DE20321291U1

DE20321291U1 - Tintenpatrone mit Regelung eines Fluidstroms

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Publication number: DE20321291U1
Application number: DE20321291U
Authority: DE
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2013-02-15
Also published as: GB2392875A; CN1733489A; US20080316287A1; CA2590242A1; KR100588287B1; DE60315101D1; SG169898A1; MXPA03001393A; EP1398156A2; BR0300447B1; AU2003200496A1; US7011397B2; EP1839878A2; MY131827A; AR038438A1; NZ524195A; HK1062158A1; CN1481996A; GB2392875C; FR2844475A1

Abstract

Tintenpatrone mit:
einer Tintenspeicherkammer (17; 69);
einer Tintenzufuhröffnung (5, 51), die über einen in der Tintenpatrone ausgebildeten Tintenzufuhrströmungspfad in Fluidkommunikation mit der Tintenspeicherkammer (17; 69) ist; und
einem Mechanismus (30), der derart ausgebildet ist, dass er den Tintenzufuhrströmungspfad als Ergebnis des Verbrauchs von Tinte selektiv schließt und öffnet, wobei der Mechanismus (30) umfasst:
ein elastisches Element (20; 84) mit einer ersten und zweiten Fläche;
eine erste Strömungspassage (12; 85), die der ersten Fläche des elastischen Elements zugewandt ist und mit der Tintenspeicherkammer (17; 69) kommuniziert;
einen Öffnungsabschnitt (10; 82), der so angeordnet ist, dass die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) an dem Öffnungsabschnitt (10; 82) anliegt und von diesem getrennt wird zum entsprechenden Schließen und Öffnen des Öffnungsabschnitts (10; 82) und der mit der Tintenzufuhröffnung (5; 51) über eine zweite Strömungspassage (86, 88, 89) kommuniziert; und
einen Raumabschnitt (27; 109), der...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenpatrone zum Zuführen von Tinte in einem geeigneten Zustand negativen Drucks zu einem Aufzeichnungskopf, der Tintentropfen in Antwort auf Drucksignale ausstößt.
Eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ist im Allgemeinen derart aufgebaut, dass ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf zum Ausstoßen von Tintentropfen in Antwort auf Drucksignale auf einen Schlitten montiert ist, der sich in einer Blattbreitenrichtung entlang eines Aufzeichnungspapiers hin und her bewegt. Die Tinte wird von einen externen Tintentank zu dem Aufzeichnungskopf zugeführt. Im Falle einer kleinen Aufzeichnungsvorrichtung ist ein Tintenspeicherbehälter wie ein Tintentank derart angeordnet, um von dem Schlitten im Hinblick auf eine komfortable Handhabung entfernbar zu sein und um das Ersetzen eines verbrauchten Tintentanks durch einen mit Tinte (oder Tinten, falls der Tank ein Mehrfarbentank ist) gefüllten Tintentank zu erleichtern.
Um ein Lecken von Tinte von dem Aufzeichnungskopf zu verhindern, enthält ein derartiger Tintenspeicherbehälter im allgemeinen ein mit Tinte imprägniertes poröses Element, so dass die Kapillarkraft des porösen Elements die Tinte hält.
Zusätzlich besteht eine Tendenz, dass die Menge verbrauchter Tinte mit der Zeit ansteigt, da die fortschreitende Entwicklung verbesserter Drucker zu einer erhöhten Anzahl von Düsenöffnungen führt, um der geforderten Verbesserung der Druckqualität und Druckgeschwindigkeit folgen zu können.
Um diesen Entwicklungen bei der Ausbildung von Tintenstrahldruckern zu entsprechen, ist es bevorzugt, die Tintenmenge, die in dem Tintenspeicherbehälter gespeichert werden kann, zu erhöhen, jedoch führt dies zu einer Erhöhung des Volumens des porösen Elements. Allerdings ist in dem Fall, in welchem das poröse Element, das die Tinte hält, Kapillarkraft einsetzt, die Höhe (d.h. der Wasserstand) des porösen Elements begrenzt, und daher muss die Bodenfläche des Tintenspeicherbehälters vergrößert werden, um das Volumen des Behälters zu erhöhen, was ein Problem dahingehend verursacht, dass die Schlittenabmessungen und somit die Gesamtabmessungen der Aufzeichnungsvorrichtung vergrößert werden müssen.
Um dieses Problem zu lösen, schlägt die japanische Patentveröffentlichung Nr. 8-174860 in Abschnitten 0041-0043 und 10 eine Tintenpatrone vor, in der ein durch Tintendruck verformbares Membranelement in seinem Zentrum mit einem Durchgangsloch gebildet ist, um einen Membranventilsitz bereitzustellen, und ein Ventilelement ist an einem dem Membranventilsitz gegenüberliegenden Ort vorgesehen.
Um ebenfalls dieses Problem zu lösen, schlägt die internationale Patentveröffentlichung Nr. PCT00/03877 eine Tintenpatrone vor, in der ein Ventilelement durch Spritzgießen eines Polymermaterials, das Elastizität besitzt, gebildet ist, ein Durchgangsloch in einem Zentrum des Ventilelements gebildet ist, eine hintere Fläche des Ventilelements durch eine Feder drückend in Kontakt ist mit einem Dichtelement, und das Ventilelement durch einen auf die hintere Fläche des Ventilelements wirkenden negativen Druck bewegt wird, so dass Tinte über das Durchgangsloch zu einer Tintenzufuhröffnung ausströmt.
Gleichzeitig wird eine Tintenpatrone, die eine hohe Tintenzufuhrleistung besitzt und die eine große Tintenmenge zu einem Aufzeichnungskopf fördern kann benötigt, um den Bedarf nach derartigen Patronen zu decken, wenn sie beim Hochgeschwindigkeitsdrucken eingesetzt werden. Der wichtigste Faktor, der die Leistung beim Zuführen von Tinte zu einem Aufzeichnungskopf beeinflusst, ist der Strömungsdurchgangswiderstand innerhalb der Patronen.
Das US-Patent Nr. 4,602,662 beschreibt ein extern geregeltes Ventil zur Verwendung in Flüssigkeitsmarkiersystemen. Diese Druckschrift lehrt, dass ein Einlass und ein Auslass auf einer Seite eines bewegbaren Elements gelegen sind, und eine Feder und eine externe Vakuumquelle sind auf der anderen Seite des bewegbaren Elements gelegen. Das Patent sagt insbesondere aus, dass die Feder nicht zum Abdichten des Ventils verwendet wird, sondern nur um ein Auslaufen zu verhindern, während die externe Vakuumquelle zum Geschlossenhalten des Ventils dient.
Das US-Patent Nr. 4,971,527 offenbart ein Regelventil für ein Tintenmarkiersystem. Eine Membran ist zwischen zwei Federn eingespannt und dient so zum Dämpfen von Druckpulsationen in der zwischen einem Einlass und einem Auslass, die auf einer Seite der Membran gelegen sind, strömenden Tinte.
Das US-Patent Nr. 5,653,251 bezieht sich auf ein Vakuumbetätigtes Mantelventil (sheath valve). Während ein Einlass und ein Auslass auf derselben Seite der Ventilmembran gelegen sind, kann die Membran selbst perforiert sein, was es einer Flüssigkeit ermöglicht, auf die andere Seite der Membran zu fließen. Darüber hinaus ist die Membran über einen gekrümmten Vorsprung gespannt, und es wird keine Feder verwendet, um den Ventilöffnungsdruck zu regeln. Genauer gesagt offenbart das US-Patent Nr. 5,653,251 eine Ventilstruktur, die ein aus einer elastisch verformbaren Membran hergestelltes Ventilelement, einen konvexen Abschnitt, mit dem das Ventilelement in Berührung bringbar ist, und einen Strömungskanal, der in dem konvexen Abschnitt gebildet und durch das Ventilelement verschließbar ist, besitzt. In der Ventilstruktur wird ein negativer Druck auf der Nachfrageseite auf eine Fläche des Ventilelements aufgebracht, um das Ventilelement von dem Strömungskanal zu trennen, um hierdurch die Zufuhr und die Unterbrechung der Flüssigkeit zu regeln. Allerdings ist in dem offenen Zustand des Ventils die Fläche des Ventilelements, welche den Flüssigkeitsdruck empfängt (die Druckempfangsfläche), extrem klein, was bedeutet, dass der Flächenunterschied zwischen der vorderen und der hinteren Fläche des Ventilelements groß ist. Aus diesem Grund kann der geöffnete Ventilzustand nicht durch eine geringe Druckänderung, die sich aus einem Tintenverbrauch durch den Aufzeichnungskopf ergibt, aufrecht erhalten werden. Wenn die Ventilstruktur in einem geschlossenen Ventilzustand gebracht ist, ist die Druckempfangsfläche extrem groß, so dass die Ventilstruktur in den offenen Ventilzustand zurückgeführt wird. Dementsprechend gibt es ein Problem dahingehend, dass dieser Vorgang unerwünscht wiederholt wird, was Pulsationen während der Zufuhr von Tinte verursacht, was ersichtlicherweise das Drucken schädlich beeinträchtigen kann.
In der Tintenpatrone, die in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. PCT00/03877 offenbart ist, verursacht das Durchgangsloch, das eine Tintenströmungspassage durch das Membranelement bildet, einen Fluidwiderstand, und ferner verursacht ein gegenseitiger Spalt des Durchgangslochs in Bezug auf das Ventilelement, das mit dem Durchgangsloch zusammenwirkt, ebenso einen großen Fluidwiderstand.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 1 199 178 beschreibt eine Tintenpatrone, die einen Differentialdruckventilmechanismus besitzt (die US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2002/0109760 ist ein Gegenstück hierzu). Diese Druckschrift beschreibt Ventile, in denen eine bewegliche Membran, die ein Durchgangsloch aufweist, durch eine Feder belastet wird, um an einem festen Vorsprung anzuliegen.
Um den durch das Durchgangsloch des Membranelements verursachten Fluidwiderstand zu vermindern, ist es vorstellbar, den Durchmesser des Durchgangslochs größer zu machen. Da jedoch das Membranelement aus einem elastischen Polymermaterial gebildet sein muss, wird ein Erhöhen der Abmessungen des Durchgangslochs die Belastung pro Flächeneinheit vermindern, was eine Verminderung des Dichtdrucks verursacht und somit die Dichtfähigkeit des Ventils verschlechtert und die Patronenleistung vermindert.
Aus diesem Grund kann eine Modifikation vorgenommen werden, in der ein vorstehender Abschnitt in dem Bereich des Ventilelements, der dem Dichtelement gegenüberliegt, gebildet ist, um die Dichtfähigkeit zu verbessern, wobei das Durchgangsloch in diesem hervorstehenden Abschnitt ausgebildet ist. Allerdings wird infolge der Vorspannkraft der Feder, wenn das Ventil in dem geschlossenen Zustand gehalten wird, der hervorstehende Abschnitt elastisch verformt und zusammengedrückt.
Dementsprechend wird, selbst wenn negativer Druck auf das Ventilelement wirkt, um das Ventil von dem Dichtelement um einen Betrag entsprechend des aufgebrachten negativen Drucks zurück zu bewegen, der hervorstehende Abschnitt, der elastisch verformt worden ist, in den Ausgangszustand zurückgeführt, und daher ist der Strömungsdurchgangswiderstand in dem offenen Zustand des Ventils hoch. In dem Fall, in welchem eine große Tintenmenge zum Verbrauch benötigt wird, wie beim Drucken eines Bildes, besteht die Möglichkeit, dass nicht ausreichend Tinte zugeführt wird.
Ferner muss, um den geschlossenen Zustand des Ventilelements zu stabilisieren, der hervorstehende Abschnitt ausreichend zusammengedrückt sein, um in engem Kontakt mit dem Dichtelement zu sein. Zu diesem Zweck ist der hervorstehende Abschnitt des Ventilelements aus einem elastischen Element, das aus einem Elastomer hergestellt ist, aufgebaut. Ebenso ist der hervorstehende Abschnitt des Ventilelements dick im Vergleich zu der Membranwand des Ventilelements, das den Differentialdruck empfängt. Daher ist es wahrscheinlich, dass während des Spritzgießens eine turbulente Harzströmung auftritt, und somit ist es wahrscheinlich, dass Nähte infolge des Gießens auftreten, was Schwierigkeiten beim Bilden des hervorstehenden Abschnitts des Ventilelements, das stark von der Membranfläche hervorsteht, verursacht.
Darüber hinaus muss, da ein Versatz der Konzentrizität zwischen dem hervorstehenden Abschnitt des Ventilelements und dem Dichtelement infolge einer Fluktuation der Bauteilpräzision und des Zusammenbaus verursacht wird, die Kontaktfläche des Dichtelements größer im Vergleich zum Durchmesser des hervorstehenden Abschnitts des Ventilelements gemacht werden, um eine angemessene Ausrichtung sicherzustellen.
Aufgrund dieser Überlegungen erstreckt sich das Dichtelement über einen breiten Bereich um den hervorstehenden Abschnitt des Ventilelements, was das Problem des großen Strömungsdurchgangswiderstands verstärkt.
Da ferner das Durchgangsloch in dem hervorstehenden Abschnitt des Ventilelements ausgebildet sein muss, ist es wahrscheinlich, dass Falten oder Rillen infolge von Nähten in einer Dichtregion auftreten, was schlechte Herstellungsergebnisse verursacht, die unerwünscht sind.
Darüber hinaus erhält in dem Fall, in welchem eine Durchgangslochkonfiguration, wie eine verjüngte Konfiguration, auf das in den Membranelement als Versuch angewandt wird, den Strömungsdurchgangswiderstand zu vermindern, ein unterer Abschnitt des hervorstehenden Abschnitts eine geringe Wanddicke, was ein Problem verursacht, in welchem der hervorstehende Abschnitt in das Innere des Durchgangslochs verformt wird. Das heißt, es gibt ein weiteres Problem darin, dass die Konfiguration des Durchgangslochs begrenzt ist.
Die EP 0 238 829 A2 offenbart eine Tintenpatrone, bei der ein elastisches Element ohne Durchgangsloch verwendet wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung will diese Probleme lösen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenpatrone bereitzustellen, die einen Strömungsdurchgangswiderstand um ein Durchgangsloch in einer Erzeugungsstruktur für negativen Druck vermindern kann, um hierdurch eine hohe Tintenverbrauchsrate von der Tintenpatrone durch einen Aufzeichnungskopf zu ermöglichen.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird eine Tintenpatrone mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 bereitgestellt. Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
Mit dem Aufbau einer Tintenpatrone insbesondere nach Schutzanspruch 1, ist es möglich, auf ein in einem elastischen Element gebildetes Durchgangsloch zu verzichten, und daher kann das elastische Element derart aufgebaut sein, um eine im Wesentlichen ebene Fläche zu besitzen. Selbst wenn das elastische Element durch die Wirkung eines aufgebrachten negativen Drucks zurückgeführt ist, ist es möglich, eine verengte Strömungspassage, die durch die Wiederherstellung eines hervorstehenden Abschnitts verursacht ist, zu beseitigen. Darüber hinaus ist es möglich, Nähte zu vermeiden, die während des Spritzgießens wahrscheinlich auftreten, und hierdurch den Herstellungsertrag zu erhöhen.
Darüber hinaus kann eine Region eines elastischen Elements, die zum Abdichten eines Öffnungsabschnitts der Tintenströmungspassage verwendet wird, als ebene Fläche gebildet sein. Mit dieser Struktur kann ein großer Spalt zwischen dem Öffnungsabschnitt der Tintenströmungspassage und dem Ventilelement sichergestellt werden, wobei auch dessen Tiefe verkürzt werden kann. Aus diesem Grund ist es möglich, den Strömungsdurchgangswiderstand zu vermindern und eine hohe Tintenverbrauchsrate durch einen Aufzeichnungskopf zu ermöglichen. Das heißt, es ist möglich, eine Tintenpatrone bereitzustellen, die zum Hochgeschwindigkeitsdrucken geeignet ist.
Danach wird eine Tintenpatrone bereitgestellt mit einer Tintenspeicherregion, einer Tintenzufuhröffnung, die mit der Tintenspeicherregion kommuniziert, und einem Mechanismus, der in Verknüpfung mit einem Verbrauch von Tinte einen Tintenströmungspfad öffnet, worin: die Tintenspeicherregion ist in eine obere Tintenspeicherregion, die von der Atmosphäre abgedichtet ist, und eine untere Tintenspeicherregion, die zur Atmosphäre offen ist, aufgeteilt, wobei die obere und die untere Tintenspeicherregion miteinander über eine Saugströmungspassage kommunizieren; der Mechanismus ist in der oberen Tintenspeicherregion vorgesehen; der Mechanismus umfasst: ein Tintenzufuhrströmungspassage bildendes Element, das zwischen der oberen Tintenspeicherregion und der Tintenzufuhröffnung angeordnet ist und eine Tintenströmungspassage bildet, die mit der Tintenzufuhröffnung in Kommunikation bringbar ist; und ein elastisches Element, das in dem Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Element angeordnet ist, und eine erste Fläche besitzt, die einem Druck in der Tintenspeicherregion über eine in dem Tintenzufuhrströmungspasssage bildenden Element gebildete erste Strömungspassage ausgesetzt ist, und eine zweite Fläche besitzt, die einem Druck in der Tintenzufuhröffnung über eine in dem Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Element gebildete zweite Strömungspassage ausgesetzt ist, so dass das elastische Element durch eine elastische Kraft mit einem Öffnungsabschnitt der Tintenströmungspassage in Kontakt sein kann und von diesem getrennt sein kann; und das elastische Element ist zum Öffnen des Öffnungsabschnitts der Tintenströmungspassage in Verknüpfung mit dem Druck in der Tintenzufuhröffnung bewegbar, um hierdurch Tinte zu der Tintenzufuhröffnung zuzuführen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Tintenzufuhrströmungspassage bildendes Element leicht durch Spritzgießen integral in einem kastenförmigen Behälterhauptkörper, der ein Boden besitzt und eine Tintenpatrone bildet, gebildet werden.
Ferner wird eine Tintenpatrone bereitgestellt, die aufweist: eine Tintenspeicherkammer; eine Tintenzufuhröffnung, die in Fluidkommunikation mit der Tintenspeicherkammer durch einen Tintenströmungspfad ist; und einen Mechanismus, der den Tintenströmungspfad selektiv schließt und als Ergebnis des Verbrauchs von Tinte öffnet, wobei der Mechanismus ein elastisches Element aufweist, das eine erste und eine zweite Fläche besitzt; eine Tintenströmungspassage, die mit der Tintenzufuhröffnung kommuniziert und einen Öffnungsabschnitt in einer Position besitzt, in welcher die erste Fläche des elastischen Elements den Öffnungsabschnitt berührt oder von diesem getrennt ist; einen Kommunikationsabschnitt, welcher der ersten Fläche des elastischen Elements zugewandt ist und mit der Tintenspeicherkammer kommuniziert; und einen Raumabschnitt, welcher der zweiten Fläche des elastischen Elements zugewandt ist und mit der Tintenzufuhröffnung kommuniziert.
Gemäß obiger Anordnung kann, da eine Öffnungsfläche des Raumabschnitts größer ist als diejenige des Öffnungsabschnitts des Tintenströmungspfades, der mit der Tintenzufuhröffnung kommuniziert, eine Druckveränderung auf der stromabwärts gelegenen Seite, d.h. auf der Seite der Tintenzufuhröffnung, die als Ergebnis eines Tintenverbrauchs verursacht wird, effektiv auf das elastische Element derart aufgebracht werden, dass das elastische Element sicher in den offenen Ventilzustand gesetzt wird.
In der obigen Anordnung ist eine Trennwand auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des elastischen Elements angeordnet, um ein Abteil zwischen dem elastischen Element und der Trennwand zu bilden, wobei die Trennwand einen hervorstehenden Abschnitt besitzt, den die erste Fläche des elastischen Elements elastisch berührt, und der Öffnungsabschnitt des Tintenströmungspfades, der mit der Tintenzufuhröffnung kommuniziert, ist in dem hervorstehenden Abschnitt gebildet.
Dementsprechend ist es möglich, da ein großer Raum um den hervorstehenden Abschnitt in einem Tintenzufuhrzustand sichergestellt werden kann, in welchem das elastische Element von dem Öffnungsabschnitt getrennt ist, einen dynamischen Druckverlust zu vermindern, der in Verbindung mit der Strömung von Tinte verursacht wird. Das heißt, der hervorstehende Abschnitt kann aus demselben Material wie der Behälterhauptkörper gebildet sein. Die Höhe des hervorstehenden Abschnitts kann wie gewünscht gewählt werden. Ferner kann die Freiheit beim Gestalten der Form des hervorstehenden Abschnitts und der Form des Durchgangslochs erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Tintenpatrone enthält ferner ein Belastungselement, das gegenüberliegend zu dem hervorstehenden Abschnitt angeordnet ist und das elastische Element in Richtung auf den hervorstehenden Abschnitt belastet.
Dementsprechend ist es möglich, das elastische Element sicher in Kontakt mit dem hervorstehenden Abschnitt zu bringen, unabhängig von der Positionierung des elastischen Elements, um hierdurch eine Abdichtung dazwischen aufrechtzuerhalten, unabhängig davon, ob externe Vibrationen auftreten, wie durch eine Bewegung des Schlittens verursachte Vibration. Ferner kann die Kontaktkraft (die Abdichtungskraft), mit der das elastische Element gegen den hervorstehenden Abschnitt gedrückt wird, auf einen optimalen Wert eingestellt werden, d.h. einen Wert, der verhindern kann, dass das elastische Element den hervorstehenden Abschnitt infolge einer Bewegung des Schlittens berührt oder sich von diesem trennt, und der weiterhin effektiv Tinte zuführen kann, während er einen optimalen negativen Druck aufrechterhält.
Ferner ist der Öffnungsabschnitt des hervorstehenden Abschnitts derart angeordnet, dass er im Wesentlichen dem Zentrum des elastischen Elements zugewandt ist.
Die zentrale Region des elastischen Elements hält eine im Wesentlichen ebene Form aufrecht, wenn das elastische Element symmetrisch in Bezug auf einen Punkt verformt ist, und daher kann die zentrale Region des elastischen Elements effektiv den Öffnungsabschnitt abdichten, um die Dichtfähigkeit zu erhöhen.
Darüber hinaus sieht die Erfindung vor, dass der Öffnungsabschnitt der Tintenströmungspassage einen zylindrischen Abschnitt auf einer Seite des elastischen Elements und einen erweiterten Abschnitt, der in einer Richtung der Tintenströmung zu der Tintenzufuhröffnung erweitet ist, aufweist.
Dementsprechend ist es möglich, eine zuverlässige Abdichtung durch die zylindrische Region sicherzustellen und den gesamten Strömungsdurchgangswiderstand durch den vergrößerten Abschnitt zu vermindern.
Die Erfindung stellt ferner einen Fluidströmungsregler für einen Aufzeichnungskopf bereit, der aufweist: ein elastisches Element, das eine erste und eine zweite Fläche besitzt und durch einen Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Fläche bewegbar ist; einen Kommunikationsabschnitt, der der ersten Fläche des elastischen Elements zugewandt ist und dazu ausgelegt ist, mit einem Tintentank zu kommunizieren, der Tinte darin speichert; eine Tintenausströmungsöffnung; einen Öffnungsabschnitt des Tintenströmungspfades, der mit der Tintenausströmungsöffnung kommuniziert, worin die erste Fläche des elastischen Elements in Kontakt mit dem Öffnungsabschnitt bringbar und von diesem trennbar ist; und einen Raumabschnitt, welcher der zweiten Fläche des elastischen Elements zugewandt ist und mit der Tintenausströmungsöffnung kommuniziert.
Gemäß obiger Anordnung kann, da eine Öffnungsfläche des Raumabschnitts größer ist als diejenige des Öffnungsabschnitts des Tintenströmungspfades, der mit der Tintenausströmungsöffnung kommuniziert, eine Druckveränderung auf der stromabwärts gelegenen Seite, d.h. auf einer Seite der Tintenausströmungsöffnung, die als Ergebnis eines Tintenverbrauchs verursacht wird, effektiv auf das elastische Element aufgebracht werden, um das elastische Element sicher in den offenen Ventilzustand zu setzen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den in den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2002-266824 (eingereicht am 12. September 2002), 2002-292337 (eingereicht am 4. Oktober 2002), 2002-355470 eingereicht am 6. Dezember 2002) und 2002-357040 (eingereicht am 9. Dezember 2002) enthaltenen Gegenstand, von denen jeder ausdrücklich in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine explosionsartige Perspektivansicht, die eine Tintenpatrone gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet von einer Seite einer Tintenspeicherkammer, zeigt;
2A ist eine Perspektivansicht, welche die Tintenpatrone aus 1, betrachtet von der anderen Seite zeigt;
2B ist eine Perspektivansicht, die eine andere Ausführungsform eines Ventilelementlagerabschnitts zeigt;
3 ist eine Schnittansicht der Tintenpatrone, die eine Schnittstruktur davon in einer Umgebung eines Mechanismus zum Öffnen und Schließen eines Tintenströmungspfads zeigt;
4A und 4B sind vergrößerte Schnittansichten, die einen geschlossenen Ventilzustand bzw. einen offenen Ventilzustand des Mechanismus der Tintenpatrone zeigen;
4C ist eine Schnittansicht, die eine Tintenströmungspassage des Mechanismus zu einer Tintenzufuhröffnung zeigt;
5A und 5B zeigen die Strömung von Tinte in der Tintenpatrone;
6A und 6B sind Ansichten, die unterschiedliche Ausführungsformen eines Ventilelements zeigen;
7 ist eine Perspektivansicht, die ein Ventilelement zeigt, das in einer herkömmlichen Tintenpatrone verwendet wird;
8A und 8B sind vergrößerte Ansichten, die einen geschlossenen Ventilzustand bzw. einen offenen Ventilzustand der herkömmlichen Tintenpatrone zeigen;
8C ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Form eines hervorstehenden Abschnitts in dem geschlossenen Ventilzustand zeigt;
9 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der ein Element, das eine Region definiert, in der ein Öffnungs- und Schließmechanismus eingebaut ist, als getrenntes Element gebildet ist;
10 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau einer Tintenpatrone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und insbesondere eine Struktur einer Öffnungsseite eines Behälterhauptkörpers zeigt;
11 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau der Tintenpatrone zeigt, und insbesondere eine Struktur auf einer Seite einer vorderen Fläche davon zeigt;
12 ist eine vordere Ansicht, welche die Öffnungsseite des Behälterhauptkörpers zeigt;
13 ist eine vordere Ansicht, die eine Bodenabschnittsseite des Behälterhauptkörpers zeigt;
14 ist eine Schnittansicht, die eine Region des Behälterhauptkörpers zeigt, in der ein Öffnungs- und Schließmechanismus eingesetzt ist;
15 ist eine Schnittansicht, die einen Strömungspassagenteil des Hauptkörpers von der Region, in welche der Mechanismus eingesetzt ist, zu einer Tintenzufuhröffnung zeigt;
16 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die Region zeigt, in welche der Mechanismus eingesetzt ist;
17 ist eine explosionsartige Perspektivansicht, welche den Aufbau einer Tintenpatrone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und insbesondere eine Öffnungsseite eines Behälterhauptkörpers zeigt;
18 ist eine Schnittansicht, die eine Region des Behälterhauptkörpers zeigt, in die ein Öffnungs- und Schließmechanismus für negativen Druck eingesetzt ist;
19 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die Region zeigt, in die der Mechanismus eingesetzt ist;
20A und 20B sind schematische Ansichten, die einen geschlossenen Zustand eines Ventils bzw. einen offenen Zustand eines Ventils einer Strömungspfadstruktur des Mechanismus in einer Tintenpatrone gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
21A und 21B sind schematische Ansichten, die einen geschlossenen Ventilzustand bzw. einen offenen Ventilzustand einer Strömungspfadstruktur in einem Öffnungs- und Schließmechanismus für negativen Druck in einer herkömmlichen Tintenpatrone zeigen;
22A und 22B zeigen weitere Ausführungsformen einer Strömungspfadstruktur in dem Mechanismus in der Tintenpatrone gemäß der vorliegenden Erfindung;
23 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform des Mechanismus zeigt; und
24 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines Fluidströmungsreglers für einen Aufzeichnungskopf zeigt, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung einsetzt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die Details der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die veranschaulichten Ausführungsformen diskutiert.
1 und 2A sind explosionsartige Perspektivansichten, die einen Aufbau einer Tintenpatrone gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen und die vorderen bzw. hinteren Strukturen zeigen. 3 ist eine Ansicht, die eine Schnittstruktur davon zeigt. Die Tintenpatrone ist teilweise durch ein Rahmenelement 2, das Öffnungen 1 auf beiden Seiten davon besitzt, und Deckelelemente 3 und 4, welche die Öffnungen 1 jeweils abdichten, definiert. Die Tintenpatrone ist mit einer Tintenzufuhröffnung 5 an einer vorlaufenden Endseite in einer Einfügerichtung gebildet, d.h. an einer Bodenfläche in dieser Ausführungsform. Die Tintenzufuhröffnung gemäß der vorliegenden Erfindung umschließt ein Element oder einen Öffnungsabschnitt, an welches oder in welchen ein Verbindungselement, wie eine Hohlnadel oder ein Rohr, zur lösbaren Verbindung zwischen den Tintenpatrone und einem auf einem Schlitten vorgesehenen Aufzeichnungskopf verbindbar oder einführbar ist.
Ein eine Tintenzufuhrströmungspassage (bzw. einen Tintenzufuhrströmungspfad) bildendes Element 6, das Teil eines Mechanismus 30 zum selektiven Blockieren und Öffnen dieser Passage zum Aufrechterhalten des vom Aufzeichnungskopfes erzeugten negativen Drucks in der Tintenpatrone ist, ist integral in der Nähe eines Abschnitts des Rahmenelements 2, das der Tintenzufuhröffnung 5 zugewandt ist, derart gebildet, dass ein Abschnitt des die Tintenströmungszufuhrpassage bildenden Elements, der auf einer Öffnungsoberflächenseite des Rahmenelements 2 gelegen ist, einen Öffnungsabschnitt 7 bildet. Der Öffnungsabschnitt 7 ist derart angeordnet, um in Fluidkommunikation mit der Tintenzufuhröffnung 5 zu sein.
Das eine Tintenzufuhrströmungspassage bildende Element 6 ist im Wesentlichen in einen ein Ventilelement lagernden Abschnitt 8 zum Lagern eines im Wesentlichen kreisförmigen Ventilelements (ebenso als elastisches Element bezeichnet) 20 und einen Strömungspassageabschnitt 9 zur Fluidkommunikation mit der Tintenzufuhröffnung 5 aufgeteilt. Ein hervorstehender Abschnitt 11, der ein erstes Durchgangsloch 10 besitzt, das als Tintenausströmungsöffnung dient, ist in einem Zentrum des das Ventilelement lagernden Abschnitts 8 gebildet, und ein zweites Durchgangsloch 12, das als Tinteneinströmungsöffnung dient, ist in einer von dem hervorstehenden Abschnitt 11 versetzten Position gebildet. Der Strömungspassagenabschnitt 9 ist mit einem dritten Durchgangsloch 13 versehen, das als Tinteneinströmungsöffnung zur Kommunikation mit einer vorderen Oberflächenregion des Ventilelements 20 dient.
Wie in 4A–C gezeigt, ist das erste Durchgangsloch 10 derart gebildet, um einen im Wesentlichen zylindrischen, geraden Abschnitt S auf einer Seite des elastischen Elements und einen trichterförmigen Abschnitt R zu besitzen, der sich nach außen bei einer Bewegung entlang des Durchgangslochs 10 in der Richtung der Tintenströmung erweitert, wenn sich die Tinte zu der Tintenzufuhröffnung 5 bewegt. Dieser trichterförmige Abschnitt R ist kontinuierlich mit dem zylindrischen Abschnitt S und liegt stromabwärts desselben. Das heißt, die Tintenausströmungsseite des Durchgangslochs 10 erweitert sich nach außen. Diese Struktur stellt ein zuverlässiges Abdichten durch den zylindrischen Abschnitt S bereit, und vermindert den Strömungsdurchgangswiderstand gegenüber einer Fluidbewegung in dem gesamten Durchgangsloch 10 durch den trichterförmigen Abschnitt R.
Ein Vertiefungsabschnitt 15 ist in einer Fläche 14 einer Wandfläche 6a, die das Tintenzufuhrströmungspassage bildende Element 6 bildet, derart gebildet, um das erste Durchgangsloch 10 des hervorstehenden Abschnitts 11 mit dem dritten Durchgangsloch 13 des Strömungspassageabschnitts 9 zu verbinden. Eine Kommunikationspassage (nachfolgend mit Bezugszeichen 15' bezeichnet) ist durch Abdichten des Vertiefungsabschnitts 15 mit einem Abdeckungsfilm 16 definiert.
In dem derart aufgebauten, eine Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Element 6 ist das elastisch verformbare Ventilelement 20 über einen Positionseinstellrahmen 21 wie in 4 gezeigt montiert. Das Ventilelement 20 ist mit einem dicken Abschnitt 20a entlang dessen Umfang ausgestattet, und der dicke Abschnitt 20a besitzt eine ebene Fläche, die dem hervorstehenden Abschnitt 11 zugewandt ist. Eine Feder 22 zum Einstellen eines Differentialdrucks ist durch einen hervorstehenden Abschnitt 20b positioniert. Sie ist auf das Zentrum des Ventilelements 20 ausgerichtet und liegt an der hinteren Fläche (zweite Fläche bzw. Rückfläche) des Ventilelements 20 an. Ferner dichtet ein Halteelement 23 das Äußere des die Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 6 in flüssigkeitsdichter Weise von einer Tintenspeicherregion ab, während es eine Kommunikation zwischen dem Strömungspassagenabschnitts 9 und der Rückfläche des Ventilelements zulässt. Übrigens kann in der gezeigten Struktur die Passung zwischen dem Ventilelement 20 und dem hervorstehenden Abschnitt 11 verbessert werden, falls die aneinander liegenden Abschnitte dieser Elemente eben sind, da dies die Ausrichtung erleichtern wird und die Notwendigkeit vermeiden wird, eine Krümmung und Unregelmäßigkeiten der aneinander anliegenden Flächen zu berücksichtigen.
Zu diesem Zweck, um eine derartige Kommunikation zwischen dem Strömungspassageabschnitt 9 und der Rückfläche des Ventilelements 20 zu ermöglichen, sind mindestens einer und möglicherweise beide Vertiefungsabschnitte 9a und 23a in einer Region des Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 6 und des Halteelements 23 gebildet, um dem Strömungspassagenabschnitt 9 zugewandt zu sein.
Das Ventilelement 20 ist bevorzugt aus Polymermaterial hergestellt, wie einem Elastomer, so dass es durch Spritzgießen geformt werden kann und elastische Eigenschaften besitzt. Das Ventilelement 20 ist mit dem Feder aufnehmenden hervorstehenden Abschnitt 20b in einer dem hervorstehenden Abschnitt 11 zugewandten Region, d.h. in einem zentralen Abschnitt davon, ausgestattet.
Ein Film 24 ist mit einer Trennwand 6b verbunden oder an dieser angebracht, die Teil des Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 6 ist, um die Oberfläche des Halteelements 23 zu bedecken und den Ventillagerabschnitt 8 und den Strömungspassagenabschnitt 9 abzudichten, wodurch eine zuverlässige Abdichtung und Trennung von der Tintenspeicherregion hergestellt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das zweite Durchgangsloch 12 derart gebildet, um im Wesentlichen dieselben Abmessungen wie das erste Durchgangsloch 10 zu besitzen. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt, und das zweite Durchgangsloch 12 kann wie in 2B gezeigt durch ein Fenster 12' ersetzt werden, das als Konsequenz des Entfernens eines größeren Abschnitts der Wandfläche 6a gebildet ist, was genug Material zurück lässt, um einen Abschnitt bereitzustellen, der nicht infolge einer Druckkraft der Feder 22, die das Ventilelement 20 beaufschlagt, verformt wird, und welcher Abschnitt die Bildung des Vertiefungsabschnitts 15 zulässt, der als Kommunikationspassage dient. Diese Anordnung stellt dabei dieselben Wirkungen wie die zuvor beschriebene Struktur bereit.
Wenn in dieser Ausführungsform die Tintenpatrone in einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert wird und der Druck des Fluids auf der Seite der Tintenzufuhröffnung 5, d.h. der am meisten stromabwärts gelegenen Region, von der Tinte von der Tintenpatrone ausgestoßen wird, durch Tintenverbrauch durch einen Aufzeichnungskopf oder dergleichen vermindert ist, wird der Flüssigkeitsdruck in dem Strömungspassagenabschnitt 9, den durch den Vertiefungsabschnitt 15 und den Film 16 gebildeten Strömungspassageabschnitt 15' und einem geschlossenen Raum (auch als Druckbetriebsabteil bezeichnet) 27 hinter dem Ventilelement 20, der hiermit nur über eine durch den Vertiefungsabschnitt 23a gebildete Strömungspassage kommuniziert, ebenso abgesenkt, so dass der verminderte Druck auf die Oberfläche wirkt, die ebenso mit einer Vorspannkraft durch die Feder 23 beaufschlagt ist (der geschlossene Raum 24 ist für Fluidkommunikation nur über die durch den Vertiefungsabschnitt 23a gebildete Passage offen). Allerdings erhält in dem Fall, in welchem der negative Druck des Fluids in der Tintenzufuhröffnung 5 nicht einen vorbestimmten Wert erreicht, das Ventilelement 20 einen abgedichteten Zustand des ersten Durchgangslochs 10 aufrecht, da es der Vorspannkraft der Feder 22 unterworfen ist. Zusätzlich ist, obwohl dieser negative Druck auch auf das erste Durchgangsloch 10 durch die Kommunikationspassage 15' wirkt und somit auf die vordere Fläche des Ventilelements 20 aufgebracht wird, die Fläche des Durchgangslochs 10 extrem klein, so dass die auf die vordere Fläche des Ventilelements wirkenden Kraft im Vergleich zu der auf die Rückfläche des Ventilelements aufgebrachte Kraft vernachlässigbar ist.
4C ist eine teilweise durch den Strömungspassageabschnitt 9 des Mechanismus 30 geführte Schnittansicht. Wenn der negative Druck derart abgesenkt wird, dass die entsprechend erzeugte Kraft geringer ist als die durch die Feder 22 und die inhärente Steifigkeit des Ventilelements 20 aufgebrachte Kraft, wirkt der negative Druck in der Tintenzufuhröffnung auf das Druckbetriebsabteil 27 des Ventilelements 20, das in Kommunikation mit der Tintenzufuhröffnung durch den Vertiefungsabschnitt 23a oder 9a (4C) ist. Dementsprechend erfährt das Ventilelement 20 eine ausreichende Kraft von dem Druckdifferential, um gegen die Vorspannkraft der Feder 22 bewegt zu werden, und wird so von dem hervorstehenden Abschnitt 11 (4B) getrennt, was es der Tinte in der Tintenspeicherkammer 17 erlaubt, in die Kommunikationspassage 15' über das zweite Durchgangsloch 12 (dies ist durch ein Pfeil A in 5A gezeigt) und das erste Durchgangsloch 10 des hervorstehenden Abschnitts 11 zu strömen. Die in die Kommunikationspassage 15' strömende Tinte strömt über das dritte Durchgangsloch 13 (gezeigt durch Pfeil B in 5A) und den Strömungspassageabschnitt 9 in den die Tintenzufuhröffnung 5 (gezeigt durch ein Pfeil C in 5B).
Wenn eine vorbestimmte Menge von Tinte in die Tintenzufuhröffnung 5 auf diese Weise strömt, wodurch sich der Druck an der Rückfläche des Ventilelements 20 erhöht, verursacht die Veränderung des Druckdifferentials entlang des Ventilelements 20, dass das Ventilelement 20 elastisch in Kontakt mit dem hervorstehenden Abschnitt 11 unter der Vorspannkraft der Feder 22 gebracht wird, um so das Durchgangsloch 10 (4A) abzudichten.
Danach wird dieser Vorgang wiederholt, um Tinte in den Aufzeichnungskopf zuzuführen, während der Druck auf der Seite der Tintenzufuhröffnung auf den vorbestimmten negativen Druck aufrecht erhalten wird.
Es ist zu beachten, dass diese Regelung der Tintenströmung automatisch in Antwort auf den Verbrauch von Tinte von der Tintenzufuhröffnung stattfindet. Dies vermeidet die Notwendigkeit, ein spezielles externes Regelsystem vorzusehen, das periodisch das Ventil öffnet und schließt, um eine Tintenströmung von dem Tintenbehälter zu der Tintenzufuhröffnung zu regeln, und vereinfacht und verbessert so die Konstruktion der Tintenpatrone.
Wie in 6A gezeigt, ist die Dichtseite des Ventilelements 20 gemäß der vorliegenden Erfindung als ebene Fläche gebildet. Dies steht im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ventilelement 40, wie in 7 gezeigt, und es gibt in dem erfindungsgemäßen Ventilelement 20 keinen hervorstehenden Abschnitt 42, der ein Durchgangsloch 41 in der einen Ventilsitz berührenden Region besitzt. Mittels dieser Struktur ist das Ventilelement gemäß der Erfindung frei von Nähten, d.h. Nuten (in 7 gezeigte Schlitze), die mit Wahrscheinlichkeit während des Spritzgießens auftreten, und daher kann die Erfindung den Herstellungsertrag annehmbarer Ventilelemente erhöhen.
Ferner ist, da die Region des Ventilelements 20, die den hervorstehenden Abschnitt 11 berührt, als ebene Fläche so breit wie möglich gebildet werden kann, eine genaue Ausrichtung einer kleinen ebenen Region zu dem hervorstehenden Abschnitt kein Problem, und so kann die große ebene Region zuverlässig und eng mit dem hervorstehenden Abschnitt 11, der als Ventilsitz dient, in Berührung gebracht werden, um hierdurch eine hohe Dichtkraft bereitzustellen.
Im Gegensatz hierzu ergibt ein herkömmliches Ventilelement 40, wie in 8A und 8B gezeigt, einen Zustand, in welchem der hervorstehende Abschnitt 42 gegen ein Dichtelement 44 unter der elastischen Kraft der Feder 43 gezwängt ist, und als Ergebnis elastisch zusammengedrückt und verformt wird.
Da andererseits der auf das Ventilelement 40 wirkende negative Druck konstant bleibt, wenn das Ventilelement 40 geöffnet ist, selbst wenn es von dem Dichtelement 44 getrennt ist, wird die Region 42a, die elastisch verformt worden ist, in den Ausgangszustand zurückgesetzt, um einen Strömungspassagespalt L' extrem klein zu machen, was zu dem Problem eines großen Strömungsdurchgangswiderstands führt.
Im Hinblick auf die Tatsache, dass das Durchgangsloch 41 durch das aus einem elastisch verformbaren Material hergestellte Ventilelement 40 hindurch gebildet ist, ist es darüber hinaus notwendig, die Fläche des Dichtelements 44 groß zu machen, um eine Positionsverschiebung des Durchgangslochs 41 infolge der Durchbiegung des Ventilelements 40 oder dergleichen aufzunehmen. Dies führt zu einem weiteren Problem darin, dass es einen erhöhten Strömungswiderstand gibt, da die enge Spaltregion in der Nähe des Durchgangslochs 41 unvermeidlich lang ist.
Im Gegensatz hierzu wird gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Dichtseite des Ventilelements 20 als ebene Fläche gebildet ist, keine Rückstellung erzeugt, selbst wenn das Ventilelement 20 in die Ausgangsposition durch die Wirkung des negativen Drucks zurückgeführt ist, und so kann ein großer Spalt L aufrecht erhalten werden. Da das erste Durchgangsloch 10, das die Tintenströmungspassage während des geöffneten Ventilzustands bildet, darüber hinaus durch den Ventilelementlagerabschnitt gebildet sein kann, der bevorzugt aus einem steiferen Material als das Ventilelement hergestellt ist, kann der hervorstehende Abschnitt 11 derart gebildet sein, um so klein wie möglich zu sein, während weiterhin eine große Strömungspassage zwischen dem Ventilelement 20 und der Endfläche des Durchgangslochs 10 aufgrund dessen Steifigkeit sichergestellt ist. Dementsprechend ist es möglich, den Strömungswiderstand in der Nähe des Durchgangslochs 10 zu vermindern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die mit dem Ventilsitz in Kontakt zu bringende Fläche als ebene Fläche gebildet. Alternativ kann, wie in 6B gezeigt, ein hervorstehender Abschnitt 28 mit einer Konfiguration gebildet sein, die keine Nähte erzeugt, und die weiterhin dieselben nützlichen Wirkungen bereitstellt, die bereits in Verbindung mit der ebenen Fläche diskutiert worden sind. In diesem Falle kann der vorstehende Abschnitt 28 derart dimensioniert und verjüngt sein, um in das Durchgangsloch 10 des hervorstehenden Abschnitts 11 einzudringen, wenn die zwei Bauteile zusammen gezwängt sind.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind das Ventilelement und das Rahmenelement als getrennte Elemente gebaut. Allerdings können sie als einstückiges Element durch gemeinsames Spritzgießen mit jeweils geeigneten Materialien gebildet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Wand, die die Region definiert, in der der Öffnungs- und Schließmechanismus eingebaut ist, integral mit dem die Tintenspeicherregion definierenden Element gebildet. Alternativ kann, wie in 9 gezeigt, das Element, das die Region definiert, in der der Mechanismus eingebaut ist, als getrenntes Element 31 gebaut sein, das in eine stromaufwärts gelegene Seitenöffnung 5a der Tintenzufuhröffnung 5 eingefügt ist.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutiert.
10 bis 13 zeigen die vorderen und hinteren Strukturen einer Tintenpatrone, bei der das Öffnungsverschlusselement entnommen ist. 14 bis 16 zeigen Details eines Öffnungs- und Schließmechanismus, betrachtet im Querschnitt. Unter Bezugnahme auf 10 ist das Innere eines Behälterhauptkörpers 50, der die Tintenspeicherregion bildet, vertikal durch eine Wand 52 aufgeteilt, die sich im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung erstreckt, und sich genauer gesagt derart öffnet, dass eine Seite der Wand 52, die der Tintenzufuhranschlussöffnung 51 zugewandt ist, leicht nach unten gelegen ist. Ein Ventilelement 54, ein Befestigungselement 55 und eine Feder 53 sind in der Tintenzufuhröffnung 51 gelagert, so dass in dem Zustand, in welchem die Tintenpatronen nicht auf einen Hauptkörper einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert ist, das Ventilelement 54 in elastischem Kontakt mit dem Befestigungselement 55 durch die Feder 53 gehalten ist, um den Tintenzufuhranschluss 51 dicht zu verschließen.
Die untere Region unterhalb der Wand 52 ist mit einer ersten Tintenspeicherkammer 56 gebildet, die obere Region oberhalb der Wand 52 ist durch einen Rahmen 59 definiert, der die Wand 52 als Bodenfläche besitzt, und der von einer Wand 57 des Behälterhauptkörpers 50 durch einen bevorzugt konstanten Spalt getrennt ist, um eine Atmosphärenkommunikationspassage 58 zu bilden. Die innere Region des Rahmens 59 ist ferner durch eine vertikale Wand (60) geteilt, die an ihrem Boden mit einer Kommunikationsöffnung 60a gebildet ist, so dass eine der aufgeteilten Regionen (d.h. eine rechtsseitige Region in der Zeichnung) als zweite Tintenspeicherkammer 61 dient, und die andere Region dient als dritte Tintenspeicherkammer 62.
Eine Saugströmungspassage 63 ist in einer der ersten Tintenspeicherkammer 56 gegenüberliegenden Region derart gebildet, um die zweite Tintenspeicherkammer 61 und eine Bodenfläche 50a des Behälterhauptkörpers 50 zu verbinden. Die Saugströmungspassage 63 ist durch Bilden eines vertieften Abschnitts 64 (11) in der vorderen Fläche des Behälterhauptkörpers 50 und Abdichten dieses vertieften Abschnitts 64 mit einem luftundurchlässigen Film 104 aufgebaut, was später ausführlicher zu beschreiben ist.
In der dritten Tintenspeicherkammer 62 ist ein eine Tintenzufuhrströmungspassage bildendes Element 67 durch Bilden einer ringförmigen Rahmenwand 65, die mit dem Rahmen 59 bündig ist, und einer ebenen Fläche 66, die das Innere der ringförmigen Rahmenwand in eine vordere und eine hintere Seite aufteilt, aufgebaut. Eine vertikale Wand 68 ist zwischen dem unteren Abschnitt der Rahmenwand 65 und der Wand 52 gebildet, um eine vierte Tintenspeicherkammer 69 zu definieren. Ein vertiefter Abschnitt 68a zur Kommunikation ist in dem unteren Abschnitt der Wand 68 gebildet.
Eine Trennwand 70 ist zwischen der vierten Tintenspeicherkammer 69 und dem Rahmenabschnitt 59 vorgesehen, um eine Tintenströmungspassage 71 zu bilden. Der obere Abschnitt der Tintenströmungspassage 71 kommuniziert mit der Seite der vorderen Fläche des Behälterhauptkörpers 50 über ein Durchgangsloch 72, das, falls gewünscht, als Filterkammer dienen kann.
Das Durchgangsloch 72 ist durch eine mit der Wand 70 kontinuierliche Wand 73 derart definiert, dass das Durchgangsloch 72 mit dem oberen Ende der Tintenströmungspassage 71 über einen vertieften Abschnitt 73a kommuniziert. Das Durchgangsloch 72 kommuniziert ebenso über einen bevorzugt tropfenförmigen vertieften Abschnitt 74, der auf der Seite der vorderen Fläche gebildet ist, und eine Kommunikationsöffnung 73b mit dem Inneren der Rahmenwand 65.
Wie in 11 gezeigt, ist der untere Abschnitt des die Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 67 mit der Tintenzufuhröffnung 51 über eine Strömungspassage verbunden, die durch einen in der Oberfläche des Behälterhauptkörpers 50 gebildeten vertieften Abschnitt 86 und einen an diesem vertieften Abschnitt 86 abdichtenden luftundurchlässigen Film 104 aufgebracht ist. Das die Tintenzufuhrströmungspassage bildende Element 67 besitzt die ebene Fläche 66 und eine ringförmige Wand 80, die auf der Seite der vorderen Fläche des Behälterhauptkörpers 50 gelegen sind und die der Tintenspeicherregion gegenüberliegen, um hierdurch einen Ventilelementlagerabschnitt 81 zu definieren. Die ebene Fläche 66 ist derart gebildet, dass sie näherungsweise in ihrem Zentrum einen hervorstehenden Abschnitt 83 besitzt, der ein Durchgangsloch 82 besitzt. Die ebene Fläche 66 ist in einer von dem hervorstehenden Abschnitt 83 versetzten Position mit einer Kommunikationspassage 85 versehen, die mit der vorderen Fläche des Ventilelements 84 kommuniziert. Das Durchgangsloch 82 ist, auf ähnliche Weise zu dem in 4A gezeigten, durch einen im Wesentlichen zylindrischen, geraden Abschnitt S, der auf der Seite des elastischen Elements gelegen ist, und einen trichterförmigen Abschnitt R, der in der Richtung der Tintenströmung zu der Tintenzufuhröffnung 51 schrittweise erweitert ist und der mit dem geraden Abschnitt S kontinuierlich und von diesem stromabwärts gelegen ist (d.h., die Tintenausströmungsseite des Durchgangslochs 82 erweitert sich nach außen) gebildet, wodurch eine zuverlässige Abdichtung durch den geraden Abschnitt S sichergestellt ist, während der Strömungsdurchgangswiderstand in dem gesamten Durchgangsloch 82 durch den trichterförmigen Abschnitt R vermindert ist.
Ein kerbenförmiger Abschnitt 87 ist in der Nähe des unteren Endes der Wand 80 gebildet, der mit dem vertieften Abschnitt 86 verbunden ist, der sich nach unten zu der Tintenzufuhröffnung 51 erstreckt. Die Tiefe dieses kerbenförmigen Abschnitts 87 ist derart gewählt, dass der kerbenförmige Abschnitt 87 nur mit einer Rückflächenseite des Ventilelements 84 kommuniziert, wenn das Ventilelement 84 eingebaut ist. Eine Wand 88 ist in der Rückflächenseite gegenüberliegend zu dem Durchgangsloch 82 gebildet, d.h. in der oberen Tintenspeicherregion, und diese Wand erstreckt sich zu dem oberen Ende des vertieften Abschnitts 86, während sie sich von der Kommunikationspassage 85 entfernt, und trennt ebenso einen Raum von der umgebenden Region, so dass der Raum über ein Durchgangsloch 89 an einem unteren Ende der Wand 88 mit der oberen Endregion des vertieften Abschnitts 86 verbunden ist.
Die vordere Fläche des Behälterhauptkörpers 50 ist mit einer schmalen Nut 90, die sich mäanderförmig erstreckt, um den Strömungsdurchgangswiderstand soweit wie möglich zu erhöhen, einer breiten Nut 91 um die schmale Nut 90, und einem rechteckigen vertieften Abschnitt 92, der in einer der zweiten Tintespeicherkammer 61 gegenüberliegenden Region gelegen ist, ausgebildet. Ein Rahmenabschnitt 93 ist in dem rechteckigen vertieften Abschnitt 92 an einem etwas niedrigeren Ort als einer Öffnungskante des vertieften Abschnitts 92 gebildet, und Rippen 94 sind innerhalb des Rahmenabschnitts 93 derart gebildet, um voneinander getrennt zu sein. Ein tintenabweisender, luftdichter Film 95 ist über den Rahmenabschnitt 93 gespannt und an diesem befestigt, um eine Atmosphärenkommunikationskammer zu definieren.
Wie in 12 und 13 zu sehen ist, ist eine Durchgangsloch 96 in der Bodenfläche des vertieften Abschnitts 92 gebildet, um mit einer schmalen Region 98 zu kommunizieren, die durch eine in dem Inneren der zweiten Tintenspeicherkammer 61 gebildete Wand 97 aufgeteilt ist. Das andere Ende der Region 98 kommuniziert über ein in der Region 98 gebildetes Durchgangsloch 99, eine in der vorderen Fläche des Behälterhauptkörpers 50 gebildete Nut 108 und ein Durchgangsloch 99a mit einer Ventillagerkammer 101, die darin ein Atmosphärenkommunikationsventil 100 enthält, das öffnet, wenn die Tintenpatrone an einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert ist. Die oberflächenseitige Region des vertieften Abschnitts 92 in Bezug auf den luftundurchlässigen Film 95 kommuniziert mit einem Ende 90a der schmalen Nut 90.
Der Ventillagerabschnitt 81 des Behälterhauptkörpers 50 ist auf ähnliche Weise zu derjenigen der zuvor genannten Ausführungsform aufgebaut, die in Verbindung mit 1 diskutiert worden ist. Wie in 11 gezeigt, sind das Ventilelement 84 und die Feder 102 auf gleiche Weise eingebaut, das Halteelement 103 ist auf dieselbe Weise montiert, und der Film 104 ist auf dieselbe Weise angebracht, um die vordere Fläche des Behälterhauptkörpers 50 abzudecken. Das Halteelement 103 ist mit einer Nut 105, die mit dem gekerbten Abschnitt 87 kommuniziert, und Strömungspassagen 106 und 107, die mit der Rückfläche des Ventilelements 84 kommunizieren, gebildet.
Dementsprechend bilden die vertieften Abschnitte 74, 86 und 105 zusammen mit dem Film 104 die Tintenströmungspassage, und die schmalen Nuten 90 und 91 und die vertieften Abschnitte 92 und 108 bilden zusammen mit dem Film die Kapillarität und die Atmosphärenkommunikationspassage.
An der Öffnungsseite des Behälterhauptkörpers 50 sind Öffnungen der oberen Tintenspeicherkammern 61, 62 und 69 und die Öffnungen des Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 67 durch einen Film 110 abgedichtet, um diese Regionen von der unteren Tintenspeicherkammer 56 und der Atmosphärenkommunikationspassage 58 zu trennen. Danach wird das Deckelelement 111 dichtend an den Behälterhauptkörper 50 angebracht, um die untere Tintenspeicherkammer 56 zu vervollständigen.
Zusätzlich bezeichnet, wie in 10 und 11 gezeigt, Bezugszeichen 120 in den Zeichnungen ein Identifikationsstück, dass verwendet wird, um ein irrtümliches Montieren der Tintenpatrone zu verhindern, und Bezugszeichen 121 bezeichnet eine Speichervorrichtung, die Tinteninformation, etc. darin speichert, und die in einem vertieften Abschnitt 122 des Behälterhauptkörpers montiert ist.
Wenn die derart aufgebaute Tintenpatrone auf eine Tintenzufuhrnadel, die mit einem Aufzeichnungskopf kommuniziert, montiert wird, wird das Ventilelement 54 durch die Tintenzufuhrnadel gegen die durch die Feder 53 aufgebrachte Vorspannkraft zurück bewegt, um hierdurch die Tintenzufuhröffnung 51 zu öffnen. In diesem Zustand wirkt, da der Druck in der Tintenzufuhröffnung 51 als Ergebnis eines Tintenverbrauchs durch den Aufzeichnungskopf, wenn dieser eine Aufzeichnung etc. durchführt, abgesenkt wird, der verminderte Druck auf die Strömungspassage, die durch den vertieften Abschnitt 86 und den Film 104 gebildet ist, und auf die Rückfläche des Ventilelements 84 über den gekerbten Abschnitt 87, d.h. auf die Fläche, wo das Ventilelement 84 die Druckkraft der Feder 102 aufnimmt. Falls der Druck in der Tintenzufuhröffnung 51 nicht auf weniger als einen vorbestimmten Wert vermindert, der ausreichend ist, um das Ventilelement 84 zu bewegen, bleibt das Ventilelement 84 in elastischem Kontakt gegen den hervorstehenden Abschnitt 83 durch die mittels der Feder 102 aufgebrachte Vorspannkraft gedrückt, um hierdurch das Durchgangsloch 82 geschlossen zu halten. Daher strömt keine Tinte von der Tintenspeicherkammer zu dem Tintenzufuhranschluss 51.
Wenn der Druck in der Tintenzufuhröffnung 51 (d.h. in einer Strömungspassage des Elements oder Öffnungsabschnitts, zu welchem oder in welchen das Verbindungselement die die Hohlnadel oder das Rohr zur lösbaren Verbindung zwischen der Tintenpatrone und dem auf einem Schlitten vorgesehenen Aufzeichnungskopf verbunden oder eingeführt ist) auf den vorbestimmten Wert als Ergebnis fortgesetzten Tintenverbrauchs durch den Aufzeichnungskopf vermindert wird, wird der auf die Rückfläche des Ventilelements 84 über die Strömungspassage wie oben beschrieben wirkende Druck ausreichen, um die durch die Feder 102 ausgeübte Kraft zu überwinden, und daher wird das Ventilelement 84 von dem hervorstehenden Abschnitt 83 getrennt. Dementsprechend strömt Tinte von den Kommunikationspassagen 85 in eine Region zwischen dem Ventilelement 84 und der ebenen Fläche 66, so dass die Tinte von dem Durchgangsloch 82 über die durch die vertieften Abschnitt 88 und dem Film 110 gebildete Passage, das Durchgangsloch 89, die zwischen dem vertieften Abschnitt 86 und dem Film 104 gebildete Strömungspassage, und den Tintenzufuhranschluss 51 in den Aufzeichnungskopf der Aufzeichnungsvorrichtung strömt.
Wenn der Druck an der Rückfläche des Ventilelements 84 als Ergebnis einer vorbestimmten Tintenmenge, die auf die Rückflächenseite des Ventilelements 84 strömt, erhöht wird, wird das Ventilelement 84 wieder in Kontakt mit dem hervorstehenden Abschnitt 83 durch die Vorspannkraft der Feder 102 belastet, um das Durchgangsloch 82 zu schließen, um hierdurch die Strömungspassage zu blockieren. Dementsprechend ist es möglich, die Flüssigkeit in der Tintenzufuhröffnung 51 auf einem negativen Druck zu halten, der ausreichend ist, um eine Leckage von Tinte von dem Aufzeichnungskopf zu verhindern, während eine Zufuhr von Tinte zu dem Aufzeichnungskopf ermöglicht wird.
Wenn Tinte verbraucht wird, strömt die Tinte in der vierten Tintenspeicherkammer 69 über die Strömungspassage 71 und das Durchgangsloch 72 auf die Seite der vorderen Fläche des Ventilelements 84. Darüber hinaus strömt, da nur die erste Tintenspeicherkammer 56 zur Atmosphäre offen ist, Tinte in der dritten Tintenspeicherkammer 62 in die vierte Tintenspeicherkammer 69 über den vertieften Abschnitt 68a, wenn die Tinte in der vierten Tintenspeicherkammer 69 verbraucht ist, und Tinte in der zweiten Tintenspeicherkammer 59 strömt in die dritte Tintenspeicherkammer 62 über den vertieften Abschnitt 60a, wenn die Tinte in der dritten Tintenspeicherkammer 68 verbraucht ist. Tinte in der ersten Tintenspeicherkammer 56 strömt in die zweite Tintenspeicherkammer 61 über die Saugströmungspassage 63, wenn die Tinte in der zweiten Tintenspeicherkammer 61 verbraucht ist. Daher werden die am meisten stromaufwärts gelegenen Tintenspeicherkammern sequentiell früher geleert, so dass Tinte in der ersten Tintenspeicherkammer 56 zuerst verbraucht wird, dann wird die Tinte in der zweiten Tintenspeicherkammer 61 verbraucht, usw.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Tintenkapazität der vorgenannten Tintenpatrone erhöht ist. Der Behälterhauptkörper 50' dieser Ausführungsform besitzt dieselbe Struktur wie der Behälterhauptkörper 50 der vorgenannten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Breite W des Behälterhauptkörpers 50' größer ausgeführt ist.
Als Ergebnis dieser Modifikation wird, da die Höhe der Trennwand 65 des Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 67 sich von derjenigen des Rahmens 59' unterscheidet, ein dritter Film 130 verwendet, um den Öffnungsabschnitt der Trennwand 65 des Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 67 abzudichten.
In der in 10 bis 16 gezeigten Ausführungsform ist die vordere Fläche des hervorstehenden Abschnitts 83 des Tintenzufuhrströmungspassage bildenden Elements 67 einige Male größer als der Durchmesser des Durchgangslochs 82. Wie in 18 und 19 gezeigt, können das Durchgangsloch 82' und der hervorstehende Abschnitt 83' jeweils mit einer konischen Form gebildet sein, betrachtet im Querschnitt, um den Strömungsdurchgangswiderstand durch den anwachsenden Durchmesser des Durchgangslochs 82' zu vermindern sowie die Strömungspassageregion zwischen dem Ventilelement 84 und einer Wand 83a' in der Nähe des Durchgangslochs 82' zu erhöhen, um hierdurch den Strömungsdurchgangswiderstand weiter zu vermindern.
Als nächstes wird der Betrieb des Öffnungs- und Schließmechanismus der zuvor unter Bezugnahme auf 10 bis 16 beschriebenen Tintenpatrone weiter unter Bezugnahme auf 20A und 20B beschrieben, die schematische Zeichnungen sind, die eine zusätzlich vereinfachte Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. 20A und 20B sind schematische Zeichnungen, die einen geschlossenen Ventilzustand bzw. einen offenen Ventilzustand bei einer vereinfachten Erzeugungsstruktur für negativen Druck zeigen. Zur Klarheit der Erläuterung und in Übereinstimmung mit der Struktur der zuvor genannten Erzeugungsstruktur für negativen Druck werden dieselben Bezugszeichen verwendet, die in Verbindung mit den 10 bis 16 gezeigten Ausführungsform verwendet wurden.
In dem in 20A gezeigten geschlossenen Ventilzustand schließt das Ventilelement 84 das Durchgangsloch 82 in Antwort auf eine hierauf auf die Feder 102 aufgebrachte Vorspannkraft, und so ist der Tintenstrom von der Tintenkammer 62 zu der Tintenzufuhröffnung blockiert. In diesem Zustand ist, wie wenn die Tinte durch den Aufzeichnungskopf verbraucht wird, der Druck auf der Seite der Tintenzufuhröffnung entsprechend vermindert, so dass der somit verminderte Druck auf das Ventilelement 84 über die Kommunikationspassage 87 und die Strömungspassage 88 wirkt.
In dieser Ausführungsform ist die Rückfläche des Ventilelements 84, die mit der Kommunikationspassage 87 kommuniziert, einem Abteil 109 zugewandt, das zwischen dem Ventilelement 84 und der Kommunikationspassage 87 gelegen ist, und welches Abteil 109 zur Fluidkommunikation nach außen nur über die Kommunikationspassage 87 offen ist. Das heißt, das Abteil 109 dient als Druckbetriebsabteil zum Übertragen der Druckveränderung der Tintenzufuhröffnung zu der Rückfläche des Ventilelements 84.
Dementsprechend empfängt die Rückfläche des Ventilelements 84 den verminderten Druck von der Seite der Tintenzufuhröffnung über einen weit offenen Bereich, während die andere (vordere) Fläche des Ventilelements 84 den verminderten Druck von der Seite der Tintenzufuhröffnung nur auf einem begrenzten Bereich über die Öffnung 82 erhält. Aus diesem Grund wird aufgrund des Unterschieds der Abmessungen zwischen den Druckempfangsflächen der vorderen und der hinteren Fläche des Ventilelements 84 eine Kraft in einer derartigen Richtung ausgeübt, um die Feder 102 zusammenzudrücken. Wenn der Druck auf der Seite der Tintenzufuhröffnung unter einen durch die Feder 102 eingestellten Druck abgesenkt wird, wird das Ventilelement 84 von dem hervorstehenden Abschnitt 83 wie in 20B gezeigt getrennt, um die Öffnung 82 zu öffnen, wodurch die Tinte in der Tintenspeicherkammer 62 über die Kommunikationspassage 85 und die Strömungspassage 88 in den Aufzeichnungskopf strömt.
Während dieser Tintenströmung, da die Tinte nur über die Vorderfläche des Ventilelements 84 strömt, selbst wenn eine in der Tintenspeicherkammer 62 enthaltene Luftblase hinter die vordere Fläche des Ventilelements 84 gesaugt wird, strömt die Luftblase so wie sie ist mit der Tintenströmung in den Aufzeichnungskopf. Das heißt, da die hintere Fläche des Ventilelements derart aufgebaut ist, um den geschlossenen Raum (auch als Druckbetriebskammer bekannt) 109 vollständig abzuschließen, um eine Hochgeschwindigkeitstintenströmung von der Tintenkammer 62 durch die Kommunikationspassage 87 zu verhindern, ist es unwahrscheinlich, dass die Luftblase in die Kommunikationspassage 87 eintritt und auf die Rückfläche des Ventilelements 84 gelangt.
Daher wirkt jegliche Druckveränderung auf der Seite der Tintenzufuhröffnung sicher auf die Rückfläche des Ventilelements 84 über die Tinte, um zu verhindern, dass die Tintenzufuhr stoppt. Zusätzlich kann jegliche Luftblase, die in den Aufzeichnungskopf eindringt, leicht entfernt werden, wenn negativer Druck auf den Aufzeichnungskopf aufgebracht wird, um zwängend Tinte von dort auszustoßen, so während eines Saugwiedergewinnungsvorgangs.
Im Gegensatz hierzu gibt es in dem Fall der herkömmlichen Tintenpatrone, in der das Ventilelement 40 wie in 7 gezeigt mit dem Durchgangsloch 41 gebildet ist, das als Tintenströmungspassage dient, eine Möglichkeit, dass eine Luftblase die Rückfläche des Ventilelements 40, d.h. die den Druck von der Tintenzufuhröffnung empfangende Region, erreicht, in welchem Fall die Anwesenheit der Luftblase eine auf das Ventilelement aufgebrachte Antriebskraft vermindert.
Genauer gesagt sind 21A und 21B vereinfachte schematische Zeichnungen des Mechanismus einer herkömmlichen Tintenpatrone. Diese Zeichnungen zeigen einen geschlossenen Ventilzustand bzw. einen offenen Ventilzustand. In einem Zustand, in welchem das Ventilelement 40 die Tintenspeicherregion 200 von der Tintenzufuhröffnung 201 isoliert (21A), wenn der Druck an der Tintenzufuhröffnung 201 vermindert ist, ist der Druck an der Rückflächenregion 203 des Ventilelements 40 entsprechend vermindert, und so wird das Ventilelement 40 gegen die Vorspannkraft der Feder 204 zurückgedrängt, wie in 21B gezeigt. Wenn sich das Ventilelement 40 bewegt, wird das als Tintenströmungspassage dienende Durchgangsloch 41 von dem hervorstehenden Abschnitt 206 getrennt und die Tinte in der Tintenspeicherregion 200 passiert durch das Durchgangsloch 41 und strömt hinter die Rückflächenregion 203 des Ventilelements 40 in die Tintenzufuhröffnung 201. Bezugszeichen 208 bezeichnet ein Durchgangsloch zur Kommunikation zwischen der Tintenspeicherregion 200 und dem Ventilelement 40.
Während dieser Tintenströmung, falls es eine von dem Durchgangsloch 41 einströmende Luftblase B gibt, ist es wahrscheinlich, dass die Luftblase in der Rückflächenregion 203 des Ventilelements 202 bleibt. Die Luftblase B, die in die Rückflächenregion 203 des Ventilelements 40, d.h. in die den Druck von der Tintenzufuhröffnung 201 empfangende Region, eindringt, dehnt sich leicht aus, um jegliche in dieser Region 203 veranlasste Druckverminderung zu absorbieren und hierdurch zu beseitigen, und so macht es die Blase unmöglich, das Ventilelement 40 zu bewegen und Tinte zu dem Aufzeichnungskopf zu fördern.
Angesichts der Tatsache, dass das Durchgangsloch 41 des Ventilelements 40 durch den hervorstehenden Abschnitt 206 abgedichtet werden muss, ist es bevorzugt, das Durchgangsloch 41 des Ventilelements 40 in dem hervorstehenden Abschnitt 42 zu bilden. Allerdings ist es erforderlich, die Abmessungen S des hervorstehenden Abschnitts 206, der das Durchgangsloch 41 des Ventilelements 40 abdichtet, groß zu machen, um jeglichen möglichen Positionsversatz des Durchgangslochs 41, der durch die Durchbiegung des Ventilelements größer ist, aufzunehmen. Dies erzeugt ein Problem darin, dass es einen erhöhten Strömungswiderstand gibt, da die Fläche des hervorstehenden Abschnitts 206 und um diesen herum erhöht wird und der schmale Spaltbereich zwischen dem hervorstehenden Abschnitt 206 und dem Ventilelement 40 ist entsprechend groß.
Im Gegensatz hierzu ist es gemäß der vorliegenden Erfindung wie in 20A und 20B gezeigt, da die in dem hervorstehenden Abschnitt 83 gebildete Öffnung 82 abgedichtet ist, ausreichend, die vordere Fläche des Ventilelements 84 eng in Kontakt mit der Öffnung 82 zu bringen. Aus diesem Grund können die Abmessungen des hervorstehenden Abschnitts 82 in solchem Maß so klein wie möglich gemacht werden, dass der Öffnungsabschnitt 82 gebildet werden kann. Dementsprechend ist es möglich, die Abmessungen der schmalen Spaltregion, die in der Nähe der Öffnung 82 zwischen dem Ventilelement 84 und dem hervorstehenden Abschnitt 82 gebildet ist, zu vermindern, um hierdurch den Strömungsdurchgangswiderstand zu reduzieren.
In der vorgenannten Ausführungsform ist die Rückfläche des Ventilelements 84 derart aufgebaut, dass sie dem Raum 109 zugewandt ist und diesen schließt, so dass dieser nur über die Kommunikationspassage 87 mit dem Äußeren kommuniziert. Allerdings ist die Erfindung nicht hierauf oder hierdurch beschränkt. Beispielsweise kann wie in 22A oder 22B gezeigt die Strömungspassage 88 zur Fluidkommunikation zwischen der Öffnung 82 und der Tintenzufuhröffnung mit einem Ende des geschlossenen Raums 109 hinter dem Ventilelement 84 verbunden sein, und eine Strömungspassage zur Fluidkommunikation mit der Tintenzufuhröffnung kann zu dem Druckbetriebsabteil vorgesehen sein, so dass die Rückflächenregion des Ventilelements 84 als Tintenströmungspassage dient. Zusätzlich hilft die vertikale Anordnung des Ventilelements 84 wie in 22A gezeigt, sicherzustellen, dass jegliche durch die Öffnung 85 passierende Blase nach oben entlang des Ventilelements zu der Oberseite des Raums schwimmt und nicht in die Öffnung 82 gesaugt wird.
Durch Bilden einer Tintenausströmungspassage 86', die mit dem Druckbetriebsabteil 109 hinter dem Ventilelement 84 kommuniziert und die senkrecht zu der Fläche des Ventilelements 84 verläuft, wie in 22B gezeigt, ist es möglich, die Tintenpatrone mit dem Ventilelement 84 in einer horizontalen Ausrichtung zu verwenden.
Zusätzlich ist, wenn man die in 4 gezeigte Ausführungsform als Beispiel nimmt, die den Differentialdruck einstellende Feder 22 auf der Rückfläche des Ventilelements 20 angeordnet und belastet das Ventilelement 20 derart, dass das Ventilelement 20 in elastischem Kontakt mit dem hervorstehenden Abschnitt 11 ist. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht hierauf oder hierdurch beschränkt. Beispielsweise kann, wie in 23 gezeigt, das Ventilelement 20 aus elastischem Material, wie einem Gummi, sein, und der hervorstehende Abschnitt 11 kann relativ zur Seite des Ventilelements 20 hinter eine Ebene P hervorstehen, die durch den unverformten Ventilkörper 20 selbst in Abwesenheit des hervorstehenden Abschnitts gebildet ist. In diesem Fall kann das Ventilelement 20 in elastischem Kontakt mit dem hervorstehenden Abschnitt 11 durch die inhärente Elastizität des Ventilelements 20 selbst gehalten werden. Auf diese Weise kann auf ein Vorspannelement, wie die Feder 22, verzichtet werden.
Alternativ kann der Ventilkörper 20 durch die Kombination seiner eigenen Verformung gegen einen hervorstehenden Abschnitt 11 zusammen mit einer geeignet positionierten vorspannenden Feder belastet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Tintenpatrone beschrieben worden ist, die lösbar an dem Aufzeichnungskopf montiert werden kann, ist sie auch auf einen Tintentank (eine Tintenpatrone) eines Typs anwendbar, in welchem ein Aufzeichnungskopf an einem Tintenspeicherelement wie z. B. einem Tintentank befestigt ist. In diesem Fall umschließt die oben diskutierte Tintenzufuhröffnung einen Grenzbereich, in welchem das Tintenspeicherelement mit dem Aufzeichnungskopf verbunden ist, d.h. die Tintenzufuhröffnung bildet eine Tinteneinströmöffnung oder einen Abschnitt des Aufzeichnungskopfs.
24 zeigt eine Ausführungsform eines Fluidströmungsreglers oder einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die positiv das Betriebsprinzip des oben genannten Ventilelements einsetzt, um Tinte zu einem Aufzeichnungskopf zuzuführen, während ein negativer Druck in der Passage 86 aufrecht erhalten wird, von der Tinte zu der Tinteneinströmungsöffnung 147 des Aufzeichnungskopfes strömt. In dieser Ausführungsform ist die Region unmittelbar stromaufwärts des Ventilelements 84 (d.h. der Region entsprechend der Tintenspeicherkammer aus 20A und 20B) weggelassen, und statt dessen ist ein Verbindungselement, wie die in dieser Ausführungsform gezeigte Hohlnadel 140, vorgesehen, um eine Ventilstrukturvorrichtung 141 zu konstruieren. Diese Ventilstrukturvorrichtung 141 ist über das Verbindungselement lösbar mit einer externen Vorrichtung verbindbar, wie einem Tintentank oder einem Tintenbehälter 142, der Tinte darin speichert.
Der Tintenbehälter 142 ist an seinem unteren Abschnitt mit einer Tintenausströmungsöffnung 143 gebildet, die in flüssigkeitsdichter Weise mit der Hohlnadel 140 in Eingriff bringbar ist. In dem Falle eines neuen, unbenutzten Tintenbehälters 142 dichtet ein Dichtfilm (nicht gezeigt), der durch die Hohlnadel 140 durchstoßen werden kann, die Tintenausströmungsöffnung 143 ab, um eine Tintenleckage zu verhindern. Zusätzlich bezeichnet Bezugszeichen 144 in der Zeichnung eine ringförmige Dichtung, die dazu ausgelegt ist, elastisch mit dem äußeren Umfang der Hohlnadel 140 in Berührung gebracht zu werden. Bezugszeichen 145 bezeichnet ein Atmosphärenkommunikationsloch.
Die Bauteile der Erfindung, die erforderlich sind, dass das Ventilelement 84 wie oben beschrieben funktioniert, können in der Form einer unabhängigen Vorrichtung bereitgestellt werden, d.h. der Ventilstrukturvorrichtung 141. In dieser Anordnung ist der Aufzeichnungskopf 146 an dem Bodenabschnitt der Ventilstrukturvorrichtung 141 befestigt, und die Tinteneinströmungsöffnung 147 des Aufzeichnungskopfes 146 ist mit der Tintenausströmungsöffnung (der mit Bezugszeichen 86 bezeichneten Strömungspassage) der Ventilstrukturvorrichtung 141 verbunden. Der Tintenbehälter 142 kann durch Einfügen in der durch einen Pfeil A gezeigten Richtung montiert werden, um Tinte zu dem Aufzeichnungskopf 146 zuzuführen, und kann durch Bewegen und Herausziehen des Tintenbehälters 142 in der entgegengesetzten Richtung ersetzt werden.
Zusätzlich sind der Betrieb und die Wirkung der Ventilstrukturvorrichtung 141 in dieser Ausführungsform dieselben wie in den vorgenannten Ausführungsformen, und daher funktioniert die Ventilstrukturvorrichtung 141, wenn sie in den Tintenbehälter 142 integriert ist, auf dieselbe Weise wie die oben beschriebene Tintenpatrone.
Obwohl der Tintenbehälter 142 direkt mit dem Verbindungselement (der Hohlnadel 140) in der oben genannten Ausführungsform verbunden (montiert) ist, kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wenn das Verbindungselement über einen Schlauch mit einer in einem Hauptkörper der Aufzeichnungsvorrichtung installierte Tintenpatrone verbunden ist.

Claims

Tintenpatrone mit: einer Tintenspeicherkammer (17; 69); einer Tintenzufuhröffnung (5, 51), die über einen in der Tintenpatrone ausgebildeten Tintenzufuhrströmungspfad in Fluidkommunikation mit der Tintenspeicherkammer (17; 69) ist; und einem Mechanismus (30), der derart ausgebildet ist, dass er den Tintenzufuhrströmungspfad als Ergebnis des Verbrauchs von Tinte selektiv schließt und öffnet, wobei der Mechanismus (30) umfasst: ein elastisches Element (20; 84) mit einer ersten und zweiten Fläche; eine erste Strömungspassage (12; 85), die der ersten Fläche des elastischen Elements zugewandt ist und mit der Tintenspeicherkammer (17; 69) kommuniziert; einen Öffnungsabschnitt (10; 82), der so angeordnet ist, dass die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) an dem Öffnungsabschnitt (10; 82) anliegt und von diesem getrennt wird zum entsprechenden Schließen und Öffnen des Öffnungsabschnitts (10; 82) und der mit der Tintenzufuhröffnung (5; 51) über eine zweite Strömungspassage (86, 88, 89) kommuniziert; und einen Raumabschnitt (27; 109), der der zweiten Fläche des elastischen Elements (20; 84) zugewandt und geeignet ist, mit der Tintenzufuhröffnung (5; 51) durch eine dritte Strömungspassage (9, 23a; 86, 87) zu kommunizieren.
Tintenpatrone nach Anspruch 1, worin der Mechanismus (30) ferner eine Trennwand (6a; 66) aufweist, die auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des elastischen Elements (20; 84) angeordnet ist und die ein Abteil zwischen dem elastischen Element (20; 84) und der Trennwand (6a; 66) definiert, wobei die Trennwand (6a; 66) einen hervorstehenden Abschnitt (11; 83) besitzt, gegen den die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) gedrückt wird, und der Öffnungsabschnitt (10; 82) des Tintenzufuhrströmungspfades in dem hervorstehenden Abschnitt (11; 83) gebildet ist.
Tintenpatrone nach Anspruch 2, bei der die Tinte über den Öffnungsabschnitt (10; 82) aus dem Abteil austreten kann.
Tintenpatrone nach Anspruch 2, worin der Mechanismus (30) ferner ein Vorspannelement (22; 102) aufweist, das dem hervorstehenden Abschnitt (11; 83) gegenüberliegt und das elastische Element (20; 84) in Richtung auf den hervorstehenden Abschnitt (11; 83) drückt.
Tintenpatrone nach Anspruch 2, worin das elastische Element (20; 84) durch seine elastische Verformung in Richtung auf den hervorstehenden Abschnitt (11; 83) gedrückt wird.
Tintenpatrone nach Anspruch 2, worin der Öffnungsabschnitt (10; 82) des hervorstehenden Abschnitts (11; 83) derart angeordnet ist, dass er im wesentlichen einem Zentrum des elastischen Elements (20; 84) zugewandt ist.
Tintenpatrone nach Anspruch 1, worin der Raumabschnitt (109) ein Abteil aufweist, das der zweiten Fläche des elastischen Elements (84) zugewandt ist, wobei das Abteil derart angeordnet ist, dass ein Verbrauch von Tinte eine Veränderung eines auf eine stromabwärts gelegene Seite des elastischen Elements (84) aufgebrachten Drucks verursacht, und der geänderte Druck im wesentlichen auf die gesamte zweite Fläche des elastischen Elements (84) aufgebracht wird.
Tintenpatrone nach Anspruch 1, worin die Tinte von der Tintenspeicherkammer (69) in die Tintenzufuhröffnung (51) in folgender Reihenfolge strömt: über die Strömungspassage (85), welche die Tintenspeicherkammer mit einem der ersten Fläche des elastischen Elements (84) zugewandten Raum verbindet; die zweite Strömungspassage (88), die den Öffnungsabschnitt (82) umfasst; den der zweiten Fläche des elastischen Elements zugewandten Raum (109); und eine den Raumabschnitt (109) mit der Tintenzufuhröffnung (51) verbindende Strömungspassage (86).
Tintenpatrone nach Anspruch 1, worin die erste und die zweite Fläche des elastischen Elements (20; 84) die Tinte über eine im Wesentlichen gleiche Fläche berühren.
Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Durchgangsöffnung im Öffnungsabschnitt (10; 82) der Tintenzufuhrströmungspfad einen auf der Seite des elastischen Elements (20; 84) gelegenen zylindrischen Abschnitt (S) aufweist und einen sich erweiternden Abschnitt (R), der sich in Richtung der Tintenströmung hin zu der Tintenzufuhröffnung (5; 51) erweitert.
Tintenpatrone nach Anspruch 1, bei welcher in dem Fall, in dem die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) an dem Öffnungsabschnitt (10; 82) der zweiten Strömungspassage anliegt, auf die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) ein erster Druck aus der Tintenspeicherkammer (17; 69) über die erste Strömungspassage (12; 85) einwirkt, auf die zweite Fläche des elastischen Elements (20; 84) ein zweiter Druck von der Tintenzufuhröffnung (5, 51) durch den Raumabschnitt (27, 109) einwirkt und auf die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) ebenfalls der zweite Druck von der Tintenzufuhröffnung (5; 51) über die zweite Strömungspassage (86, 88, 89) einwirkt, die den Öffnungsabschnitt (10, 82) mit der Tintenzufuhröffnung (5; 51) verbindet.
Tintenpatrone nach Anspruch 11, bei welcher die Fläche der ersten Fläche des elastischen Elements (20; 84) auf welche der zweite Druck einwirkt, wesentlich kleiner ist als die Fläche der ersten Fläche des elastischen Elements (20; 84), auf die der erste Druck einwirkt.
Tintenpatrone nach Anspruch 11, bei der die Fläche der ersten Fläche des elastischen Elements (20; 84), auf welche der zweite Druck einwirkt, wesentlich kleiner ist als die Fläche der zweiten Fläche des elastischen Elements (20; 84), auf welche der zweite Druck einwirkt.
Tintenpatrone nach Anspruch 1, bei welcher die dritte Strömungspassage (86) Teil der zweiten Strömungspassage (86, 88, 89) ist.
Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das elastische Element (20; 84) bewegbar ist in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen seiner ersten und seiner zweiten Fläche.
Tintenpatrone nach Anspruch 15, bei welcher auf die erste Fläche des elastischen Elements (20; 84) ein erster Druck von der Tintenspeicherkammer (17, 69) durch die erste Strömungspassage (12, 85) und auf die zweite Fläche des elastischen Elements (20; 84) ein zweiter Druck von der Tintenzufuhröffnung (5; 51) einwirkt.
Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das elastische Element (20; 84) in einer Kammer angeordnet ist, und die Tinte in die Kammer durch die erste Strömungspassage (12, 85) eintritt und aus der Kammer durch den Öffnungsabschnitt (10; 82) austritt.