DE69800589T2

DE69800589T2 - Verfahren zum Befüllen eines Flüssigkeitskammer aufweisende Flüssigkeitsbehälter mit Flüssigkeit und Flüssigkeitsfüllvorrichtung

Info

Publication number: DE69800589T2
Application number: DE69800589T
Authority: DE
Inventors: Osamu Sato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: EP0906830B1; EP0906830A2; US6058984A; EP0906830A3; JP3287791B2; ES2154921T3; JPH1148490A; DE69800589D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter, insbesondere auf ein Verfahren zum Füllen von Flüssigkeit in einen Ausstoßflüssigkeitsbehälter, der als ein Behälter erwünscht ist, der flüssige Tinte oder Bearbeitungsflüssigkeit enthält, die in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung genutzt wird.
Ein Flüssigkeitsbehälter oder eine Flüssigkeitsausstoßkopf- Kassette, die in einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, insbesondere einer Aufzeichnungsvorrichtung des Tintenstrahltyps zur Anwendung kommt, hat zwei Öffnungen: eine Tintenzuführungsöffnung, durch welche die Flüssigkeit (Tinte) in eine Aufzeichnungseinrichtung wie zum Beispiel einen Tintenstrahlkopf zugeführt wird, und eine Entlüftung, durch welche die atmosphärische Luft in einem Volumen entsprechend der Menge des Tintenverbrauchs in den Behälter eingeleitet wird.
Es ist bei diesem Typ des Tintenbehälters erforderlich, daß er in der Lage ist, die Aufzeichnungseinrichtung während einer Aufzeichnungsperiode ohne Unterbrechung auf stabile Weise mit Tinte zu versorgen, und außerdem während einer Nichtaufzeichnungsperiode in der Lage ist, auf zuverlässige Weise ungeachtet der Umgebungsbedingungen das Auslaufen von Tinte zu verhindern.
Zur Erfüllung der vorhergehend genannten Anforderungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Flüssigkeitsbehälter vorgeschlagen, welcher einen im Grunde genommen abgedichteten Raum, der die Flüssigkeit wie zum Beispiel Tinte enthält, und eine Unterdruck erzeugende Kammer hat. Die Unterdruck erzeugende Kammer war neben dem im Grunde abgedichteten Raum angeordnet und hatte ein Unterdruck erzeugendes Element. Dieser Behälter ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 7-125232, U. S. Patent Nr. 5.509.140 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 7-68778 und ähnlichen Veröffentlichungen offenbart.
Als eine repräsentative Erfindung eines solchen Typs offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. Hei 7-125232 eine Erfindung, gemäß welcher eine Tintenzuführungsröhre seitlich in den Flüssigkeitsbehälter eingeführt ist, um in dem Unterdruck erzeugenden Material innerhalb des Behälters ein solches Druckverteilungsmuster zu erzeugen, daß es der Tinte innerhalb des abgedichteten Raums gestattet, systematisch, wie die Flüssigkeit (Tinte) durch Gas (Luft) ersetzt wird, verbraucht zu werden.
Die Beschreibung von U. S. Patent Nr. 5.509.140 offenbart als eine repräsentative Erfindung eine Erfindung, gemäß welcher einem Tintenbehälter eine innere Struktur gegeben wird, welche den Gas-Flüssigkeits-Austausch steigert, so daß innerhalb des Flüssigkeitsbehälters in einem frühen Zustand des Tintenverbrauchs durch Gas-Flüssigkeits-Austausch eine Region mit einem stabilen Unterdruck hergestellt werden kann.
Ferner offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. Hei 7-68778 eine Erfindung, gemäß welcher ein Tintenbehälter derart strukturiert ist, daß die Tinte durch einen Teil der unteren Wand zugeführt wird, und die untere Wand ist mit einem ausgenommenen Abschnitt versehen, der als zeitweiliger Tintenspeicher dient. Diese Erfindung befindet sich in Übereinstimmung mit der vorhergehend beschriebenen Erfindung, die in der Beschreibung des U. S. Patents Nr. 5.509.140 offenbart ist.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. Hei 7- 125232 offenbart einen Tintenbehälter, welcher zwei Kammern aufweist. Eine Kammer ist eine Unterdruck erzeugendes Material enthaltende Kammer, welche mit einer Entlüftung versehen ist und enthält Unterdruck erzeugendes Material. Die andere Kammer ist eine Flüssigkeit enthaltende Kammer, welche mit der Unterdruck erzeugendes Material enthaltenden Kammer verbunden ist, und enthält nichts außer der Tinte. Diese Tinte wird dem Unterdruck erzeugenden Material nur durch einen sehr kleinen Durchgang zugeführt, welcher mit Abstand zu der Entlüftung zwischen den zwei Kammern angeordnet ist. Gemäß dieser Erfindung wird der Tintenbehälter hinsichtlich des Unterdrucks stabilisiert, so daß die Tintenzuführungseffizienz verbessert wird.
Ein Verfahren zum Füllen eines Tintenbehälters (einer Tintenkassette) wie der vorhergehend beschriebenen Struktur ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 8-090785 offenbart. Gemäß dieser Anmeldung wird der Tintenbehälter, während die Tinte in einen Tintenbehälter gefüllt wird, in einer geneigten Position gehalten, und die Tinte wird unter sorgfältiger zeitlicher Abstimmung der Öffnung oder Schließung der Tintenzuführungsöffnung und der Entlüftung in den Behälter gefüllt. Ein anderes Tinteneinfüllverfahren ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 8-132636, welche der EP-A-0 703 083 entspricht, offenbart, gemäß welcher die Tinte durch Reduzieren des Innendrucks des Tintenbehälters in einen Tintenbehälter gefüllt wird.
Die vorhergehend beschriebenen Tinteneinfüllverfahren zum Füllen eines Tintenbehälters mit Tinte sind vom Standpunkt des zweckmäßigen Einfüllens von Tinte in einen Tintenbehälter oder eine Tintenstrahlkassette, die einen Tintenbehälter und einen Aufzeichnungskopf aufweist, ganz zweckmäßig, während das Auslaufen von Tinte verhindert wird.
Da sich jedoch die Anwendung von Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen in den letzten Jahren schnell ausgebreitet hat, bestehen auch zunehmende Anforderungen nach schnellerem Drucken und Drucken höherer Qualität. Schnelleres Druck und Drucke höherer Qualität erfordern, daß die Tintenbehälter-Austauschhäufigkeit reduziert wird, und zur Reduzierung der Tintenbehälter-Austauschhäufigkeit ist ein Tintenbehälter mit großer Kapazität erwünscht. Vom Standpunkt der Größenreduzierung einer Aufzeichnungsvorrichtung ist es erwünscht, daß ein Tintenbehälter mit großer Kapazität eine solche Struktur hat, daß die Flüssigkeit durch einen Teil der unteren Wand des Tintenbehälters zugeführt wird.
Ferner ist es erwünscht, daß derartige Tintenbehälter mit einem großen Tintenfassungsvermögen und Tintenkassetten, die einen solchen Tintenbehälter aufweisen, für den Verbraucher so billig wie möglich sind. Deshalb wurde nach einem weniger teurem und effizienteren Verfahren zum Füllen von Tinte in einen Tintenbehälter während der Tintenbehälterherstellung gesucht.
Folglich untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung Flüssigkeitsbehälter, welche eine Flüssigkeit enthaltende Kammer und eine Unterdruck erzeugende Kammer aufwiesen. Die Flüssigkeit enthaltende Kammer war im Grunde genommen abgedichtet und ausschließlich flüssig gehalten und die Unterdruck erzeugende Kammer enthielt ein Stück eines Unterdruck erzeugenden Materials oder ein Unterdruck erzeugendes Element. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten auch Flüssigkeitseinfüllverfahren, von welchen angenommen wurde, daß sie zum Füllen von Flüssigkeit in die vorhergehend beschriebenen Flüssigkeitsbehälter mit einer hohen Geschwindigkeit geeignet sind, selbst wenn die Größe der Unterdruck erzeugenden Kammer, welche das Unterdruck erzeugende Material enthielt, durch Verlängerung der Kammer in der Richtung parallel zu der unteren Wand vergrößert wurde und gleichzeitig auch der durch die Außenwände des Flüssigkeitsbehälters umgrenzte Gesamtraum vergrößert wurde.
Die Untersuchungen zeigten, daß es manchmal Probleme beim Füllen der Flüssigkeitsbehälter geben wird, wenn herkömmliche Flüssigkeitseinfüllverfahren zur Anwendung kommen, um Flüssigkeit in den Behälter mit großem Fassungsvermögen zu füllen, bei welchem die Flüssigkeit von einem Teil der unteren Wand des Flüssigkeitsbehälters zu einem Kopf zugeführt wird.
Im Fall des in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 8-090785, die der EP-A-0 703 083 entspricht, offenbarten Tinteneinfüllverfahrens müssen zum Beispiel die zeitliche Abstimmung, mit welcher die Entlüftung und die Tintenzuführungsöffnung geöffnet und geschlossen werden, und der Winkel eines Tintenbehälters entsprechend der Menge an Tinte geändert werden, die in den Behälter gefüllt worden ist. Deshalb wird eine Tinteneinfüllvorrichtung in Übereinstimmung mit diesem Tinteneinfüllverfahren zu kompliziert und außerdem ist es möglich, daß mit der Herstellung in Beziehung stehende Uneinheitlichkeiten aufgrund der Schwankung in der Zeit zunehmen können, die notwendig ist, um die Herstellungsschritte umzuschalten.
Im Fall des in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 8-132636 offenbarten Tinteneinfüllverfahrens wird zuerst der Innendruck eines Tintenbehälters reduziert und dann wird die Tinte von der Seite des porösen Materials aus eingefüllt. In anderen Worten, im Fall dieses Flüssigkeitseinfüllverfahrens wird die Tinte durch ein großes Stück porösen Materials eingefüllt. Deshalb erreicht die Tinte manchmal plötzlich eine Tintenkammer, bevor das poröse Material völlig mit Tinte gefüllt ist. Dadurch wird ein Problem derart erzeugt, daß ein wesentlicher Abschnitt der Tintenkammer nicht mit Tinte gefüllt werden kann. Wenn ein wesentlicher Abschnitt einer Tintenkammer nicht mit Tinte gefüllt ist, wird der Tintenbehälter sehr empfindlich gegenüber dem Umgebungsdruck, wobei aus der Tintenbehälter, der zur Versendung verschlossen worden ist, zur ersten Benutzung oder einer ähnlichen Gelegenheit geöffnet wird, Tinte auslaufen kann oder Luft durch die Tintenzuführungsöffnung zur Zuführung der Tinte nach außen in den Tintenbehälter eintreten kann und folglich verhindert werden kann, daß die Flüssigkeit auf stabile Weise zugeführt wird.
Ferner wird im Fall des in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei-8-230209, die der EP-A-0 719 646 entspricht, offenbarten Tinteneinfüllverfahrens das Unterdruck erzeugende Element uneinheitlich mit Tinte gefüllt, wenn die Flüssigkeit schnell in einen Flüssigkeitsbehälter gefüllt wird, der derart strukturiert ist, daß er durch einen Teil seiner unteren Wand mit der Flüssigkeit gefüllt wird. Diese uneinheitliche Tintenverteilung in dem Unterdruck erzeugenden Material wird dadurch verursacht, daß die Flüssigkeit durch einen Durchgang, welcher die Kammer mit dem Unterdruck erzeugenden Material und die Flüssigkeitskammer verbindet, in die Kammer mit dem Unterdruck erzeugenden Material gefüllt wird. Wenn die Tinte uneinheitlich in dem Unterdruck erzeugenden Material verteilt ist, ist es möglich, daß durch die Entlüftung Luft in einen Aufzeichnungskopf eingeleitet wird, bevor die Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammer zur Aufzeichnung verbraucht ist. Ergebnis dessen kann sein, daß die Tintenzuführung unterbrochen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines höchst produktiven Tinteneinfüllverfahrens und einer höchst produktiven Tinteneinfüllvorrichtung, bei welchem/welcher gesichert ist, daß bei einem Flüssigkeitsbehälter, der derart strukturiert ist, daß Flüssigkeit durch einen Teil seiner unteren Wand einem Kopf zugeführt wird, eine uneinheitliche Füllung mit Flüssigkeit verhindert wird, selbst wenn der Behälter groß ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Flüssigkeitseinfüllverfahren zu schaffen, welches geeignet ist, im vollem Umfang von den vorteilhaften Charakteristiken des vorhergehend genannten Tintenbehälters Gebrauch zu machen, um die Flüssigkeit auf stabile Weise zuzuführen, wenn der Tintenbehälter in Benutzung ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Zufuhr von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter geschaffen, welcher eine erste Kammer, die mit einem Flüssigkeitszufuhrabschnitt, um die Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf herauszuführen, und einer Entlüftung zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft, um darin ein Unterdruck erzeugendes Element unterzubringen, versehen ist, eine zweite Kammer, die einen im wesentlichen abgedichteten Raum mit Ausnahme eines Verbindungsteils zu der ersten Kammer bildet, wobei der Flüssigkeitszufuhrabschnitt auf einer unteren Seite angeordnet ist, und eine den Gas- Flüssigkeits-Austausch fördernde Struktur enthält, die in der ersten Kammer vorgesehen ist, um die Umgebungsluft in die zweite Kammer einzuleiten, um die Abgabe der Flüssigkeit zu gestatten, wobei das Verfahren aufweist, einen Druck reduzierenden Schritt der Reduzierung eines Drucks in einer Gesamtheit des Behälters, während der Flüssigkeitsbehälter hermetisch abgedichtet ist, einen ersten Flüssigkeitszufuhrschritt der Zufuhr der Flüssigkeit in die zweite Kammer und der Vollendung der Flüssigkeitszufuhr, bevor ein Abschnitt angrenzend der Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernden Struktur des Unterdruck erzeugenden Elements in der ersten Kammer mit der Flüssigkeit versorgt wird, in einem durch den Druck reduzierenden Schritt geschaffenen Zustand mit reduziertem Druck, wobei der Behälter die gleiche Ausrichtung einnimmt, wie wenn die Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt wird, einen zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt der Zufuhr der Flüssigkeit in die erste Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt, nach dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt in die zweite Kammer, einen Freigabeschritt der Freigabe des hermetisch abgedichteten Zustands der ersten Kammer nach dem zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt in die erste Kammer.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Zufuhr von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter geschaffen, welcher eine erste Kammer, die mit einem Flüssigkeitszufuhrabschnitt, um die Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf herauszuführen, und einer Entlüftung zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft, um darin ein Unterdruck erzeugendes Element unterzubringen, versehen ist, eine zweite Kammer, die einen im wesentlichen abgedichteten Raum mit Ausnahme eines Verbindungsteils zu der ersten Kammer bildet, wobei der Flüssigkeitszufuhrabschnitt auf einer unteren Seite angeordnet ist, und eine den Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernde Struktur enthält, die in der ersten Kammer vorgesehen ist, um die Umgebungsluft in die zweite Kammer einzuleiten, um die Abgabe der Flüssigkeit zu gestatten, wobei das Verfahren aufweist, einen Druck reduzierenden Schritt der Reduzierung eines Drucks in einer Gesamtheit des Behälters, während der Flüssigkeitsbehälter hermetisch abgedichtet ist, einen ersten Flüssigkeitszufuhrschritt der Zufuhr der Flüssigkeit in die zweite Kammer und der Vollendung der Flüssigkeitszufuhr, bevor ein Abschnitt angrenzend der den Gas-Flüssigkeits- Austausch fördernden Struktur des Unterdruck erzeugenden Elements in der ersten Kammer mit der Flüssigkeit versorgt wird, in einem durch den Druck reduzierenden Schritt geschaffenen Zustand mit reduziertem Druck, wobei der Behälter die gleiche Ausrichtung einnimmt, wie wenn die Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt wird, einen zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt der Zufuhr der Flüssigkeit in die erste Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt, nach dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt in die zweite Kammer, einen Flüssigkeitsabgabeschritt der Abgabe einer festgelegten Menge der Flüssigkeit aus der ersten Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt nach dem zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt.
Das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung meint ein solches Flüssigkeitseinfüllverfahren, welches nicht nur zum Füllen eines Flüssigkeitsbehälters während eines Flüssigkeitsbehälter-Herstellungsschritts, sondern erwünschterweise auch zum Auffüllen eines Tintenbehälters genutzt werden kann, nachdem er vollständig oder teilweise von der Flüssigkeit entleert ist. In anderen Worten ausgedrückt, es ist ein Flüssigkeitseinfüllverfahren, das zur anfänglichen Füllung eines Flüssigkeitsbehälters sowie zur Auffüllung des Flüssigkeitsbehälters, nachdem der Flüssigkeitsbehälter in Benutzung ist, geeignet ist.
Gemäß dem vorhergehend erwähnten Tinteneinfüllverfahren auf der Basis der vorliegenden Erfindung kann die zweite Kammer schnell und zuverlässig mit Flüssigkeit gefüllt werden. Ferner wird Unterdruck erzeugende Element durch das Füllen von Flüssigkeit in die erste Kammer durch den Flüssigkeitszuführungsabschnitt der ersten Kammer gleichmäßig mit Flüssigkeit gefüllt, ohne daß irgendein Bereich des Unterdruck erzeugenden Elements unbefeuchtet bleibt. Anders ausgedrückt, die vorliegende Erfindung kann ein höchst produktives präzises Flüssigkeitseinfüllverfahren schaffen.
Nachdem die erste Kammer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird ferner eine festgelegte Menge der Flüssigkeit aus der ersten Kammer durch die Flüssigkeitszuführungsöffnung ausgestoßen, um zu sichern, daß in dem Unterdruck erzeugenden Material angrenzend der Entlüftung ein Bereich erzeugt wird, welcher einen erwünschten Grad an Absorptionsvermögen hat, um zu ermöglichen, daß der Flüssigkeitsbehälter in geeigneter Weise auf Änderungen in der Umgebung oder dergleichen reagiert.
Dieses Flüssigkeitseinfüllverfahren kann an sich eine hohe Präzision und hohe Effizienz bei der Flüssigkeitseinfüllung gewährleisten. Es ist jedoch erwünscht, daß diese Flüssigkeitseinfüllverfahren in Kombination mit den folgenden Prozessen genutzt werden, da eine solche Kombination die Vorzüge dieses Verfahrens erhöhen kann.
1. Herausnehmen eines Flüssigkeitsbehälters aus einem abgedichteten Zustand, gerade bevor die erste Kammer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt wird. Dieser Prozeß kann verhindern, daß Gas (Luft) schnell in die Flüssigkeitskammer eingeleitet wird; es wird verhindert, daß Gas (Luft) unerwartet in die Flüssigkeitskammer eintritt.
2. Füllen von Flüssigkeit in Umgebungen der Verbindungsöffnung durch die Flüssigkeitszuführungsöffnung oder die erste Kammer vor dem Beginn der Füllung der zweiten Kammer mit Flüssigkeit. Dieser Prozeß sichert, daß der Abschnitt des Unterdruck erzeugenden Elements, welcher bei Gebrauch eines Flüssigkeitsbehälters der Tintenströmungsweg wird, auf geeignete Weise zur stabilen Zuführung von Flüssigkeit gefüllt wird, selbst wenn der Flüssigkeitsbehälter bei Gebrauch die vorhergehend erklärte Struktur hat und außerdem groß ist.
Diese Prozesse sind einzeln wirksam, um die Produktivität zu steigern, aber sie können die Aufgaben der vorliegenden Erfindung weiter vorteilhaft beeinflussen, wenn sie in Kombination genutzt werden.
Das Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für Flüssigkeitsbehälter geeignet, welche eine zweite Kammer mit einem Innenvolumen von 10 Kubikinhalt (cc) oder größer geeignet, obgleich es auch mit Flüssigkeitsbehältern kompatibel ist, welche eine zweite Kammer mit einem Innenvolumen von weniger als 10 Kubikinhalt haben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Zufuhr von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter geschaffen, welcher eine erste Kammer, die mit einem Flüssigkeitszufuhrabschnitt, um die Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf herauszuführen, und einer Entlüftung zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft, um darin ein Unterdruck erzeugendes Element unterzubringen, versehen ist, eine zweite Kammer, die einen im wesentlichen abgedichteten Raum mit Ausnahme eines Verbindungsteils zu der ersten Kammer bildet, wobei der Flüssigkeitszufuhrabschnitt an einer unteren Seite angeordnet ist, und eine den Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernde Struktur enthält, die in der ersten Kammer vorgesehen ist, um die Umgebungsluft in die zweite Kammer einzuleiten, um die Abgabe der Flüssigkeit zu gestatten, wobei die Vorrichtung aufweist, eine Abdichteinrichtung zur Abdichtung des Flüssigkeitsbehälters, eine Druck reduzierende Einrichtung zur Reduzierung eines Drucks in einer Gesamtheit des Behälters, während der Flüssigkeitsbehälter hermetisch abgedichtet ist, eine erste Flüssigkeitszufuhreinrichtung zur Zufuhr der Flüssigkeit in die zweite Kammer und Vollendung der Flüssigkeitszufuhr, bevor ein Abschnitt angrenzend der Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernden Struktur des Unterdruck erzeugenden Elements in der ersten Kammer mit der Flüssigkeit versorgt wird, in einem durch den Druck reduzierenden Schritt geschaffenen Zustand mit reduziertem Druck, wobei der Behälter die gleiche Ausrichtung einnimmt, wie wenn die Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt wird, eine zweite Flüssigkeitszufuhreinrichtung zur Zufuhr der Flüssigkeit in die erste Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt, nach dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt in die zweite Kammer, eine Freigabeeinrichtung zur Freigabe des hermetisch abgedichteten Zustands der ersten Kammer nach dem zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt in die erste Kammer.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung zu schaffen, mit welcher das vorhergehend erklärte Flüssigkeitseinfüllverfahren auf die erwünschte Weise ausgeführt werden kann.
Bei dieser Beschreibung der vorliegenden Erfindung bedeutet ein "oberer Abschnitt" den Abschnitt, welcher direkt der unteren Wand eines Flüssigkeitsbehälters zugewandt ist. Wenn der obere Abschnitt oben ist, befindet sich die Verbindungsöffnung unten.
Ein Ausdruck "Bereich, welcher sich angrenzend dem oberen Abschnitt der ersten Kammer befindet und nicht mit Flüssigkeit (Tinte) gefüllt ist", wird als ein Satz benutzt, der nicht nur einen leeren Raum (Luftpufferkammer), d. h. einen Raum ohne das Unterdruck erzeugende Material meint, sondern auch einen Bereich, welcher mit dem Unterdruck erzeugenden Material gefüllt ist, aber nicht mit Flüssigkeit (Tinte) gefüllt ist.
Die Ausdrücke "Unterdruck erzeugendes Material enthaltende Kammer" und "Tinte enthaltende Kammer" werden nur bei einer solchen Kammer angewandt, welche die Anforderungen erfüllt, die an das Anhalten oder Speichern von Tinte (Flüssigkeit) gestellt werden, wohingegen die Ausdrücke "erste Kammer" und "zweite Kammer" freier benutzt werden, um die Kammern zu bezeichnen; diese werden nicht nur zur Bezeichnung einer Kammer, welche die Anforderungen erfüllt, die an das Enthalten und Speichern von Tinte (Flüssigkeit) gestellt werden, sondern auch einer Kammer angewandt, welche sich in einem Prozeß zur Erfüllung der Anforderungen befindet.
Die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung befindliche Struktur zur Steigerung des Gas-Flüssigkeits- Austauschs enthält eine beliebige Struktur, welche die atmosphärische Luft in eine Flüssigkeitskammer einleiten kann, um zu gestatten, daß die Flüssigkeit in der praktisch abgedichteten Flüssigkeitskammer einer Kammer mit Unterdruck erzeugendem Material zugeführt wird, ohne den durch das Unterdruck erzeugende Material (entsprechend dem Flüssigkeitspegel) erzeugten Unterdruck im wesentlichen zu verändern; zum Beispiel den in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung beschriebenen Einleitungsweg für atmosphärische Luft, einen Prioritätsweg für atmosphärische Luft, der durch Differenzierung der Hohlraumgröße in einem festgelegten Bereich des Unterdruck erzeugenden Materials von der Hohlraumgröße in dem anderen Bereich ausgebildet wird, einen Einleitungsweg für atmosphärische Luft, der durch ein Stück einer Röhre gebildet wird, oder einen Einleitungsweg für atmosphärische Luft, der durch den sehr feinen Spalt gebildet wird, der zwischen dem absorbierenden Material und der Wand ausgebildet wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, wobei (A) und (B) den Tintenbehälter vor bzw. nach dem Einbau des Tintenbehälters präsentieren,
Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kompatibel ist,
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des wesentlichen Abschnitts des in Fig. 2 gezeigten Tintenbehälters,
Fig. 4 ist ein Schnitt des wesentlichen Abschnitts der Bauform eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist.
Fig. 5 ist ein schematischer Schnitt eines Tintenbehälters, der zu dem Tintenflüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist,
Fig. 6 (A, B und C) sind schematische perspektivische Ansichten der Trennwand eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, ein schematischer Schnitt derselben bzw. eine Vorderansicht derselben,
Fig. 7 (A, B, C und D) sind schematische perspektivische Ansichten der Trennwand eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, ein schematischer Schnitt derselben und eine Vorderansicht derselben bzw. ein schematischer Schnitt der Trennwand eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist,
Fig. 8 ist ein Schnitt eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, und zeigt die Kapillarkraft Hs des absorbierenden Materials,
Fig. 9 ist ein Schnitt eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, und zeigt die Kopfdifferenz Hp zwischen dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt und der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL innerhalb des absorbierenden Elements und den Druckverlust δh des absorbierenden Elements in einem Flüssigkeitsbehälter, in welchem ein Gas-Flüssigkeits-Austausch auftritt,
Fig. 10 ist ein Schnitt eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, und zeigt die Kopfdifferenz Hp zwischen dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt und der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL innerhalb des absorbierenden Elements und den Druckverlust δh des absorbierenden Elements in einem Flüssigkeitsbehälter, in welchem ein Gas-Flüssigkeits-Austausch auftritt,
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 12 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 13 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 15 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 17 ist eine Schnittansicht, welche eine Flüssigkeitseinfüllvorrichtung und ein Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 18 ist ein schematischer Schnitt des wesentlichen Abschnitts der Flüssigkeitseinfüllvorrichtung, die zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompatibel ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im folgenden werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird unter Bezug auf Fig. 1 und 2 die Bauform eines Flüssigkeitsbehälters beschrieben, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kompatibel ist.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenbehälters, der zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, und eines Tintenbehälterhalters, in welchen der Tintenbehälter auf entnehmbare Weise einzubauen ist. Fig. 1 (A, B) zeigt den Zustand vor und nach dem Einbau des Behälters in den Halter.
Ein Tintenbehälter 10 als ein Behälter für auszustoßende Flüssigkeit hat ungefähr die Form eines Parallelepipeds. Die obere Wand 10U des Behälters 10 ist mit einer Entlüftung, d. h. einem Loch versehen, das zu dem Innenraum des Behälters 10 führt.
Der Tintenbehälter 10 ist außerdem mit einer Tintenzuführungsöffnung 14 versehen, welche die Form eines Zylinders hat. Die Tintenzuführungsöffnung 14 steht aus der unteren Wand 10B des Tintenbehälters 10 vor und hat eine Tintenzuführungsöffnung, d. h. eine Öffnung, durch welche die Flüssigkeit nach außen geführt wird, wenn sich der Tintenbehälter 10 in Gebrauch befindet. Während des Transport wird die Entlüftung 12 mit einem Stück Folie oder dergleichen abgedichtet gehalten, und die zylindrische Tintenzuführungsöffnung 14 wird mit Kappe als Tintenzuführungsöffnungs-Abdichtungselement abgedichtet gehalten.
Ein Bezugszeichen 16 bezeichnet einen flexiblen Hebel, welcher mit dem Tintenbehälter 10 einstückig ausgebildet ist. Er hat einen Verriegelungsvorsprung, welcher von dem mittleren Abschnitt des Hebels vorsteht.
Ein Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Tintenbehälterhalter, in welchen der Tintenbehälter 10 eingebaut ist. Er ist einstückig mit einem Kopf ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel hält der Tintenbehälterhalter 20 zum Beispiel einen Tintenbehälter 10C für zyanfarbene Tinte C, einen Tintenbehälter 10M für magentafarbene Tinte M und einen Tintenbehälter 10Y für gelbe Tinte Y. Der untere Abschnitt des Tintenbehälterhalters 20 ist mit einem Farbtintenstrahlkopf 22 versehen, welcher mit dem Halter 20 einstückig ist. Der Farbtintenstrahlkopf 22 hat eine Vielzahl von Ausstoßauslässen, welche nach unten gewandt sind (im folgenden wird die Kopffläche, an welcher diese Ausstoßauslässe geöffnet sind, als eine Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche bezeichnet).
Der Tintenbehälter 10 wird in den Tintenbehälterhalter 20 eingesetzt, der mit dem Farbtintenstrahlkopf 22 einstückig ist, wobei er gehalten wird, wie in Fig. 1 (A) gezeigt ist, so daß die zylindrische Tintenzuführungsöffnung 14 mit dem nicht veranschaulichten Tintenaufnahmeabschnitt des Farbtintenstrahlkopfs 22 in Eingriff gelangt und die zylindrische Tintenaufnahmeöffnung des Farbtintenstrahlkopfs 22 in die zylindrische Tintenzuführungsöffnung 14 eintritt. Dann gelangt der Verriegelungsvorsprung 16A des Hebels 16 mit einem nicht veranschaulichten Vorsprung in Eingriff, der sich an einem festgelegten Punkt des mit dem Kopf 22 einstückigen Tintenbehälterhalters 20 befindet. Folglich wird der Tintenbehälter 10 auf korrekte Weise mittels des Tintenbehälterhalters 20 gehalten, wie in Fig. 1 (B) gezeigt ist. Nachdem der Tintenbehälter 10 in den mit dem Kopf 22 einstückigen Tintenbehälterhalter 20 eingebaut ist, wird der Tintenbehälterhalter 20 auf dem Schlitten einer nicht veranschaulichten Aufzeichnungsvorrichtung des Tintenstrahltyps befestigt, um zum Drucken vorbereitet zu werden. Wenn der Tintenbehälterhalter 20, welcher den Tintenbehälter 10 hält, auf dem Schlitten befestigt ist, wird zwischen dem unteren Abschnitt des Tintenbehälters 10 und der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche des Tintenausstoßkopfs ein festgelegter Betrag einer Kopfdifferenz H erzeugt.
Nun wird die innere Struktur des Tintenbehälters 10, welche allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist, unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Der Innenraum des Tintenbehälters 10 weist bei diesem Ausführungsbeispiel zwei durch eine Trennwand 38 getrennte Kammern auf; eine Kammer 34 (erste Kammer) mit einem Unterdruck erzeugenden Element und eine Flüssigkeitskammer 36 (zweite Kammer). Die Kammer 34 mit dem Unterdruck erzeugenden Element enthält ein absorbierendes Element 32 als ein Unterdruck erzeugendes Element. Die obere Wand der Kammer 34 mit dem Unterdruck erzeugenden Element hat eine Entlüftung 12, durch welche der Innenraum der Kammer 34 mit dem Unterdruck erzeugenden Element mit der Atmosphäre verbunden ist, und die untere Wand der Kammer 34 mit dem Unterdruck erzeugenden Element hat eine Tintenzuführungsöffnung. Die Tintenkammer 36 ist im Grunde abgedichtet und enthält nur flüssige Tinte. Die erste Kammer 34 und die zweite Kammer 36 sind miteinander nur durch eine Verbindungsöffnung 40 verbunden, die in den unteren Abschnitt der Trennwand 38 geschnitten ist.
Die nach innen gerichtete Fläche der oberen Wand 10U der ersten Kammer 34 ist mit einer Vielzahl von Rippen 42 versehen, welche einstückig mit der Wand 10U ausgebildet sind und gerade nach innen vorstehen. Wenn das absorbierende Element 32 in die erste Kammer 34 gedrückt wird, gelangt es mit der Vielzahl der Rippen 42 in Kontakt, wobei ein zwischen der oberen Wand 10U und der oberen Fläche des absorbierenden Elements 32 ein Raum belassen wird, der als eine Luftprallkammer 44 dient. Das absorbierende Element 32 ist aus Thermokompressions-Urethanschaum ausgebildet und ist zusammengedrückt in der ersten Kammer gehalten, um einen festgelegten Betrag an Kapillarkraft zu erzeugen, wie später beschrieben wird. Der Absolutwert der Porendichte des absorbierenden Elements 32 zur Erzeugung des festgelegten Betrags an Kapillarkraft wird in Abhängigkeit vom Typ der zu nutzenden Tinte, der Abmessungen des Tintenbehälters 10, der vertikalen Position (Kopfdifferenz H) der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche des Tintenstrahlkopfs 22 und dergleichen variiert. Die Dichte muß jedoch mindestens ungefähr 50 Poren pro Zoll betragen, da es erforderlich ist, daß das absorbierende Element 32 eine Kapillarkraft erzeugt, die größer als die Kapillarkraft ist, die durch die Kapillarkraft erzeugende Ausnehmung oder einen Weg erzeugt wird, der als ein Kapillarkraft erzeugender Abschnitt dient, welcher später beschrieben wird.
In der zylindrischen Tintenzuführungsöffnung 14, welche eine Tintenzuführungsöffnung 14A aufweist, ist ein Kontaktelement 46 in der Form einer Scheibe oder einer runden Säule angeordnet. Das Kontaktelement 46 ist aus Propylenfilz ausgebildet und ist nicht leicht durch eine äußere Kraft verformbar. Das Kontaktelement 46 ist auf eine solche Weise in die zylindrische Tintenzuführungsöffnung 14 eingefügt, daß, wenn der Tintenbehälter 10 nicht in den Tintenbehälterhalter 20 eingefügt worden ist, das absorbierende Element 32 durch das Kontaktelement 46 lokal zusammengedrückt bleibt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Um das Kontaktelement 46 in dem vorhergehend beschriebenen Zustand zu halten, ist die äußere Kante der zylindrischen Tintenzuführungsöffnung 14 mit einem Flansch versehen, welcher mit dem Kontaktelement 46 in Kontakt gelangt, wenn das Kontaktelement 46 in die zylindrische Tintenzuführungsöffnung 14 eingesetzt wird.
Es ist erwünscht, daß die Tiefe der Niederdrückung, welcher das Kontaktelement 46 in dem absorbierenden Element 46 unterliegt, nachdem die zylindrische Tintenaufnahmeöffnung des vorhergehend erwähnten Farbtintenstrahlkopfs 22 in die zylindrische Tintenzuführungsöffnung 14 eingeführt ist, in einem Bereich von 1,03-3,0 mm liegt, wohingegen die Tiefe der Niederdrückung, welcher das Kontaktelement 46 in dem absorbierenden Element 32 unterliegt, wenn die zylindrische Tintenaufnahmeöffnung des Kopfs 22 außerhalb der zylindrischen Tintenzuführungsöffnung 14 ist, im Bereich von 0,5 - 2,0 mm liegt. Dies verhindert das Tropfen der Tinte, nachdem der Tintenbehälter 10 von dem Kopf 22 entfernt ist, und sichert außerdem, daß die Tinte auf die erwünschte Weise fließt, wenn der Tintenbehälter 10 in Gebrauch ist.
Da das Kontaktelement 46 angrenzend dem Tintenzuführungsabschnitt angeordnet ist, wenn es in das absorbierende Element 32 gedrückt ist, wird der Abschnitt des absorbierenden Elements 32 deformiert, welcher mit dem Kontaktelement 46 in Kontakt ist. Wenn sich die Tintenzuführungsöffnung 14A äußerst nahe an einer Verbindungsöffnung 40, d. h. an einer Öffnung befindet, durch welche ein Gas-Flüssigkeits-Austausch auftritt, beeinflußt die Deformierung des absorbierenden Elements 32 somit die Gas-Flüssigkeits-Austausch- Öffnung, was bewirkt, daß die Menge an in jeden Behälter eingefüllter Tinte während des Herstellungsprozesses uneinheitlich ist. Im schlechtesten Fall kann kein geeigneter Betrag an Unterdruck erzeugt werden und im Ergebnis kann die Tinte aus der Tintenzuführungsöffnung 14A tropfen. Wenn sich die Tintenzuführungsöffnung 14A andererseits weit weg von der Verbindungsöffnung 40, d. h. der Öffnung befindet, durch welche der Gas-Flüssigkeits-Austausch erfolgt, steigt der Durchflußwiderstand von der Verbindungsöffnung 40 zu der Tintenzuführungsöffnung 14A während des Gas-Flüssigkeits-Austausch-Vorgangs an, welcher später beschrieben wird, und im Ergebnis kann der Tintenzuführungsdruck verloren gehen, und folglich kann die Tintenzuführung unterbrochen werden, wenn es sich ergibt, daß die Tintenverbrauchsgeschwindigkeit hoch ist. Folglich ist es erwünscht, daß sich der Abstand zwischen der Verbindungsöffnung 40 und der Tintenzuführungsöffnung 14A in einem Bereich von 10-50 mm bewegt.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 und der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 beschrieben. Wenn der Tintenbehälter 10 in Benutzung ist, d. h. wenn sich in dem oberen Abschnitt der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 Luft befindet, dehnt sich die Luft aus, wenn sie der Umgebungstemperatur oder einer Druckänderung ausgesetzt ist. Im Ergebnis dessen wird die Tinte manchmal in die das Unterdruck erzeugende Element enthaltende Kammer 34 gedrückt. Diese Tinte wird durch das absorbierende Element 32 in der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 absorbiert. Deshalb sollte das Volumen des absorbierenden Elements 32 unter Berücksichtigung jeder voraussagbaren Bedingung festgesetzt werden, unter welcher der Tintenbehälter 10 benutzt werden kann; in anderen Worten ausgedrückt, das absorbierende Element 32 sollte groß genug sein, um zu ermöglichen, daß das absorbierende Element 32 auf zufriedenstellende Weise auch die größte Menge an Tinte absorbiert, welche möglicherweise durch die Umgebungstemperatur oder die Druckänderung aus der die Tinte enthaltenden Kammer 36 gedrückt wird.
Da die Tinte, welche aus der Tinte enthaltenden Kammer 36 gedrückt wird, entgegen der Schwerkraft mittels des absorbierenden Elements 32 nach oben absorbiert wird, wird das tatsächliche Flüssigkeitsabsorptionsvermögen des absorbierenden Elements 32 jedoch nicht einfach durch das Volumen des absorbierenden Elements 32 bestimmt. Deshalb kann die Tinte aus der Tintenzuführungsöffnung auslaufen, selbst wenn das Volumen des absorbierenden Elements 32 groß genug ist. Im Falle eines Tintenbehälters mit großen Fassungsvermögen ist zum Beispiel die Höhe des absorbierenden Elements 32 groß (sie kann zum Beispiel größer als 40 mm sein), und deshalb muß die aus der Tinte enthaltenden Kammer 36 herausgedrückte Tinte höher absorbiert werden, d. h. der Tintenpegel (die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche) innerhalb des absorbierenden Elements 32 muß auf einen höheren Pegel angehoben werden. In dieser Situation kann die Geschwindigkeit, mit welcher das absorbierende Element 32 die Tinte absorbiert, d. h. die Geschwindigkeit, mit welcher das absorbierende Element 32 den Flüssigkeitspegel selbst anhebt, nicht ausreichend schnell sein, um die Menge an Tinte zu bewältigen, aus der Tinte enthaltenden Kammer 36 gedrückt wird. Dieses Problem, welches mit der Geschwindigkeit in Beziehung steht, mit welcher der Flüssigkeitspegel in dem absorbierenden Element 32 angehoben wird, kann durch Änderung der Bauform des absorbierenden Elements 32 gelöst werden; es ist erwünscht, daß die Größe der unteren Wand der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 vergrößert wird.
Wenn jedoch die Größe der unteren Wand der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 vergrößert wird, wird auch das Volumen der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 vergrößert, was wiederum das Volumen der Tinte enthaltenden Kammer 36 reduziert, da das für den Tintenbehälter 10 verfügbare Gesamtvolumen begrenzt ist. Im Ergebnis wird die Menge der Tinte reduziert, die in dem Tintenbehälter 10 enthalten sein kann.
Andererseits wird die Tintenabsorptionsgeschwindigkeit des absorbierenden Elements 32 auch durch die Oberflächenspannung der Tinte beeinflußt. Deshalb muß die Oberflächenspannung der zu haltenden Flüssigkeit in Betracht gezogen werden, wenn das Volumenverhältnis zwischen der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 und der Tinte enthaltenden Kammer 36 optimiert wird. Wenn zum Beispiel ein Versuch unternommen wurde, das Volumenverhältnis zwischen der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 und der Tinte enthaltenden Kammer 36 zu optimieren, während die Oberflächenspannung t der zu haltenden Flüssigkeit in einem Bereich von 30-50 dyn/cm variiert wurde, und außerdem vorausgesetzt wurde, daß die normale Temperatur, bei welcher der Tintenbehälter genutzt wird, in einem Bereich von 5-35 Grad lag, fiel das optimale Verhältnis in einem Bereich von näherungsweise 1 : 1 - 5 : 3.
Was die Größe der Luftpufferkammer 44 in der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 betrifft, so ist es erwünscht, daß diese, vom Standpunkt des volumetrischen Wirkungsgrads aus betrachtet, so klein wie möglich ist. Es ist jedoch notwendig abzusichern, daß die Luftpufferkammer 44 ein Volumen hat, daß groß genug ist, um zu verhindern, daß die Tinte aus der Entlüftung 12 ausgestoßen wird, wenn plötzlich Tinte in die das Unterdruck erzeugende Element enthaltende Kammer 34 strömt. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, daß das Volumen der Luftpufferkammer 44 auf ungefähr 1/5 - 1/8 des Volumens der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 festgesetzt wird.
Als nächstes wird die Struktur zur Steuerung des Unterdrucks beschrieben, welchen das absorbierende Element 32 als das Unterdruck erzeugende Element erzeugt.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist im ersten Ausführungsbeispiel der untere Abschnitt der Seite der das Unterdruck erzeugende Material enthaltenden Kammer der Trennwand 38 mit zwei parallelen Wegen (Ausnehmungen) 61 versehen, welche den Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt des Einleitungswegs für atmosphärische Luft bilden. Die Ausnehmungen 61 erstrecken sich entlang der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32, das als das Unterdruck erzeugende Material dient, und deren untere Enden sind mit der Verbindungsöffnung 40 verbunden. Wie später beschrieben wird, sind die Ausnehmungen 61, welche den Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt bilden, dazu gedacht, Kapillarröhren auszubilden, die zwischen den Oberflächen der in die Trennwand 38 geschnittenen Ausnehmungen 61 und der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32 eine Kapillarkraft erzeugen.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel der untere Abschnitt der Seite der das Unterdruck erzeugende Material enthaltenden Kammer der Trennwand 38 mit zwei parallelen Teilen (Ausnehmungen) 54, die als Einleitungswege für atmosphärische Luft dienen, und zwei parallelen zweiten Wegen (Ausnehmungen) 55 versehen. Die Ausnehmungen 54 erstrecken sich entlang der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32, das als das Unterdruck erzeugende Material dient, und deren untere Enden sind einzeln mit den oberen Enden der Ausnehmungen 64 verbunden, welche sich gleichfalls entlang der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32 erstrecken, und deren untere Enden mit der Verbindungsöffnung 40 verbunden sind. Diese Ausnehmungen 54 und 64 und die seitliche Fläche des absorbierenden Elements 32 bilden die Einleitungswege für atmosphärische Luft. Ein Abschnitt des Wegs 64 bildet den Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt. Wie in Fig. 7, (D), gezeigt ist, können die unteren Endabschnitte der zweiten Wege 64, welche den Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt bilden, einzeln mit den parallelen Ausnehmungen 65 verbunden werden, die in die obere Fläche der Verbindungsöffnung in Längsrichtung der Verbindungsöffnung 40 geschnitten sind. Mit der Schaffung der Ausnehmung 65 ist es gesichert, daß, selbst wenn das absorbierende Element 32 in den unteren Endabschnitt der zweiten Ausnehmungen 64 gedrückt wird, nicht der Einleitungsweg für atmosphärische Luft blockiert wird. Ferner ist die Trennwand 38 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit den ersten Ausnehmungen 54 versehen, welche größer als die zweiten Ausnehmungen 64 sind, und deshalb ist es gesichert, daß eine ausreichende Menge der atmosphärischen Luft eingeleitet wird, wodurch die Kraft reduziert wird, welche den Beginn des Gas-Flüssigkeits-Austauschs behindert. Wie später beschrieben wird, sind auch die zweiten Wege 64 dazu gedacht, derartige Kapillarröhren auszubilden, die zwischen den Oberflächen der in die Trennwand 38 geschnittenen Ausnehmungen 61 und der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32 eine Kapillarkraft erzeugen. Im Fall einer Modifizierung dieses in Fig. 7, (D), gezeigten Ausführungsbeispiels ist die untere Kante der zweiten Ausnehmungen 64 abgeschrägt, um ein einfacheres Passieren der Luft zu ermöglichen.
Im Fall des dritten Ausführungsbeispiels ist der untere Abschnitt der Seite der das Unterdruck erzeugende Material enthaltenden Kammer der Trennwand 38 mit drei Paaren einer ersten Ausnehmung 50 und einer zweiten Ausnehmung 60 versehen, wie in Fig. 3 in Vergrößerung gezeigt ist. Die Ausnehmung 54 erstreckt sich entlang der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32, das als das Unterdruck erzeugende Material dient, und bildet zusammen mit seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32 einen Teil des Einleitungswegs für atmosphärische Luft, und die Ausnehmung 60 erstreckt sich gleichfalls entlang der seitlichen Fläche des absorbierenden Elements 32 und bildet einen anderen Abschnitt des Einleitungswegs für atmosphärische Luft. Das untere Ende der Ausnehmung 50 ist mit dem oberen Ende der Ausnehmung 60 verbunden und das untere Ende der Ausnehmung 60 ist mit der Verbindungsöffnung 40 verbunden.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind die erste Ausnehmung 50 und die zweite Ausnehmung 60, welche einen Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt bilden, in die untere Fläche einer Vertiefung 70 der Trennwand 38 geschnitten. Insbesondere ist die Vertiefung 70 in die der Unterdruck erzeugendes Material enthaltenden Kammer zugewandten Fläche des unteren Endabschnitts der Trennwand 38 geschnitten, wobei diese hinsichtlich der Breitenrichtung der Trennwand 38 ausgerichtet ist und drei seitliche Flächen 70A, 70B und 70B, welche relativ zu der Oberfläche der Trennwand 38 in Richtung auf die Mitte der Ausnehmung 70 sanft geneigt sind, und eine untere Fläche 70C hat, welche parallel zu der Oberfläche der Trennwand 38 ist. Die Breite der Verbindungsöffnung 40 ist im wesentlichen gleich der Breite dieser Ausnehmung 70. Mit der Schaffung der vorhergehend beschriebenen Struktur wird das absorbierende Element 32, das in dem das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Element 34 plaziert ist gegen fünf Flächen gedrückt: die Oberfläche der Trennwand 38, die drei seitlichen Flächen 70A, 70B und 70B der Vertiefung 70 und die untere Fläche 70C der Vertiefung 70. Im Ergebnis werden drei Kapillarröhren, welche Kapillarkraft erzeugen, durch die drei Ausnehmungen 60 in der Trennwand 38 und der seitlichen Wand des absorbierenden Elements 32 ausgebildet. Die Anordnung der ersten Ausnehmungen (Wege) 50 und der zweiten Ausnehmungen (Wege) 60 in der unteren Fläche der Vertiefung 70, wie sie bei diesem Ausführungsbeispiel vorliegt, sichert, daß atmosphärische Luft auf stabilere Weise eingeleitet wird, und der Gas-Flüssigkeits-Austausch wird stabiler, verglichen mit den Strukturen in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Sie ist außerdem wirkungsvoll, um die Ansammlung von Luftbläschen an der Verbindungsöffnung 40 zu verhindern.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden die Einleitungswege für atmosphärische Luft durch Schneiden der ersten und zweiten Ausnehmung in die Oberfläche der Trennwand 38 ausgebildet. Der Einleitungsweg für atmosphärische Luft kann jedoch direkt durch die Trennwand 38 geschnitten werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Anders ausgedrückt, es können in dem unteren Abschnitt der Trennwand 38 ein Einleitungsweg 56 für atmosphärische Luft als der erste Weg, dessen Öffnungsseite mit dem absorbierenden Element 32 als das Unterdruck erzeugende Material in Kontakt gelangt und ein Kapillarkraft erzeugender Weg 66 als der zweite Weg ausgebildet sein, dessen inneres Ende mit dem inneren Ende des Wegs 56 verbunden ist und dessen Öffnungsseite am unteren Ende mit der Verbindungsöffnung 40 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Anordnung wird es möglich, daß der Kapillarkraft erzeugende Abschnitt 66 eine Kapillarkraft erzeugt, ohne durch das absorbierende Element 32 beeinflußt zu werden, da es nicht durch Abdeckung der Abschnitte der Ausnehmung mit dem absorbierenden Element 32 ausgebildet wird, wie es bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Fall ist.
Vor der Beschreibung der Funktionsprinzipien der Tintenbehälter in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nun die Definitionen der in der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung benutzten Ausdrücke unter Bezugnahme auf Fig. 8-10 erläutert.
Fig. 8 bezeichnet einen Zustand des Tintenbehälters 10, in welchem die Flüssigkeitskammer 36 mit Tinte gefüllt ist, die Tinte durch die Kapillarkraft des absorbierenden Elements 32 aufwärts in das absorbierende Element 32 absorbiert worden ist und die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL auf den in der Zeichnung gezeigten Pegel angestiegen ist. Gemäß dieser Zeichnung wird die Kapillarkraft Hs des absorbierenden Elements 32, d. h. die Kapillarkraft des absorbierenden Elements 32, ausgedrückt in Form der Länge durch Teilen der Kapillarkraft des absorbierenden Elements durch das Produkt der Tintendichte p und der Schwerebeschleunigung g, als der vertikale Abstand zwischen der Position der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL vor dem Beginn des Gas-Flüssigkeits-Austauschs und der Position des oberen Teils der Flüssigkeit in einer Flüssigkeitsröhre gemessen, die sich von der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL erstreckt.
Fig. 9 zeigt einen Zustand des Tintenbehälters 10, dessen Gas-Flüssigkeits-Austausch begonnen hat, sobald der Tintenverbrauch gestartet wurde. Hp steht für den vertikalen Abstand zwischen der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL innerhalb des absorbierenden Elements 32 als das Unterdruck erzeugende Element und dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt 60a innerhalb des zweiten Wegs 60, welcher den Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt 60a aufweist. Bei dem in Fig. 9 veranschaulichten Tintenbehälter wird ein Stück des absorbierenden Thermokompressionsmaterials als das absorbierende Element 32 benutzt, das absorbierende Element 32 wird im voraus thermisch komprimiert und wird dann in die Kammer 34 eingesetzt, die das Unterdruck erzeugende Element enthält. Im Ergebnis wird das absorbierende Element 32 hinsichtlich des Kompressionsverhältnisses im wesentlichen einheitlich. Deshalb bildet die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL in dem absorbierenden Element 32 im wesentlichen einen Pegel, mit Ausnahme der Kantenabschnitte, an welchen er geringfügig ansteigt.
Fig. 10 zeigt außerdem einen Zustand des Tintenbehälters 10, bei welchem der Gas-Flüssigkeits-Austausch begonnen hat, sobald der Tintenverbrauch gestartet wurde. Aber im Fall des in Fig. 10 veranschaulichten Tintenbehälters, wird als das absorbierende Element 32 ein Stück absorbierendes Material benutzt, welches nicht im voraus zusammengedrückt wurde. In diesem Fall wurde ein Stück absorbierenden Materials, dessen Volumen wesentlich größer als das Volumen der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 ist, in die Kammer 34 gedrückt, wobei es durch die Kompression um das 4 - 4,5fache reduziert wurde. Im Ergebnis neigt das absorbierende Element 32 dazu, hinsichtlich des Kompressionsverhältnisses uneinheitlich zu werden. Deshalb wird die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL in dem absorbierenden Element 34 konkav, wobei die Kantenabschnitte viel höher als die Kantenabschnitte in Fig. 9 ansteigen. In diesem Fall ist Hp der vertikale Abstand zwischen dem niedrigsten Punkt der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL und dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt 60a.
In Fig. 9 und 10 steht δh für den Druckverlust in dem absorbierenden Element 32 als das Unterdruck erzeugende Element, ausgedrückt hinsichtlich der Länge durch Teilen des Druckverlusts in dem absorbierenden Element 32 durch das Produkt der Tintendichte p und der Schwerebeschleunigung g; wenn der Druckverlust δPe ist, δh = δPe/δg. Da der Druckverlust in dem absorbierenden Element 32 auftritt, ist der Druckverlust der Druckverlust, welcher zwischen der Kante des absorbierenden Elements 32 und der Kante der Ausstoßflüssigkeits-Zuführungsöffnung 14A auftritt, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Der Druckverlust zwischen den Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 und der Verbindungsöffnung ist im wesentlichen Null. Deshalb wird δh einfach durch Ermittlung der Druckgefälledifferenz zwischen einem Punkt in der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 und der Kante der Flüssigkeitszuführungsöffnung 14A ermittelt.
In der folgenden Beschreibung des Funktionsprinzips eines Tintenbehälters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel Bezug genommen, bei welchem ein Teil des Einleitungswegs für atmosphärische Luft aus dem ersten Weg 50 und dem zweiten Weg 60 gebildet ist. In Hinsicht auf das Funktionsprinzip gleichen die anderen Ausführungsbeispiele, bei welchen nur die Kapillarkrafterzeugungsausnehmungen ausgebildet sind, dem Ausführungsbeispiel, bei welchem der Einleitungsweg 56 für atmosphärische Luft und der Kapillarkrafterzeugungsweg 66 ausgebildet sind.
Wenn begonnen wird, eine Aufzeichnungsvorrichtung des Tintenstrahltyps zu betreiben, wird aus dem Tintenstrahlkopf 22 Tinte ausgestoßen, welche eine solche Kraft erzeugt, die in die Richtung auf solche Tinte aus dem Tintenbehälter 10 wirkt.
Dann wird die Tinte in dem Stück des Unterdruck erzeugenden Materials, d. h. dem absorbierenden Element 32 in der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 verbraucht, wenn das Unterdruck erzeugende Material mit einer ausreichenden Menge von Tinte vollgesaugt ist, und die obere Fläche (Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche) der Tinte in dem Materials absinkt (LL in Fig. 2). Die Größenordnung des zu diesem Zeitpunkt erzeugten Unterdrucks wird durch die Kapillarkraft an der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL des Unterdruck erzeugenden Materials und die Höhe der Gas- Flüssigkeits-Übergangsfläche LL von der Ausstoßauslaß- Öffnungsfläche bestimmt.
Wenn der Verbrauch von Tinte fortgesetzt wird, sinkt die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL zuerst zu dem oberen Ende des ersten Wegs 50 des Einleitungswegs für atmosphärische Luft ab, was das Ansteigen des Drucks in dem zweiten Weg 60 gestattet. Wenn dann der Druck des unteren Abschnitts der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 niedriger als der des zweiten Wegs 60 wird, wird die atmosphärische Luft durch den ersten und zweiten Weg 50 und 60 in die Flüssigkeit enthaltende Kammer 36 zugeführt. Im Ergebnis steigt der Druck innerhalb der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 um den Betrag, der der Menge der eingeleiteten atmosphärischen Luft äquivalent ist. Folglich wird die Tinte aus der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 durch die Verbindungsöffnung 40 in das absorbierende Element 32 zugeführt, um die Differenz zwischen dem erhöhten Druck der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 und dem Druck innerhalb des absorbierenden Elements 32 zu beseitigen, das als das Unterdruck erzeugende Element dient. In anderen Worten ausgedrückt, Gas wird gegen Flüssigkeit ausgetauscht. Wenn der Gas-Flüssigkeits-Austausch fortgesetzt wird, steigt der Druck in dem unteren Abschnitt des Tintenbehälters um die Menge äquivalent der Menge der in das absorbierende Element 32 zugeführten Tinte und schließlich wird verhindert, daß die atmosphärische Luft in die Flüssigkeit enthaltende Kammer 36 zugeführt wird.
Während des Verbrauchs der Tinte wird die Tinte aus der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 in die das Unterdruck erzeugende Element enthaltende Kammer 34 zugeführt, da der vorhergehend erwähnte Gas-Flüssigkeits-Austausch fortlaufend auftritt. Somit wird die Größenordnung des in der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 erzeugten Unterdrucks durch die in dem zweiten Weg 60 erzeugte Kapillarkraft bestimmt. Anders ausgedrückt, die Größenordnung des in der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 erzeugten Unterdrucks kann während des Tintenverbrauchs durch die Auswahl der Abmessungen des zweiten Wegs 60 gesteuert werden.
Im folgenden wird gemäß Fig. 5 das Funktionsprinzip des Tintenbehälters 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Es ist möglich, die Theorie aufzustellen, daß das in der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 gehaltene Unterdruck erzeugende Element (absorbierende Element) 32 eine große Anzahl von Kapillarröhren hat und die Meniskuskraft dieser Röhren Unterdruck erzeugt. Normalerweise ist das absorbierende Element 32 als das Unterdruck erzeugende Element mit einer ausreichenden Menge an Tinte vollgesaugt, und deshalb wird angenommen, daß die Position des oberen Teils der Flüssigkeit in jeder theoretischen Kapillarröhre ausreichend hoch ist.
Wenn Tinte durch die Tintenzuführungsöffnung 14A verbraucht wird, fällt der Druck auf der Unterseite der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 ab, und die Position des oberen Teils sinkt in jeder theoretischen Kapillarröhre ab. Anders ausgedrückt, wenn Tinte verbraucht wird, sinkt die Position der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL in dem Unterdruck erzeugenden Element 32 ab, wie in Fig. 5 (A) gezeigt ist. In diesem Zustand ist die Position des oberen Teils nicht in allen theoretischen Kapillarröhren gleich; je näher die theoretische Kapillarröhre der Tintenzuführungsöffnung 14A ist, desto niedriger ist die Position des oberen Teils der Flüssigkeit in den theoretischen Kapillarröhren. Dies verhält sich aufgrund des Druckverlusts derart, der in dem absorbierenden Element 32 als das Unterdruck erzeugende Element auftritt.
Außerdem wird in diesem Zustand die Größenordnung des in dem Tintenbehälter 10 erzeugten Unterdrucks durch die Kapillarkraft der theoretischen Kapillarröhren in dem Unterdruck erzeugenden Element 32 bestimmt, und das Druckgefälle an der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche des Tintenstrahlkopfs 22 wird durch die Druckgefälledifferenz zwischen der Gas- Flüssigkeits-Übergangsfläche LL und der Ausstoßauslaß- Öffnungsfläche bestimmt.
Wenn weiter Tinte verbraucht wird, sinkt die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL weiter auf die in Fig. 5 (B) gezeigte Position ab. In diesem Zustand befindet sich das obere Ende des ersten Wegs 50 des Einleitungswegs für atmosphärische Luft geringfügig oberhalb der Gas-Flüssigkeits- Übergangsfläche LL, was gestattet, daß die atmosphärische Luft den ersten Weg 50 erreicht. Da der Tintenbehälter 10 derart strukturiert ist, daß die in dem zweiten Weg 60 als dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt erzeugte Kapillarkraft kleiner als die durch die theoretischen Kapillarröhren des absorbierenden Elements 32 erzeugte Kapillarkraft gehalten wird, wird der Meniskus in dem zweiten Weg 60 durch den weiteren Verbrach an Tinte zerstört. Im Ergebnis wird die atmosphärische Luft X durch den zweiten Weg 60 und die Verbindungsöffnung 40 in die Flüssigkeit enthaltende Kammer 36 eingeleitet, wie in Fig. 5 (C) gezeigt ist. Während dieser Periode sinkt die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL nicht weiter ab.
Wenn die atmosphärische Luft X in die Flüssigkeit enthaltende Kammer 36 eingeleitet wird, wird der Druck in der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 höher als der Druck auf der Unterseite der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 und deshalb wird die Tinte aus der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 der das Unterdruck erzeugende Element enthaltenden Kammer 34 in einer Menge äquivalent der Menge der Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern zugeführt, um die Druckdifferenz zu beseitigen. Dann wird der Druck in dem Unterdruck erzeugenden Element 32 höher als der durch den zweiten Weg 60 erzeugte Unterdruck, und deshalb fließt die Tinte unter Ausbildung eines Meniskus in den zweiten Weg 60. Im Ergebnis wird die Einleitung der atmosphärischen Luft in die Flüssigkeit enthaltende Kammer 36 gestoppt.
Wenn die Tinte von diesem Zustand aus weiter verbraucht wird, wird der Meniskus in dem zweiten Weg 60 erneut zerstört, ohne ein Absinken der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL, und die atmosphärische Luft wird in die Flüssigkeit enthaltende Kammer 36 eingeleitet, wie vorhergehend beschrieben ist. In anderen Worten ausgedrückt, nachdem die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL zu dem oberen Ende des ersten Wegs 50 des Einleitungswegs für atmosphärische Luft absinkt, werden die Zerstörung und die Wiederherstellung des Meniskus in dem zweiten Weg 60 während des Tintenverbrauchs wiederholt, wobei der in dem Tintenbehälter 10 erzeugte Unterdruck im wesentlichen konstant gehalten wird, ohne ein Absinken der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL, d. h. wobei das obere Ende des Einleitungswegs für atmosphärische Luft in Kontakt mit der atmosphärischen Luft verbleibt. Die Größenordnung dieses Unterdrucks wird durch die Größenordnung der Kraft bestimmt, die für die atmosphärische Luft notwendig ist, um den Meniskus in dem zweiten Weg 60 zu zerstören; in anderen Worten sie wird durch die Abmessungen des zweiten Wegs 60 und die Eigenschaften (Oberflächenspannung, Kontaktwinkel und Dichte) der benutzten Tinte bestimmt.
Deshalb kann der gleiche Tintenbehälteraufbau für alle Typen von auszustoßender Tinte oder dergleichen ohne Abänderung genutzt werden, wenn die Größenordnung der in dem zweiten Weg 60 als dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt erzeugten Kapillarkraft auf einen Wert zwischen den höchsten und niedrigsten Werten der Größenordnung der Kapillarkraft eingestellt wird, welche dazu tendiert, in Abhängigkeit von der Farbe oder dem Typ der Tinte oder dergleichen Prozeßflüssigkeit zu variieren, die in der Flüssigkeitskammer enthalten ist.
Der Druck an der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche des Tintenstrahlkopfs 22 wird durch die Wechselwirkung zwischen der in dem zweiten Weg 60 erzeugten Kapillarkraft, dem Druckverlust in dem absorbierenden Element 32, der Höhendifferenz zwischen dem unteren Abschnitt des Tintenbehälters und der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche und dergleichen bestimmt.
Nun werden die Beschreibungen hinsichtlich der Abmessungen der zweiten Wege 60, 61 und 64, welche vorhergehend beschrieben wurden, und der zweiten Wege 63 und 64 vorgenommen, welche später beschrieben werden.
Wie vorhergehend beschrieben ist, muß der in dem Tintenbehälter 10 erzeugte Unterdruck im wesentlichen konstant gehalten werden, damit die Tinte ohne Unterbrechung in Reaktion auf den Tintenverbrauch zugeführt werden kann. Ferner hat sich, nachdem der Tintenbehälter 10 zusammen mit dem Flüssigkeitsaustoßkopf in den Tintenbehälterhalter 20 eingesetzt worden ist und der Tintenbehälterhalter 20 auf dem Schlitten einer nicht veranschaulichten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung befestigt worden ist, d. h. wenn sich der Tintenbehälter 10 in Druckbereitschaft befindet, eine festgelegte Druckgefälledifferenz zwischen dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt an der Unterseite des Tintenbehälters 10 und der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche eingestellt. In diesem Zustand muß der Tintendruck an der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche in dem Ausstoßauslaß immer unterhalb des atmosphärischen Drucks bleiben, um zu verhindern, daß Tinte durch den Ausstoßauslaß des Flüssigkeitsausstoßkopfs ausläuft.
Bis die Tinte innerhalb der Flüssigkeit enthaltenden Kammer 36 vollständig verbraucht ist, muß des weiteren die vertikale Position der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche LL stabil gehalten werden; in anderen Worten ausgedrückt, die vertikale Position des Meniskus an der Gas-Flüssigkeits- Übergangsfläche LL innerhalb des absorbierenden Elements 32 muß trotz des Druckverlusts stabil gehalten werden, welcher auftritt, wenn die Tinte durch das absorbierende Element 32 strömt, während die Tinte verbraucht wird.
Zur Erfüllung der vorhergehend genannten Bedingungen muß die in dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt erzeugte Kapillarkraft die folgende Formel erfüllen:
H < h ≤ HS - Hp - δh (1)
In dieser Formel steht ein Symbol h für die Größenordnung der mittels des den Kapillarkraft erzeugenden Abschnitts erzeugten Kapillarkraft, ausgedrückt hinsichtlich der Länge, d. h. einen Wert, der durch Teilen der Größenordnung der mittels des Kapillarkraft erzeugenden Abschnitts erzeugten Kapillarkraft durch das Produkt der Dichte ρ der auszustoßenden Flüssigkeit und der Schwerebeschleunigung g ermittelt wird; in anderen Worten, wenn die erzeugte Kapillarkraft δPc, h = δ Pc/ρg ist. Ein Symbol H steht für die Druckgefälledifferenz zwischen dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt und der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, und ein Symbol Hs steht für die Größenordnung der mittels des Unterdruck erzeugenden Elements erzeugten Kapillarkraft, ausgedrückt hinsichtlich der Länge, d. h. einen Wert, der durch Teilen der Größenordnung der mittels des Unterdruck erzeugenden Elements erzeugten Kapillarkraft durch das Produkt der Dichte ρ der auszustoßenden Flüssigkeit und der Schwerebeschleunigung g ermittelt wird; in anderen Worten, wenn die erzeugte Kapillarkraft δPs, Hp = δ Ps/ρg ist. Ein Symbol Hp steht für die Druckgefälledifferenz zwischen der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche innerhalb des Unterdruck erzeugenden Elements und dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt. Ein Symbol δh steht für die Größenordnung, ausgedrückt hinsichtlich der Länge, des Druckgefälleverlusts zwischen der Verbindungsöffnung und der Ausstoßflüssigkeits-Zuführungsöffnung und wird durch Teilen der Größenordnung des Druckverlusts in dem Unterdruck erzeugenden Element zwischen der Verbindungsöffnung und der Ausstoßflüssigkeits-Zuführungsöffnung durch das Produkt der vorhergehend erwähnten Dichte ρ und der Schwerebeschleunigung g ermittelt; in anderen Worten, wenn der Druckverlust δ Pe, δ h = δ Pe/ρg ist.
Allgemein ausgedrückt, die in einer Kapillarröhre erzeugte Kapillarkraft kann hinsichtlich der Länge h ausgedrückt werden, und wenn die in einer Kapillarröhre erzeugte Kapillarkraft δ Pc ist, dann wird diese Länge h durch die folgende Formel ermittelt:
h = L/S x γ/ρg · cos θ (2)
In der Formel steht L für die Umfangslänge (cm) der Röhre, S für die Querschnittsfläche der Röhre (cm²), γ für die Oberflächenspannung der Tinte (dyn/cm), θ für den Kontaktwinkel, ρ für die Dichte (g/cm³) und steht g für die Schwerebeschleunigung (980 cm/s²).
Deshalb ist es erforderlich, daß die Abmessungen des Kapillarkraft erzeugenden Abschnitts der folgenden Formel entsprechen, die durch Einsetzen von Formel (1) in Formel (2) ermittelt wird.
1/cosθ · pg/γ · H < L/S 1/cosθ · pg/γ · (Hs-Hp-δh) (3)
In dieser Formel steht L für die Umfangslänge (cm) des Kapillarkraft erzeugenden Abschnitts, S für die Querschnittsfläche des Kapillarkraft erzeugenden Abschnitts (cm²), p für die Tintendichte (g/cm³), g für die Schwerebeschleunigung (980 cm/s²), γ für die Oberflächenspannung der Tinte (dyn/cm) und steht θ für den Kontaktwinkel.
Während eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung in Gebrauch ist, ist sie verschiedenen physikalischen Kräften wie zum Beispiel einem Aufprall oder einer Beschleunigung, die durch die Hin- und Herbewegung des Schlittens verursacht werden, oder einer Änderung in der Umgebung wie zum Beispiel einer Temperaturänderung oder einer Druckänderung unterworfen. Deshalb ist es erwünscht, daß der Tintendruck an der Ausstoßauslaß-Öffnungsfläche in dem Ausstoßauslaß in Hinsicht auf die Notwendigkeit einer Sicherheitsspanne um ungefähr -10 mm H&sub2;O kleiner als der atmosphärische Druck gehalten wird.
Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Ausführung ist es erwünscht, daß die hinsichtlich der Länge ausgedrückte Kapillarkraft h die folgende Formel erfüllt:
H+hm< h≤Hs-Hp-δh.
Deshalb kann Formel (3) umgewandelt werden in:
1/cosθ · ρg/γ · (H-hm) < L/S ≤ 1/cosθ · pg/γ · (Hs-Hp-δh)
Was die Abmessungen des Querschnitts des zweiten Wegs 60 betrifft, so ist es zur Erzeugung einer ausreichenden Kapillarkraft erforderlich, daß die Breite in einem Bereich von 0,20 - 0,40 mm liegt und die Tiefe im Bereich von 0,20 - 0,40 mm liegt. Von dem Standpunkt aus betrachtet, daß der Betrag des Eindringens der Ausnehmungen in das absorbierende Element 32 so gering wie möglich gehalten wird, ist es erwünscht, daß die Breite geringer als die Tiefe ist.
Die einzige Anforderung hinsichtlich der Querschnittsfläche des ersten Wegs 50 besteht darin, daß sie größer als die Querschnittsfläche des zweiten Wegs 60 ist. Die Länge des zweiten Wegs 60 sollte sich 2-10 mm von der oberen Kante der Verbindungsöffnung 40 nach oben erstrecken. Wenn sie zu kurz ist, wird der Kontakt mit dem absorbierenden Element 32 nicht stabilisiert, wohingegen der zweite Weg 60, wenn sie zu lang ist, empfindlich gegenüber dem Eindringen des absorbierenden Elements 32 wird. Deshalb ist es erwünscht, daß die Länge des zweiten Wegs 60 ungefähr 4 mm beträgt.
Wie vorhergehend beschrieben ist, reguliert die vertikale Position des oberen Endes des ersten Wegs 50 die vertikale Position der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche in dem absorbierenden Element 32, und deshalb muß das obere Ende des ersten Wegs 50 derart positioniert, daß die Tintenzuführung nicht unterbrochen wird und die Ausgleichsfunktion des absorbierenden Elements 32 nicht behindert wird. So befindet sich die vertikale Position des oberen Endes des ersten Wegs 50 im erwünschten Fall ungefähr 10-30 mm von der oberen Kante der Verbindungsöffnung 40.
Bis zu diesem Punkt war die Beschreibung dem mit der vorliegenden Erfindung kompatiblen erwünschten Flüssigkeitsbehälter gewidmet. Diese Behälter enthielten eine Trennwand, welche einen Einleitungsweg für atmosphärische Luft hatten, und der Einleitungsweg für atmosphärische Luft führte die atmosphärische Luft von einer Kammer mit Unterdruck erzeugendem Material zu einer Flüssigkeitskammer, und ein Teil des Wegs bildete einen Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt. Als nächstes wird das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 11-16 sind schematische Ansichten, welche die Prozesse zum Einfüllen von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen.
Gemäß Fig. 11 wird zuerst ein Flüssigkeitsbehälter 10 vorbereitet, welcher eine Trennwand aufweist, welche einen Einleitungsweg für atmosphärische Luft hat, um die atmosphärische Luft von der Kammer mit dem Unterdruck erzeugenden Element in eine Flüssigkeitskammer einzuleiten. Der Abschnitt des Einleitungswegs für atmosphärische Luft bildet einen Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt.
Ferner hat der Flüssigkeitsbehälter 10 in diesem Ausführungsbeispiel eine Tinteneinspritzöffnung 5, welche sich in dem oberen Abschnitt der zweiten Kammer befindet und durch welche Flüssigkeit eingespritzt wird. Der "obere Flächenabschnitt" meint die Fläche, welche der unteren Fläche des Flüssigkeitsbehälters in diesem Ausführungsbeispiel zugewandt ist.
Der Flüssigkeitsbehälter ist unverrückbar in einer Tinteneinspritzvorrichtung plaziert, wobei die Verbindungsöffnung nach unten gewandt ist, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Dann werden die Tintenzuführungsöffnung 14A und die Entlüftung 12 versiegelt und der Innendruck der Tintenkammer wird durch Evakuieren der Luft innerhalb der Flüssigkeitskammer reduziert. Während dieses Prozesses ist der Winkel des Tintenbehälters gleich dem Winkel, welchen der Tintenbehälter einnehmen muß, um Tinte (Flüssigkeit) zu dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführen.
Die in Fig. 11 gezeigte Tintenausstoßvorrichtung weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Tintenspeicher 120, der einzufüllende Tinte 200 enthält, und eine Vakuumpumpe 110 zur Reduzierung des Innendrucks des Flüssigkeitsbehälters auf. Sie weist außerdem auf: Röhren oder Rohre zur Verbindung des Speichers 120 und der Vakuumpumpe 200 mit einem Tintenbehälter, Ventile, die auf halbem Wege entlang der Durchgänge angeordnet sind, Elemente zum Abdichten eines Tintenbehälters, eine Verriegelungseinrichtung zum Festhalten eines Tintenbehähters in einem Winkel gleich dem Winkel, in welchem der Tintenbehälter bei Gebrauch gehalten wird (Verbindungsöffnung nach unten gerichtet) und dergleichen.
Der Tintenspeicher 120 ist zur Atmosphäre hin geöffnet und eine Tintentransportröhre 117 ist in den Speicher 120 eingesetzt. Die Tintentransportröhre 117 verzweigt sich in zwei Tinteneinspritzröhren 112 und 115 und ist mit einer Pumpe 60 zum Transport von Tinte ausgestattet, so daß die Tinte in einer festgelegten Menge pro Zeiteinheit von dem Tintenspeicher 120 zu den Tintenausstoßröhren 112 und 115 transportiert werden kann. Beide Tinteneinspritzröhren 112 und 115 sind jeweils in ihren mittleren Abschnitten mit Ventilen 114 und 116 ausgestattet, und deren auf Seiten des Tintenbehälters liegende Enden sind in Koppelelemente 119 bzw. 140 eingesetzt. Die Tinte kann durch Öffnen des Ventils 114, wobei das Ventil 116 geschlossen gehalten wird, in die Tinteneinspritzröhre 112 und durch Öffnen des Ventils 116, während das Ventil 114 geschlossen gehalten wird, in die Tinteneinspritzröhre 115 einströmen. Die Menge an Tinte, die in jede Tinteneinspritzröhre fließt, kann durch Steuerung des Umdrehungen des Motors für die Pumpe verändert werden.
Die Vakuumpumpe 110 ist mit einer Vakuumröhre 111 verbunden, um den Innendruck eines Flüssigkeitsbehälters zu reduzieren. Die Vakuumröhre 111 wendet sich auf der Seite des Tintenbehälters zu einer Röhre 118, deren mittlerer Abschnitt mit der Tinteneinspritzröhre 112 verbunden ist und deren Tintenbehälter-Seite in ein Koppelelement (Abdichtelement) 119 eingesetzt ist. Die Vakuumröhre 111 ist mit einem Ventil 113 ausgestattet, welches sich auf halbem Wege zwischen dem Punkt, an welchem sich die Vakuumröhre in eine Röhre 118 wendet, und der Vakuumpumpe 110 befindet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Tintenbehälter durch Abdichten der Entlüftung 12 mit einem Abdichtelement 130, Koppeln der Tintenzuführungsöffnung 14 mit dem Koppelelement 140, Schließen des Ventils 116 und Koppeln der Tinteneinspritzöffnung 5 mit dem Koppelelement 119 in einen abgedichteten Zustand gebracht. Der Innendruck des abgedichteten Tintenbehälters wird durch Betätigung der Vakuumpumpe 110 nach dem Schließen des Ventils 114 und dem Öffnen des Ventils 113 reduziert. Der Innendruck eines Tintenbehälters wird auf ungefähr 0,01 - 0,05 im absoluten Druck reduziert.
Nach der Druckreduzierung wird die Tinte durch die Tinteneinspritzöffnung 5 in die zweite Kammer eingespritzt, wie in Fig. 12 und 13 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Tinte durch Schließen des Ventils 113 mit einer festgelegten hohen Tinteneinfüllgeschwindigkeit durch die Tinteneinspritzöffnung 5 eingespritzt werden, wobei die Vakuumpumpe 110 gestoppt wird, die Pumpe 160 betätigt wird und das Ventil 114 geöffnet wird.
Die Tinte wird zuerst in die zweite Kammer eingespritzt. Dann wird die Tinte außerdem durch die Verbindungsöffnung 40 in die erste Kammer eingespritzt, während die Tinte in die zweite Kammer eingespritzt wird, da während dieses Tinteneinfüllprozesses der Innendruck des Tintenbehälters im gesamten Innenraum des Tintenbehälters reduziert wird. Wenn jedoch die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit in die zweite Kammer gefüllt wird, hoch ist, ist die Menge an Tinte sehr gering, welche in der Zeit in die erste Kammer gefüllt wird, in der die zweite Kammer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt wird. In einem solchen Fall dringt die in das Unterdruck erzeugende Element gefüllte Tinte hauptsächlich durch den Oberflächenabschnitt des Unterdruck erzeugenden Elements hindurch, wodurch eine Gas-Flüssigkeits-Ubergangsfläche ausgebildet wird. In anderen Worten ausgedrückt; während dieses Tinteneinfüllprozesses werden nur begrenzte Bereiche des Unterdruck erzeugenden Elements, d. h. die Umgebung der Verbindungsöffnung und die Oberflächenabschnitte mit Tinte gefüllt. Deshalb ist es gesichert, daß die zweite Kammer vollständig gefüllt wird, d. h. ohne daß irgendwelche ihrer Bereiche nicht mit Tinte gefüllt werden, bevor sich der Zustand der ersten Kammer mit reduziertem Innendruck wesentlich von dem Zustand am Ende des in Fig. 11 gezeigten Innendruck reduzierenden Prozesses ändert.
Wenn andererseits die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit in die zweite Kammer gefüllt wird, geringer ist, wird proportional zu dem reduzierten Betrag der Geschwindigkeit mehr Tinte in die erste Kammer gefüllt; die Menge an in das Unterdruck erzeugende Element eingefüllter Tinte steigt an. Im Ergebnis dringt die Tinte nach der Ausbildung der Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche weiter in das Unterdruck erzeugende Element ein, was das Ansteigen des Innendrucks gestattet. In anderen Worten, ein Ansteigen des Innendrucks des gesamten Tintenbehälters wird gestattet, wobei der wesentliche Bereich der zweiten Kammer im nicht mit Tinte gefüllten Zustand verbleibt. Infolgedessen steigt die Menge an Tinte in der zweiten Kammer nicht über einen bestimmten Pegel hinaus an und statt dessen wird die Tinte in die erste Kammer gefüllt.
Wenn die Tinte in einer Menge, die groß genug ist, um das Unterdruck erzeugende Element bis zu der Umgebung des oberen Endes des Einleitungswegs für atmosphärische Luft zu füllen, in die erste Kammer eingefüllt wird, dringt die Tinte, welche in die erste Kammer eingefüllt worden ist, in den Bereich mit geringem Durchflußwiderstand im Unterdruck erzeugenden Element durch, wobei der Bereich mit hohem Durchflußwiderstand im Unterdruck erzeugenden Element in einem nicht mit Tinte gefülltem Zustand verbleibt. Dies erschwert es manchmal, das Unterdruck erzeugende Element gleichmäßig mit Tinte zu füllen, was es wiederum schwierig macht, die Tinte auf stabile Weise von einem Flüssigkeitsbehälter zu einem Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt zuzuführen.
Zur zufriedenstellenden Füllung einer Flüssigkeitsbehälters mit Flüssigkeit, d. h. um so wenig Luft wie möglich in der zweiten Kammer zu belassen, legten die Erfinder der vorliegenden Erfindung Beachtung auf die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit eingefüllt wird, und die Geschwindigkeit, mit welcher das Unterdruck erzeugende Element Tinte aufwärts absorbiert, und setzten die Tinteneinfüllgeschwindigkeit derart fest, daß eine solche Geschwindigkeit, mit welcher die Tinte durch die Tinteneinspritzöffnung eingefüllt wird, im wesentlichen schneller als die Geschwindigkeit ist, bei welcher die Tinte im wesentlichen tief in das Unterdruck erzeugende Element eindringt.
Insbesondere muß die Tinteneinspritzgeschwindigkeit nur eine solche Geschwindigkeit sein, welche die Geschwindigkeit überschreitet, bei welcher die Kapillarkraft des Unterdruck erzeugenden Elements die Tinte entgegen des Durchflußwiderstands nach oben absorbiert. Die Tests, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, bestätigten, daß, wenn das aus zusammengedrücktem Polyurethanschaum ausgebildete Unterdruck erzeugende Element mit einer mittleren Porengröße von 90-200 Poren/Zoll genutzt wurde, die Oberflächenspannung der Tinte γ 30-50 dynjcm war, die Tintenviskosität ungefähr 2 cps war, die Länge h1 und die Querschnittsfläche der in Fig. 12 veranschaulichten Verbindungsöffnung 2 mm bzw. 11-15 mm² waren, und die Fläche der unteren Fläche und die Höhe der zweiten Kammer 4,5-10 mm² bzw. 51,5 mm waren, wobei die Höhe, bis zu welcher Tinte in dem Bereich angrenzend des Einleitungswegs für atmosphärische Luft in das Unterdruck erzeugende Element absorbiert wurde, unterhalb der Höhe H des Einleitungswegs für atmosphärische Luft gehalten werden konnte, solange die vorhergehend genannte Tinteneinspritzgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 15 Kubikinhalt /Sekunde und nicht mehr als 25 Kubikinhalt/Sekunde gehalten wurde.
Der Grund für die Festsetzung einer oberen Grenze der Tinteneinfüllgeschwindigkeit besteht darin, daß, wenn die Einspritzgeschwindigkeit übermäßig ist, es möglich ist, daß das in der Kammer mit dem Unterdruck erzeugenden Element gehaltene Unterdruck erzeugende Element innerhalb der Kammer verschoben werden kann.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Tinteneinspritzöffnung 5 abgedichtet, nachdem die zweite Kammer mit Tinte γefüllt ist, und dann wird die Tinte durch die Tintenzuführungsöffnung 14A in die erste Kammer eingefüllt. Insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel wird zuerst das Ventil 114 geschlossen und wird der Koppelabschnitt von der Tinteneinspritzöffnung entfernt. Dann wird die Tinteneinspritzöffnung mit einer Kugel 150 abgedichtet, die aus SUS oder dergleichen ausgebildet ist, das als das Material für den Flüssigkeitsbehälter dient. Somit wird die Tintenzuführungsgeschwindigkeit der Pumpe 160 eingestellt. Schließlich wird das Ventil 116 geöffnet, um die Einfüllung von Tinte in die erste Kammer durch die Tintenzuführungsöffnung 14A zu beginnen.
Die Einfüllung der Tinte in die erste Kammer durch die Tintenzuführungsöffnung 14A sichert in Verbindung mit der Tinte 200, die in das Unterdruck erzeugende Element in der ersten Kammer gefüllt wird, während die Tinte seitens der zweiten Kammer eingefüllt wird, wie in Fig. 12 und 13 gezeigt ist, daß die Tintenzuführungsstrecke wie erwünscht mit Tinte gefüllt ist, und daß auch das Unterdruck erzeugende Element praktisch gleichmäßig mit Tinte gefüllt ist, d. h. ohne daß ein Bereich in dem Unterdruck erzeugenden Element nicht mit Tinte befeuchtet wird, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt ist.
Für diesen Prozeß ist es wünschenswert, daß die Tinteneinfüllgeschwindigkeit, verglichen mit der vorhergehend angeführten Geschwindigkeit, mit welcher die Tinte in die zweite Kammer eingespritzt wird, durch Änderung der Tintenzuführungsgeschwindigkeit der Pumpe 160 geringfügig reduziert wird, da, wenn die Tinteneinfüllgeschwindigkeit zu schnell ist, die Tinte dazu neigt, durch leicht passierbare Bereiche, zum Beispiel den Spalt zwischen dem Unterdruck erzeugenden Element und der Wand der ersten Kammer eingefüllt zu werden, welche das Unterdruck erzeugende Element enthält. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel war eine Geschwindigkeit von ungefähr 15 Kubikinhalt/Sekunde erwünscht.
Nachdem die Flüssigkeit in das Unterdruck erzeugende Element in der ersten Kammer gefüllt ist, wie in Fig. 15 gezeigt ist, wird die Tintenzuführungsöffnung abgedichtet, wie in Fig. 16 gezeigt ist, und dann wird die Entlüftung geöffnet, um von außen Luft in die erste Kammer einzuleiten. Im Ergebnis wird der Zustand des Flüssigkeitsbehälters hinsichtlich des Innendrucks von dem Zustand mit reduziertem Druck in den Zustand mit normalem Druck wiederhergestellt. Insbesondere wird bei diesem Ausführungsbeispiel zuerst das Ventil 116 geschlossen und dann wird die Pumpe 160 gestoppt. Danach wird das Abdichtelement 130 aus der Entlüftung entfernt, um den Eintritt von Luft in die erste Kammer zu gestatten.
Die Wiederherstellung des normalen Zustands des Innendrucks des Flüssigkeitsbehälters aus dem reduzierten Zustand durch Entfernen der Abdichtung von der Entlüftung wie bei diesem Ausführungsbeispiel kann die sogenannte freie Tinte verursachen, d. h. die Tinte, welche, während in das Unterdruck erzeugende Element Tinte eingefüllt wird, aus dem Unterdruck erzeugenden Element sickert, die in das Unterdruck erzeugende Element zurückzudrängen ist. so daß sie in diesem enthalten ist, wenn freie Tinte auftritt.
Ferner kann bei diesem Ausführungsbeispiel in umgekehrter Weise eine festgelegte Menge von Flüssigkeit durch die Tintenzuführungsöffnung 14A durch Betätigung der Pumpe 160 entfernt werden, um einen Bereich 32a des Unterdruck erzeugenden Elements angrenzend der Pufferkammer in einen solchen Bereich umzuändern, der keine Tinte enthält, und einen Bereich 32b, d. h. der andere Bereich des Unterdruck erzeugenden Elements, in einen solchen Bereich umzuändern, der die Tinte auf eine wünschenswerte Weise enthält, so daß die Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche 220 im wesentlichen horizontal wird, wie in Fig. 16 gezeigt ist. Dieser Prozeß wird bei Bedarf ausgeführt, zum Beispiel wenn gesichert werden muß, daß ein Bereich, welcher keine Tinte enthält, in dem oberen Bereich des Unterdruck erzeugenden Elements gehalten wird, zum Beispiel der Bereich angrenzend der Pufferkammer.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung deutlich wird, reduziert das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch Erhöhung der Geschwindigkeit, mit welcher der Flüssigkeit in die zweite Kammer eingefüllt wird, nicht nur die Zeit, welche notwendig ist, um Flüssigkeit in einen Behälter einzuspritzen, sondern sichert auch, daß die Tinte in erwünschter Weise in die zweite Kammer eingefüllt wird. Deshalb verbessert es die Produktivität außerordentlich. Hinsichtlich der Größe eines Flüssigkeitsbehälters, bei welcher die vorliegende Erfindung anwendbar ist, sind Flüssigkeitsbehälter mit einer Kapazität der zweiten Kammer von nicht mehr als 10 Kubikinhalt zu bevorzugen, was nicht bedeutet, daß die vorliegende Erfindung nicht bei Behältern mit einer Kapazität der zweiten Kammer von nicht mehr als 10 Kubikinhalt anwendbar ist.
Hinsichtlich der Inhaltsstoffe der einzufüllenden Tinte haben jene Tinten, welche einen grenzflächenaktiven Stoff, zum Beispiel Acetynol, in einer Menge von nicht mehr als 1% enthalten, oder jene Tinten, welche keinen grenzflächenaktiven Stoff enthalten, eine geringe Durchdringbarkeit in das Unterdruck erzeugende Element und sind deshalb schwer mit einer hohen Geschwindigkeit in das Unterdruck erzeugende Element einzufüllen. Das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht es jedoch durch die Einfüllung der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter nach der Reduzierung des Innendrucks des Flüssigkeitsbehälters sogar diese Tinten mit einer hohen Geschwindigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter einzufüllen.

Ausführungsbeispiel 2

Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird der Innenraum eines Flüssigkeitsbehälters zur atmosphärischen Luft hin geöffnet, nachdem ein Flüssigkeitsbehälter vollständig mit Tinte gefüllt ist. Der Innenraum eines Flüssigkeitsbehälters kann jedoch unmittelbar, bevor die das Unterdruck erzeugende Element enthaltende Kammer vollständig mit Tinte gefüllt ist, zur atmosphärischen Luft hin geöffnet werden. Der Grund für diese Alternative besteht darin, daß die Öffnung der Entlüftung unmittelbar bevor die Kammer mit dem Unterdruck erzeugenden Element vollständig mit Tinte gefüllt ist, die Wirkungen der plötzlichen Änderungen mildern kann, welchen der Zustand des Flüssigkeitsbehälters unterliegt; zum Beispiel kann verhindert werden, daß durch die plötzliche Zusammenziehung bestimmter Bereiche des Innenraums der zweiten Kammer, welche nicht mit Tinte gefüllt worden ist, Luft in die zweite Kammer gezogen wird.
Die Ausführung des vorhergehend beschriebenen Prozesses kann auch verhindern, daß die Tinte 201 an den Wänden der Luftpufferkammer haftet, wie in Fig. 15 gezeigt ist, und wird deshalb mehr Spielraum in der Gestaltung der Form oder Struktur der Luftpufferkammer gewährt.
Ferner kann der Prozeß, der dieses Ausführungsbeispiel charakterisiert, in Kombination mit dem Prozeß zum Ausstoß einer festgelegten Menge an Flüssigkeit aus der Tintenzuführungsöffnung ausgeführt werden, welcher im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Ausführungsbeispiel 3

Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird die Tinte nach der Beendigung der Tinteneinfüllung in die zweite Kammer durch die Tintenzuführungsöffnung der ersten Kammer eingefüllt. Eine kleine Menge an Tinte kann jedoch durch die Tintenzuführungsöffnung 14A der ersten Kammer eingefüllt werden, bevor die Flüssigkeit in die zweite Kammer eingefüllt wird, wie in Fig. 17 gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Anordnung vorgenommen, um die kleine Menge an Tinte, die zwischen dem Ventil 116 der Tintentransportröhre 115 und dem Koppelelement 140 vorhanden ist, zu der gleichen Zeit in einen Flüssigkeitsbehälter einzufüllen, zu der die Reduzierung des Innendrucks des Flüssigkeitsbehälters beginnt, nachdem der Behälter fest gehalten ist.
Die Einfüllung einer sehr kleinen Menge von Tinte in die erste Kammer vor der Einfüllung von Flüssigkeit in die zweite Kammer gemäß Vorbeschreibung kann sichern, daß die Tintenzuführungsstrecke während des Prozesses der Einfüllung in die erste Kammer wie erwünscht gefüllt wird. Es ist wünschenswert, daß die Menge der Tinte, die während dieses Prozesses einzufüllen ist, gerade ausreichend ist, um den unteren Abschnitt des Unterdruck erzeugenden Elements, d. h. den Abschnitt angrenzend der Tintenzuführungsöffnung und der Verbindungsöffnung zu befeuchten.
Dieser Prozeß der Einfüllung einer sehr kleinen Menge an Tinte in die erste Kammer kann zur gleichen Zeit wie der Druckreduzierungsprozeß oder danach ausgeführt werden.
Die Wahl der Flüssigkeitseinspritzvorrichtung, die zu dem Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen vorliegenden Erfindung kompatibel ist, ist nicht auf die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschriebene Flüssigkeitseinspritzvorrichtung begrenzt. Beispielsweise kann anstelle der Nutzung der mit der Tinteneinspritzröhre einstückigen Röhre 118 und der Vakuumröhre die in Fig. 18 gezeigte Struktur zum Einsatz kommen, bei welcher die Zwischenräume zwischen der Vakuumröhre 111 und dem Flüssigkeitsbehälter 10 mit Abdichtelementen 215 abgedichtet sind und eine Tinteneinspritzröhre 112 durch einen Lochschnitt in der Wand des verlängerten Abschnitts der Vakuumröhre 111 geführt ist, wobei der Zwischenraum zwischen der Kante des Lochs und der Vakuumröhre 111 mit Abdichtelementen 120 abgedichtet ist. Ferner kann eine zusätzliche Öffnung, welche sich von der Tinteneinspritzöffnung unterscheidet, in die Wand der zweiten Kammer geschnitten sein, so daß eine Öffnung mit der Vakuumröhre verbunden ist und die andere Öffnung mit der Tinteneinspritzröhre verbunden ist. Die letztere Anordnung kann verhindern, daß Tinte durch die Vakuumröhre in die Vakuumpumpe umgeleitet wird und sich die Funktionsfähigkeit der Vakuumpumpe während der Druckreduzierung verschlechtert.
In den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird Tinte als die einzufüllenden Flüssigkeit bezeichnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch mit einer anderen Flüssigkeit als Tinte, zum Beispiel einer Prozeßflüssigkeit zur Verbesserung der Bildqualität vereinbar, solange die Flüssigkeit eine solche Flüssigkeit ist, die aus einem Flüssigkeitsausstoßkopf ausstoßbar ist, mit welchem ein Flüssigkeitsbehälter verbunden ist.
Ferner wurde das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als ein Verfahren zur Einspritzung von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter während einer der Herstellungsprozesse eines Flüssigkeitsbehälters beschrieben. Das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist jedoch mit den erwünschten Resultaten auch zur Auffüllung eines Flüssigkeitsbehälters anwendbar, nachdem oder bevor der Behälter vollständig von Flüssigkeit entleert ist. In anderen Worten ausgedrückt, das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein solches Flüssigkeitsverfahren, das nicht nur zur anfänglichen Auffüllung eines Flüssigkeitsbehälters sondern auch zur erneuten Auffüllung eines Flüssigkeitsbehälters nutzbar ist, nachdem der Flüssigkeitsbehälter in Gebrauch genommen ist.
Wie vorhergehend beschrieben ist, kann gemäß dem Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch die Erhöhung der Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit in die zweite Kammer eingefüllt wird, nicht nur die für das Einspritzen von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter notwendige Zeit reduziert werden, sondern auch gesichert werden, daß die Tinte exakt in die zweite Kammer gefüllt wird. In anderen Worten ausgedrückt, das Flüssigkeitseinfüllverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Flüssigkeitseinfüllverfahren mit hoher Einspritzgenauigkeit und hoher Produktivität.
Ferner wird die Flüssigkeit gemäß einem Aspekt des Tinteneinfüllverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einen Flüssigkeitsbehälter gefüllt, nachdem der Druck des gesamten Innenraums des Flüssigkeitsbehälters reduziert ist, und deshalb kann sogar eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Tinte, welche langsam in ein Unterdruck erzeugendes Element eindringt, mit einer hohen Geschwindigkeit eingefüllt werden.
Ferner wird die Flüssigkeit in der ersten Kammer gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer festgelegten Menge ausgestoßen, um in dem Unterdruck erzeugenden Element angrenzend der Pufferkammer einen Bereich frei von Flüssigkeit zu erzeugen, nachdem die erste Kammer vollständig gefüllt ist. Dieser von Flüssigkeit freie Bereich hat einen geeigneten Grad an Aufnahmefähigkeit, um den Flüssigkeitsbehälter gegen Umgebungsänderungen oder dergleichen zu puffern.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Flüssigkeit vor dem Beginn der Einfüllung der Flüssigkeit in die zweite Kammer durch die Flüssigkeitszuführungsöffnung der ersten Kammer in die Umgebungen der Verbindungsöffnung gefüllt, womit gesichert wird, daß der Abschnitt des Unterdruck erzeugenden Elements, welcher bei Gebrauch eines Flüssigkeitsbehälters einer Tintenzuführungsstrecke wird, auf die gewünschte Weise mit Flüssigkeit gefüllt wird. Deshalb wird die Flüssigkeit auf zuverlässige Weise zugeführt, selbst wenn die Behältergröße groß ist.
Während die Erfindung mit Bezug auf die hierin offenbarten Strukturen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die dargelegten Details eingeengt, und es ist beabsichtigt, daß diese Anmeldung solche Modifikationen oder Abänderungen abdeckt, wie sie zum Zweck von Verbesserungen oder innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche vorkommen können.

Claims

1. Verfahren zur Zufuhr von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter, welcher eine erste Kammer, die mit einem Flüssigkeitszufuhrabschnitt, um die Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf herauszuführen, und einer Entlüftung zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft, um darin ein Unterdruck erzeugendes Element unterzubringen, versehen ist, eine zweite Kammer, die einen im wesentlichen abgedichteten Raum mit Ausnahme eines Verbindungsteils zu der ersten Kammer ausbildet, wobei der Flüssigkeitszufuhrabschnitt an einer unteren Seite angeordnet ist, und eine den Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernde Struktur enthält, die in der ersten Kammer vorgesehen ist, um die Umgebungsluft in die zweite Kammer einzuleiten, um die Abgabe der Flüssigkeit zu gestatten, wobei das Verfahren aufweist,

einen Druck reduzierenden Schritt der Reduzierung eines Drucks einer Gesamtheit des Behälters, während der Flüssigkeitsbehälter hermetisch abgedichtet ist,

einen ersten Flüssigkeitszufuhrschritt der Zufuhr der Flüssigkeit in die zweite Kammer und der Vollendung der Flüssigkeitszufuhr, bevor ein Abschnitt angrenzend der Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernden Struktur des Unterdruck erzeugenden Elements in der ersten Kammer mit der Flüssigkeit versorgt wird, in einem durch den Druck reduzierenden Schritt geschaffenen Zustand mit reduziertem Druck, wobei der Behälter die gleiche Ausrichtung einnimmt, wie wenn die Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt wird,

einen zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt der Zufuhr der Flüssigkeit in die erste Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt, nach dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt in die zweite Kammer,

einen Freigabeschritt der Freigabe des hermetisch abgedichteten Zustands der ersten Kammer nach dem zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt in die erste Kammer.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem vor dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt eine kleine Menge der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt der ersten Kammer dem Verbindungsabschnitt zugeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem der Freigabeschritt unmittelbar vor der Vollendung des zweiten Flüssigkeitszufuhrschritts ausgeführt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Flüssigkeitseinspritzgeschwindigkeit bei dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt nicht geringer als 15 Kubikinhalt/- Sekunde und nicht höher als 25 Kubikinhalt/Sekunde ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Entlüftung an einer oberen Fläche des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist und der Tintenbehälter zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft durch die Entlüftung in einem unteren Abschnitt der Entlüftung mit einer Luftpufferkammer versehen ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die durch einen Kapillarkrafterzeugungsabschnitt des Flüssigkeits- 0 behälters erzeugte Kapillarkraft erfüllt:

H < h ≤ Hs - Hp - δh

wobei h die Kapillarkraft in einer Längenausdehnung ist, geschaffen durch Teilung der Kapillarkraft, die mittels des Kapillarkraft erzeugenden Abschnitts durch die Dichte ρ der auszustoßenden Flüssigkeit und durch die Schwerebeschleunigung g erzeugt wird,

h = δPC/ρg, wobei δPc die erzeugte Kapillarkraft ist, H eine Potentialgefälledifferenz zwischen dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt und einer Flüssigkeitsausstoßkopffläche ist, welche die Ausstoßöffnungen aufweist; Hs die Kapillarkraft des Unterdruck erzeugenden Elements in einer Längenausdehnung ist, geschaffen durch die Teilung der Kapillarkraft durch die Dichte ρ der auszustoßenden Flüssigkeit und durch die Schwerebeschleunigung g; HS = δPs/ρg, wobei δPs die Kapillarkraft ist, Hp eine Potentialgefälledifferenz zwischen einer Gas-Flüssigkeits-Übergangsfläche in dem Unterdruck erzeugenden Element und dem Kapillarkraft erzeugenden Abschnitt ist, δh die Kapillarkraft in der Längenausdehnung ist, geschaffen durch Teilung eines Druckverlusts in dem Unterdruck erzeugenden Element zwischen dem Fluidverbindungsweg und der Flüssigkeitszufuhröffnung durch die Dichte p der auszustoßenden Flüssigkeit und durch die Schwerebeschleunigung g, d. h. δh = δPe/ρg, wobei δPe die erzeugte Kapillarkraft ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem ein Volumen der zweiten Kammer des Flüssigkeitsbehälters nicht geringer als 10 Kubikinhalt ist.

8. Verfahren zur Zufuhr von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter, welcher eine erste Kammer, die mit einem Flüssigkeitszufuhrabschnitt, um die Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf herauszuführen, und einer Entlüftung zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft, um darin ein Unterdruck erzeugendes Element unterzubringen, versehen ist, eine zweite Kammer, die einen im wesentlichen abgedichteten Raum mit Ausnahme eines Verbindungsteils zu der ersten Kammer bildet, wobei der Flüssigkeitszufuhrabschnitt an einer unteren Seite angeordnet ist, und eine den Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernde Struktur enthält, die in der ersten Kammer vorgesehen ist, um die Umgebungsluft in die zweite Kammer einzuleiten, um die Abgabe der Flüssigkeit zu gestatten, wobei das Verfahren aufweist,

einen Flüssigkeitsabgabeschritt der Abgabe einer festgelegten Menge der Flüssigkeit aus der ersten Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt nach dem zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt.

9. Vorrichtung zur Zufuhr von Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsbehälter, welcher eine erste Kammer, die mit einem Flüssigkeitszufuhrabschnitt, um die Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf herauszuführen, und einer Entlüftung zur Fluidverbindung mit der Umgebungsluft, um darin ein Unterdruck erzeugendes Element unterzubringen, versehen ist, eine zweite Kammer, die einen im wesentlichen abgedichteten Raum mit Ausnahme eines Verbindungsteils zu der ersten Kammer bildet, wobei der Flüssigkeitszufuhrabschnitt an einer unteren Seite angeordnet ist, und eine den Gas-Flüssigkeits-Austausch fördernde Struktur enthält, die in der ersten Kammer vorgesehen ist, um die Umgebungsluft in die zweite Kammer einzuleiten, um die Abgabe der Flüssigkeit zu gestatten, wobei die Vorrichtung aufweist,

eine Abdichteinrichtung zur Abdichtung des Flüssigkeitsbehälters,

eine Druck reduzierende Einrichtung zur Reduzierung eines Drucks einer Gesamtheit des Behälters, während der Flüssigkeitsbehälter hermetisch abgedichtet ist,

eine erste Flüssigkeitszufuhreinrichtung zur Zufuhr der Flüssigkeit in die zweite Kammer und Vollendung der Flüssigkeitszufuhr, bevor ein Abschnitt angrenzend der Gas- Flüssigkeits-Austausch fördernden Struktur des Unterdruck erzeugenden Elements in der ersten Kammer mit der Flüssigkeit versorgt wird, in einem durch den Druck reduzierenden Schritt geschaffenen Zustand mit reduziertem Druck, wobei der Behälter die gleiche Ausrichtung einnimmt, wie wenn die Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt wird,

eine zweite Flüssigkeitszufuhreinrichtung zur Zufuhr der Flüssigkeit in die erste Kammer durch den Flüssigkeitszufuhrabschnitt, nach dem ersten Flüssigkeitszufuhrschritt in die zweite Kammer,

eine Freigabeeinrichtung zur Freigabe des hermetisch abgedichteten Zustands der ersten Kammer nach dem zweiten Flüssigkeitszufuhrschritt in die erste Kammer.