DE69333772T2

DE69333772T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, welches eine Farbkartusche mit einem tinteninduzierenden Element verwendet

Info

Publication number: DE69333772T2
Application number: DE69333772T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Ujita; Masanori Takenouchi; Keiichiro Tsukuda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: ATE290468T1; ATE215451T1; CN1097688A; US20020158949A1; CA2111382A1; ES2236379T3; KR0135399B1; ATE163885T1; CA2111382C; AU5239393A; DE69331791T2; TW346879U; CN100341704C; US20020001023A1; MX9308072A; US6454399B2; EP1219446A2; DK1219446T3; HK1066508A1; EP1219446A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tintenkartusche gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, genauer gesagt eine Tintenpatrone (hiernach auch als Tintentank bezeichnet) zum Speichern von Tinte, die einem Tintenstrahlkopf zugeführt werden soll, eine Aufzeichnungseinheit, in die die Tintenpatrone und der Tintenstrahlkopf integriert sind, welche lösbar miteinanderverbunden sind, und die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, an der die Aufzeichnungseinheit lösbar montiert werden kann. In der nachfolgenden Beschreibung deckt der Begriff "Aufzeichnung" das Drucken von Buchstaben, Bildern o.ä. auf textilem Material, Papier, Kunststoffolien o.ä. ab.
Es sind diverse Arten von Aufzeichnungsvorrichtungen vorgeschlagen worden, an denen ein Aufzeichnungskopf montiert ist, der nach einem der folgenden Verfahren arbeitet: Nadeldruckverfahren, thermisches Aufzeichnungsverfahren, thermisches Transferverfahren und Tintenstrahlverfahren. Der Aufzeichnungskopf zeichnet hierbei Buchstaben, Bilder o.ä. auf einem Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise Papier, auf. Von diesen Verfahren stellt das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren ein stoßfreies Verfahren dar und umfaßt die Schritte des Ausstoßens von Tintentröpfchen und des Ablagerns von diesen Tintentröpfchen auf dem Aufzeichnungsmedium. Daher kann eine Aufzeichnungsvorrichtung, bei der eine nach diesem Verfahren arbeitende Aufzeichnungseinheit Verwendung findet, eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte durchführen. Derartige Vorrichtungen sind daher als Drucker, oder als Ausgabe-Terminals eines Informationsverarbeitungssystems, d.h. beispielsweise von Kopiergeräten, Fax-Geräten, Druckmaschinen, Textverarbeitungseinrichtungen, Workstations o.ä., eingesetzt worden, oder sie wurden als mobile oder tragbare Drucker von Personalcomputern, Hostcomputern, optischen Platten oder Videoausrüstung o.ä. eingesetzt.
Wenn in diesen Systemen eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung Verwendung findet, ist die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung so konstruiert, daß sie den entsprechenden speziellen Funktionen und Bedingungen dieser Systeme gerecht wird. Die Miniaturisierung der Größe des Informationsverarbeitungssystems ist heute eine der Hauptforderungen. Daher müssen die Aufzeichnungseinheit und das Hauptgehäuse der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die diese Einheit verwendet, ebenfalls miniaturisiert werden.
Während eine derartige Miniaturisierung auf tatsächlicher Apparatebasis durchgeführt wird, muß die Aufzeichnungseinheit o.ä. die Funktion beibehalten, die bisher üblicherweise bei der Einheit bekannt war, oder muß weitere Funktionen besitzen. Um diese Forderungen zu erfüllen, sind diverse Aufzeichnungseinheiten und diverse Aufzeichnungsvorrichtungen vorgeschlagen worden, in denen eine derartige Einheit montiert ist.
Eines dieser Beispiele wird zuerst in Verbindung mit 1 erläutert.
Gemäß dieser Figur umfaßt eine Tintenstrahleinheit einen Tintenstrahlkopf 102 und eine Tintenpatrone 101 als Speicher zum Speichern des Fluides, beispielsweise Tinte, wobei der Kopf und die Patrone lösbar miteinander verbunden sind. Die Tintenstrahleinheit ist lösbar an einem Schlitten 121 montiert. Der Schlitten 121 ist beweglich an einem Führungsschaft und einer Leitspindel befestigt, die von einem Hauptrahmen 122 der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 120 gelagert werden.
Es versteht sich, daß die Tintenstrahleinheit nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Es gibt beispielsweise auch eine Tintenstrahleinheit, die eine Tintenpatrone besitzt, die einstückig mit dem Tintenstrahlkopf verbunden ist. Wenn der erstgenannte Typ von Tintenstrahlkopf verwendet wird, ist die Tintenpatrone austauschbar ausgebildet, während der Tintenstrahlkopf am Schlitten fixiert oder lösbar montiert ist.
Wenn der Aufzeichnungskopf (Tintenstrahlkopf) und die Tintenpatrone in der vorstehend beschriebenen Weise am Schlitten montiert sind, ist es erforderlich, die Tintenpatrone mit einem Mechanismus zu versehen, der einen Unterdruck erzeugt. In der nachfolgenden Beschreibung ist mit "einem Unterdruck" allgemein ein Zustand definiert, bei dem der Wassersäulendruck der Tinte auf einem Wert gehalten wird, der in ausreichender Weise geringer ist als der Atmosphärendruck, um ein Lecken von Tinte aus den Düsen des Aufzeichnungskopfes zu stoppen. Als in der Tintenpatrone vorgesehener Mechanismus zum Erzeugen eines Unterdrucks findet ein poröses Element als Tintenabsorptionselement Verwendung, das eine Kapillarkraft des porösen Elementes erzeugt. Bei Verwendung eines derartigen porösen Elementes, wie es beispielsweise in der Druckschrift JP-A-2-187 364 beschrieben ist, besitzt die Tintenpatrone eine solche Konstruktion, daß der Tinteneinlaßabschnitt des Aufzeichnungskopfes unter Druck in den Tintenabsorber der Tintenpatrone eingesetzt ist, um den Wirkungsgrad in bezug auf den Verbrauch der Tinte zu erhöhen, d.h. um die Restmenge der Tinte im Tintenabsorber zu reduzieren.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann die Kapillarkraft des porösen Elementes örtlich erhöht werden, indem der Tintenabsorber an einem Teil um den Tinteneinlaßabschnitt herum verformt und auf diese Weise die Tinte in die Nachbarschaft des Tinteneinlaßabschnittes induziert wird. Auf diese Weise wird die Tintenzufuhr gefördert, so daß die Restmenge der Tinte im Tintenabsorber abnimmt.
Im Falle der Aufzeichnungseinheit vom lösbaren Typ (Tintenstrahleinheit) besteht die Möglichkeit, daß der Benutzer die leere Tintenpatrone durch eine neue ersetzt. Es besteht ferner die Möglichkeit, den Aufzeichnungskopf durch einen neuen Kopf zu ersetzen oder die leere Tintenpatrone mit Tinte aufzufüllen, um sie wiederverwenden zu können. Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß der Benutzer die Teile öfter trennt als dies erforderlich ist. Daher ist es schwierig, die Situation vorherzusagen, in der der Aufzeichnungskopf oder die Tintenpatrone gelöst und montiert werden. Im Stadium der Trennung oder Verbindung kann eine bestimmte Menge an Luft in die Tintenpatrone eindringen und verhindern, daß eine Tintenbahn zwischen dem Aufzeichnungskopf und der Tintenpatrone gebildet wird.
Die Aufzeichnungseinheit vom lösbaren Typ, wie sie beispielsweise in der Druckschrift JP-A-2-187 364 beschrieben ist, hat insbesondere in dem Fall, in dem der Tinteneinlaßabschnitt des Aufzeichnungskopfes unter Druck in den Tintenabsorber eingesetzt ist, um die Tinte wirksam zu nutzen, die nachfolgenden Probleme. Es wurde festgestellt, daß der Aufzeichnungskopf die Tinte von der Tintenpatrone nach der Verbindung der Tintenpatrone mit dem Aufzeichnungskopf und vor dem Aufbrauchen der Tintenpatrone nur schwierig aufnehmen kann.
In dieser Situation kann der Tintenfluß zum Aufzeichnungskopf durch einen Ausstoßwiederherstellvorgang, bei dem Tinte aus der Ausstoßöffnung des Aufzeichnungskopfes herausgesaugt wird, oft nicht wiederhergestellt werden, so daß es schwierig ist, die Tinte vollständig zu verbrauchen. Es wurde festgestellt, daß der größte Verursacher für diese Probleme in der vorstehend beschriebenen Situation der nachfolgend beschriebene Grund ist.
Die 2A und 2B zeigen eines der Beispiele der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zur Erläuterung dieses Grundes. 2A zeigt den verbundenen Zustand eines Aufzeichnungskopfes 2 und einer Tintenpatrone 3, während 2B den gelösten Zustand dieser beiden Bestandteile zeigt.
Wie die Figuren zeigen, wird eine Tintenstrahleinheit 4 hergestellt, indem der Aufzeichnungskopf 2 über ein Paar von parallelen Verbindungsklauen (nicht gezeigt) lösbar mit der Tintenpatrone 3 verbunden wird.
An der Verbindungsstelle wird der Tinteneinlaßabschnitt 40 des Aufzeichnungskopfes 2 in einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 39 eingesetzt, der als Tintenzuführabschnitt verwendet wird. Die Tintenbahn 36 kann gegenüber der äußeren Atmosphäre über einen O-Ring 35 isoliert werden, der den Verbindungsabschnitt abdichtet und aus Ethylen-Propylen-Kautschuk o.ä. besteht.
Das poröse Element (d.h. ein Tintenabsorber, wie beispielsweise ein Schwammaterial) 37 nimmt den Innenraum der Tintenpatrone 3 ein, um Tinte zu speichern, die dem Aufzeichnungskopf 2 zugeführt wird. Das poröse Element besitzt die Fähigkeit, die Tinte zu halten.
Die Dichte des porösen Elementes ist so eingestellt, und der Wassersäulendruck des Aufzeichnungskopfes 2 ist so eingestellt, daß er geringer ist als der Atmosphärendruck, um das Lecken von Tinte zu vermeiden.
Bei dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Teil des Tintenabsorbers benachbart zum Verbindungsabschnitt 39 direkt der äußeren Atmosphäre ausgesetzt, wenn sich der Aufzeichnungskopf 2 und die Tintenpatrone 3 im voneinander gelösten Zustand befinden. In diesem Fall induziert der Tintenabsorber 37 Luft, während der verformte Tintenabsorber 37 in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, so daß der Teil des Tintenabsorbers 37 benachbart zum Verbindungsabschnitt 39 der Tintenpatrone 3 mit Luftblasen oder mit Blasen enthaltender Tinte 38 gefüllt werden kann, wenn der Aufzeichnungskopf 2 und die Tintenpatrone 3 voneinander gelöst sind.
Wenn der Aufzeichnungskopf 2 mit der Patrone 3 wieder verbunden wird, bildet der Tintenabsorber 37 einen Luftbereich in dem Teil benachbart zum Tintenzuführabschnitt 39. Dieser Luftbereich verhindert, daß eine Tintenbahn E gebildet wird.
Des weiteren kann die Luft im Tintenzuführabschnitt in den Tintenabsorber komprimiert werden, wenn der Tinteneinlaßabschnitt 40 des Aufzeichnungskopfes 2 in die Tintenpatrone 3 eingesetzt wird, wobei diese komprimierte Luft ebenfalls die Ausbildung der Tintenbahn E verhindert.
Unter diesen Bedingungen kann daher ein unerwünschter Aufzeichnungszustand erzeugt werden, was auf einen reduzierten Tintenfluß oder die unterbrochene Tintenbahn zurückzuführen ist.
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, sind in diversen Dokumenten mechanische Vorrichtungen zum Steuern des Einströmens von Luft in die Tintenbahn vorgeschlagen worden, beispielsweise in der Druckschrift JP-A-5-238 016. Dieses Dokument offenbart eine Faserhülse in einem vom Aufzeichnungskopf vorstehenden Teil. Ein inneres Ende der Hülse steht mit der Tintenkammer des Kopfes in Verbindung, während ein äußeres Ende derselben mit einem Tintenabsorber des Tintenspeichers in Kontakt tritt, wenn der Aufzeichnungskopf mit dem Tintenspeicher verbunden wird. Gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion funktioniert die Hülse als Filter und verhindert, daß Luft in die Kammer des Aufzeichnungskopfes induziert wird.
Dieses Dokument enthält jedoch keinen Vorschlag in bezug auf die Lösung des Problems, daß Luft während der Durchführung der Trennung und Wiederverbindung des Aufzeichnungskopfes und der Tintenpatrone in die Tintenpatrone eindringt.
Des weiteren besteht der Gedanke der Anordnung eines Ventilmechanismus zum Schließen des Tintenauslasses, um das Einströmen von Luft in die Tintenbahn während der Trennung und Wiederverbindung zu verhindern. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Aufzeichnungseinheit ist jedoch ein Verfahren zur Herstellung einer mit einem derartigen Ventilmechanismus versehenen Aufzeichnungseinheit mit höheren Produktionskosten und mehr Teilen verbunden. Darüber hinaus ist das entstandene Produkt größer ausgebildet und weist ein schlechtes Betriebsverhalten auf. Hierdurch werden die Vorteile eines solchen beweglichen Typs einer Aufzeichnungseinheit reduziert.
Zusätzlich zu dem Problem, daß Luft während des Trennens und Wiederverbindens des Aufzeichnungskopfes und der Tintenpatrone leicht in die Tintenpatrone eindringen kann, sind bei einem solchen lösbaren Typ von Aufzeichnungseinheit auch noch die folgenden Punkte zu beachten:

(i) die Tinte leckt aus dem Tintenverbindungsabschnitt, wenn der Aufzeichnungskopf entfernt worden ist;
(ii) die geeignete Menge an zugeführter Tinte von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf spielt eine Rolle; und
(iii) der Wirkungsgrad in bezug auf den Verbrauch der in der Tintenpatrone gespeicherten Tinte.

Die vorliegende Erfindung kann daher eine Vielzahl der vorstehend beschriebenen Probleme lösen, die bei einer lösbaren Aufzeichnungseinheit auftreten, bei der der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone abgelöst oder mit dieser verbunden wird.
Eine gattungsgemäße Tintenkartusche ist aus der Druckschrift EP-A-0 536 980 bekannt. Die Tintenkartusche ist an einem Aufzeichnungskopf anbringbar und von diesem lösbar. Der Aufzeichnungskopf hat einen Tintenaufnahmeabschnitt. Die Tintenkartusche hat einen Tintenspeicherabschnitt mit einem Raum zum Speichern von Tinte, ein Tintenabsorbtionselement, das in dem Tintenspeicherabschnitt zum Speichern der Tinte untergebracht ist, und einen Tintenlieferöffnungsabschnitt mit einer Öffnung für ein Liefern von Tinte von dem Tintenspeicherabschnitt zu dem Tintenaufnahmeabschnitt von dem Aufzeichnungskopf.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenkartusche gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart weiterzuentwickeln, dass die Tintenkartusche bei geringen Kosten hergestellt werden kann, eine hohe Zuverlässigkeit hat, ein Austreten (Lecken) von Tinte verhindert und stabil Tinte liefert nach einem Lösen von und/oder Verbinden derselben mit einem Aufzeichnungskopf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese Aufgabe durch eine Tintenkartusche mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät mit einer derartigen Kartusche ist in Anspruch 34 definiert.
Die vorstehende Aufgabe, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahlaufzeichnungseinheit des Standes der Technik;
2A einen Querschnitt durch eine herkömmliche Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, wobei ein Aufzeichnungskopf mit einer Tintenpatrone verbunden ist;
2B einen Querschnitt durch eine herkömmliche Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, wobei ein Aufzeichnungskopf von einer Tintenpatrone entfernt ist;
3A einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit gemäß einem nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel, bei dem ein Aufzeichnungskopf von einer Tintenpatrone entfernt ist;
3B einen Querschnitt von der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit gemäß dem Vergleichsbeispiel, wobei ein Aufzeichnungskopf mit einer Tintenpatrone verbunden ist;
4 eine perspektivische Ansicht eines Tinteninduzierelementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine stark vergrößerte Schnittansicht eines Verbindungsabschnittes des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes und der Tintenpatrone gemäß dem Vergleichsbeispiel;
6 eine Detailansicht des Tinteninduzierelementes der 4;
die 7A–7D schematische Darstellungen einer modifizierten Ausführungsform des Tinteninduzierelementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
8A einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit mit einem Ventilmechanismus, wobei ein Aufzeichnungskopf mit einer Tintenpatrone verbunden ist;
8B einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit mit einem Ventilmechanismus, wobei der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone entfernt ist;
9A einen Querschnitt durch die Tintenstrahlaufzeichnungseinheit mit dem Ventilmechanismus der 8A–8B, wobei der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone verbunden ist;
9B einen Schaltplan zum Erläutern des Strömungswiderstandes, der bei der in 9A gezeigten Aufzeichnungseinheit mit Ventilmechanismus auftritt;
10A ein Diagramm zum Erläutern des Strömungswiderstandes, der bei der in den 9A und 9B gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungseinheit mit dem Ventilmechanismus auftritt;
10B ein Diagramm zum Erläutern des Strömungswiderstandes, der bei der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit auftritt, die das Tinteninduzierelement gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt;
11A eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Fähigkeit der Zuführung von Tinte der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, die den Ventilmechanismus hat;
11B eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Fähigkeit der Zuführung von Tinte der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, die das Tinteninduzierelement gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
12 einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aufzeichnungskopf von einer Tintenpatrone getrennt ist;
13A einen Querschnitt durch eine nicht beanspruchte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, bei der ein Filter anstelle des Tinteninduzierelementes Verwendung findet und wobei der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone verbunden ist;
13B einen Querschnitt durch eine nicht beanspruchte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, bei der ein Filter anstelle des Tinteninduzierelementes Verwendung findet und bei der der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone entfernt ist;
14A einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone entfernt ist;
14B einen Querschnitt durch die Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, wobei der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone verbunden ist;
14C eine Teilansicht in einer. Richtung entlang Linie C-C' in 14B;
15 eine perspektivische Ansicht eines Tinteninduzierelementes gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, bei der ein Tinteninduzierelement Verwendung findet und der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone verbunden ist;
17A einen Querschnitt durch eine nicht beanspruchte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, bei der ein Filter anstelle des Tinteninduzierelementes Verwendung findet und der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone entfernt ist;
17B einen Querschnitt durch eine nicht beanspruchte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, wobei der Aufzeichnungskopf in der Phase der Verbindung mit der Tintenpatrone dargestellt ist;
17C einen Querschnitt durch eine nicht beanspruchte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, wobei der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone verbunden ist;
18A eine Vorderansicht der Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung in einer Packung gemäß der vorliegenden Erfindung;
18B eine Seitenansicht der Tintenpatrone für die Tintenstrahlaufzeichnung in einer Packung gemäß der vorliegenden Erfindung;
18C eine Seitenansicht der Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
19A eine Seitenansicht der Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Zustand zum Zeitpunkt der Platzierung der Tintenpatrone in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur dargestellt ist;
19B einen Zustand, bei dem die Tintenpatrone in der Atmosphäre mit hoher Temperatur gehalten wird;
19C einen Zustand zu dem Zeitpunkt, an dem die Tintenpatrone nach dem Zustand der 19B in einer Atmosphäre mit Raumtemperatur gehalten wird;
19D einen Zustand, bei dem das Versiegelungsband nach dem Zustand der 20C von der Tintenpatrone abgenommen wird;
20A eine Seitenansicht der Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Zustand zu dem Zeitpunkt gezeigt wird, an dem die Tintenpatrone in einer Atmosphäre mit einer hohen Temperatur angeordnet wird;
20B einen Zustand, in dem die Tintenpatrone in der Atmosphäre mit hoher Temperatur gehalten wird;
20C einen Zustand zu dem Zeitpunkt, an dem die Tintenpatrone nach dem Zustand der 20B in einer Atmosphäre mit Raumtemperatur angeordnet wird;
20D einen Zustand, bei dem das Siegelband nach dem Zustand der 20C von der Tintenpatrone abgenommen wird;
21A eine Draufsicht auf eine Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
21B eine Seitenansicht einer Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
21C eine Vorderansicht (d.h. Tintenauslaßseite) einer Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
21D eine Rückansicht (d.h. Luftöffnungsseite) einer Tintenpatrone zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
22A einen Schnitt entlang Linie A-A in 21A;
22B einen Schnitt entlang Linie B-B in 21B;
22C einen Schnitt entlang Linie C-C in 21C;
22D einen Schnitt entlang Linie D-D in 21D;
23 eine stark vergrößerte Ansicht des Tinteninduzierelementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
24 einen Querschnitt durch eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
25 eine stark vergrößerte Schnittansicht eines Verbindungsabschnittes des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes und der Tintenpatrone gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 eine perspektivische Ansicht eines Farbtintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
27 eine perspektivische Ansicht des Farbtintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
28 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahldruckmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung; und
29 eine perspektivische Ansicht eines PC gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die diverse bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, im einzelnen beschrieben.
<nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel 1>
Die 3A und 3B zeigen Querschnittansichten einer Tintenstrahlaufzeichnungseinheit 4 als ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel. Die Aufzeichnungseinheit 4 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Aufzeichnungskopf 2 und einer Tintenpatrone 3, die in einfacher Weise miteinander verbunden werden können, wie in 3B gezeigt, und die ebenfalls in einfacher Weise voneinander getrennt werden können, wie in 3A gezeigt.
Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 2 besitzt einen Filter 43 an einem Ende eines Tinteneinlaßabschnittes 45, der als Verbindungsabschnitt mit der Tintenpatrone 3 wirkt. Der Filter 43 besitzt eine Vielzahl von Poren, die eine konstante Porengröße aufweisen, und dient zum Einfangen von Schmutzpartikeln in einem Tintenstrom, wenn der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone 3 verbunden ist. Die Porengröße des Filters 43 liegt in dem nachfolgend definierten Bereich. Die obere Grenze der wirksamen Porengröße wird als maximal wirksamer Durchmesser der Pore, um das Einströmen der Schmutzpartikel in die Aufzeichnungsköpfe zu verhindern, definiert, was von der Größe der Düsen abhängig ist, die am anderen Ende des Flüssigkeitskanales im Aufzeichnungskopf 2 ausgebildet sind. Andererseits hängt die untere Grenze der wirksamen Porengröße vom Druckverlust des Filters 43 bei maximalem Tintendurchsatz ab und wird als minimal wirksamer Durchmesser der Pore, der nicht ausreicht, um einen Druckvorgang mit Tinte negativ zu beeinflussen, definiert. Der Druckverlust hängt vom Durchmesser des Flüssigkeitskanales (d.h. einer Tintenbahn) im Tinteneinlaßabschnitt 45 ab, wo der Filter 43 angeordnet ist, so daß nach den Versuchen der Erfinder es vorzuziehen ist, den wirksamen Durchmesser der leeren Pore des Filters in einem Bereich von 5–20 μm festzulegen.
Die Tintenpatrone 3 hat ein poröses Element (einen Tintenabsorber) 37 als Tintenspeicher zum Speichern von Tinte und ein Tinteninduzierelement 47, das aus Faserelementen besteht. Das Bezugszeichen 48 bezeichnet eine Luftverbindungsöffnung zum Verbinden des Innenraumes der Tintenpatrone mit atmosphärischer Luft (Umgebungsluft), und das Bezugszeichen 39 bezeichnet einen Tintenzuführabschnitt zur Verbindung mit einem Tinteneinlaßabschnitt 45 des Aufzeichnungskopfes 2.
Das Tinteninduzierelement kann zum Induzieren d.h. Einleiten von Tinte in einer Richtung in einer Vorrichtung verwendet werden. Bei diesem Vergleichsbeispiel ist das Tinteninduzierelement in geeigneter Weise in der Tintenpatrone angeordnet, so daß Tinte vom Tintenabsorber zum Tintenzuführabschnitt induziert wird. Bei diesem Vergleichsbeispiel ist das poröse Element 37 ein Tintenabsorber, beispielsweise ein Schwamm, der im Tintenspeicherabschnitt der Patrone zusammengepreßt ist.
Gemäß den Figuren wird das Tinteninduzierelement 47 vom Lagerabschnitt 41 der Patrone gehalten, und eine Innenseite des Tinteninduzierelementes 47 ist so gegen den Tintenabsorber 37 gepreßt, daß dieser verformt wird. Durch eine derartige Verformung des Tintenabsorbers 37 wird eine höhere Kapillarwirkung am Kontaktpunkt erreicht, wodurch die Tinte in der Nachbarschaft des Tinteninduzierelementes zentriert wird.
Luft kann daher nicht in das Tinteninduzierelement 47 eindringen, weil das Tinteninduzierelement in der Lage ist, eine konstante Tintenzufuhr vom Tintenabsorber aufrechtzuerhalten, wann immer der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone gelöst wird. Es kann ferner auch ein Meniskus an einer Fläche des Tinteninduzierelementes gebildet werden, die zum Tinteneinlaßabschnitt 45 des Aufzeichnungskopfes weist.
Der Wirkungsgrad in bezug auf die Nutzung der in der Tintenpatrone gespeicherten Tinte kann verbessert werden, indem der Fluß der Tinte in das Tinteninduzierelement verbessert und ohne Unterbrechung aufrechterhalten wird, wenn eine Tintenbahn geformt wird, indem der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 2 an der Tintenpatrone 3 befestigt wird.
Wenn der Tintenabsorber 37 in der Tintenpatrone 3 wie jener des Vergleichsbeispiels komprimiert wird, setzt das Tinteninduzierelement 47 den Tintenabsorber 37 so unter Druck, daß der komprimierte Abschnitt sowie dessen Nachbarschaft des Tintenabsorbers 37 verspannt wird. Die Tinte kann somit in der Nachbarschaft des Tinteninduzierelementes 47 zentriert werden.
Wenn eine niedrige Komprimierbarkeit oder ein niedriger Elastizitätsmodul des Tintenabsorbers in der Tintenpatrone Anwendung findet, wird das Tinteninduzierelement vorzugsweise unter Druck in den Tintenabsorber eingesetzt, um eine Verformung zu erreichen, die groß genug ist, um die Tinte im verformten Abschnitt zu konzentrieren.
Bei diesem Vergleichsbeispiel bedeutet der Begriff "Einsetzen unter Druck", daß das Tinteninduzierelement durch Aufbringen einer Kraft, die größer ist als die der normalerweise verwendeten Kompressionskraft, in den Tintenabsorber eingesetzt wird.
Allgemein gesagt werden die Tintenausstoßöffnungen des Aufzeichnungskopfes der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung auf einem geeigneten Wassersäulendruck gehalten, der niedriger ist als der Atmosphärendruck, um zu verhindern, daß die Druckqualität durch eine geringe Tintenzufuhr zu den Tintenausstoßöffnungen (d.h. Düsen) und durch ein Lecken von Tinte hiervon verschlechtert wird. Es ist erforderlich, den Druck der Tinte im Aufzeichnungskopf 2 auf einem geringeren Druck als Atmosphärendruck zu halten (üblicherweise in einem Bereich von – 150 mm Wassersäule bis 0 mm Wassersäule, vorzugsweise in einem Bereich von – 100 mm Wassersäule bis – 30 mm Wassersäule gegenüber Atmosphärendruck). Bei diesem Vergleichsbeispiel wird das poröse Element 37 bei einem Druck in einem Bereich von 40 mm–60 mm Wassersäule gehalten, um den Zustand der Tinte so zu regulieren, daß ein Unterdruck auftritt.
Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 2 wird mit Hilfe eines Paares von Verbindungseinrichtungen 34 lösbar mit der Tintenpatrone 3 fixiert. Die Verbindungseinrichtungen 34 stehen von einem Ende der Tintenpatrone 3 vor und bilden parallele Vorsprünge, die in Ausnehmungen (nicht gezeigt) der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eingreifen. Ein Filter 43 des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes 2 wird auf das Tinteninduzierelement 47 der Tintenpatrone 3 gepreßt, indem vorgegebene Druckkräfte aufgebracht werden.
Die Druckkräfte hängen von der Länge des vorstehenden Teiles des Tinteneinlaßabschnittes 45 des Aufzeichnungskopfes 2 und der Tiefe des Zuführabschnittes ab, der durch den Abstand von einer Außenfläche der Tintenpatrone 3 bis zu einer Kontaktfläche des Tinteninduzierelementes 47, die mit einem Ende des Tinteneinlaßabschnittes 45 des Aufzeichnungskopfes 2 in Kontakt gebracht wird, definiert wird.
Die Verbindung bildet daher eine Tintenbahn 36 zur Zuführung von Tinte zu einem Einlaß des Aufzeichnungskopfes 2 durch das Tinteninduzierelement 47.
Durch die Konstruktion des Vergleichsbeispiels können das Lecken von Tinte (Tintenaustreten) und die Verdampfung von Tinte vom Kontaktpunkt minimal gehalten werden, da der durch den Kontakt zwischen dem Tinteneinlaßabschnitt 45 und dem Tintenzuführabschnitt 39 gebildete Tintenkanal durch einen O-Ring 35 abgedichtet ist, der an einem Verbindungsabschnitt des Aufzeichnungskopfes 2 angeordnet ist.
4 zeigt die Konstruktion des vorstehend beschriebenen Tinteninduzierelementes 47.
Bei dem Tinteninduzierelement 47 handelt es sich um ein Bündel von Fasern, das als Tintenzuführelement ausgebildet ist, um die Tinte von der Tintenpatrone 3 zum Aufzeichnungskopf 2 zu führen, wenn diese miteinander verbunden sind. Das Element besteht aus einer Vielzahl von Fasern, die parallel zur Tintenzuführrichtung angeordnet sind, um die Tinte in einer Richtung zuzuführen. Das Tinteninduzierelement 47 besitzt zwei Bereiche in diametraler Richtung (d.h. einer Richtung senkrecht zur Tintenzuführrichtung). Mit anderen Worten, es besitzt einen äußeren Umfangsbereich mit einer vergleichsweise geringen Fähigkeit zur Zuführung der Tinte und einen inneren Bereich mit einer vergleichsweise ausgezeichneten Fähigkeit zum Induzieren der Tinte. Der äußere Umfangsbereich 52 wird durch Aufbringung eines Bindemittels zum Fixieren der Fasern, so daß sie eine geschlossene Packung bilden, hergestellt, während der innere Bereich 51 so geformt wird, daß ein Freiraum zwischen den Fasern vorhanden ist, der groß genug ist, um Tinte hindurchzulassen.
Der Begriff "Faserbündel" bedeutet ein Bündel aus faserigem Harz, beispielsweise Polyester, Nylon, Polypropylen, Polyethylen, Cellulose und Polyurethan, oder ein Bündel aus anderen faserigen Materialien, beispielsweise Metall, Gras und Kohlenstoff, oder ein Bündel aus einem faserigen Gemisch dieser Harze und Materialien. Der Begriff "Fixieren der Fasern, so daß sie eine enge Packung bilden" bedeutet, daß der Freiraum zwischen den Fasern mit Bindemittel oder Füllmaterial aufgefüllt wird oder daß die Fasern durch Wärme oder Druck miteinander verschmolzen werden.
Der innere Bereich kann unterschiedlich große Freiräume als Tintenbahnen aufweisen, so daß Tintenbahnen unterschiedlicher Größe vorhanden sein können. Die eine Art Tintenbahn besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der der Faser, während die andere Art einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der der Faser. In diesem Fall kann die Tinte daher gleichmäßig durch einen Querschnittsbereich des inneren Bereiches in einer Richtung senkrecht zur Tinteninduzierrichtung geführt werden.
Vorzugsweise besteht jede Faser aus einem Material, wie beispielsweise Polyester, Nylon, Polypropylen, Polyethylen, Cellulose und Polyurethan, das chemisch beständig ist und in einfacher Weise befeuchtet werden kann. Eine der Normen zum Bewerten des Befeuchtungsvermögens des Materiales ist der sogenannte Tintenkontaktwinkel. Mit anderen Worten, das Material kann als gut eingestuft werden, wenn der Tintenkontaktwinkel relativ gering ist. Es ist auch möglich, Material mit einem großen Tintenkontaktwinkel als Tinteninduziermaterial zu verwenden, indem man das Material einer hydrophilen Behandlung unterzieht. Da hierdurch jedoch zusätzliche Schritte hervorgerufen werden, die die Kosten des Produktes u.ä. erhöhen, kann dies nicht empfohlen werden.
Ferner können andere Materialien, wie beispielsweise Metall, Gras, Kohlenstoff, und Gemische von mindestens zwei der vorstehend beschriebenen Materialien als Fasermaterialien verwendet werden.
Das Tinteninduzierelement 47 sollte als Teil einer Tintenbahn angeordnet werden, um die Tinte entlang dieser Bahn zu führen, und sollte mit einer ausreichend großen physikalischen Festigkeit versehen sein, um seine Form gegenüber der vom Tinteneinlaß des Aufzeichnungskopfes aufgebrachten Druckkraft zu wahren. Es wird daher bevorzugt, das Element als Faserbündel auszubilden.
Die obere Grenze in bezug auf die Dicke der Faser für das Tinteninduzierelement hängt vom Grad des Kontaktes zwischen dem Tinteninduzierelement und dem Filter am vorstehend beschriebenen Tinteneinlaßabschnitt ab. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird vorzugsweise eine Faser mit einer Dicke von 0,05 mm oder darunter verwendet. Ferner wird bevorzugt, daß die untere Grenze der Dicke der Faser für das Tinteninduzierelement 0,01 mm oder darüber beträgt, um das Faserbündel mit geringen Kosten einfach herstellen zu können. Bei dieser Ausführungsform findet daher eine Polyesterfaser mit einer Dicke von 0,03 mm Verwendung.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Harzbindemittel als Mittel zum Fixieren des Faserbündels verwendet. Die Umfangsfläche und deren Nachbarschaft des Bündels werden durch das Bindemittel gehärtet, um einen gehärteten Bereich zu bilden.
Polyurethan von Polyesterpolyol wird als Harzbindemittel verwendet, um die Umfangsfläche des Bündels zu penetrieren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Substanz beschränkt. Es kann auch ein Melaminharzbindemittel Verwendung finden, wenn dieses an den Gegenstand angepaßt ist.
Die Mittel zur Ausbildung des harten Bereiches 52 zum Fixieren, des Faserbündels sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Harzbindemittel beschränkt. Der harte Bereich 52 kann ebenfalls durch Verschmelzen eines äußeren Umfangsbereiches des Bündels durch Aufbringen von Wärme oder Druck hergestellt werden. Anstelle des harten Bereiches ist es ferner möglich, das Faserbündel mit anderem Material abzudecken. Vergleicht man die beiden vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Mittel, so ist das Bindemittel aus den nachfolgenden Gründen geeigneter als die Abdeckeinrichtung. Bei der Ausbildung des harten Bereiches können der Schritt zur Ausbildung des Faserbündels und der Schritt des Hindurchführens des Bindemittels durch das Bündel nahezu zur gleichen Zeit durchgeführt werden. Bei Verwendung der Abdeckeinrichtung kann das Verfahren zur Herstellung des Tinteninduzierelementes kompliziert werden, da ein Schritt zur Abdeckung des Bündels mit der Abdeckeinrichtung in dem Zustand durchgeführt werden sollte, in dem die Fasern gebündelt sind, bis sie gleichmäßig abgedeckt worden sind, um ihre physikalische Festigkeit zu vergleichmäßigen.
Es ist möglich, auch andere Verfahren zum Bündeln der Fasern zu verwenden, wenn die hierdurch hergestellten Produkte eine Richtung zur Zuführung der Tinte entlang den Fasern und eine bestimmte Form, des Faserbündels wahren, so daß die Tinte das Bündel gleichmäßig durchdringen und somit in konstanter Weise zugeführt werden kann.
Jede Faser im Tinteninduzierelement ist in einer Richtung parallel zum Tintenstrom im Element ausgerichtet. Der aufzubauende Kapillardruck des Bündels wird auf einen höheren Wert eingestellt als ihn das poröse Element hat. Dies trifft auch auf den Fall zu, bei dem das poröse Element vom Tinteninduzierelement komprimiert wird.
Auf diese Weise erreicht die Tinte rasch die Spitze. des Tinteninduzierelementes, da das Tinteninduzierelement 47 auf das poröse Element 37 gedrückt wird, das die Tinte aufgesaugt hat. Die Tinte in der Spitze des Tinteninduzierelementes leckt nicht, da ein Meniskus von der Kapillarkraft des Bündels der Fasern gebildet wird.
Es ist schwierig, das Ausmaß des harten Bereiches in Radialrichtung des Tinteninduzierelementes festzulegen, da der harte Bereich durch Permeation des Bindemittels durch die äußere Umfangsfläche des Elementes gebildet wird. Es wird jedoch eine rauhe Grenzlinie zwischen dem harten Bereich und einem inneren Bereich, in den das Bindemittel nicht eingedrungen ist, festgelegt. Vergleicht man diese beiden. Bereiche, so dringt die Tinte durch den inneren Bereich glatter als durch den harten Bereich, da Spalte zwischen den Fasern des harten Bereiches mit dem Harz o.ä. gefüllt sind, während dies sonst nicht der Fall ist. Der innere Bereich besitzt große Spalte mit großen Durchmessern im Vergleich zum Durchmesser der Faser und kleine Spalte mit kleineren Durchmessern im Vergleich zu dem Durchmesser der Faser. Diese Spalte sind im inneren Bereich vermischt, um die Tinte hindurchzulassen.
5 zeigt einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Tintenaufzeichnungskopf 2 und der Tintenpatrone 3.
Die Kontaktfläche zwischen dem Filter 43 des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes und dem Tinteninduzierelement 47 der Tintenpatrone 3 muß die Bedingung erfüllen, daß der Kontaktbereich des Filters 43 kleiner ist als der des Tinteninduzierelementes 47, wie in 5 gezeigt. Diese Bedingung der Kontaktfläche wird festgelegt, um einen Bereich C des Aufzeichnungskopfes 2 gegen den inneren Bereich B des Tinteninduzierelementes 47 zu pressen. Der Bereich C ist als Tintenbahn im Aufzeichnungskopf vorgesehen. Gemäß dieser Konstruktion ist es möglich, einen gleichmäßigen Druckkontaktzustand an einem Bereich aufrechtzuerhalten, der dem wirksamen Durchmesser des Filters entspricht.
Um einen bevorzugteren Druckkontaktzustand zu erreichen und eine Abnahme der zugeführten Tintenmenge zu verhindern, sollte der gesamte Bereich eines Endes des Tinteneinlaßabschnittes des Aufzeichnungskopfes mit dem inneren Bereich B des Tinteninduzierelementes in Kontakt gebracht werden, um deren Berührung sicherzustellen.
Die Tinte dringt durch die Kontaktfläche einschließlich des Abschnittes, in dem der Tinteneinlaßabschnitt des Aufzeichnungskopfes mit dem harten Bereich des Tinteninduzierelementes in Kontakt steht. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Kontaktfläche C diesen harten Bereich nicht einschließt, da hierdurch die Eigenschaften zur Durchführung eines Drucks mit hoher Geschwindigkeit u.ä. nachteilig beeinflußt werden.
Aufgrund von mechanischen Toleranzen, Genauigkeitstoleranzen beim Zusammenbau o.ä. kann der Filter des Aufzeichnungskopfes ungleichmäßig gegen das Faserbündel gepreßt werden. Um jedoch eine wirksame Tintenzufuhr zum Aufzeichnungskopf zu erreichen, sollten das Faserbündel und der Filter gleichmäßig gegeneinander gepreßt werden, ohne Falten an den Kontaktenden zu bilden. Daher muß die Kontaktfläche zwischen dem Filter und dem Tinteninduzierelement flexibel genug sein, um diese mechanischen Toleranzen, Montagetoleranzen o.ä. zu kompensieren und eine gleichmäßige Kontaktfläche zu erreichen. Es wird daher bevorzugt, den Filter gegen den inneren Bereich und nicht gegen den harten Bereich zu pressen, um für eine beständige Tintenzufuhr zu sorgen.
Wie vorstehend beschrieben, besitzt das Tinteninduzierelement 47 einen harten Bereich mit einer Dicke von etwa 1 mm in radialer Richtung, der durch Permeation des Bindemittels durch die äußere Umfangsfläche des Elementes gebildet worden ist. Bei diesem Vergleichsbeispiel ist daher eine Berührungsposition vorgegeben, um die äußere Umfangsfläche des Tinteninduzierelementes 47 und die äußere Umfangsfläche des Filters 43 mit einem Abstand (d.h. Größe der Trennung in Richtung einer Linie normal zur äußeren Umfangsfläche des Filters in einer Ebene) von 0,5 mm oder darüber, vorzugsweise 1 mm oder darüber, voneinander zu trennen, um einen Druckkontaktzustand zwischen dem Filter 43 und dem harten Bereich des Tinteninduzierelementes 47 zu vermeiden. Wie durch Versuche ermittelt wurde, ist es jedoch auch möglich, diese Elemente mit einem Abstand von über 0,5 mm oder unter 1 mm voneinander zu trennen, ohne daß die Elemente ihre Funktionen verlieren. Hierdurch werden jedoch unzureichende Ergebnisse beim Drucken mit hoher Geschwindigkeit erreicht, da der wirksame Durchmesser des Filters reduziert wird.
Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann die Tinte am Tintenzuführabschnitt der Tintenpatrone beim Trennen vom Aufzeichnungskopf konzentriert werden, so daß der Tintenabsorber benachbart zum Tintenzuführabschnitt daran gehindert wird, Luft zu induzieren bzw. anzusaugen. Daher kann die Tinte in glatter Weise von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf geführt werden, wenn diese wieder miteinander verbunden werden.
Der Tintenabsorber besitzt einen Abschnitt, der durch den durch das Faserbündel aufgebrachten Druck verformt wird, so daß es nicht erforderlich ist, den Tinteneinlaßabschnitt des Aufzeichnungskopfes in den Tintenabsorber einzusetzen, um einen Teil des Absorbers zu verformen und die Tinte auf diesem zu konzentrieren. Es ist lediglich ein Druckkontaktzustand erforderlich, damit die Tinte vom Tinteninduzierelement zum Tinteneinlaßabschnitt strömen kann. Folglich kann kein Einströmen von Luft in den Bereich um den Tintenzuführabschnitt herum verursacht werden, wodurch die Aufzeichnungseinheit mit einer geeigneten Tintenbahn von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf versehen wird.
Wenn ein Druck mit relativ hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, muß die Tintenzuführrate hoch sein, während die Tintenpatrone 3 einen gewissen Unterdruck aufrechterhält. Es wird daher bevorzugt, den Tintenströmungswiderstand so klein wie möglich zu halten.
Um sowohl das beständige Zuführen von Tinte zum Zeitpunkt der Verbindung mit dem Aufzeichnungskopf zu realisieren als auch das Lecken von Tinte zum Zeitpunkt der Entfernung des Aufzeichnungskopfes zu verhindern, wird bei diesem Vergleichsbeispiel das Tinteninduzierelement 47 nachfolgend im einzelnen ausgehend von zwei unterschiedlichen Zuständen definiert, d.h. (i) einem Verbindungszustand zwischen dem Aufzeichnungskopf und der Tintenpatrone, bei dem eine ausreichende Tintenmenge in konstanter Weise dem Aufzeichnungskopf zugeführt werden sollte, und (ii) einem getrennten Zustand, bei dem ein Lecken von Tinte von der entfernten Tintenpatrone verhindert werden sollte. Daher werden die Eigenschaften des Tinteninduzierelementes im einzelnen in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Zuständen erläutert.
(Getrennter Zustand)
Wenn der Aufzeichnungskopf von der Tintenpatrone entfernt wird, kann die Tintenauslaßseite des Tinteninduzierelementes direkt der äußeren Atmosphäre ausgesetzt werden. Daher sollte die Tintenpatrone die Tinte halten, ohne ein Lecken von Tinte zu verursachen, wenn seine Tintenauslaßflächen nach unten weisen o.ä. Bei diesem Vergleichsbeispiel sind das Tinteninduzierelement und der Schwamm (der Tintenabsorber) dafür verantwortlich, daß die Tintenhaltekraft gegen die Kraft der in der Tintenpatrone gespeicherten Tinte aufrechterhalten wird. Mit anderen Worten, das Tinteninduzierelement und der Schwamm müssen einen gewissen Unterdruck erzeugen, der groß genug ist, um die Tinte zu halten, ohne daß Tinte vom Tintenzuführabschnitt der Tintenpatrone aufgrund von Kapillarkräften leckt.
Die Kapillarkräfte des Tinteninduzierelementes und des Schwammes sind so definiert, daß sie eine konstante Tintenzufuhr bewirken, wie nachfolgend beschrieben, wobei eine Beschleunigung des Tintenstromes o.ä. zu berücksichtigen ist, die durch physikalische Zustände der Tinte verursacht wird, beispielsweise die Masse der Tinte und den Grad der Tintenvibrationen während der Bewegung der Tintenpatrone. Die Kapillarkraft des Schwammes sollte daher vorzugsweise in einem Bereich von 40 mm Wassersäule oder darüber liegen und liegt bei der vorliegenden Ausführungsform bei 50 mm Wassersäule. Andererseits sollte die Kapillarkraft für das Tinteninduzierelement vorzugsweise 1,5 mal so groß sein wie die des Schwammes und vorzugsweise in einem Bereich von 85 mm bis 400 mm Wassersäule liegen.
Wenn man die Bewegung der Tintenpatrone betrachtet, so besteht die Möglichkeit, daß eine Beschleunigung des Tintenstromes verursacht wird, wie vorstehend erwähnt. Je größer daher die Kapillarkraft der Tintenpatrone ist, desto besser kann die Tinte gehalten werden. Wenn sie jedoch zu hoch ist, ist jedoch ein hoher Saugdruck erforderlich in einem Vorgang zur Rückgewinnung der Ausstoßvermögens, um die Tinte aus der Tintenpatrone herauszuziehen. Daher sollte die Obergrenze der Kapillarkraft der Tintenpatrone vorzugsweise bei 400 mm Wassersäule oder darunter liegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Tinteninduktion derart, daß die Kapillarkraft 200 mm beträgt.
Alternativ dazu kann das Tinteninduzierelement auch wie folgt definiert werden. Die Fasern im inneren Bereich des Tinteninduzierelementes sind so angeordnet, daß sie einen konstanten Freiraum zwischen den Fasern belassen und eine konstante Tintenhaltekraft ausüben, wie durch die nachfolgende Gleichung erläutert wird, welche aus Untersuchungsergebnissen gewonnen wurde. ha ≈ 4,2/ds (1)worin "ha" die Kapillarkraft (mm Wassersäule) als Tintenhaltekraft des Tinteninduzierelementes und "ds" den Durchschnitt eines jeden Abstandes zwischen einer Faser und der benachbarten Faser in einer Richtung parallel zur Querschnittsebene des Tintenführungselementes bedeuten.
Wie vorstehend beschrieben, sollte die Kapillarkraft des Schwammes vorzugsweise 40 mm Wassersäule oder mehr betragen, während die Kapillarkraft des Tinteninduzierelementes "ha" vorzugsweise bei 200 mm Wassersäule oder darüber liegen sollte, um die Tinte in glatter Weise vom Schwamm zum Tinteninduzierelement führen zu können. Daher liegt der Wert von "ds" vorzugsweise unter 0,05 mm gemäß Gleichung (1).
Andererseits sollte die Kapillarkraft wegen des vorstehend beschriebenen Grundes vorzugsweise unter 400 mm Wassersäule liegen. Der Wert von "ds" liegt daher vorzugsweise über 0,01 mm.
Der Durchmesser φd eines jeden Faserinduzierelementes sollte vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,05 mm liegen, da dann, wenn er zu gering ist, das Faserbündel nur schwierig mit hohen Kosten herzustellen ist. Wenn er andererseits zu groß ist, besitzt die Faser keine ausreichende Flexibilität, um mit dem Filter des Aufzeichnungskopfes in Kontakt zu treten.
Die Dichte N der Fasern des Tinteninduzierelementes sollte vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 2500 (Anzahl/mm²) gemäß der folgenden Gleichung liegen: ds = √(1/N) – d (2)worin "ds" der durchschnittliche Abstand zwischen den vorstehend definierten Fasern, "N" die Dichte der Fasern (Anzahl/n = 2) und "d" der Durchmesser der Faser ist.
Der Abstand zwischen den Fasern ist ein durchschnittlicher Abstand zwischen den Faseroberflächen. Mit anderen Worten, der Abstand wird gemessen, indem eine Querschnittsansicht des Bündels der Fasern eines vergrößerten Bildes genommen wird, diverse Fasern (30 Fasern bei dem Vergleichsbeispiel) ausgewählt werden und jeder Freiraum zwischen einer Umfangsfläche einer Faser und einer Umfangsfläche der nächsten Faser gemessen wird.
Der Durchmesser der Faser wird als durchschnittlicher Durchmesser der Fasern erhalten, die durch Verwendung von vergrößerten Bildern gewonnen wurden, wobei diverse Fasern ausgewählt wurden, der Durchmesser einer jeden Faser an unterschiedlichen Punkten errechnet wurde und der Durchschnitt der erhaltenen Daten der Berechnung gebildet wurde.
Die Axiallänge (die allgemein der Länge einer jeden Faser entspricht) des Tinteninduzierelementes sollte vorzugsweise in einem Bereich von 2 mm bis 6 mm liegen. Wenn das Tinteninduzierelement zu kurz ist, kann die Herstellung des Faserbündels Schwierigkeiten bereiten, und einige Fasern auf der Innenseite des Bündels können heraustreten. Wenn das Tinteninduzierelement zu lang ist, ist es andererseits schwierig, einen ausreichenden Tintenstrom im Verbindungszustand zwischen dem Aufzeichnungskopf und der Tintenpatrone zu erhalten.
(Verbindungszustand)
Wenn der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone verbunden ist, soll, was die Tintenzufuhr von der Patrone zum Aufzeichnungskopf betrifft, der Druckverlust ΔP_f des Tintenstromes an einem Punkt des Tinteninduzierelementes bei maximalem Durchsatz vorzugsweise 20 mm Wassersäule oder weniger betragen. Dieser Wert entspricht dem maximalen Durchsatz unter der Bedingung, daß der Aufzeichnungskopf mindestens 64 Ausstoßöffnungen aufweist. Wenn der Druckverlust ΔP_f einen höheren Wert als diesen Wert hat, kann die Druckqualität in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen den einzelnen Druckarten nachteilig beeinflußt werden. Der Druckverlust ΔP_f des Gesamtsystems der Tintenzufuhr von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf hat einen Wert von 100 mm Wassersäule oder darunter.
Unter der Voraussetzung, daß das Tinteninduzierelement einem Druckverlust ΔP_f in dem vorstehend- beschriebenen Bereich ausgesetzt ist, können die Größen des Tinteninduzierelementes wie folgt definiert werden:
6 ist eine schematische Ansicht, die Größen des Tinteninduzierelementes der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Die Länge "L" des Tinteninduzierelementes 47 wird als Größe desselben in einer Richtung parallel zum Tintenstrom, der mit einem Durchsatz U (mm/sec) fließt, definiert. Der tatsächliche Durchmesser De des Tinteninduzierelementes entspricht allgemein einem Durchmesser einer Tintenbahn im Induzierelement. Daher wird der tatsächliche Durchmesser De durch die folgende Gleichung definiert: De = (1/n·d)·(D2 – nd2) (3)worin bedeuten:
"D" der wirksame Durchmesser (mm) der Tintenbahn, mit dem Durchmesser der Tintenbahn, der dem Durchmesser des inneren Bereiches 51 entspricht, "d" den durchschnittlichen Durchmesser (mm) einer jeden Faser im inneren Bereich 51 und "n" die Anzahl dieser Fasern.
Die Länge "L" und der Durchmesser "De", wie vorstehend beschrieben, können auch durch die folgende Gleichung definiert werden, wobei der vorstehend beschriebene Druckverlust ΔP_f Verwendung findet: ΔPf = K·u·L/De2 (4)worin bedeuten:
u = W/S, wobei "S" der Querschnittsbereich (mm²) der Tintenbahn und "W" der Durchsatz (mm³/sec) des Tintenstromes bedeuten, und
"K" ein Widerstandskoeffizient (mm Wassersäule·sec), der einem Wert von etwa 4,2 × 10^–3 annimmt (dieser Wert wurde aus einem Versuchsergebnis festgelegt), wenn das Tinteninduzierelement die vorstehend beschriebene Konstruktion besitzt.
Bei dieser Ausführungsform liegt der Querschnittsbereich „W" in einem Bereich von 26 (mm³/s) bis 512 (mm³/s) in Abhängigkeit von der maximalen und minimalen Tintenausstoßmenge eines Serienkopfes.
Die Länge "L" kann in Abhängigkeit von der vorstehend beschriebenen Definition oder von der Größe der Tintenpatronen oder der Menge der im Schwamm zu speichernden Tinte festgelegt werden. Der Durchmesser "De" kann in Abhängigkeit vom Abstand "ds" und vom wirksamen Durchmesser "D" festgelegt werden. Der wirksame Durchmesser "D" sollte vorzugsweise in Abhängigkeit vom Druckverlust des Filters des Aufzeichnungskopfes und des vorstehend beschriebenen Tintendurchsatzes W in einem Bereich von 1 mm bis 18 mm liegen.
Das Tinteninduzierelement kann daher irgendwelche Abmessungen besitzen, wobei die vorstehend beschriebenen Definitionsgrenzen zu berücksichtigen sind. Allgemein gesagt werden jedoch alle Teile eines detaillierten Planes zur Herstellung der Tintenpatrone einschließlich ihrer Abmessungen, ihres Volumens u.ä. vor denen des Tinteninduzierelementes festgelegt. Daher sollten die Abmessungen des Tinteninduzierelementes so gesetzt werden, daß dieses in einen begrenzten Raum in der Tintenpatrone paßt und ferner die erforderlichen Eigenschaften aufweist.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind diverse Ausführungsformen in bezug auf die Konstruktion des Tinteninduzierelementes unter den nachfolgenden Bedingungen wiedergegeben. Das Tinteninduzierelement besitzt folgende Abmessungen: eine Länge L von 6 mm, einen Außendurchmesser φD' von 6 mm und einen wirksamen Durchmesser φD ohne Dicke des Bindemittels von 4,8 mm. Die erforderlichen Eigenschaften des Tintenführungselementes betragen: Tintenhaltekraft ha 200 mm Wassersäule und Druckverlust ΔP_f bei einem Durchsatz W von 42 mm/sec 10 mm Wassersäule oder weniger. Der Abstand "ds" zwischen den Fasern beträgt 0,021, wobei der Wert "ha" die vorstehend beschriebene Definition besitzt.
Tabelle 1
Wenn gemäß den in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnissen das Tinteninduzierelement die Konstruktionen (1) und (2) besitzt, erfüllt es die vorstehend beschriebenen Bedingungen. Der Druckverlust ΔP_f der Konstruktion (1) ist geringer als der der Konstruktion (2). Um die Kosten des Produktes zu senken, wird jedoch vorzugsweise Konstruktion (2) verwendet, da das Element gemäß der Konstruktion (2) eine geringere Zahl von Fasern besitzt. Die Konstruktionen (3–5) werden zur Herstellung des Tinteninduzierelementes nicht bevorzugt, da der Druckverlust ΔP_f bei maximalem Durchsatz der Tinte höher ist als 10 mm Wassersäule und somit an der oberen Grenze des vorstehend beschriebenen erforderlichen Zustandes liegt.
Wie vorstehend erläutert, sollten die Abmessungen des Tinteninduzierelementes in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt werden, um ein Lecken von Tinte im getrennten Zustand zu verhindern und die Tinte in glatter Weise von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf im Verbindungszustand zuzuführen. Diese Eigenschaften kann man nicht er halten, indem man einfach das bekannte Material verwendet, das durch seine Kapillarkraft Tinte absorbieren kann.
Nach dem Einsetzen des Tinteneinlaßabschnittes des Aufzeichnungskopfes in den Tintenzuführabschnitt der Tintenpatrone sollte der Raum zwischen dem Tintenzuführabschnitt und dem Druckkontaktpunkt mit Tinte aufgefüllt sein und die Tintenbahn sollte gegenüber der äußeren Atmosphäre isoliert sein. In diesem Fall kann ein elastisches Element, wie beispielsweise ein O-Ring, verwendet werden, um den Verbindungsabschnitt luftdicht zu machen. Luft dringt jedoch in einfacher Weise in einen Teil der Tintenbahn während der Verbindungsdauer ein, da der Tinteneinlaßabschnitt die Luft in das Innere der Tintenpatrone drückt. Folglich werden bei einer herkömmlichen Konstruktion Luftblasen im Druckkontaktbereich des Schwammes erzeugt, und der Strömungswiderstand wird stark erhöht, was dazu führt, daß der Aufzeichnungskopf keine ausreichende Tintenmenge erhalten kann.
Eine der herkömmlichen Einrichtungen zum Lösen dieses Problems ist beispielsweise ein Ventilmechanismus, der auf das Schließen der Tintenbahn anspricht, wenn der Aufzeichnungskopf entfernt wird. Allgemein gesagt, der Ventilmechanismus ist mit Tinte gesättigt, um die Erzeugung von Luftblasen während der Wiederverbindung des Aufzeichnungskopfes mit der Tintenpatrone zu verhindern. Das Tinteninduzierelement der vorliegenden Erfindung bewirkt jedoch nicht dieses vorstehend beschriebene Problem.
Das Tinteninduzierelement ist nicht auf eine Säulenform beschränkt. Es kann auch andere Formen besitzen, wie beispielsweise die in den 7A–7D gezeigte Ausführungsform. Jedes der in den 7A–7D gezeigten Tinteninduzierelemente ist so geformt, daß es seine eigene Form besitzt, die geeignet ist, um die Tinte vom Schwamm mit einem vergleichsweise geringen Widerstand einzuführen, da, wie in den Figuren gezeigt, das schwammseitige Ende des Tinteninduzierelementes den inneren Bereich aufweist, der im Vergleich zu einem säulenförmigen Element einen größeren Oberflächenbereich besitzt. Daher kann das Tinteninduzierelement mit der modifizierten Form intensiv mit dem Schwamm 37 in Druckkontakt gebracht werden.
Es ist zu diesem Zeitpunkt erforderlich, den Strömungswiderstand der Tintenpatrone in Verbindung mit deren Konstruktion zu erläutern.
Wenn ein Drucken mit hoher Geschwindigkeit durchführt wird, muß der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 2 eine Menge Tintentröpfchen pro Zeiteinheit ausstoßen, wobei die Tintenpatrone ihren Unterdruck auf einem konstanten Wert halten muß, um den Anforderungen des Kopfes 302 zu genügen. Daher sollte der Strömungswiderstand in der Tintenbahn so bald wie möglich gesenkt werden.
Die 8A und 8B zeigen eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Aufzeichnungseinheit als ein weiteres Vergleichsbeispiel, wobei eine Tintenpatrone 604 einen Ventilmechanismus 614 besitzt, der an einem Abschnitt vorgesehen ist, der mit einem Aufzeichnungskopf 602 verbunden werden soll. In diesen Figuren zeigt 8B den getrennten Zustand des Aufzeichnungskopfes 602 von der Tintenpatrone 604, während 8A den Verbindungszustand über zwei Hakenplatten 617 zeigt, die parallel von einem Ende der Tintenpatrone 604 vorstehen, um den Aufzeichnungskopf 602 zu halten, indem sie in Verbindungslöcher (nicht gezeigt) eingeführt werden, die im Aufzeichnungskopf 602 ausgebildet sind.
Der Aufzeichnungskopf 602 besitzt einen Tinteneinlaßabschnitt 605, der in einen Tintenzuführabschnitt 611 der Tintenpatrone 604 einzusetzen ist, und ein Filter 603, das an einem Ende des Tinteneinlaßabschnittes 605 vorgesehen ist, um das Einströmen von Schmutz zu verhindern. Wie in den Figuren gezeigt, ist ein O-Ring 608 koaxial um den Tinteneinlaßabschnitt 605 angeordnet. Der O-Ring 608 dichtet die Tintenbahn gegenüber der Außenseite ab.
Die Tintenpatrone 604 besitzt einen Tintenabsorber 609, der die Tinte darin halten kann. Die Dichte des Tintenabsorbers 609 kann eingestellt werden, um einen Unterdruck für die Tintenzufuhr zum Tintenstrahlaufzeichnungskopf 602 zu erhalten.
Ein Maschenfilter 613 ist an der Tintenzufuhröffnungsseite der Tintenbahn vorgesehen und setzt den Tintenabsorber 609 so unter Druck, daß ein komprimierter Abschnitt mit hoher Dichte im Absorber 609 erhalten wird. Daher hält der komprimierte Abschnitt sein Gleichgewicht bei, um die Tinte in glatter Weise vom Tintenabsorber zum Aufzeichnungskopf zu führen.
Aufgrund des Ventilmechanismus 614, der auf das abstromseitige Ende des Filters 613 in der Patrone 604 einwirkt, leckt keine Tinte aus der Tintenpatrone 604, wenn die Tintenpatrone vom Aufzeichnungskopf 602 getrennt wird.
9A zeigt eine Tintenbahn von der Tintenpatrone 604, die den in den 8A und 8B gezeigten Ventilmechanismus besitzt, zum Aufzeichnungskopf 602, während 9B eine äquivalente elektrische Schaltung zeigt, die dieser Tintenbahn entspricht.
In diesen Figuren wird der Tintenstrahlaufzeichnungskopf als Last angesehen, der Unterdruck der Tinte als Spannung, der Tintendurchsatz als Stromstärke, der Tintenströmungswiderstand als Drahtwiderstand und der Strömungswiderstand in der Tintenpatrone 604 als Innenwiderstand. Der Strömungswiderstand sollte daher abgesenkt werden, um dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf 602 eine große Tintenmenge zuführen zu können.
10A zeigt den Anteil eines jeden Teiles des Strömungswiderstandes des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes 602 sowie die Tintenpatrone 604, die den in den 8A und 8B gezeigten Ventilmechanismus des weiteren Vergleichsbeispiels besitzt. Jedes Bezugszeichen entspricht dem der 8A und BB.
10B zeigt den. Anteil eines jeden Teiles des Strömungswiderstandes der Tintenpatrone 3 des ersten Vergleichsbeispiels. Die Tintenpatrone 3 des ersten Vergleichsbeispiels besitzt nicht den Filter 613 und den Ventilmechanismus 614 des Vergleichsbeispiels. Ferner ist der Strömungswiderstand des Tinteninduzierelementes 47 vergleichsweise gering, so daß der Aufzeichnungskopf 2 in der Lage ist, während der Dauer des Druckens mit hoher Geschwindigkeit in konstanter Weise eine geeignete Tintenmenge zu erhalten. Jedes Bezugszeichen entspricht dem der 3.
Die 11A und 11B zeigen eine Variation der Tintenzufuhr zum Aufzeichnungskopf, wenn der Ventilmechanismus des Vergleichsbeispiels (11A) oder das Tinteninduzierelement des vorliegenden Beispiels (11B) verwendet wird.
In diesen Figuren ist mit "P" ein Bild eines Druckmusters gezeigt, das Linien- und volle Bereiche aufweist. Mit "C" ist der Linienbereich. des Bildes bezeichnet, während "B" den vollen Bereich desselben wiedergibt.
Während einer Ruheperiode des Druckvorganges wird der Druck in der Tintenbahn nahezu in einen Bereich von – 60 mm bis – 80 mm Wassersäule gegen den Druck der Außenatmosphäre über eine Kapillarkraft gehalten, die dafür verantwortlich ist, daß die Tinte im Tintenabsorber gehalten wird.
Gemäß den Ergebnissen der Messung im Ruhezustand befindet sich die mit dem Ventilmechanismus versehen Tintenpatrone unter einem Druck von etwa – 60 mm Wassersäule (11A), während sich die mit dem Tinteninduzierelement versehene Tintenpatrone unter einem Druck von etwa – 80 mm Wassersäule (11B) gegenüber Atmosphärendruck befindet.
Während des Druckens eines Musters, das einen Abschnitt besitzt, der eine große Tintenmenge benötigt (d.h. voller Abschnitt), wird ein auf den Strömungswiderstand zurückzuführender Druckverlust in der Tintenpatrone mit dem Ventilmechanismus beobachtet, wie in 11A gezeigt. Andererseits verursacht die Tintenpatrone gemäß der vorliegenden Erfindung keine derartigen Probleme, d.h. die Größe des Druckverlustes ist extrem niedrig, so daß diese Patrone für einen Druck mit hoher Geschwindigkeit u.ä. geeignet ist.
Des weiteren ist festzustellen, daß die Tintenpatrone gemäß dem Vergleichsbeispiel in der Lage ist, trotz einer Ruhezeit über eine lange Dauer oder nach einer solchen Ruhezeit ihre ausgezeichnete Zuverlässigkeit beizubehalten. Hingegen werden bei einer herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einer Ruhezeit über eine lange Dauer in einfacher Weise Luftblasen in der Tintenbahn der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit erzeugt, wobei diese Luftblasen für unzureichende Ergebnisse beim Druck verantwortlich sind. Mit anderen Worten, die Luftblasen können den Tintenstrom zum Aufzeichnungskopf blockieren, so daß der Aufzeichnungskopf nach der langen Ruhezeit den Druckvorgang nicht durchführen kann. Wenn einige Luftblasen, die normalerweise mit gesättigtem Dampf gefüllt sind, während der Ruheperiode in die Tintenbahn eingeführt werden, nimmt das Volumen der Luftblasen zu, da die Luft durch die Wand in die Tintenbahn eindringt und die Menge des Dampfes über eine osmotische Wirkung der Außenatmosphäre verdünnt. Zur Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, einen Timer zum Zählender Periode einer Nachruhezeit am Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu montieren und diese Zeit zu zählen. Wenn die Betriebszeit länger dauert als die vorstehend beschriebene Periode, beginnt man mit dem Pumpen, um die Luftblasen mit der Tinte zu entfernen.
Gelegentlich wächst jedoch die Größe der Luftblasen innerhalb der vorstehend beschriebenen Zeitdauer unter schlechten Umweltbedingungen, beispielsweise einer extrem hohen Temperatur und einer niedrigen relativen Feuchtigkeit. Diese gewachsenen Luftblasen unterbrechen den Tintenstrom zum Aufzeichnungskopf, so daß sich schlechte Druckmöglichkeiten ergeben. Insbesondere dann, wenn der Ventilmechanismus 614 beim Verbinden oder Trennen des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes 602 und der Tintenpatrone 601 angetrieben wird, wie in 8A gezeigt, kann Luft von der Außenseite in einen bestimmten Bereich der Tintenbahn eingeführt werden. Der Ventilmechanismus trifft daher bei den vorstehend beschriebenen Umweltbedingungen auf ungünstige Gegebenheiten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Tintenpatrone das Tinteninduzierelement mit einem Tintenkontaktbereich. Ein Meniskus kann daher über den gesamten Tintenkontaktbereich geformt werden, der dafür verantwortlich ist, dass das Einströmen von Luftblasen beim Trennen des Aufzeichnungskopfes und der Tintenpatrone verhindert wird. Erfindungsgemäß wird ferner der Filter des Aufzeichnungskopfes in direkten Druckkontakt mit dem Tinteninduzierelement gebracht, so daß im Vergleich zu dem Ventilmechanismus ein möglicher Bereich, der das Eindringen von Luft ermöglichen könnte, verringert wird. Die Tintenpatrone der vorliegenden Erfindung macht es daher möglich, Luft an der Verbindungsstelle zu entfernen, um das Auftreten von Luft im Verbindungsabschnitt oder in der Tintenbahn zu verhindern.
< Ausführungsform 2 >
12 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Aufzeichnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Tinteninduzierelement 47 in der gleichen Weise wie bei dem Vergleichsbeispiel 1 vorgesehen, mit der Ausnahme, daß das Element 47 in einem Halteabschnitt 41 gleiten kann, um mit dem Filter 43 des Aufzeichnungskopfes 2 in Richtung des Pfeiles D in Kontakt zu treten. Das Tinteninduzierelement 47 wird gegen den Tintenabsorber 37 gepreßt, der in der Tintenkammer komprimiert ist. Das Element 47 empfängt somit die Reaktionskraft, die auf den Tintenzuführabschnitt 39 gerichtet ist. Wie in dieser Figur gezeigt, schlägt jedoch eine Kante des Tinteninduzierelementes 47 gegen einen Anschlag 49.
Wenn der Tinteneinlaßabschnitt 45 des Aufzeichnungskopfes 2 in den Tintenzuführabschnitt 39 der Tintenpatrone 3 eingesetzt wird, berührt der Tinteneinlaßabschnitt 45 das Tinteninduzierelement 47. Bei dem Vergleichsbeispiel 1 hängt die Größe der Kraft zum Pressen des Tinteneinlaßabschnittes gegen das Tinteninduzierelement von der Beziehung zwischen diesen Elementen ab. Bei der Ausführungsform 2, bei der das Tinteninduzierelement als gleitendes Element ausgebildet ist, hängt jedoch die Größe der Kraft vom Zustand des Pressens des Tinteneinlaßabschnittes in den Tintenabsorber und einer Gleitdistanz des Tinteninduzierelementes durch Einsetzen des Tinteneinlaßabschnittes ab.
Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion stehen der Filter und das Tinteninduzierelement in stabilem Druckkontakt miteinander, selbst wenn das Tinteninduzierelement in Längsrichtung mit falschen Abmessungen versehen ist, da diese Abmessungsfehler durch Gleiten des Tinteninduzierelementes kompensiert werden können.
Wenn das Tinteninduzierelement 47 ohne Gleitbewegung fixiert ist, besteht die Möglichkeit, daß der Tintenstrom entlang der Tintenbahn durch Lücken zwischen dem Tinteneinlaßabschnitt und dem Tinteninduzierelement unterbrochen wird. Diese Lücken können durch eine ungenaue Verbindung aufgrund von Konstruktionsproblemen des Tinteninduzierelementes hervorgerufen werden, beispielsweise eine unebene Endfläche und eine kurze Länge desselben, die auf eine schlechte Bearbeitungsgenauigkeit zurückzuführen sind. Wenn das Tinteninduzierelement zu lang ausgebildet ist, tritt andererseits ein Überdruck des Tinteneinlaßabschnittes gegen das Tinteninduzierelement auf, so daß die Fasern im Tinteninduzierelement verformt werden und ein örtlicher Bereich gebildet wird, durch den die Tinte nicht strömen kann. Das hat zur Folge, daß der Aufzeichnungskopf eine unzureichende oder nicht konstante Tintenzufuhr erhält.
Gemäß dem Gleitmechanismus des Tinteninduzierelementes ist es daher möglich, einen stabilen Druckkontaktzustand herzustellen und ferner das Einströmen von Luft während der Verbindungsphase beim Befestigen und Lösen der Tintenpatrone in bezug auf den Aufzeichnungskopf zu verhindern, und zwar immer wieder. Des weiteren können die Kosten des Produktes herabgesetzt werden, da diese Dimensionsfehler durch das Gleiten des Tinteninduzierelementes kompensiert werden können. Es ist daher nicht erforderlich, das Tinteninduzierelement genau herzustellen.
Das Tinteninduzierelement sollte so angeordnet sein, daß es mindestens um 0,1 mm oder mehr (untere Grenze der Gleitdistanz) gleiten kann, da der Filter durch Veränderung der Form der Kontaktfläche des Tinteninduzierelementes mit diesem in Kontakt gebracht werden kann, indem die Größe des hierauf aufzubringenden Drucks verändert wird.
Die elastische Verformung erzeugt jedoch einige Probleme. Wenn der Filter über eine lange Zeit (d.h. einige Monate oder einige Jahre) gegen das Tinteninduzierelement gepreßt wird, kann die kontraktive Fläche des Tinteninduzierelementes in bezug auf den Filter einem Kriechvorgang (d.h. einer plastischen Verformung) ausgesetzt worden sein, so daß die Kraft, die den Filter wegdrückt (abstoßende Kraft), allmählich reduziert worden ist. Folglich üben der Filter und das Tinteninduzierelement keine gleichmäßigen Kräfte gegeneinander aus, und ihre Kontraktionsflächen werden schlecht, so daß Luft in die Tintenbahn eingeführt werden kann und den Tintenstrom zum Aufzeichnungskopf unterbricht. Folglich wird der Tintenausstoßzustand des Aufzeichnungskopfes schlecht.
Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Kriechphänomens ist das Tinteninduzierelement gleitend in der Tintenpatrone gelagert und wird durch Aufnahme der Rückstoßkraft des Schwammes in der Tintenpatrone gegen den Filter gepreßt.
Das Tinteninduzierelement sollte daher eine Gleitdistanz von mindestens 0,1 mm oder mehr in der Tintenpatrone besitzen, um den erforderlichen Druck von 5 g/mm² (experimentell ermittelter Wert) am Druckkontaktpunkt zu erhalten. Es versteht sich, daß die Gleitdistanz von mindestens 0,1 mm oder mehr ein bevorzugter Zustand ist, um eine Korrektur eines Abmessungsfehlers der Herstellung der Tintenpatrone oder des Tinteninduzierelementes durchzuführen.
Die obere Grenze der Gleitdistanz des Tinteninduzierelementes beträgt 3 mm oder weniger, vorzugsweise 2 mm oder weniger, am bevorzugtesten 1 mm oder weniger. Darüber hinaus unterscheidet sich der Elastizitätsmodul des Tintenabsorbers von dem des Tinteninduzierelementes, wird jedoch ebenfalls elastisch verformt. Daher liegt die obere Grenze der Gleitdistanz des Tintenabsorbers bei 3 mm oder darunter, vorzugsweise 2 mm oder darunter, am bevorzugtesten 1 mm oder darunter, um das Kriechphänomen zu verhindern, gemäß dem die Kraft, die das Tinteninduzierelement wegdrückt, in gleicher Weise wie die des Tinteninduzierelementes allmählich reduziert wird.
Wenn ein anderer Typ von Tintenabsorber verwendet wird, der durch einen niedrigen Kompressionsgrad und einen niedrigen Elastizitätsmodul gekennzeichnet ist, wird das Tinteninduzierelement allgemein unter Druck in den Tintenabsorber eingesetzt. In diesem Fall ist ebenfalls eine untere Grenze der Gleitdistanz festgelegt, und zwar in Abhängigkeit vom Ausmaß der Kraft, die vom Tinteninduzierelement auf den Tintenabsorber ausgeübt wird.
Der Begriff "unter Druck einsetzen" kann so definiert werden, daß eine Kraft aufgebracht wird, die größer ist als die des Druckkontaktzustandes, bei dem das Tinteninduzierelement gegen den Tintenabsorber gepreßt wird. Mit anderen Worten, das Tinteninduzierelement wird in den Tintenabsorber gedrückt, um hier zwischen einen engen Kontakt herzustellen.
Wie vorstehend beschrieben, können der Filter des Tinteneinlaßabschnittes des Aufzeichnungskopfes und das gleitend ausgebildete Tinteninduzierelement im Vergleich zum festen Typ in einen perfekteren Kontakt miteinander gebracht werden, da das Tinteninduzierelement in der Einsatzrichtung des Tinteneinlaßabschnittes in die Tintenpatrone gleiten kann, um eine bevorzugte Anpassung zu erreichen. Die Tintenbahn kann daher von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf perfekter ausgebildet werden, und Luft kann nur schwieriger in die Tintenbahn eindringen, so daß die Menge der zugeführten Tinte nicht reduziert werden kann. Es kann daher ein Druck mit hoher Qualität erreicht werden.
Um einen geeigneten Kontakt zwischen dem Filter des Aufzeichnungskopfes und dem Tinteninduzierelement herzustellen, wird bevorzugt, daß das Tinteninduzierelement einen gewissen Grad an elastischer Spannung besitzt, d.h. ein reversibles Dimensionsansprechverhalten gegenüber Spannungen, die einer Kraft zur Bewegung einer Stange (1 mm² im Querschnittsbereich) um 1 mm in Rückwärtsrichtung entsprechen, was einem Bereich von 100 gf/mm³ bis 500 gf/mm³ entspricht.
Darüber hinaus führt die Tintenpatrone der vorliegenden Ausführungsform auch zu zufriedenstellenden Ergebnissen in bezug auf die Tintenzufuhr nach der Wiederverbindung mit dem Aufzeichnungskopf, was auf ihre Konstruktion zurückzuführen ist. Mit anderen Worten, das Tinteninduzierelement befindet sich zu jedem Zeitpunkt im Zustand eines Druckkontaktes mit dem Schwamm, um der Forderung gerecht zu werden, daß ein Tintenauslaßbereich des Schwammes in der Tintenpatrone immer in einem zusammengepreßten Zustand sein muß, wenn der Aufzeichnungskopf entfernt wird. Ein Aufzeichnungskopf, bei dem der Schwamm der Tintenpatrone direkt vom Aufzeichnungskopf komprimiert wird, kann im entfernten Zustand diese Kompressionskraft gegen den Schwamm nicht aufrechterhalten, so daß Luft in den Schwamm eindringen kann, wenn der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone wieder verbunden wird.
Bei der Konstruktion der Tintenpatrone der vorliegenden Ausführungsform wird der Schwamm in der Tintenpatrone durch deren Innenwand komprimiert gelagert, wie in 12 gezeigt ist. Die Tintenauslaßseite des Schwammes wird jedoch vom Tinteninduzierelement mit einer höheren Kompressionskraft als durch die Innenwand unter Druckkontakt gesetzt. Der Druckkontaktpunkt ist der am meisten verformte Abschnitt des Schwammes, so daß die Tinte im Schwamm dazu neigt, sich am Druckkontaktpunkt zu konzentrieren.
Wenn ein Schwamm mit einem vergleichsweise niedrigeren Grad an Kompression in der Patrone oder mit einem vergleichsweise niedrigeren Elastizitätsmodul verwendet wird, wird es bevorzugt, das Tinteninduzierelement unter Druck in den Schwamm einzusetzen, um die vorstehend erwähnte Verformung sicherzustellen und die Tinte am Druckeinsetzpunkt zu konzentrieren.
Der Begriff "Einsetzen unter Druck" kann so definiert werden, daß eine Kraft aufgebracht wird, die größer ist als die des Druckkontaktzustandes.
Es ist auch möglich, das Tinteninduzierelement durch die in 13 gezeigte nicht beanspruchte Konstruktion zu ersetzen, bei der ein Filter 38 in Druckkontakt mit dem Tintenabsorber 37 steht.
Genauer gesagt, es wird nicht nur die vorstehend beschriebene Konstruktion ausgebildet, bei der die im Tintenabsorber gehaltene Tinte an der Seite des Tintenzuführabschnittes gehalten wird, sondern auch die in 13 gezeigte Konstruktion. Bei dieser nicht beanspruchten Konstruktion steht ein Filter 38 am Verbindungsabschnitt 39 (Tintenzuführabschnitt) mit dem Tintenabsorber 37 in Druckkontakt, so daß die Tinte immer an der Seite des Tintenzuführabschnittes 39 zentriert wird.
Durch einen Versuch wurde jedoch von den Erfindern festgestellt, daß eine Tintenstrahleinheit mit einer derartigen Konstruktion die folgenden Probleme besitzt.
Wie in 13 gezeigt, ist die Tintenbahn 36 gegenüber der äußeren Atmosphäre isoliert, indem der Verbindungsabschnitt während des Verbindens- des Aufzeichnungskopfes 2 mit der Tintenpatrone 3 über den O-Ring 35 abgedichtet ist. Wenn der Tinteneinlaßabschnitt 45 in den Tintenzuführabschnitt 39 eingesetzt wird, setzt der O-Ring die Luft in einem inneren Abschnitt unter Druck, der als Teil der Tintenbahn 36 in Richtung auf das Maschenfilter 38 ausgebildet wird. Daher bewegt sich die Luft zum Maschenfilter 38 und dringt dann in den Filter 38 ein. Im Filter 38 verbleibt die Luft in Form von Luftblasen und unterbricht die Tintenbahn oder dispergiert in den Schwamm 37 (in der Figur ist dies durch Pfeile und einen Buchstaben A angedeutet). Das hat zur Folge, daß die Tinte nur schlecht von der Tintenpatrone 3 dem Aufzeichnungskopf 2 zugeführt wird, so daß die Druckqualität verschlechtert wird.
Diese Art von Problemen kann in wirksamer Weise durch Verwendung des Tinteninduzierelementes der vorliegenden Erfindung gelöst werden. Mit anderen Worten, das Tinteninduzierelement stoppt die Bewegung der Luft, so daß diese nicht in die Tintenabsorberseite der Tintenpatrone gepreßt werden kann, durch die vergleichsweise große Kapillarkraft des Tinteninduzierelementes.
Es wird jedoch bevorzugt, die Tintenpatrone in der nachfolgend beschriebenen Weise auszubilden, um das Einströmen von Luft noch perfekter zu stoppen.
< Ausführungsform 3 >
Es wird nunmehr eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im einzelnen in Verbindung mit den 14A–14C beschrieben.
Die Tintenstrahlaufzeichnungseinheit der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Ausführungsform 2, mit der Ausnahme, daß eine Luftverbindungsbahn in der Tintenstrahlpatrone ausgebildet ist, um die Bildung der vorstehend beschriebenen Luftschicht noch besser zu verhindern.
Die 14A–14C zeigen Querschnittsansichten der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, wobei 14A einen von der Tintenpatrone 3 entfernten Aufzeichnungskopf 2 zeigt, 14B beide Elemente im verbundenen Zustand zeigt und 14C eine Teilansicht in Richtung der Linie C-C' in 14B ist.
Das Tinteninduzierelement 47 ist zwischen einer Öffnung (d.h. einem Tintenauslaß) 391, die an der Vorderseite der Tintenpatrone 3 ausgebildet ist, und einem Schwamm (d.h. einem porösen Element) 37, der im Inneren der Tintenpatrone 3 vorgesehen ist, angeordnet. Das Tinteninduzierelement 47 wird von einem Lagerbereich 41 gelagert, bei dem es sich um den schwammseitigen Teil der inneren Umfangsfläche des Tintenzuführabschnittes 39 handelt. Wie in der Figur gezeigt, wird etwa über die Hälfte des Tinteninduzierelementes 47 vom Lagerbereich 41 an der Umfangsfläche des Elementes 47 in Axialrichtung desselben gelagert.
Der restliche Teil der Umfangsfläche ist der Luft in der Tintenpatrone 3 frei ausgesetzt. Mit anderen Worten, nur ein Ende des Tinteninduzierelementes 47 steht mit dem Schwamm 37 in Kontakt, während das andere Ende frei ist und der äußeren Atmosphäre durch den Tintenauslaß 39 der Tintenpatrone 3 ausgesetzt ist. Ferner wird ein Rand des freien Endes des Tinteninduzierelementes 47 durch eine Lagerplatte (Stützplatte) 49 gelagert, die auf der inneren Umfangsfläche der Grenze zwischen dem Lagerbereich 49 und dem Tintenauslaß 391 in diametraler Richtung steht. Das Tinteninduzierelement 47 kann somit nicht vom Tintenauslaß vorstehen.
In der inneren Umfangsfläche des Lagerbereiches 41 sind Nuten 42 in Tintenzuführrichtung ausgebildet. Diese Nuten 42 dienen als Luftverbindungswege zwischen dem Tinteninduzierelement 47 und dem Lagerbereich 41. Darüber hinaus besitzt die Innenseite der Tintenpatrone eine Vielzahl von Vorsprüngen (Rippen) 3a, die in Tintenzuführrichtung länglich ausgebildet sind. Daher wird der Schwamm 37 durch diese Rippen 3a gelagert, so daß ein Freiraum zwischen dem Schwamm 37 und der Innenwand der Tintenpatrone 3 gebildet wird, der mit den Nuten 42 in Verbindung steht.
Des weiteren ist eine Luftverbindungsöffnung 48 in der Rückseitenwand der Tintenpatrone 3 ausgebildet, durch die die Luftwege 42 und der vorstehend beschriebene Freiraum mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung stehen Während des Verbindens des Aufzeichnungskopfes 2 und der Tintenpatrone 3 wird daher die im Freiraum zwischen dem Tinteninduzierelement 47 und dem Verbindungspunkt vorhandene Luft in Richtung auf das Tinteninduzierelement 47 gepreßt, wenn der Tinteneinlaßabschnitt des Aufzeichnungskopfes 2 gegen das Tinteninduzierelement 47 gepreßt wird.
In diesem Fall kann jedoch die Luft zur Außenseite der Tintenpatrone 3 entweichen, indem sie durch den Luftverbindungsweg dringt, der durch die Nuten 42, den vorstehend beschriebenen Freiraum und die Luftverbindungsöffnung 48 gebildet wird. Die Luft kann nicht in das Tinteninduzierelement 47 eindringen, da die Tinte durch die Kapillarkraft des Tinteninduzierelementes vom Schwamm 37 in das Ende des Aufzeichnungskopfes 2 eingeführt wird. Die Tinte, Luftblasen, ein Gemisch hiervon o.ä. können nicht in die Tintenbahn oder in das Tinteninduzierelement eindringen, indem sie die äußere Umfangsfläche des Tinteninduzierelementes durchdringen, da das Element einen durch das Bindemittelharz o.ä. gehärteten Bereich aufweist.
Zum Zeitpunkt des Trennens des Aufzeichnungskopfes 2 und der Tintenpatrone 3 wird das Tinteninduzierelement 47 von der Druckkraft des Einlaßabschnittes des Aufzeichnungskopfes 2 entspannt und bewegt sich dann in Richtung auf die Öffnung 391 der Tintenpatrone durch die Rückstellkraft, mit der der Schwamm 37 seine ursprüngliche Form wieder herstellt. Wie in der Figur gezeigt, ist in der Tintenpatrone 3 eine Lagereinrichtung (Stützeinrichtung) 49 in der Form einer Platte ausgebildet, die auf der inneren Umfangsfläche einer Grenze zwischen dem Lagerbereich 41 und der Tintenauslaßöffnung 391 in diametraler Richtung steht. Somit kann das Tinteninduzierelement 47 nicht aus der Öffnung 391 herausragen, da es gegen die Lagereinrichtung 49 stößt und der Rand des kopfseitigen Endes des Tinteninduzierelementes 47 in gleichmäßigen Druckkontakt mit der Lagereinrichtung 49 gebracht wird.
Die Luft kann daher nicht durch die Öffnung in die Tintenpatrone 2 eindringen. Der Schwamm 37 wird: selbst dann mit dem Tinteninduzierelement 47 in Druckkontakt gebracht, wenn der Aufzeichnungskopf 2 und die Tintenpatrone 3 voneinander getrennt werden, so daß keine Möglichkeit besteht, daß sich eine Luftschicht zwischen ihren Kontaktflächen bildet.
Die Tintenpatrone 3 der vorliegenden Ausführungsform ist daher so konstruiert, daß die Luft vom Tintenzuführabschnitt über den Innenraum der Tintenpatrone 3 zur Außenseite freigegeben wird, und zwar über die Luftverbindungsöffnung 48 und die Luftbahn 42, die zwischen dem Tinteninduzierelement 47 und dem Lagerbereich 41 ausgebildet ist, während das Tinteninduzierelement 47 in Druckkontakt mit dem Schwamm 37 steht. Daher kann bei der Tintenpatrone 3 der vorliegenden Ausführungsform die Luft selbst dann ohne jede Kontrolle eindringen und wieder heraustreten, wenn der Innendruck in bezug auf den äußeren atmosphärischen Druck ansteigt oder abfällt.
Daher entstehen bei der Tintenpatrone 3 der vorliegenden Ausführungsform keine Probleme, wie das Lecken von Tinte aus der Öffnung oder dem Verbindungsabschnitt und das Eindringen von Tinte in die Tintenbahn. Darüber hinaus kann bei der Tintenpatrone 3 der vorliegenden Ausführungsform die Luft von der Außenseite in Abhängigkeit von einem Absinken der Tintenmenge durch Tintenverbrauch eingeführt werden.
< Ausführungsform 4 >
Diese Aufzeichnungseinheit der vorliegenden Ausführungsform entspricht den Ausführungsformen 2 oder 3, mit der Ausnahme, daß anstelle der im Lagerbereich 41 der Tintenpatrone ausgebildeten Nuten 42 eine Luftbahn in der Umfangsfläche des Tinteninduzierelementess ausgebildet ist.
15 ist eine Querschnittsansicht des Tinteninduzierelementes, das bei der Aufzeichnungseinheit der vorliegenden Ausführungsform Verwendung findet.
Das Tinteninduzierelement besteht aus einem inneren Bereich 51, einem Bindemittelbereich 52 und einer Vielzahl von Nuten 42. Jede Nut 42 ist an einer Umfangsfläche des Elementes ausgebildet. Die Nut 42 kann in einfacher Weise hergestellt werden, indem die Umfangsfläche eines Faserbündels während der Herstellschritte des Bündels eingepreßt wird.
Diese Art Konstruktion wird bevorzugt, um im Vergleich zu den anderen Ausführungsformen eine besonders kostengünstige Tintenpatrone herzustellen, da sowohl das Herstellungsverfahren vereinfacht als auch die Genauigkeit der Herstellung verbessert werden kann. Bei der Tintenpatrone, die die Nuten im Lagerbereich (Stützbereich) ihrer Innenseite besitzt, ist das Einschneiden oder Bearbeiten des Lagerbereiches schwieriger.
< Ausführungsform 5 >
16 zeigt eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, bei der die Tintenpatrone die gleiche Konstruktion wie bei den Ausführungsformen 2 bis 4 aufweist, allerdings mit der Ausnahme, daß zwei unterschiedliche Luftbahnen ausgebildet sind.
Die erste Luftbahn entspricht der der Ausführungsform 3. Mit anderen Worten, die erste Luftbahn besteht aus: einem ersten Abstandsbereich, der durch eine Vielzahl der Vorsprünge (d.h. Rippen) 3a an der Innenwand der Tintenpatrone 3 ausgebildet ist und über die Luftverbindungsöffnung 48 mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung steht, und einem zweiten Abstandsbereich, der durch die Nuten 42 zwischen dem Tinteninduzierelement 47 und der Fläche des Lagerbereiches 41 ausgebildet ist.
Die zweite Luftbahn besteht aus einem Abstandsbereich (d.h. einem dritten Abstandsbereich), der durch mindestens eine Luftverbindungsöffnung 81 (in der Figur sind zwei Öffnungen gezeigt) ausgebildet ist, welche an der dem Aufzeichnungskopf gegenüberliegenden Vorderseite mündet. Die Luftverbindungsöffnung 81 führt zu einem Teil des Tintenzuführabschnittes 39, in den der Tinteneinlaßabschnitt 45 des Aufzeichnungskopfes 2 eingesetzt ist.
Beim Verbinden des Aufzeichnungskopfes 2 mit der Tintenpatrone 3 wird die äußere Umfangsfläche des Tinteneinlaßabschnittes 45 des Aufzeichnungskopfes 2 mit einer entsprechenden inneren Umfangsfläche des Tintenzuführabschnittes 39 der Tintenpatrone 3 in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt schließen auch die Vorsprünge 82 am Aufzeichnungskopf 2 die Luftverbindungsöffnungen 81 der Tintenpatrone 3.
Daher kann zu diesem Zeitpunkt die vom Tinteneinlaßabschnitt 45 des Aufzeichnungskopfes 2 gegen das Tinteninduzierelement 47 gepreßte Luft über die erste und zweite Luftverbindungsbahn zur äußeren Atmosphäre hin entweichen. Die Luft kann nicht in das Tinteninduzierelement 47 eindringen und die Tinte kann auch nicht vom Tinteninduzierelement 47 zu den Luftbahnen ausströmen, da die Oberfläche des Tinteninduzierelementes 47 durch das Bindemittel gehärtet ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion befindet sich die zweite Luftbahn des weiteren in einem Zustand, in dem sie mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung steht, bis der Aufzeichnungskopf vollständig mit der Tintenpatrone verbunden ist. Nach der Verbindung wird die zweite Luftbahn vom Vorsprung dicht geschlossen, so daß der Verbindungsabschnitt zwischen dem Aufzeichnungskopf und der Tintenpatrone perfekt abgedichtet ist.
Die vorstehend beschriebene Tintenpatrone besitzt zwei unterschiedliche Luftbahnen. Sie ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Es ist auch möglich, eine Tintenpatrone mit nur der zweiten Luftbahn zu verwenden, wenn diese ausreicht, um die Luft in ausreichender Weise zur äußeren Atmosphäre hin entweichen zu lassen.
Des weiteren kann die zweite Luftbahn in der Tintenpatrone ausgebildet werden, indem der Schwamm mit Hilfe, des Filters zusammengepreßt wird, d.h. ohne den herkömmlichen Ventilmechanismus oder das Tinteninduzierelement der vorliegenden Erfindung. Es wird eine beständige Tintenzufuhr von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf sichergestellt, indem die Erzeugung von Luftblasen am Druckkontaktpunkt zwischen dem Filter und dem Schwamm verhindert wird. Ein Vergleichsbeispiel einer derartigen Tintenpatrone ist in den 17A–17C gezeigt. In diesen Figuren zeigt 17A einen Zustand vor der Verbindung, bei dem der Aufzeichnungskopf 2 von der Tintenpatrone 3 entfernt ist, 17B einen Zustand, bei dem Luft während der Verbindung entweicht, und 17C einen Zustand nach der Verbindung.
Bei der in den 17A–17C gezeigten nicht beanspruchten Konstruktion kann daher die Luft vom Tintenzuführabschnitt 39 zur äußeren Atmosphäre entweichen. Es wird jedoch die Tintenpatrone mit dem Tinteninduzierelement gegenüber der. Patrone mit dem Filter empfohlen, um die Tinte beständiger zuführen zu können.
Im Vergleich zu der Ausführungsform 2 können die Tintenpatronen der Ausführungsformen 3–5, die die beschriebenen Luftbahnen aufweisen, schlechte Umweltbedingungen aushalten, so daß die Tintenpatrone in einem großen Bereich angeordnet oder zugeordnet werden kann.
Beim Vertrieb wird die Tintenpatrone normalerweise in einer Verpackung verpackt, wie in den 18A–18C gezeigt. Die 18A und 18B sind eine Endansicht und eine Seitenansicht der Tintenpatrone in der Verpackung. 18C ist eine seitliche Schnittansicht der Tintenpatrone in der Verpackung, um die sichere Aufbewahrung zu zeigen.
Bei der Verpackung 1625 handelt es sich um einen heißversiegelten Beutel aus einem Aluminiumlaminat, um eine Verdampfung der Tinte während des Vertriebs oder der Lagerung der Tintenpatrone über einen langen Zeitraum zu verhindern.
In der Verpackung 1625 ist eine Öffnung (d.h. ein Tintenauslaß) 391 der Tintenpatrone 3 über ein Dichtungsband 1626 abgedichtet, um das Austreten von Tinte aus der Patrone bei schlechten Umweltbedingungen während des Vertriebs zu verhindern. Das Dichtungsband 1626 ist durch Heißschmelzen mit der Tintenpatrone 3 verbunden, kann jedoch in einfacher Weise abgezogen werden, wenn die Patrone 3 verwendet wird.
Das Dichtungsband 1626 wird aus Polyethylen, Nylon, Polyether, Polypropylen, Aluminiumfolie und Gemischen davon hergestellt. Es ist auch möglich, als Material des Dichtungsbandes 1626 einen komplexen Laminatfilm zu verwenden.
Es wird bevorzugt, das gleiche Material wie für die Tintenpatrone 3 zu verwenden, um einen guten Kontakt am Siegelpunkt zwischen dem Dichtungsband und der Tintenpatrone zu erhalten.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Dichtungsband 1626 besteht aus laminierten Schichten von Polypropylen, Aluminium und Polyester. Ein Kissen 1627 zum Absorbieren von leckender Tinte befindet sich zwischen dem Dichtungsband 1626 und dem Tinteninduzierelement 47. Ein Ende des Kissens 1627 ist durch Heißversiegelung mit dem Dichtungsband 1626 verklebt.
Das Tintenabsorptionskissen 1627 dient zum Absorbieren der aus dem Tinteninduzierelement 47 leckenden Tinte, um das Zerstreuen der geringen Menge an austretender Tinte zu verhindern, wenn das Dichtungsband von der Tintenpatrone abgezogen wird.
Das Material für das Tintenabsorptionskissen 1627 kann aus irgendwelchen Materialien ausgewählt werden, die die Tinte absorbieren und halten können, beispielsweise expandierten Harzen, wie PVA (Polyvinylalkohol), Polypropylen, Polyester, Polyethylen, Polyurethan und Nylon, und Fasermaterialien, wie Papier und textilen Materialien.
Bei der vorliegenden Ausführungsform findet ein expandiertes Polypropylenharz für das Tintenabsorptionskissen 1627 Verwendung, das in geeigneter Weise durch Wärme mit dem Dichtungsband 1626 verschmolzen ist. Mit Hilfe der Verpackung und dem vorstehend beschriebenen Dichtungsband können die Tintenpatronen der Ausführungsformen 2–4 während des Vertriebs sicher aufbewahrt werden.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß die Umgebungstemperatur während des Vertriebs der Tintenpatrone extrem erhöht oder extrem gesenkt wird. Diese Umweltänderungen beeinflussen manchmal den inneren Zustand der Tintenpatrone unabhängig vom Vorhandensein der Verpackung. Diese Zustände der Tintenpatrone werden in Verbindung mit den 19A–19D erläutert.
19A zeigt einen Zustand, bei dem die Tintenpatrone in einer Atmosphäre unter hoher Temperatur eingebracht wird. 19B zeigt einen Zustand, bei dem die Tintenpatrone in dieser Atmosphäre mit hoher Temperatur gehalten wird. 19C zeigt einen Zustand, bei dem die Tintenpatrone nach dem Zustand der 19B in eine Atmosphäre unter Raumtemperatur gebracht wird. Schließlich zeigt 19D einen Zustand, bei dem das Dichtungsband nach dem Zustand der 19C von der Tintenpatrone entfernt worden ist.
Wenn die äußere Umgebung der Tintenpatrone verändert wird, wie in 19A gezeigt, steigt der Druck in dem Raum 1628 zwischen dem Dichtungsband 1626 und dem Tinteninduzierelement 47 an und wird größer als die Druck der äußeren Atmosphäre der Tintenpatrone, was dazu führt, daß die Luft in der Tintenpatrone 3 versucht, zur äußeren Atmosphäre hin zu entweichen.
Bei einer Konstruktion, bei der das Tinteninduzierelement 47 in engem Kontakt mit dem Lagerbereich 41 steht oder bei der ein enger Raum dazwischen vorhanden ist oder bei der das Hindurchdringen von Luft durch den Raum zwischen dem Tinteninduzierelement 47 und dem Lagerbereich 41 aufgrund von durch die Tinte verursachten Oberflächenspannungen verhindert wird, dringt die Luft in das Tinteninduzierelement ein und setzt die Tinte in Rückwärtsrichtung unter Druck.
Die unter Druck gesetzte Tinte ist immer einer Kapillarkraft ausgesetzt, die die Luft zur Vorderseite des Tinteninduzierelementes 47 preßt, wie in 19C gezeigt, so daß die Luft allmählich aus dem Raum zwischen dem Tinteninduzierelement 47 und der Lagereinrichtung 41 entweicht und der Druck des Raumes 1628 schließlich an den Druck der äußeren Atmosphäre angeglichen wird.
Wenn die Umgebungstemperatur und der atmosphärische Druck zum Normalzustand zurückkehren, wird eine Kraft zum Einführen der Luft in den Raum erzeugt, wobei diese Kraft dann auf die Tinte im Tintenabsorber 37 aus dem porösen Material einwirkt, um die Tinte zu halten. Daher tritt die Tinte aus dem Tinteninduzierelement 47 aus.
Im allgemeinen kann die ausgetretene Tintenrasch vom Tintenkissen absorbiert werden. Eine bestimmte Tintenmenge kann jedoch im Raum 1628 verbleiben, wenn sich die Tintenpatrone in einer problematischen Umgebung befindet, so daß die Menge der ausgetretenen Tinte größer ist als das Absorptionsvermögen des Tintenkissens.
In einem solchen Fall wird die Tinte in der Luft verspritzt und führt zu Verschmutzungen, wenn der Benutzer das Dichtungsband vom Tintenauslaßabschnitt der Tintenpatrone abzieht, wie in 19D gezeigt.
Die 20A–20D zeigen die Tintenpatrone der Ausführungsform 3, in der eine Luftbahn 42 ausgebildet ist, um den in den 19A–19D gezeigten Zustand zu verbessern.
20A zeigt den Zustand beim Anordnen der Tintenpatrone in einer unter hoher Temperatur stehender Atmosphäre, 20B zeigt einen Zustand, in dem die Tintenpatrone in der Atmosphäre mit hoher Temperatur gehalten wird, 20C zeigt einen Zustand zum Zeitpunkt der Anordnung der Tintenpatrone in einer unter Raumtemperatur stehenden Atmosphäre nach dem Zustand der 20B, und 20D zeigt einen Zustand, gemäß dem nach dem Zustand der 20C das Dichtungsband von der Tintenpatrone entfernt worden ist.
Die Tintenpatrone ist so ausgebildet, daß die Luft im Raum 1628 sowohl durch eine Luftbahn 42 als auch durch einen inneren Teil der Tintenpatrone zur äußeren Atmosphäre entweichen kann. Die Luftbahn 42 ist zwischen dem Tinteninduzierelement 47 zur Zuführung der Tinte und dem Lagerbereich 41 zum Lagern des Tinteninduzierelementes 47 ausgebildet.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung in einfacher Weise verständlich ist, wird die Bewegung der Luft zwischen dem vorstehend beschriebenen Raum und der äußeren Atmosphäre ohne jegliche Drosselung durchgeführt, und zwar unabhängig vom Ansteigen oder Abfallen des relativen Drucks der Luft im Raum gegenüber der äußeren Atmosphäre. Folglich wird verhindert, daß das in 19D gezeigte Lecken der Tinte in der Tintenpatrone auftritt. Somit besitzt die Tintenpatrone der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Zuverlässigkeit für den Vertrieb.
Die Tintenpatronen der Ausführungsformen 1–5 weisen durch ihre neuartigen Konstruktionen ausgezeichnete Eigenschaften auf, die sich in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung geringer Größe besonders bemerkbar machen.
< Ausführungsform 6 >
Bei dieser Ausführungsform wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel von konkreten Abmessungen der Tintenpatrone erläutert.
Die 21A–21D zeigen die äußere Erscheinungsform der Tintenpatrone. Von diesen Figuren ist 21A eine Draufsicht, 21B eine Seitenansicht, 21C eine Ansicht von der Tintenauslaßseite und 21D eine Ansicht von der Luftverbindungsöffnungsseite.
Die 22A, 23B, 23C und 22D sind Schnittansichten entlang Linie A-A in 21A, B-B in 21B, C-C in 21B und D-D in 21B.
Bei dieser Ausführungsform besitzt ein Lagerbereich 41 zum Lagern des Tinteninduzierelementes einen Durchmesser von 6,85 mm.
Es wird bevorzugt, die Konstruktion zu verwirklichen, bei der das Tinteninduzierelement in einem mittleren Bereich einer Querschnittsebene senkrecht zur Richtung der Tintenzufuhr von der Tintenpatrone aus angeordnet ist. Daher kann das Tinteninduzierelement mit einem mittleren Bereich des Tintenabsorbers in Druckkontakt stehen.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann die Tinte gleichmäßig zum Tinteninduzierelement bewegt werden, wenn das Tinteninduzierelement die im Tintenabsorber gespeicherte Tinte induziert.
Folglich wird die im Tintenabsorber verbleibende Tinte gleichmäßig verteilt. Die Tinte kann daher während der Periode der Tintenzufuhr in Abhängigkeit vom Tintenverbrauch dem Aufzeichnungskopf in konstanter Weise zugeführt werden. Darüber hinaus kann der Wirkungsgrad in bezug auf die Tintenzufuhr verbessert werden.
Bei dieser Ausführungsform fallen der mittlere Bereich der Tintenpatrone und der mittlere Bereich des Tintenabsorbers zusammen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise kann dann, wenn diese Bereiche nicht zusammenfallen, das Tinteninduzierelement mit dem mittleren Bereich des Tintenabsorbers in Druckkontakt stehen, um die gleichen Wirkungen zu erzielen wie bei der vorliegenden Ausführungsform.
23 zeigt eine detaillierte Ausführungsform des Tinteninduzierelementes 47 mit einem Durchmesser von 6,8 mm nicht in Kreisform, sondern in der Form einer Ellipse.
Im Vergleich zur Kreisform besteht der Vorteil eines elliptisch geformten Tinteninduzierelementes darin, daß es schwieriger aus dem Lagerbereich 41 herausfallen kann.
Bei dieser Ausführungsform besteht jede Faser des Induzierelementes 47 aus Polyester mit einem Durchmesser von 0,3 mm. Polyurethan von Polyesterpolyol wird als Bindemittel zur Herstellung des Faserbündels verwendet.
24 ist eine Querschnittsansicht des Aufzeichnungskopfes 2 und der Tintenpatrone 3, die bereits in den 21A–21D und 22A–22D gezeigt wurden, um ihren Verbindungszustand, der durch den Verbindungsmechanismus 37 aufrechterhalten wird, darzustellen.
25 zeigt die Kontaktposition zwischen dem Filter des Tinteneinlaßabschnittes und dem Tinteninduzierelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die äußere Umfangsfläche des Tinteneinlaßabschnittes 45 an einem gehärteten Bereich A vorgesehen, während ein Bereich C zur Ausbildung einer Tintenbahn in einem inneren Bereich B des Tinteninduzierelementes angeordnet ist.
Wie in 24 gezeigt, steht der Tinteneinlaßabschnitt 45 mit einer Höhe von 3,2 mm von einer Kontaktfläche zwischen dem Aufzeichnungskopf 2 und der Tintenpatrone vor, während die Tiefe von der Kontaktfläche zum Tinteninduzierelement 47 2,3 mm beträgt. Folglich kann das Tinteninduzierelement 47 mit einem Abstand L von 0,9 mm gleiten.
Daher kann ein Druckkontaktzustand gleichmäßig in einem Bereich ausgebildet werden, der dem wirksamen Durchmesser des Filters entspricht, indem der Bereich C, der die Aufzeichnungskopfseite der Tintenbahn 36 bildet, gegen den inneren Bereich B des Filters 43 und das Tinteninduzierelement 47 ausschließlich des gehärteten Bereiches gepreßt wird.
Des weiteren kann der Druckkontaktzustand zwischen dem Filter des Tinteneinlaßabschnittes und dem Tinteninduzierelement so geregelt werden, daß die Erzeugung eines Kriechphänomens vermieden wird, indem das Tinteninduzierelement in Richtung des Einsetzens des Tinteneinlaßabschnittes des Aufzeichnungskopfes gleitend angeordnet wird. Daher können der Filter und das Tinteninduzierelement in geeigneter Weise miteinander in Druckkontakt gebracht werden.
Somit kann die Tintenbahn 36 von der Tintenpatrone zum Aufzeichnungskopf im Vergleich zu anderen Ausführungsformen zuverlässiger ausgebildet werden, und es kann eine hohe Druckqualität aufrechterhalten werden, ohne die Menge der zugeführten Tinte durch das Einschließen von Luft o.ä. zu verringern.
Wie in 22D gezeigt, besitzt die Tintenpatrone der vorliegenden Ausführungsform ferner ein Tinteninduzierelement, das in einem mittleren Bereich einer Querschnittsebene senkrecht zur Richtung der Tintenzufuhr von der Tintenpatrone angeordnet ist. In diesem Fall steht das Tinteninduzierelement mit einem mittleren Bereich desselben in Druckkontakt.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann die im Tintenabsorber gespeicherte Tinte gleichmäßig in Richtung auf den mittleren Bereich bewegt werden, wenn das Tinteninduzierelement die im Tintenabsorber gespeicherte Tinte konzentriert.
Da die im Tintenabsorber verbleibende Tinte gleichmäßig verteilt wird, kann die Tinte während der Zuführperiode der Tinte in Abhängigkeit vom Tintenverbrauch in konstanter Weise dem Aufzeichnungskopf zugeführt werden. Ferner kann der Wirkungsgrad in bezug auf die Tintenzufuhr verbessert werden.
Bei dieser Ausführungsform fallen der mittlere Bereich der Tintenpatrone und der mittlere Bereich des Tintenabsorbers zusammen. Die Erfindung ist jedoch auf diese Ausführungsform nicht beschränkt. Falls beispielsweise diese Bereiche nicht zusammenfallen, kann das Tinteninduzierelement mit dem mittleren Bereich des Tintenabsorbers in Druckkontakt gebracht werden, wobei die gleichen Effekte wie bei der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden.
Eines der Verfahren zum Wiederauffüllen der Tintenpatrone mit Tinte umfaßt die folgenden Schritte: Ansaugen der Luft in der Tintenpatrone über die Luftverbindungsöffnung 48 und Auffüllen der Tintenpatrone mit Tinte über den Tinteneinlaßabschnitt, wo das Tinteninduzierelement angeordnet ist, durch Ausnutzung eines Druckausgleichs.
Wenn der Druck des Innenteils der Tintenpatrone abfällt, wie vorstehend beschrieben, ist es auch möglich, die Tintenpatrone wieder durch die Luftverbindungsöffnung mit Tinte aufzufüllen, indem ein Ansaugvorgang über den Tintenauslaßabschnitt, in dem das Tinteninduzierelement angeordnet ist, durchgeführt wird.
Ein weiteres Verfahren zum Wiederauffüllen umfaßt beispielsweise die Schritte der Herstellung eines Lochs in einem Teil des Elementes der Tintenpatrone und des Einspritzens der Tinte in die Tintenpatrone durch dieses Loch unter Verwendung einer Injektionsvorrichtung, beispielsweise einer Spritze. In diesem Fall kann das Loch über ein Dichtungsmittel, beispielsweise ein Harz, abgedichtet werden.
Im Vergleich zu dem Ventilmechanismus, bei dem es sich um ein Vergleichsbeispiel der Ausführungsform 1 handelt, ist die Verbindungseinrichtung zum Anschließen an die Wiederauffüllvorrichtung weniger kompliziert als der Ventilmechanismus. Falls es erforderlich ist, Luft abzusaugen oder die Tinte durch den Tintenauslaßabschnitt wieder aufzufüllen, kann die erfindungsgemäß ausgebildete Tintenpatrone, die so konstruiert ist, daß sich das Tinteninduzierelement auf der Tintenauslaßseite befindet, in einfacher Weise wieder mit Tinte aufgefüllt werden.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Tintenpatrone ist daher sowohl in bezug auf das Wiederauffüllen der Patrone mit Tinte als auch in bezug auf Umweltprobleme vorzuziehen.
< Ausführungsform 7 >
Es ist überflüssig zu erwähnen, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Tintenpatrone in einer Vollfarbtintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung Verwendung finden kann. Die 26 und 27 zeigen eine der Ausführungsformen der Tintenpatrone. 26 zeigt eine Aufzeichnungseinheit 4, die mit einem Aufzeichnungskopf 2 und Tintenpatronen Y, M, C und Bk versehen ist, während 27 eine Tintenpatrone aus der gegenüberliegenden Richtung zeigt.
Wie aus diesen Figuren hervorgeht, besitzen die Tintenpatronen Y, M, C und Bk jeweils Tinteninduzierelemente 47, so daß der Aufzeichnungskopf 2 die Tinte durch das Tinteninduzierelement 47 empfängt.
Gemäß 27 ist das Außenseitenende des Tinteninduzierelementes 47 über eine Öffnung zum Anschließen des Aufzeichnungskopfes 2 der äußeren Atmosphäre ausgesetzt. In diesem Fall tritt keine Tinte aus der Tintenpatrone aus, selbst wenn die Öffnung nach unten weist.
< Ausführungsform 8 >
28 ist eine perspektivische Ansicht eines Druckmechanismus, bei dem die vorstehend beschriebene Tintenstrahlaufzeichnungseinheit Verwendung findet und der zusammen mit einem PC verwendet wird. 29 ist eine perspektivische Ansicht des PC mit eingebautem Druckmechanismus der 28.
In 28 ist nur der Druckmechanismus gezeigt. Gemäß dieser Figur ist die Tintenstrahlaufzeichnungseinheit 4, die den Aufzeichnungskopf 2 und die Tintenpatrone 3 umfaßt, auf einem Schlitten 1 montiert. Ein Eingriffsabschnitt ist an einem Ende des Schlittens 1, das zum Aufzeichnungskopf 2 weist, ausgebildet. Dieser Eingriffsabschnitt steht mit einer Leitspindel 6 in Gleiteingriff. Die Leitspindel wird durch ein Kastenelement 5, das als Rahmen des Gehäuses ausgebildet ist, drehbar gelagert. Ein Führungselement (nicht gezeigt) ist am anderen Ende des Schlittens 1 vorgesehen und steht mit einer Führungsschiene 7, die am Kastenelement 5 ausgebildet ist, in Gleiteingriff. Des weiteren ist der Schlitten 1 so ausgebildet, daß er sich in Axialrichtung vor und zurück bewegen kann, was von einer Umdrehung der Leitspindel 6 begleitet wird, um deren Position konstant zu halten.
Synchron zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des vorstehend beschriebenen Schlittens 1 gibt der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 2 Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium 14 ab, um eine Informationszeile aufzuzeichnen. Der Aufzeichnungskopf 2 umfaßt: kleine Strömungsmittelausstoßöffnungen (d.h. Öffnungen), Strömungsmittelkanäle und Abschnitte zur Einwirkung von thermischer Energie, die an einem Teil dieser Strömungsmittelkanäle ausgebildet sind, Elemente zur Erzeugung von thermischer Energie an den Abschnitten zur Einwirkung von thermischer Energie, um die auf die Tinte aufzubringende thermische Energie zu erzeugen. Der Ausstoß der Tintentröpfchen kann daher unter Verwendung der thermischen Energie durchgeführt werden, die von den Elementen zur Erzeugung der thermischen Energie erzeugt wird.
Nach dem Aufzeichnen der einen Zeile durch Abfahren des vorstehend beschriebenen Schlittens 1 wird das Aufzeichnungsmedium 14, beispielsweise eine Lage Aufzeichnungspapier, über eine Strecke gefördert, die dieser einen Zeile entspricht, wonach die Aufzeichnungseinheit mit dem Aufzeichnen der nächsten Zeile beginnt. Der Transport des Aufzeichnungsmediums 14 wird von einem Paar von drehbaren Elementen durchgeführt, die aus einer Transportrolle 15 und einer Klemmrolle 16, die in Druckkontakt mit der Rolle 15 steht, bestehen.
Zur genaueren Beschreibung dient die nachfolgende Erläuterung:
Das Aufzeichnungsmedium 14 mit einer zu den Öffnungen des Aufzeichnungskopfes 2 weisenden Aufzeichnungsfläche wird von der Klemmrolle gegen die Transportrolle 15 gepreßt und über eine vorgegebene Strecke befördert, die ausreichend groß ist, um die Aufzeichnungsposition zu erreichen. Die Transportrolle wird von einem Blattzuführmotor angetrieben.
Nach der Aufzeichnung wird das Aufzeichnungsmedium 14 gegen eine Abgaberolle 19 gepreßt und durch die Umdrehung der Abgaberolle 19 aus der Vorrichtung heraus bewegt.
Die Transportrolle 15 und die Abgaberolle 19 werden von einem Blattzuführelement 17 angetrieben. Die Übertragung der Antriebskraft wird über eine Reihe von Reduktionszahnrädern 20 durchgeführt.
Mit 21 ist ein Papiersensor zum Erfassen des Vorhandenseins des Aufzeichnungsmediums 14 bezeichnet. Mit 22 ist ein Fotounterbrecher bezeichnet, der als Ausgangspositionssensor vorgesehen ist, der erfaßt, ob sich der Schlitten 1 in seiner Ausgangsposition befindet oder nicht, indem er eine Verschlußplatte 1A zum Unterbrechen und Öffnen der Bahn eines Lichtstrahles verwendet. Die Verschlußplatte 1A ist am Schlitten 1 vorgesehen und bewegt sich zusammen mit diesem.
Bei dem vorstehend beschriebenen Druckmechanismus wird ein Abgabewiederherstellvorgang durch einen Absaugmechanismus durchgeführt, der in der Ausgangsposition des Schlittens 1 vorgesehen ist, wenn der Aufzeichnungskopf 2 oder die Tintenpatrone 3 oder die Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, die aus diesen Teilen in einem Gehäuse besteht, am Schlitten 1 montiert ist. Daher wird in ausgezeichneter Weise ein Kanal zur Zuführung der Tinte vom Schwamm 37 der Tintenpatrone 3 zu jeder Tintenbahn im Aufzeichnungskopf 2 gebildet.
29 ist eine perspektivische Ansicht des PC (personalcomputer) mit dem eingebauten Druckmechanismus der 28.
Wie in 10 gezeigt, besitzt der PC 200 einen Schlitz mit einer öffenbaren Abdeckeinrichtung, die am tiefen Ende des Tastaturabschnittes ausgebildet ist. Daher kann die Tintenstrahlaufzeichnungseinheit o.ä. lösbar im Schlitz angeordnet werden.
Zum Austauschen der Tintenpatrone 3 o.ä. gibt es zwei Wege zum Lösen der Tintenpatrone vom PC 200, wie in der Figur gezeigt. Bei dem ersten Weg wird die Tintenpatrone 3 als integriertes Teil der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit 4 gelöst. Bei dem anderen Weg wird nur die Tintenpatrone 3 vom PC 200 gelöst.
Beim Entfernen der Tintenstrahlaufzeichnungseinheit 4 als ein Teil wird der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 2 von der Tintenpatrone 3 gelöst, wie in, der Figur gezeigt, nachdem die Einheit 4 vom Computer 200 entfernt worden ist. Dann wird beispielsweise der Aufzeichnungskopf an einer neuen Tintenpatrone anstelle der alten befestigt. Wenn nur die Tintenpatrone 3 entfernt wird, ist es möglich, die Tintenpatrone auszutauschen, ohne den Aufzeichnungskopf 2 vom Computer 200 zu entfernen.
Eines der Verfahren zum Wiederauffüllen der Tintenpatrone mit Tinte umfaßt die folgenden Schritte: Absaugen der Luft in der Tintenpatrone durch die Luftverbindungsöffnung 48 und Auffüllen der Tintenpatrone mit Tinte über den Tinteneinlaßabschnitt, wo das Tinteninduzierelement angeordnet ist, durch Ausnutzung des Druckausgleichs.
Wenn der Druck des Innenteils der Tintenpatrone abnimmt, ist es in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben möglich, die Tintenpatrone mit Tinte durch die Luftverbindungsöffnung aufzufüllen, indem ein Saugvorgang über den Tintenauslaßabschnitt, an dem das Tinteninduzierelement angeordnet ist, durchgeführt wird.
Ein weiteres Auffüllverfahren umfaßt beispielsweise die Schritte der Herstellung eines Lochs in einem Teil des Elementes der Tintenpatrone und des Einspritzens der Tinte in die Tintenpatrone über dieses Loch durch Verwendung einer Flüssigkeitsinjektionsvorrichtung, beispielsweise einer Spritze. In diesem Fall kann das Loch über ein Dichtungsmittel, beispielsweise ein Harz, abgedichtet werden.
Im Vergleich zu dem Ventilmechanismus des Vergleichsbeispiels der Ausführungsform 1 ist eine Verbindungseinrichtung zum Anschluß der Wiederauffüllvorrichtung weniger kompliziert. Wenn das Absaugen der Luft oder das Wiederauffüllender Tinte durch den Tintenauslaßabschnitt erforderlich ist, kann die erfindungsgemäß ausgebildete Tintenpatrone, die so konstruiert ist, daß das Tinteninduzierelement auf, der Tintenauslaßseite angeordnet ist, in einfacher Weise mit Tinte wieder aufgefüllt werden.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Tintenpatrone ist daher sowohl in bezug auf das Wiederauffüllen der Tintenpatrone mit Tinte als auch in bezug auf Umweltprobleme vorzuziehen.
Die vorliegende Erfindung kann bei einem Faxgerät Verwendung finden, bei dem eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung vom Piezotyp als Aufzeichnungssystem dient, wobei piezoelektrische Elemente als Elemente zum Erzeugen der Tintenausstoßenergie eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit Heizelementen, die thermische Energie als zum Tintenausstoß benötigte Energie verwenden, und für eine entsprechende Aufzeichnungsvorrichtung, die diesen Kopf verwendet. Das ist darauf zurückzuführen, daß damit eine hohe Dichte des Bildelementes und eine hohe Auflösung der Aufzeichnung möglich sind.
Typische Konstruktionen und Prinzipien hierfür sind in den US-Patenten Nr. 47 23 129 und 47 40 796 beschrieben. Dieses Prinzip ist insbesondere anwendbar bei einem sogenannten Aufzeichnungssystem auf Anforderung und einem kontinuierlich arbeitenden Aufzeichnungssystem. Es ist geeignet für den auf Anforderung arbeitenden Typ, da hierbei mindestens ein Antriebssignal auf einen elektrothermischen Wandler aufgebracht wird, der an einer Flüssigkeitshaltelage (Tintenhaltelage) oder einem Flüssigkeitskanal angeordnet ist. Das Antriebssignal ist ausreichend, um einen raschen Temperaturanstieg bis über einen Ausgangspunkt des Kernsiedepunktes zu erzeugen. Hierdurch wird thermische Energie vom elektrothermischen Wandler zur Verfügung gestellt, um ein Filmsieden am Erhitzungsabschnitt des Aufzeichnungskopfes zu erzeugen, wodurch eine Blase in der Flüssigkeit (Tinte) erzeugt werden kann. Jedes Antriebssignal entspricht dem Anwachsen und dem Zusammenfallen einer solchen Blase. Die Flüssigkeit (Tinte) wird durch eine Ausstoßöffnung gestoßen, um mindestens ein Tröpfchen zu erzeugen. Das Antriebssignal besitzt vorzugsweise die Form eines Impulses, da hierdurch das Anwachsen und das Zusammenfallen der Blase augenblicklich durchgeführt werden kann. Daher wird die Flüssigkeit (Tinte) mit einem raschen Ansprechvermögen ausgestoßen. Das Antriebssignal in der Form eines Impulses entspricht vorzugsweise dem in den US-Patenten Nr. 44 63 359 und 43 45 262 beschriebenen. Die Temperaturanstiegsrate der Heizfläche entspricht vorzugsweise der in dem US-Patent Nr. 43 13 124 beschriebenen Rate.
Die Konstruktion des Aufzeichnungskopfes kann derjenigen in den US-Patenten Nr. 45 58 33 und 44 59 600 entsprechen, wobei der Heizabschnitt an einem gekrümmten Abschnitt vorgesehen ist. Die Konstruktion der Ausstoßöffnung, des Flüssigkeitskanales und des elektrothermischen Wandlers kann der der vorstehend genannten Patente entsprechen. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung anwendbar auf eine Konstruktion, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 123 670/1984 beschrieben ist, bei der ein gemeinsamer Schlitz als Ausstoßöffnung für eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlern Verwendung findet. Sie ist ferner bei einer Konstruktion verwendbar, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 138 461/1984 beschrieben ist, bei der eine Öffnung zum Absorbieren von Druckwellen der thermischen Energie ausgebildet ist, die dem Ausstoßabschnitt entspricht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die vorliegende Erfindung in der Lage ist, den Aufzeichnungsvorgang mit Sicherheit und hohem Wirkungsgrad unabhängig vom Typ des Aufzeichnungskopfes durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung kann ferner bei einem sogenannten Vollzeilen-Aufzeichnungskopf mit einer Länge, die der maximalen Aufzeichnungsbreite entspricht, Verwendung finden. Ein derartiger Aufzeichnungskopf kann einen einzigen Aufzeichnungskopf und eine Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen, die so kombiniert sind, daß sie die gesamte Breite abdecken, umfassen.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung bei einem Aufzeichnungskopf vom seriellen Typ Verwendung finden, bei dem der Aufzeichnungskopf an der Haupteinheit befestigt ist, bei einem Aufzeichnungskopf vom austauschbaren Chiptyp, der elektrisch mit der Hauptvorrichtung verbunden ist und mit Tinte versorgt werden kann, indem er in der Haupteinheit montiert ist, oder bei einem Aufzeichnungskopf vom Patronentyp, der einen integrierten Tintenbehälter besitzt.
Die Anordnung von Wiederherstelleinrichtungen und Hilfseinrichtungen für den Vorbetrieb wird bevorzugt, da hierdurch der durch die vorliegende Erfindung erreichbare Effekt weiter stabilisiert werden kann. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise Abdeckeinrichtungen für den Aufzeichnungskopf, Reinigungseinrichtungen für diesen, Preß- oder Saugeinrichtungen, Vorheizeinrichtungen durch den elektrothermischen Wandler oder durch eine Kombination aus dem elektrothermischen Wandler und einem zusätzlichen Heizelement und Einrichtungen für einen Vorausstoßvorgang, der nicht zum Aufzeichnen dient, wodurch der Aufzeichnungsvorgang weiter stabilisiert werden kann.
Was die Art und Zahl der montierten Aufzeichnungsköpfe anbetrifft, so kann ein einziger Kopf vorgesehen sein, der einer Tinte mit einer einzigen Farbe entspricht, oder es kann eine Vielzahl von Köpfen angeordnet werden, die einer Vielzahl von Tintenmaterialien entsprechen, welche unterschiedliche Aufzeichnungsfarben besitzen oder zu unterschiedlichen Aufzeichnungsdichten führen.

Claims

Tintenpatrone (3), die an einem Aufzeichnungskopf (2) anbringbar und von diesem lösbar ist, wobei der Aufzeichnungskopf (2) einen Tintenaufnahmeabschnitt hat, wobei die Tintenpatrone folgendes aufweist: einen Tintenspeicherabschnitt mit einem Raum zum Speichern von Tinte; ein Tintenabsorbierelement (37), das in dem Tintenspeicherabschnitt zum Halten der Tinte untergebracht ist; und einen Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) mit einer Öffnung zum Zuführen von Tinte von dem Tintenspeicherabschnitt zu dem Tintenaufnahmeabschnitt des Aufzeichnungskopfes; gekennzeichnet durch ein Tinteninduzierelement (47), das zwischen dem Tintenabsorbierelement (37) und dem Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) angeordnet ist, um mit dem Tintenabsorbierelement (37) so in Kontakt zu stehen, dass die durch das Tintenabsorbierelement (37) gehaltene Tinte zu dem Aufzeichnungskopf induziert wird; einen Halteabschnitt (41) zum gleitfähigen Halten des Tinteninduzierelementes (47); und ein Begrenzungselement (49) zum Begrenzen der Bewegung des Tinteninduzierelementes (47) zu einer Außenseite der Tintenpatrone (3), um zu verhindern, dass das Tinteninduzierelement (47) so gleitet, dass es aus dem Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) herausragt, wobei das Tinteninduzierelement (47) die Fähigkeit hat, in einen Druckkontakt mit dem Tintenaufnahmeabschnitt des Aufzeichnungskopfes zu gelangen, und die Fähigkeit hat, zu dem Tintenabsorbierelement (37) zu gleiten, wenn die Tintenpatrone (3) an dem Aufzeichnungskopf angebracht wird.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei das Tinteninduzierelement (47) ein Faserbündel aufweist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 2, wobei das Faserbündel einen gehärteten Bereich um seine Umfangsfläche herum besitzt, um die Fasern zusammenzuhalten.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 3, wobei das Faserbündel durch Permeation eines Bindemittels in eine Umfangsfläche des Tinteninduzierelementes (47) ausgebildet ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei die Kapillarkraft des Tinteninduzierelementes (47) größer als die des Tintenabsorbierelementes (37) ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 5, wobei der Druckverlust des Tinteninduzierelementes (47) 20 mm Wassersäule oder weniger beträgt.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei die Kapillarkraft des Tinteninduzierelementes (47) in einem Bereich von 85 mm Wassersäule bis 400 mm Wassersäule liegt.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die durchschnittliche Größe eines Raumes zwischen den Fasern in dem Tinteninduzierelement (47) in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,05 mm liegt.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei die Länge des Tinteninduzierelementes (47) entlang der Tintenzuführrichtung in einem Bereich von 2 mm bis 6 mm liegt.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 2, wobei das Tinteninduzierelement (47) einen Bereich mit einer Faserdichte in einem Bereich von 100 bis 200 Fasern/mm² hat.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei der wirksame Durchmesser des Tinteninduzierelementes (47) in einem Bereich von 1 mm bis 18 mm liegt.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei das Tinteninduzierelement (47) in einem Mittelbereich des Querschnitts von dem Tintenabsorbierelement (37) in einer Tintenzuführrichtung angeordnet ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 1, wobei das Tinteninduzierelement (47) in einem Mittelbereich des Querschnitts der Tintenpatrone (3) in einer Tintenzuführrichtung angeordnet ist.
Tintenpatrone gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Tinteninduzierelement (47) die Fähigkeit hat, die Form seiner Seite, die mit dem Tintenaufnahmeabschnitt des Aufzeichnungskopfes in Kontakt steht, zu ändern, indem die Größe des auf sie aufgebrachten Druckes geändert wird.
Tintenpatrone gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Tinteninduzierelement (47) einen ersten Endabschnitt hat, der mit dem Tintenaufnahmeabschnitt im Druckkontakt steht, wenn die Patrone (3) an dem Aufzeichnungskopf angebracht ist, und einen zweiten Endabschnitt hat, der mit dem Tintenabsorbierelement (37) im Druckkontakt steht, und als ein Faserbündel ausgebildet ist, bei dem jede Faser entlang einer Richtung vorgesehen ist, die sich von dem ersten Endabschnitt zu dem zweiten Endabschnitt erstreckt; der erste Endabschnitt des Tinteninduzierelementes (47) mit dem Tintenaufnahmeabschnitt des Aufzeichnungskopfes in Druckkontakt steht, um das Tinteninduzierelement (47) zu dem Tintenabsorbierelement (37) gleiten zu lassen, um sicherzustellen, dass der zweite Endabschnitt im Druckkontakt mit dem Tintenabsorbierelement (37) steht.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei das erste Ende des Tinteninduzierelementes (47) einen Bereich hat, der mit einem Bereich eines Filters in dem Tintenaufnahmeabschnitt des Aufzeichnungskopfes in Druckkontakt steht, und wobei der zuerst genannte Bereich größer als der zuletzt genannte Bereich ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei das Tinteninduzierelement (47) der Tintenpatrone (3) so angeordnet ist, dass ein Druckkontaktabschnitt des Tinteninduzierelementes (47) mit dem Tintenaufnahmeabschnitt an der Innenseite einer Umfangsfläche des Tinteninduzierelementes (47) angeordnet ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 17, wobei der Druckkontaktabschnitt über 0,5 mm von der Umfangsfläche des Tinteninduzierelementes (47) entlang seiner radialen Richtung entfernt ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei das Tinteninduzierelement (47) die Fähigkeit hat, entlang einer Richtung zu gleiten, in der der Aufzeichnungskopf mit der Tintenpatrone (3) verbunden wird.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei eine Gleitdistanz des Tinteninduzierelementes (47) in einem Bereich von 0,1 bis 3 mm liegt.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei das Faserbündel aus Polyesterfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,05 mm hergestellt ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 5, wobei das Bindemittel Polyetherpolyol-Urethan ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei der Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) der Patrone, die in einer Umhüllung angeordnet ist, mit einem Dichtungselement (1626) abgedichtet ist, das mit Leichtigkeit entfernt werden kann, wenn die Tintenpatrone (3) in Gebrauch genommen wird.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 23, wobei ein zwischen dem Dichtungselement (1626) und dem Tinteninduzierelement (47) ausgebildeter Raum mit einem in der Tintenpatrone (3) ausgebildeten Raum in Verbindung steht.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 23, wobei das Dichtungselement (1626) ein Aluminiumlaminatfilm ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 23, wobei das Dichtungselement (1626) eine Vielzahl an Schichten aufweist, bei denen zumindest eine Schicht aus Polyolefin als eine Kontaktschicht hergestellt ist, die mit der Tintenpatrone mittels thermischen Verschweißens in Kontakt gebracht wird.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 23, wobei ein Tintenabsorber (1627) zwischen dem Dichtungselement (1626) und dem Tinteninduzierelement (47) angeordnet ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 27, wobei der Tintenabsorber (1627) aus einem Expansionsmaterial aus Polyvinylalkohol hergestellt ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 27, wobei der Tintenabsorber (1627) mittels thermischen Verschweißens an dem Dichtungselement (1626) fixiert ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 27, wobei der Tintenabsorber (1627) aus demselben Material wie die Kontaktschicht des Dichtungselementes (1626) hergestellt ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 15, wobei der Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) eine Luftbahn hat, um in die Tintenpatrone (3) von dem Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) eingeleitete Luft zu der Außenseite der Tintenpatrone (3) entweichen zu lassen, wenn der Tintenaufnahmeabschnitt des Aufzeichnungskopfes in den Tintenzuführöffnungsabschnitt (39) eingeführt wird.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 31, wobei die Luftbahn (42) als eine Nut an einer Innenwand des Tintenzuführabschnittes (39) ausgebildet ist.
Tintenpatrone gemäß Anspruch 31, wobei die Luftbahn (42) mit einer Luftverbindungsöffnung (48) der Tintenpatrone (3) über einen Innenraum der Tintenpatrone (3) in Verbindung steht, um mit der außerhalb der Tintenpatrone (3) befindlichen Luft in Verbindung zu stehen.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einer Aufzeichnungseinheit, die einen Aufzeichnungskopf mit einer Vielzahl an Ausspritzöffnungen hat, und einer Tintenpatrone gemäß einem der vorherigen Ansprüche.