten Vakuumniveau, so dass das Druckgleichgewicht in der Patrone 1 äußerst stabil ist, wodurch das Austreten von Tinte aus dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf unterdrückt wird.
Wenn das Vakuum erzeugende Material in Übereinstimmung mit dem zu verwendenden Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf entsprechend ausgewählt wird und das Volumenverhältnis zwischen der Kammer mit Vakuum erzeugendem Material 4 und der Tintenkammer 6 entsprechend ausgelegt ist, kann die in 4 gezeigte Konstruktion verwendet werden.
Wie 19 zeigt, können zur Verwendung der Tintenpatrone 1 beim Tintenstrahlfarbaufzeichnen verschiedene Farbtinten (Schwarz, Gelb, Magentarot bzw. Zyanblau) jeweils in separat auswechselbaren Tintenpatronen aufgenommen werden. Wie 19(A) zeigt, können diese Tintenpatronen auch zusammengefügt werden. Die Tintenpatrone kann einen auswechselbaren Schwarz-Behälter aufweisen, welcher häufig verwendet wird, und eine andere auswechselbare Farbpatrone, wie in 19(B) gezeigt ist. In bezug auf das Tintenstrahlgerät ist jede Kombination möglich. Um bei der auswechselbaren Tintenpatrone das Vakuum zu steuern, ist vorzugsweise folgendes zu optimieren: Material, Gestaltung und Dimensionierung des Vakuum erzeugenden Materials 3, Gestaltung und Dimensionierung des Rippenendes 8, Gestaltung und Dimensionierung des Spaltes 8 zwischen dem Rippenende 8 und dem Tintenbehälterboden 11, Volumenverhältnis zwischen dem Behälter 4 mit Vakuum erzeugendem Material und der Tintenkammer 6, Gestaltung und Dimensionierung des Verbindungselementes 7 und dessen Einschiebegrad in den Tintenbehälter, Gestaltung, Dimensionierung und Maschenweite des Filters 12 und Oberflächenspannung der Tinte.
Für das Vakuum erzeugende Element kann jedes bekannte Material verwendet werden, wenn es trotz seines Gewichtes, des Gewichtes der Flüssigkeit (Tinte) und geringer Schwingungen die Tinte halten kann. So gibt es z. B. schwammartiges Material aus Fasern und poröses Material mit durchgängig vorhandenen Poren. Bevorzugt wird die Form eines Schwamms aus Polyurethanschaumstoff, welcher bezüglich des Vakuums und der Tintenhaltekraft leicht einstellbar ist. Besonders im Falle von Schaumstoff kann die Porendichte während dessen Herstellung eingestellt werden. Wenn der Schaumstoff einer thermischen Druckbehandlung zum Einstellen der Porendichte unterzogen wird, erfolgt durch die Wärme ein Zerfall mit dem Ergebnis, dass sich die Beschaffenheit der Tinte verändert und die Aufzeichnungsqualität negativ beeinflusst wird, so dass eine Reinigungsbehandlung erwünscht ist. Um verschiedene Tintenpatronen für verschiedene Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräte verwenden zu können, ist eine entsprechende Porendichte der Schaumstoffe erforderlich. Wünschenswert erscheint, dass ein nicht durch thermischen Druck behandelter Schaumstoff mit einer vorbestimmten Anzahl Zellen (Anzahl Poren pro 1 Zoll [25,4 mm]) auf eine bestimmte Größe geschnitten und in der Kammer für Vakuum erzeugendes Material gequetscht wird, um die gewünschte Porendichte und Kapillarkraft zu erhalten.
Wie bisher beschrieben, ist der Spalt zwischen dem Verbindungselement 7 und der Öffnung 2 für das Verbindungselement 7 vorgesehen, um das Eintreten der Luft in die Tintenpatrone zu ermöglichen. Das Verbindungselement und die Verbindungsöffnung können jedoch auch anders gestaltet oder konstruiert werden. Für den Fall, dass das Vakuum erzeugende Material ein poröses Material ist, wie z. B. Schwamm, wird bevorzugt, ein Ende des Verbindungselements 7 in einem bestimmten Winkel bezüglich einer Einsetzrichtung des Verbindungselements geneigt auszuführen, da dann, wie 3(a) und (b) zeigen, das Trennen des porösen Materials vom Boden der Tintenpatrone beim Einsetzen des Verbindungselements verhindert wird und der Oberflächenkontakt zwischen dem Filter und dem Vakuum erzeugenden Material sicher erhalten wird. Wenn die Einsetzgröße des Verbindungselements zu groß ist, kann der konische Endabschnitt das Vakuum erzeugende Material abreißen, und demzufolge ist die in 3(c) gezeigte Konstruktion zu bevorzugen.
Es wird in Erwägung gezogen, eine Außenwand des Verbindungselementes mit Nuten zu versehen. Wie 5 zeigt, kann die Öffnung 2 die Form eines Schlitzes (5(a)), eines Rechtecks (5(b)) oder eines Dreiecks (5(c)) haben. Die bevorzugte Ausbildung ist ein Spalt zwischen dem Verbindungselement und der Öffnung 2 oder die Ausbildung ist so, dass ein Kontakt mit dem Außenumfang des Verbindungselements am Boden der Öffnung (Boden der Tintenpatrone) erfolgt, und dass dieser am oberen Abschnitt der Öffnung offen ist.
Wie bereits beschrieben, hat die auswechselbare Tintenpatrone eine Verbindungsöffnung, welche als die Lufteintrittsöffnung dient, so dass der Aufbau einfach ist. Die Einschiebegröße des Verbindungselements 7 in die auswechselbare Tintenpatrone wird von einem gewöhnlichen Fachmann so festgelegt, dass ein Druckbereich des Vakuum erzeugenden Elements entsteht, um das Lecken von Tinte beim Einsetzen und ein Unterbrechen der Tintenzufuhr beim Aufzeichnen zu verhindern, selbstverständlich unter Beachtung der Gestaltung des Verbindungselementes, des Vakuum erzeugenden Materials und der Gestaltung der Tintenpatrone.
Bei der vorstehenden Beschreibung ist die Schaffung eines Luftkanals in der Kammer mit Vakuum erzeugendem Material wirkungsvoll, da dann der Bereich des Vakuum erzeugenden Materials, welcher keine Tinte enthält, einfach nahe dem Lufteintrittskanals liegt. Die Zuverlässigkeit des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes bei Änderung der Umgebungsbedingungen wird verbessert. Gestaltung und Dimensionierung des Spaltes 8 zwischen dem Ende der Trennwand und dem Tintenpatronenboden sind nicht begrenzt. Wenn dieser Spalt jedoch zu klein ist, ist die Meniskuskraft der Tinte zu groß, und obwohl das Lecken der Tinte durch die Verbindungsöffnung verhindert werden kann, aber die Tintenzufuhr zur Kammer mit Vakuum erzeugendem Material ist schwierig, mit dem möglichen Resultat eines Tintenzufuhrstopps während der Anwendung. Wenn er zu groß ist, tritt das Gegenteil ein, so dass die Höhe zu der Trennwand des Kammerverbindungsteils vorzugsweise größer ist als eine durchschnittliche Porengröße des Vakuum erzeugenden Materials (vorzugsweise die durchschnittliche Porengröße nahe dem feinen Verbindungsteil) (praktisch nicht kleiner als 0,1 mm) und nicht größer als 5 mm. Zum Zwecke einer weiteren Stabilisierung werden nicht mehr als 3 mm bevorzugt. 7 zeigt ein Beispiel für die Gestaltung des Spaltes 8. Dabei zeigt 7(a) die Konstruktion und Gestaltung, die am besten stabilisiert ist, welche in der voranstehenden Tintenpatrone benutzt wird.
Sie weist über die gesamte Patronenbreite eine konstante Höhe auf. Die 7(a), (b) und (c) zeigen ein Beispiel, in welchem der Verbindungsabschnitt nur einen Teil der Gesamtbreite der Patrone ausmacht und gewellt ist. Diese Konstruktion erweist sich als wirkungsvoll, wenn das Gesamtvolumen der Patrone groß ist. 7(d) zeigt ein Beispiel mit tunnelförmigen Verbindungsabschnitten, über welche die Tinte leicht in das Innere der Patrone gebracht wird und die Lufteinleitung konzentriert werden kann. Bei den in den 7(e) und (f) gezeigten Beispielen ist eine Vertiefung in senkrechter Richtung in der Trennwand in der Tintenkammer erzeugt. Bei dieser Konstruktion wird die zum unteren Ende der Trennwand gelangte Luft durch die Ausnehmung auf wirkungsvolle Weise in die Tintenkammer geleitet, wodurch die Luftzufuhreffektivität steigt.
Der Spalt 8 wird auch unter Beachtung der Position der Verbindungsöffnung bestimmt. Wie aus den 10(a) und (b) zu erkennen ist, ist beim Beispiel (a) das Trennwandende in einer Position, die unter dem unteren Ende der Verbindungsöffnung ist, und die in dem Vakuum erzeugenden Material gehaltene Tinte ist unter dem unteren Ende der Verbindungsöffnung, und demzufolge ist die das Austreten verhindernde Wirkung ausreichend. Im Beispiel (b) ist das Ende der Trennwand in einer Position, die höher als das untere Ende der Verbindungsöffnung ist, und die im Vakuum erzeugenden Material gehaltene Tinte ist über dem unteren Ende der Verbindungsöffnung, und demzufolge ist die das Austreten unterdrückende Wirkung nicht ausreichend. Daher ist zu bevorzugen, die vorteilhafte Wirkung zu stabilisieren, dass durch entsprechende Dimensionierung des Spaltes 8 die Position des Endes der Trennwand nicht höher als das untere Ende der Verbindungsöffnung ist. Obwohl die Höhe des Spaltes 8 von der Gestaltung und Dimensionierung der auswechselbaren Tintenpatrone abhängig ist, wird die Höhe des Spalts 8 im Bereich 0,1–20 mm gewählt. Bevorzugt wird ferner jedoch ein Bereich von etwa 0,5–5 mm. Ein Ende der Trennwand kann beliebig gestaltet werden, wenn die Lage in bezug auf die Verbindungsöffnung beachtet wird, wie aus den 8(a)–(h) zu erkennen ist.
Was die Grenze zwischen dem Ende der Trennwand 5 und dem Vakuum erzeugenden Material 3 anbetrifft, sind verschiedene Konstruktionen möglich. Das zeigt 9. Bei den in den 9(a)–(d) gezeigten Konstruktionen wird das Vakuum erzeugende Material nicht vom Ende der Trennwand zusammengedrückt und die Dichte des Vakuum erzeugenden Materials örtlich nicht vergrößert, so dass der Tinten- und Luftstrom relativ gleichmäßig ist und aus diesem Grund für das Hochleistungsaufzeichnen oder Farbaufzeichnen zu bevorzugen ist. Dagegen wird bei den in den 9(e) und (f) gezeigten Beispielen das Vakuum erzeugende Material 3 vom Ende der Trennwand zusammengedrückt und dadurch die Materialdichte erhöht, so dass der Tinten- und Luftstrom behindert wird, aber Tintenleckage oder ähnliches bei leichter Veränderung der Umgebungsbedingung wirkungsvoll verhindert werden kann. Auf der Grundlage des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes, für welches die Tintenpatrone verwendet wird, und der Umgebungsbedingungen, unter welchen die Tintenpatrone verwendet wird, wählt der Fachmann die geeignete Konstruktion aus.
Das Volumenverhältnis zwischen der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material und der Tintenkammer 6 wird unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingung bestimmt, unter welchen die Tintenpatrone zusammen mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät zum Einsatz kommt. Auch die Beziehung zum verwendeten Vakuum erzeugenden Material ist von Bedeutung. Um den Tintennutzungsgrad zu verbessern, ist eine Vergrößerung des Volumens der Tintenkammer 6 erwünscht. In diesem Fall ist ein Vakuum erzeugendes Material, welches ein hohes Vakuum erzeugen kann (Schwamm mit hohem Kompressionsverhältnis), sehr wirkungsvoll. Praktisch werden daher Verhältnisse von 1:1–1:3 bevorzugt. In diesem Fall steigt die Vakuumerzeugungsleistung des Vakuum erzeugenden Elements mit der Vergrößerung des relativen Volumens Tintenkammer 6.
Gestaltung, Dimensionierung und Maschenweite des Filters 11 können von einem Fachmann in Abhängigkeit vom Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, in welchem die Tintenpatrone 1 verwendet wird, festgelegt werden. Um jedoch das Verstopfen der Düse durch die von der Tintenpatrone 1 eingeleiteten Fremdstoffe zu verhindern, muss deren Durchflussfläche kleiner als die Größe der Öffnung sein.
Die Menge der Tinte in der Tintenpatrone 1 ist nicht beschränkt, außer durch das Innenvolumen der Tintenpatrone 1. Um die richtige negative Struktur gleich nach dem Auspacken der Tintenpatrone 1 zu bewahren, kann bis auf Höhe der Volumengrenze in der Tintenkammer 6 Tinte gefüllt sein. Allerdings ist das Vakuum erzeugende Material bevorzugt niedriger als das Tintenrückhaltevermögen des Materials. Hier das Tintenrückhaltevermögen, das ausschließlich bewahrt werden kann, wenn Tinte darin enthalten ist.
Wenn in der Tintenpatrone 1 mit einer Tintenkammer 6 als geschlossenem System bei deren Einsetzen in das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät eine Veränderung der äußeren Umgebungsbedingungen, z. B. in Form eines Temperaturanstiegs oder eines Druckabfalls, eintritt, erfolgt das Ausdehnen der Luft und der Tinte in der Tintenkammer 6, wodurch die verbliebene Tinte aus der Tintenpatrone 1 ausgestoßen wird und sich ein möglicher Tintenaustritt ergibt. Bei der beschriebenen auswechselbaren Tintenpatrone 1 wird jedoch die Größe der Luftausdehnung in der geschlossenen Tintenkammer 6, einschließlich der Tintenausdehnung (obwohl die Menge gering ist), in Übereinstimmung mit der größten Veränderung der Umgebungsbedingungen eingeschätzt, und die Menge der aus der Tintenkammer 6 verdrängten Tinte muss in der Kammer mit Vakuum erzeugendem Material 4 untergebracht werden. In diesem Fall ist es sehr wirksam, die Kammer mit Vakuum erzeugendem Material 4 außer der Verbindungsöffnung noch mit einem Luftkanal 10 zu versehen, wie die 10(c) und (d) zeigen, da dann die durch Luftausdehnung aus der Tintenkammer 6 austretende und in das Vakuum erzeugende Material verdrängte Tinte zu dem Luftkanal geleitet werden kann. Die Position des Luftkanals 10 ist nicht begrenzt, wenn sie höher als die Verbindungsöffnung der Kammer mit Vakuum erzeugendem Material 4 angeordnet ist. Um jedoch den Tintenfluss in dem Vakuum erzeugenden Material bei Veränderung der Umgebungsbedingungen fernab von der Verbindungsöffnung ablaufen zu lassen, ist zu bevorzugen, den Luftkanal von der Verbindungsöffnung beabstandet anzuordnen. Die Anzahl, Gestaltung und Größe des Luftkanals 10 werden unter Beachtung der Tintenverdunstung oder ähnlicher Vorgänge von einem Fachmann entsprechend festgelegt.
Während des Transports der Tintenpatrone selbst ist es ratsam, die Verbindungsöffnung und/oder den Luftkanal 10 mit einem Abdichtelement hermetisch zu verschließen, um das Verdunsten von Tinte zu verhindern oder auf das Ausdehnen der Luft in der Tintenpatrone 1 vorbereitet zu sein. Als Abdichtelement kann bevorzugt eine einzelne Sperrschicht, welche auf dem Verpackungsgebiet als ein sogenanntes Sperrmaterial bezeichnet wird, ein Kunststoffverbundfilm mit mehreren Schichten oder ein durch Papier oder Gewebe verstärktes Material oder ein anderes Verstärkungsmaterial oder Aluminiumfolie verwendet werden. Es ist weiterhin vorzuziehen, als eine Verbindungsschicht das gleiche Material zu verwenden, aus welchem der Hauptkörper der Tintenpatrone 1 hergestellt ist, um das Sperrmaterial durch Anschmelzen fest anzuordnen und dadurch die hermetische Abdichtung zu verbessern.
Um das Verdunsten der Tinte aus der Tintenpatrone 1 und das Eindringen von Luft in die Patrone zu verhindern, ist es wirkungsvoll, nach dem Einpacken der Tintenpatrone 1 die Luft aus der Verpackung zu entfernen. Das Verpackungselement kann vorzugsweise das gleiche Sperrmaterial sein, wie in bezug auf das Abdichtelement beschrieben, jedoch unter Beachtung der Durchlässigkeit für die Flüssigkeit und die Luft.
Durch solch sachgemäße Auswahl der Verpackung tritt während des Transports der Tintenpatrone keine Tinte aus dieser aus.
Als Material für den Hauptkörper der Tintenpatrone kann jedes bekannte formgebend verarbeitbare Material verwendet werden, sofern es keinen negativen Einfluss auf die Tintenstrahl-Aufzeichnungstinte hat, oder sofern es entsprechend behandelt wurde, um diesen Einfluss zu verhindern. Die Leistungsfähigkeit der Tintenpatrone werden ebenfalls in Betracht gezogen. So ist z. B. der Hauptkörper der Tintenpatrone in einen unteren Abschnitt 11 und einen oberen Abschnitt unterteilt, und sie werden aus Kunstharzmaterial aufeinander auf gepresst. Nach dem Einbringen des Vakuum erzeugenden Materials erfolgt die Schmelzverbindung des unteren Abschnitts mit dem oberen Abschnitt und somit die Herstellung des Hauptkörpers der Tintenpatrone. Wenn als Kunstharzmaterial transparentes oder halbtransparentes Material verwendet wird, kann die Tinte in der Tintenkammer 6 von außen beobachtet und dadurch der Zeitpunkt für das Auswechseln der Tintenpatrone bestimmt werden. Um das Schmelzen des Verbindungsmaterials oder dergleichen zu erleichtern, wird bevorzugt, einen vorstehenden Abschnitt vorzusehen, der in der Figur gezeigt ist. Vom Gestaltungsgesichtspunkt kann die Außenoberfläche des Hauptkörpers genarbt sein.
Das Einfüllen der Tinte kann durch ein Druck- oder Druckreduktionsverfahren erfolgen. Bevorzugt wird das Vorsehen einer Tinteneinfüllöffnung in einen der Kammern 4 und 6 des Aufnahmekörpers, da dann die Tintenpatronenöffnung nicht verunreinigt wird. Nach dem Einfüllen der Tinte wird die Tinteneinfüllöffnung mit einem Kunststoff- oder Metallstopfen verschlossen.
Wie vorstehend beschrieben, erweist sich die auswechselbare Tintenpatrone während des Transports als zuverlässig, so dass mit der einfachen Konstruktion eine Tintenpatrone mit hohem Ausnutzungsgrad bereitgestellt werden kann.
Das sachgemäße Vakuum kann von dem Nutzungsbeginn bis zu dem Nutzungsende der Patrone kann erhalten werden, sowohl beim Aufzeichnen als auch während der aufzeichnungsfreien Zeit bei Gewährleistung des Hochleistungsaufzeichnens. Unter den Umgebungsbedingungen der Anwendung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräts kann die Möglichkeit des Tintenaustritts minimiert werden.
Die auswechselbare Tintenpatrone ist einfach zu handhaben, so dass bei deren Einsetzen in das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät kein Austreten von Tinte eintritt und die Möglichkeit einer fehlerhaften Operation vermeidbar ist.
11 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine Tintenpatrone. Der Hauptkörper der Patrone (links unten schraffiert) weist eine Trennplatte 61 und zwei durch die Trennwand 5 getrennte Kammern auf. Ein als Vakuum erzeugendes Material dienendes Tintenabsorptionsmaterial 4 wird in den neben der Öffnung 2 liegenden Kammerabschnitt eingebracht. Danach wird das als Abdeckelement dienende Bodenelement 11 mit dem Hauptkörper vereinigt. Diese Figur zeigt auch den Zustand, in welchem der Aufzeichnungskopf HD mit dem Tintenbehälter 1 verbunden ist. Der Tintenbehälter 1 wird durch eine Trennwand 5 in zwei Kammern 4 und 6 geteilt, und der Bodenabschnitt wird von einem flachen Bodenelement 11 abgedeckt, welches den Boden des Tintenbehälters 1 bildet. So kann durch den einfachen Aufbau die Kammerverbindungsöffnung 8 durch das Ende der Trennwand ausgebildet werden.
Der Luftkanal 10 ist in derselben Fläche vorhanden, die auch 5 die Öffnung 2 aufweist, doch dieser liegt über der Öffnung.
Der als das Zulaufrohr dienende Verbindungsabschnitt 7 wird in die Öffnung des Tintenbehälters eingesetzt und auf diesen der Aufzeichnungskopf montiert. Der Verbindungsabschnitt 7 ist angeschrägt, so dass dessen oberer Abschnitt weiter vorne ist als der untere Abschnitt. Der Tintenkanal in der Verbindung ist hornförmig nach oben gerichtet, wie die Figur zeigt. Durch diese Konstruktion kann die Tinte vom Tinte absorbierenden Material dem Aufzeichnungskopf auf geeignete Weise zugeführt werden.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät weist ein Wärme erzeugendes Element 72 zur Erzeugung der Wärmeenergie für das Ausstoßen der Tinte durch Ausstoßöffnungen 71 von Düsen 73 auf, wobei die Wärmeenergie die Zustandsänderung der Tinte bewirkt. In diesem Fall können besonders beim Farbaufzeichnen hochdichte und feinstufige Bilder durch die stabile Tintenzufuhr erzeugt werden.
Wie vorstehend beschrieben, bietet die Tintenpatrone hohe Zuverlässigkeit, welche auch während ihres Transportes bewahrt wird, und der Nutzungsgrad der Tinte ist hoch.
Außerdem wird vom Beginn bis zum Ende der Patronennutzung ein geeignetes Vakuum erhalten, wenn aufgezeichnet wird oder nicht aufgezeichnet wird, wenn die Hochleistungsaufzeichnungsoperation ermöglicht wird.
Außerdem kann beim Betreiben des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes das Austreten von Tinte verhindert werden.
Die auswechselbare Tintenpatrone ist auch leicht zu handhaben, und beim Montieren oder Demontieren der Patrone am bzw. vom Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät tritt keine Tinte aus. Demzufolge können beim Montieren der Patrone keine Fehler gemacht werden.
Nachfolgend wird das Herstellungsverfahren der Tintenpatrone weiter beschrieben. Wenn die geschlossene Tintenkammer 6 (obwohl zwischen der Tintenaufnahmekammer 6 und der Aufnahmekammer mit dem Unterdruck erzeugenden Material 4 eine Kammerverbindungsöffnung vorhanden ist, wird Tinte nur ausgetragen, wenn Luft und Tinte miteinander ausgetauscht werden) und die Kammer, die das Vakuum erzeugende Material 4 enthält, aufeinandergeschmolzen sind, wird auf der Seite der Tintenaufnahmekammer 6 durch eine Öffnung 13 im Abdeckelement 11 Tinte eingefüllt. Erfolgt die Zufuhr der Tinte auf diese Weise, nimmt ein großer Teil des Vakuum erzeugenden Materials 4 Tinte durch die Kammerverbindungsöffnung 8 auf.
Dem Bereich des Vakuum erzeugenden Materials 4 neben dem Luftkanal 10 wird jedoch keine Tinte zugeführt, um einen tintenfreien Bereich zu schaffen. Danach wird die Öffnung 13 durch eine Kugel 14 abgedichtet. Dann werden die Öffnung 2 und der Luftkanal 10 mit demselben Abdichtelement S verschlossen (es können aber auch separate Elemente verwendet werden).
12 zeigt eine solche Tintenstrahlpatrone vor dem Einsatzbeginn. In dieser Figur ist die Kammer 6 mit einer Tinte gefüllt.
12 zeigt die Tintenstrahlpatrone1 im geschlossenen Zustand zusammen mit dem Drucker, der diese verwendet. Ein Bereich 3A des Vakuum erzeugenden Materials in der Nähe des Luftkanals 10 enthält in einem oberen Abschnitt der Patrone 1 keine Tinte. Ein Bereich 3B des Vakuum erzeugenden Materials unterhalb des Bereiches 3A wird beim Einsetzen des Tintenzufuhrrohrs (nicht dargestellt) zusammengedrückt. Der Abschnitt des Vakuum erzeugenden Materials, anders als die Bereiche 3A und 3B, wird von außen nicht beeinflusst und dient einfach zum Halten der Tinte. Der Bereich 3B grenzt an die Öffnung 2 für die Tintenzufuhr zu dem Aufzeichnungskopf, welcher auf derselben Fläche, aber unterhalb des Luftkanals 10 angeordnet ist. Die Öffnung befindet sich oberhalb der Kammerverbindungsöffnung 8, und es wird der vorstehend beschriebene Aufbau verwendet. Die in 12 gezeigte Patrone 1 wird durch Entfernen des Abdichtelements S einsatzbereit gemacht. Da der Bereich A keine Tinte hält, tritt keine Tinte aus, selbst wenn beim Entfernen des Abdichtelements Schwingungen oder Druckveränderungen einwirken.
In dieser Tintenpatrone 1 wird in dem Bereich des Vakuum erzeugenden Materials, der nahe dem Luftkanal oder dem Lustverbindungsteil ist, unabhängig davon, ob die Patrone verwendet oder nicht verwendet wird, keine Tinte gehalten. Dadurch, dass man das so macht, kann das Austreten der Tinte aus der Tintenpatrone durch den Luftkanal verhindert werden, selbst bei Veränderung der Umgebungsbedingungen. Besonders dann, wenn das Abdichtelement den Luftkanal verschließt, kann das Ablösen des Abdichtelements verhindert werden. Während des Einsatzes ist der Bereich wirkungsvoll, die Luftzufuhr entsprechend dem Tintenverbrauch zu ermöglichen, so dass die Änderung des Vakuums in der Tintenpatrone unterdrückt werden kann. Wenn der Bereich des Vakuum erzeugenden Materials in der Nähe des Luftkanals trotz allem nie von Tinte benetzt wird, ist es vorzuziehen, die Tintensickergeschwindigkeit zu verringern. Dieser Bereich kann aber vorher durch die Tinte benetzt werden, und danach kann die Tinte aus diesem Bereich entfernt werden.
Bei der Ausführungsform dieser Erfindung befindet sich die Tintenzufuhröffnung oder der durch das Tintenzufuhrrohr zusammengedrückte Teil des Vakuum erzeugenden Materials (zusammendrückbar) auf einer Seite, welche der die Kammerverbindungsöffnung 8 bildende Trennwand gegenüberliegt, wodurch der effektive Tintenzufuhrkanal im Vakuum erzeugenden Material in der zweiten Aufnahmekammer 4 stabil erzeugt werden kann. Eine weitere Stabilisierung ist durch Anordnen der Tintenzufuhröffnung 2 über der Kammerverbindungsöffnung 8 relativ zur Bodenfläche der Tintenpatrone möglich.
Bei dieser Anordnung kann die Tintenbewegungsrichtung im wesentlichen gleichbleibend erhalten werden, und demzufolge kann die Tinte aus der zweiten Kammer 6, d. h. der Tintenkammer 6, vollständig aufgebraucht werden. Nachdem die Tinte in der Tintenkammer 6 aufgebraucht ist, gibt es Luft, so dass sich die Tinte von der Trennwand in der Richtung der Öffnung bewegt, um das Vakuum in der Tintenkammer 6 aufzuheben, demzufolge die Tinte im Vakuum erzeugenden Material weiter verbraucht werden kann und dadurch die Menge der nicht nutzbaren verbleibenden Tinte minimiert wird.
Es ist ein Bereich des Vakuum erzeugenden Materials vorgesehen, welcher nicht vom Zufuhrrohr zusammengedrückt wird, und ein Bereich, welcher vom Zufuhrrohr in dieser Reihenfolge von der Trennwand, welche die Kammerverbindungsöffnung 8 ausbildet, zu deren Seitenfläche hin zusammengedrückt wird, so dass der nicht zusammengedrückte Bereich einen Einwegtintenkanal bildet, wodurch die Tintenhaltekapazität des zusammengedrückten Bereichs die verbleibende Tintenmenge weiter vermindern kann.
Der Tintenstrahldrucker ist mit einer Aufzeichnungskopf-Regeneriervorrichtung HR ausgerüstet, welche das Tintenausstoßen oder das Absaugen von Tinte mittels einer Saugvorrichtung automatisch oder von Hand als Reaktion auf das Anordnen der Patrone 1 daran durchführt. Dadurch kann der Tintenzustand in dem Vakuum erzeugenden Material vor Beginn der Druckoperation korrigiert werden. Demzufolge ist die Patronenleistung von Druckbeginn an gleichbleibend, unabhängig vom Zustand, in welchem die Patrone angeordnet ist.
Bei dem mit Bezug auf 12 beschriebenen Tintenbehälter 1, welcher an dem an einem Abtastschlitten CR montierten Tintenstrahlkopf HD befestigt ist, wurde das Abdichtband abgenommen. Der auf dem Schlitten CR montierte Behälter nimmt durch die Öffnung 2 das Tintenzufuhrrohr auf, durch welches das Vakuum erzeugende Material 3 im zusammendrückbaren Bereich 3B zusammengedrückt wird. In dieser Ausführungsform wird das Vakuum erzeugende Element 3 wird in Richtung der feinen Verbindungsöffnung 8 verformt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Montieren des Behälters durch eine Erfassungsvorrichtung (nicht dargestellt) in der Form einer mechanischen oder elektrischen Erfassungsvorrichtung erfasst, welche der Druckersteuervorrichtung CC ein Montagesignal IP zuführt. Auf dieses Signal hin wird vor dem Beginn der Aufzeichnungsoperation zum Entladen von Tinte in der Tintenpatrone 1 die Regeneriervorrichtung HR betrieben, 20 wodurch der Zustand der Tinte in der Tintenpatrone 1 verbessert wird.
13(A) zeigt eine Tintenstrahlpatrone, welche eine Abwandlung der in 12 gezeigten ist, in welcher die Innenoberfläche der Tintenaufnahmekammer abgewandelt ist und deren Oberteil entsprechend in einen Raum 22 abgewandelt ist. Die Innenoberfläche 20 ist eine gekrümmte Oberfläche, welche sich von der Kammerverbindungsöffnung 8 weggerichtet erhebt. Dieser Aufbau ist wirkungsvoll, um feine Tintentröpfchen, die durch die Oberflächenspannung der Tinte auf der Wand der Innenoberfläche 20 verblieben sind, in das Vakuum erzeugende Material 3 einzuleiten, und auch, um ein Greifelement 21 für den Bediener vorzusehen, wodurch die Verformung des Tintenbehälters bei dessen Handhabung vermieden wird.
13(B) zeigt eine andere Abwandlung, in welcher die Trennwand 51 so geneigt ist, dass das Fassungsvermögen in der Tintenaufnahmekammer größer als in dem Behälter mit Vakuum erzeugendem Material ist. 13(C) zeigt eine Anordnung, welche nach dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren gefertigt ist. Ein Abdeckelement 11, welches den Freiraum oder Spalt 8 mit der Trennwand 5 definiert, ist eingefügt und zwischen Seitenplatten 101 und 100 des Patronenhauptkörpers fest angeordnet. Mit einem Bezugszeichen 5E ist ein Ende des Abdeckelements 11 bezeichnet. In dem Fall der 13(C) ist der Freiraum SP nicht gleichbleibend, wenn die Verbindung nicht gleichmäßig ist.
Im Hinblick darauf ist zu bevorzugen, dass Abstandselemente 110, die mit dem Ende 5E der Trennwand in Kontakt sind, wie in 13(D) gezeigt, an den entgegengesetzten Enden sind. Das Abstandselement 110 ist vorzugsweise auf dem Abdeckelement 11 vorgesehen. Vorsprünge 30 in dem Raum SP können auf dem Abdeckelement vorgesehen sein, um die Ansammlung der Luft in der Tintenkammer 6 zu erhöhen.
Die 14(A) und (B) zeigen eine für das Drucken oder das Zuführen der Tinte zulässige Neigung. Die Horizontale ist mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet. Bevorzugt wird die Kammerverbindungsöffnung 8 in einer unteren Position. Ideal ist, wenn die Bodenfläche der Patrone parallel zu der waagerechten Ebene 40 verläuft. In der Praxis ist in dem Fall einer Zweikammerstruktur ein Neigungsbereich von 0 ≤ θ ≤ 15 Grad zulässig. Wenn die Patrone auf einem Abtastschlitten hin- und herbewegt wird, ist eine Neigung von 0 ≤ θ ≤ 5 Grad zu bevorzugen.
Das Vakuum erzeugende Material kann aus einer Vielzahl von Elementen aus Vakuum erzeugendem Material bestehen. In diesem Fall könnte jedoch die sich ergebende Grenzfläche zwischen den Elementen eventuell das Bewegen der Luft an der Grenzfläche ermöglichen. In dieser Hinsicht wird Vakuum erzeugendes Material als ein Einzelelement vor porösem Material bevorzugt.
Die Tintenkammer 6 arbeitet einwandfrei, wenn dessen Tintenkapazität größer ist als die der Kammer mit dem Vakuum erzeugenden Material.
Nachfolgend wird auf eine Trennplatte 61 in der Tintenaufnahmekammer näher eingegangen. Während der Handhabung des Tintenbehälters (Tintenpatrone) durch die Bedienungsperson oder während des Patronentransports kann die Außenwand der Patrone verformt werden, mit dem Ergebnis, dass durch die Öffnung vom Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf oder durch den Luftkanal für den Druckausgleich in der Patrone zum Umgebungsdruck die Tinte ausgetreten ist.
In diesem Fall ist dieses Problem gelöst, wodurch der Tintenaustritt während der Handhabung oder während des Transports verhindert wird oder selbst, wenn sich die Temperatur oder der Druck ändert. Außerdem ist der Ausnutzungsgrad noch hoch.
15(A) zeigt eine perspektivische Darstellung der Tintenpatrone, und 15(B) zeigt eine Schnittansicht davon. 16 zeigt die Tintenzufuhroperation. 17 zeigt die Verformung der Seitenwand beim Aufbringen einer Belastung.
Wie die 15(A) und (B) zeigen, weist der Hauptkörper der Tintenpatrone 1 folgende Elemente auf: eine Öffnung 2 für die Verbindung mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf und einen Luftkanal 10 zur Gewährleistung des Lufteintritts, welcher sich über der Öffnung 2 befindet, ein Vakuum erzeugendes Material 3 zum Speichern von Tinte für das Aufzeichnen, eine Vakuum erzeugendes Material aufnehmende Kammer 4 zur Aufnahme von Vakuum erzeugendem Material 3, in welcher die Öffnung 2 und der Luftkanal 10 vorhanden sind, und eine Tintenkammer 6 für die Aufnahme der Tinte, welcher über einen Spalt unter einer Rippe 5 mit der Kammer 4 für Vakuum erzeugendes Material in Verbindung steht. Die Tintenkammer 6 und die Kammer 4 für Vakuum erzeugendes Material stehen über einem Spalt 8, welcher zwischen dem Ende der Rippe 5 und der Bodenfläche gebildet wird, miteinander in Verbindung. Eine Trennplatte 61 verbindet die sich gegenüberliegenden Seitenwände und belässt einen Spalt, welcher nicht kleiner ist als der Spalt 8 am Boden. 16(a) zeigt eine Schnittansicht in dem Zustand, in welchem das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach Einsetzen eines Verbindungselements 7 für die Zufuhr von Tinte zu dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf in die Öffnung 2 des Tintenpatronen-Hauptkörpers 1 und zum Druckkontakt des Vakuum erzeugenden Materials 3 betriebsbereit ist. Die Endöffnung des Verbindungselements 7 kann mit einem Filter versehen werden, um Fremdstoffe in der Tintenpatrone zu entfernen.
Wenn das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät betrieben wird, erfolgt das Ausstoßen von Tinte durch die Öffnung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes auf eine Weise, dass in der Tintenkammer eine Tintenabsorptionskraft erzeugt wird. Dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf wird von der Tintenkammer 6 durch den Spalt 8 zwischen einem Ende der Rippe 5 und dem Boden 11 der Tintenpatrone zur Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material und durch das Vakuum erzeugende Material 3 zu dem Verbindungselement 7 die Tinte 9 zugeführt. Dadurch sinkt der Druck der bis auf den Spalt 8 geschlossenen Tintenkammer 6 mit dem Ergebnis, dass die Druckdifferenz zwischen der Tintenkammer 6 und der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material kleiner wird. Mit fortschreitendem Aufzeichnen steigt die Druckdifferenz weiter an, da die Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material über den Luftkanal 10 zur Atmosphäre hin offen ist. Wie 16(b) zeigt, tritt die Luft durch das Vakuum erzeugende Material 3 und den Spalt 8 in die Tintenkammer 6 ein. Dadurch wird die Druckdifferenz zwischen der Tintenkammer 6 und der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material abgebaut. Während der Tintenstrahl-Aufzeichnungsoperation wiederholt sich dieser Vorgang, so dass in der Tintenpatrone ein bestimmter konstanter Vakuumpegel beibehalten wird. Mit Ausnahme der an der Innenwandfläche der Tintenkammer 6 haftenden Tinte kann die gesamte Tinte in der Tintenkammer 6 aufgebraucht werden, so dass der Tintennutzungsgrad hoch ist (16(c)).
Wird keine Aufzeichnungsoperation ausgeführt, scheint die Kapillarkraft des Vakuum erzeugenden Materials 3 selbst (oder die Meniskuskraft an der Grenzfläche zwischen der Tinte und dem Vakuum erzeugenden Material) das Lecken der Tinte aus dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zu verhindern.
18 zeigt ein weiteres Beispiel, in welchem die Tintenkammer 6 mit einer Vielzahl von Trennwänden 61 versehen ist, unter Berücksichtigung des Volumenverhältnisses zwischen der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material und der Tintenkammer 6 sowie der Auswahl des Materials des Vakuum erzeugenden Materials 3 gemäß dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der mit dem Tintenbehälter verwendet wird.
Nachfolgend wird die Verstärkung der Seitenwand beschrieben.
In der Tintenpatrone ist es erwünscht, dass eine Tintenpatrone gegen äußere Kräfte und Veränderungen der Umgebungsbedingungen während des Transports beständig ist, während ein hoher Nutzungsgrad erhalten wird.
In diesem Beispiel sind die Verformungsmengen in der Kammer 4 mit dem Vakuum erzeugenden Element und in der Tintenkammer 6 beim Aufbringen äußerer Kräfte auf die Seitenwände 12a, 12b und 12c gleichwertig. Der Behälter wird z. B. gewöhnlich durch Formgebung eines Kunststoffmaterials hergestellt. Wie die 15(B) und 17 zeigen, ist die Dicke der Seitenwand 12a der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material größer als die Dicke der Seitenwände 12b und 12c des Abschnitts der Tintenkammer 6, und eine Trennwand (Rippe) 61 ist angeordnet, die sich zwischen den sich gegenüberliegenden Seitenwänden erstreckt und an dem Boden in einer Position den Spalt ausbildet, um den Raum in der Tintenkammer 6 in zwei gleiche Räume zu teilen. Außerdem wird die Verformung Δt6 der Wand, welche sich aus den äquivalenten Belastungen pro Flächeneinheit ergibt, verringert, und die Verformungen der Seitenwände 12b und 12c an den entgegengesetzten Enden der Rippe 61 sind gleichwertig. Wenn die Größe der Verformung Δt4 der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material gleichwertig dazu ausgebildet wird, kann das Lecken der Tinte infolge der Verformung der Wand verhindert werden.
Bei der in den 15(B) und 17 gezeigten Tintenpatrone wird als Wandmaterial Polypropylen (PP) verwendet, und die Außenabmessungen sind 48 mm Länge, 35 mm Höhe und 11 mm Dicke. In diesem Fall ist diese in der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material und der Tintenkammer 6 im wesentlichen in der Mitte der Länge von 48 mm unterteilt. Die Seitenwand 12a der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material hat eine Dicke von 1,5 mm, während die Dicke der Seitenwände 12b und 12c der Tintenkammer 6 jeweils 1 mm beträgt und die Rippe 61 der Tintenkammer 6 etwa 10 mm von der Wandfläche entfernt angeordnet ist. Dadurch kann mehr als der doppelte Spielraum der Handhabungsbelastung entgegengesetzt werden (etwa 2 kg). Gleichzeitig kann der Druckveränderung während des Transports und der Temperaturveränderung die ausreichende Festigkeit entgegengesetzt werden.
In diesem Beispiel ist nur eine Rippe 61 wegen der Größe der Tintenkammer in diesem Tintenbehälter 6 angeordnet. Deren Anzahl dieser ist jedoch nicht darauf begrenzt, und es können in Übereinstimmung mit der Größe der Tintenpatrone zwei Rippen 61 vorgesehen werden, wie in 18 gezeigt ist. Anzahl, Lage und Wanddicke der Rippe können ferner von einem Fachmann entsprechend festgelegt werden.
20 zeigt die Beziehung des Tintenleckens während der Handhabung sowie des Transports mit der Wanddicke der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material und Wanddicken verschiedener Wände, die zum Zweck der Bestimmung der Wanddicke der Tintenkammer 6 untersucht wurde.
Die Vergrößerung der Dicke irgendeiner Wand resultiert in der Erhöhung des Widerstandes gegen den Tintenaustritt. Vom Gesichtspunkt der Verkleinerung der Abmessungen und eines hohen Tintennutzungsgrades wird jedoch die kleinere Wanddicke zwecks Vergrößerung des Innenvolumens bevorzugt. Auf der Grundlage der in dieser Figur gezeigten Daten wurde für die Seitenwand der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material eine Wanddicke von 1,5 mm verwendet, und für die Seitenwand der Tintenkammer 6 wurde eine Wanddicke von 1,0 mm verwendet.
Auf der Grundlage der Größe der Tintenpatrone können die vorstehend genannten Dimensionen aus den in dieser 25 gezeigten Daten bestimmt werden. Für die Wanddicke der Kammer 4 mit Vakuum erzeugendem Material wird eine Wanddicke bevorzugt, welche das 1,3- bis 3-fache der Wanddicke der Tintenkammer 6 beträgt.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf die gezeigten Strukturen beschrieben wurde, ist diese nicht auf die dargelegten Details beschränkt, und mit der Anmeldung ist beabsichtigt, solche Änderungen oder Abwandlungen einzuschließen, welche sich aus dem Geltungsbereich der nachfolgend genannten Ansprüchen ergeben.

Claims

Tintenstrahlkartusche, mit: einer ersten Kammer (4), in der das Unterdruckerzeugungsmaterial (3) untergebracht ist und die mit einem Luftverbindungsteil (10) für eine Verbindung mit der Umgebungsluft ausgerüstet ist; einer zweiten Kammer (6) für die Unterbringung von Tinte, die der ersten Kammer zugeführt wird, wobei die zweite Kammer im wesentlichen ohne Unterdruckerzeugungsmaterial ist und im wesentlichen geschlossen ist mit Ausnahme von einem Kammerverbindungsteil (8), der mit der ersten Kammer (4) in Verbindung steht, wobei das Kammerverbindungsteil (8) an einer vom Luftverbindungsteil (10) entfernten Position angebracht ist; wobei das Kammerverbindungsteil (8) zwischen einer Trennwand (5), die die erste und zweite Kammer (4 und 6) definiert, und einer Innenfläche einer Wand (11), welche im Gebrauch einen Boden der Tintenstrahlkartusche bildet, ausgebildet ist, wobei eine Wand der ersten Kammer (4), die eine der Trennwand (5) zugewandte Fläche hat, mit einer Tintenzufuhröffnung (2) versehen ist, wobei die Tintenzufuhröffnung (2) das Einführen eines Tintenzufuhrrohres (7) zum Zuführen der Tinte zu einem Tintenstrahlkopf erlaubt, und wobei das Unterdruckerzeugungsmaterial (3) dazu geeignet ist in Richtung des Kammerverbindungsteils komprimiert zu werden, indem das Zufuhrrohres benachbart zur Tintenzufuhröffnung (2) eingeführt wird.
Tintenstrahlkartusche gemäß Anspruch 1, die des weiteren eine Vorrichtungen (5) zum Schließen der Zufuhröffnung (2) hat, wobei die Schließvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie vor dem Einführen des Zufuhrrohres (7) entfernt wird.
Tintenstrahlkartusche gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn das Tintenzufuhrrohr (7) in die Tintenzufuhröffnung (2) eingeführt wird, das Unterdruckerzeugungsmaterial, welches angrenzend an das Kammerverbindungsteil (8) untergebracht ist, nicht durch das Einführen des Zufuhrrohres (7) komprimiert wird.
Tintenstrahlkartusche gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Teil (3A) des Unterdruckerzeugungsmaterials (3) benachbart an das Luftverbindungsteil (10) keine Tinte enthält.
Kombination einer Tintenstrahlkartusche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem Tintenstrahlkopf, wobei ein Tintenzufuhrrohr (7) des Tintenstrahlkopfes in die Tintenzufuhröffnung (2) eingeführt ist.
Drucker mit einer Tintenstrahlkartusche gemäß Anspruch 4 oder einer Kombination gemäß Anspruch 5, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei die Tintenstrahlkartusche oder die Kombination an dem Drucker so montiert ist, dass die Tintenzufuhröffnung (2) und das Kammerverbindungsteil (8) in einem unteren Teil der Tintenstrahlkartusche (1) angebracht sind, wobei das Kammerverbindungsteil (8) tiefer als die Tintenzufuhröffnung (2) angeordnet ist und das Teil (3A) des Unterdruckerzeugungsmaterials (3), welches keine Tinte enthält, an einer oberen Position angeordnet ist.