DE19710677A1 - Tintenstrahl-Druckkartusche mit einer ersten Einlaßöffnung für die Anfangsfüllung und einer zweiten Einlaßöffnung für die Tintennachfüllung ohne Entfernung der Druckkartusche aus dem Drucker - Google Patents
Tintenstrahl-Druckkartusche mit einer ersten Einlaßöffnung für die Anfangsfüllung und einer zweiten Einlaßöffnung für die Tintennachfüllung ohne Entfernung der Druckkartusche aus dem DruckerInfo
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Description
Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part der US-Paten
tanmeldung Nr. 08/322,848, angemeldet am 13. Oktober 1994
mit dem Titel "Apparatus for Refilling Ink Cartridges",
welche eine Continuation-in-part der US-Patentanmeldung Nr.
08/171,321, angemeldet am 21. Dezember 1993, ist, die eine
Continuation der US-A-5,280,300, angemeldet am 27. August
1991, ist. Diese Anmeldung ist ferner eine Continuation-in
part der US-Patentanmeldung Nr. 08/454,975, angemeldet am
31. Mai 1995, mit dem Titel "Continuous Refill of Spring
Bag Reservoir in an Ink-Jet Swath Printer/Plotter"
von Joseph Scheffelin et al., welche eine Continuation-in
part der US-Patentanmeldung Nr. 07/995,851, angemeldet am
23. Dezember 1992, mit dem Titel "Negative Pressure Ink
Delivery System" von George Kaplinsky et al. ist. Alle oben
genannten Anmeldungen werden durch Bezugnahme hier aufge
nommen.
Diese Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker und,
genauer gesagt, eine Tintenstrahl-Druckkartusche, bei der
Tinte nachgefüllt werden kann.
Ein populärer Typ eines Tintenstrahldruckers enthält einen
scannenden Schlitten, welcher eine oder mehrere Wegwerf-
Druckkartuschen trägt. Jede Wegwerf-Druckkartusche enthält
einen Tintenvorrat in einem Tintenreservoir, einen Druck
kopf und Tintenkanäle, welche von dem Tintenreservoir zu
Tintenausstoßkammern führen, die an dem Druckkopf ausgebil
det sind. Ein Tintenausstoßelement, wie ein Heizwiderstand
oder ein piezoelektrisches Element, liegt innerhalb jeder
Tintenausstoßkammer. Die Tintenausstoßelemente werden se
lektiv angesteuert (gezündet), wodurch ein Tintentröpfchen
durch eine Düse ausgestoßen wird, welche über jeder akti
vierten Tintenausstoßkammer liegt, um ein Punktmuster auf
das Medium zu drucken. Wenn auf diese Weise mit 300 Punkten
pro Inch (dpi; dots per inch) oder mehr gedruckt wird, kön
nen die einzelnen Punkte nicht mehr voneinander unterschie
den werden, und es werden Zeichen und Bilder hoher Qualität
gedruckt.
Wenn einmal der anfängliche Tintenvorrat in dem Tintenre
servoir erschöpft ist, wird die Druckkartusche weggeworfen,
und eine neue Druckkartusche wird an ihrer Stelle einge
fügt. Der Druckkopf hat jedoch eine nutzbare Lebensdauer,
die länger ist als die des Tintenvorrats. Es wurden Verfah
ren zum Nachfüllen dieser Wegwerf-Druckkartuschen vorge
schlagen, diese Nachfülltechniken erfordern jedoch das Ein
dringen in den Körper der Druckkartusche auf eine Weise,
welche vom Hersteller nicht beabsichtigt war, und bei der
der Benutzer üblicherweise manuell Tinte in die Druckkartu
sche injizieren muß. Zusätzlich ist die Qualität der Nach
fülltinte üblicherweise niedriger als die Qualität der ur
sprünglichen Tinte. Als Resultat führt ein solches Nachfül
len häufig dazu, daß Tinte aus den Düsen trielt, die Über
tragung von Tinte aus dem Nachfüllsatz in das Reservoir der
Tintenkartusche zu Verschmutzung führt, sich Lufttaschen in
den Tintenkanälen bilden, die Druckqualität sich mit der
Tinte, welche inkompatibel mit dem Hochgeschwindigkeits-
Drucksystem ist, verschlechtert, und die Qualität des ge
druckten Bildes insgesamt abnimmt.
Es wird daher eine verbesserte Struktur und ein Verfahren
zum Nachladen der Tintenversorgung in einer Tintenstrahl-
Druckkartusche benötigt, welche unter keinen der obigen
Nachteile der bestehenden Systeme leiden.
Es wird hier ein Tintendrucksystem beschrieben, welches ei
nen Tintenstrahldrucker, eine entfernbare Druckkartusche
mit einem Tintenreservoir, eine Anfangs-Füllöffnung (Füll
port) und ein Nachfüllventil sowie ein Tintennachfüllsystem
aufweist, das mit dem Nachfüllventil der Druckkartusche
verbunden werden kann, um Tinte in das Tintenreservoir zu
übertragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Tintenre
servoir in der Druckkartusche aus einem federbelasteten zu
sammenlegbaren Tintenbeutel (Ink Bag), wobei die Feder die
Seiten des Tintenbeutels auseinanderdrückt und so einen Un
terdruck (negativen Druck) im Verhältnis zum Umgebungsdruck
in dem Tintenbeutel aufrechterhält. Wenn während des Ge
brauchs der Druckkartusche Tinte entnommen wird, fällt der
Tintenbeutel zunehmend zusammen und überwindet die Feder
kraft.
Ein verschiebbares, im wesentlichen zylindrisches Tinten
ventil (Schieberventil) erstreckt sich durch den Körper der
Druckkartusche und in den Tintenbeutel. Das Ventil hat ei
nen männlichen Verbindungsabschnitt an seinem außerhalb des
Körpers der Druckkartusche liegenden Ende. Das Ventil ist
offen, wenn es in den Körper der Druckkartusche hineinge
drückt wird, und es ist geschlossen, wenn es von dem Körper
der Druckkartusche weggezogen wird.
Ein Tintennachfüllsystem, welches einen Tintenvorrat ent
hält, hat ein Schieber-Ventil mit einem weiblichen Verbin
dungsabschnitt, welches mit dem männlichen Verbindungsab
schnitt des Druckkartuschenventils in Eingriff bringbar
ist. Das Ventil des Tintennachfüllsystems erstreckt sich
durch den Körper des Tintennachfüllsystems und in den Tin
tenvorrat hinein.
Um das Tintenreservoir der Druckkartusche nachzufüllen,
wird das Ende des Druckkartuschenventils in das Ende des
Ventils des Tintennachfüllsystems eingefügt, um sowohl eine
mechanische Kopplung als auch eine fluiddichte Verbindung
zwischen den beiden Ventilen zu erzeugen. Eine weitergehen
de Kraft, welche die Druckkartusche gegen das Tintennach
füllsystem drückt, bewirkt, daß beide Ventile in ihre je
weiligen Tintenreservoire gedrückt werden. Dieses weitere
Einfügen bewirkt, daß sich beide Ventile öffnen, so daß ein
luftdichter Fluidpfad zwischen dem Reservoir des Tinten
nachfüllsystems und dem entleerten Reservoir der Druckkar
tusche erzeugt wird.
Die Kraft, welche zum Verbinden der beiden Ventile benutzt
wird, dient auch dazu, eine Halteelement an dem Tintennach
füllsystem mit einem Halteelement an der Druckkartusche zu
verbinden, um die Druckkartusche in einer optimalen Posi
tion über dem Tintennachfüllsystem zu halten. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement eine zy
lindrische Muffe oder ein Rohrstück, welche jedes Ventil
umgibt.
Der Unterdruck innerhalb des Tintenbeutels der Druckkartu
sche zieht die Tinte aus dem Reservoir des Tintennachfüll
systems in den Tintenbeutel, bis der Tintenbeutel im we
sentlichen voll ist. Die Druckkartusche wird dann von dem
Tintennachfüllsystem gelöst. Die mechanische Kopplung, wel
che anfangs zwischen den beiden Ventilen erzeugt wurde,
bewirkt, daß die beiden Ventile zugezogen werden, wenn die
Druckkartusche von dem Tintennachfüllsystem abgezogen wird.
Wenn die beiden Ventile geschlossen sind, löst das weitere
Ziehen an der Druckkartusche die mechanische Kopplung, und
die Druckkartusche kann nun wiederverwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Tinten
nachfüllsystem eine Nachladung für die Druckkartusche.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Tinten
strahldruckers, welcher die bevorzugte Ausführungs
form der Tintenstrahl-Druckkartusche enthält;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten
Ausführungsform der Druckkartusche, welche von ei
nem scannenden Schlitten in dem Drucker von Fig. 1
getragen wird;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten
Ausführungsform der Druckkartusche, welche ein
Nachfüllventil enthält;
Fig. 4 ist eine andere perspektivische Ansicht der Druck
kartusche von Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Nahansicht des Nachfüllventils an der
Druckkartusche von Fig. 3;
Fig. 6 ist eine Explosionsdarstellung der Druckkartusche
von Fig. 3 ohne Seitenabdeckungen;
Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkar
tusche von Fig. 6 nach dem Zusammenbau und vor dem
Anbringen der Seitenabdeckungen;
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkar
tusche von Fig. 7, wobei eine Seitenabdeckung ange
bracht ist;
Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von
Fig. 7 längs der Linie 9-9 in Fig. 7;
Fig. 10A
und 10B sind perspektivische Darstellungen des Schieber-
Ventils, welches in der Druckkartusche von Fig. 7
verwendet wird;
Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von
Fig. 7 längs der Linie 11-11 in Fig. 7;
Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung der Rückseite
der Druckkopfanordnung, welche ein Druckkopfsub
strat enthält, das auf einem flexiblen Band mon
tiert ist, sowie Tintenausstoßdüsen, welche in dem
Band ausgebildet sind, wobei Elektroden auf dem
Substrat mit leitenden Spuren verbunden sind, die
auf dem Band ausgebildet sind;
Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung der Struktur von Fig.
12 längs der Linie 13-13 in Fig. 12;
Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung des Druckkopf
substrats, welche die verschiedenen Tintenausstoß
kammern und Tintenausstoßelemente zeigt, die auf
dem Substrat ausgebildet sind;
Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von
Fig. 3 längs der Linie 15-15 in Fig. 3, welche die
Zuführung von Tinte um die äußeren Kanten des Sub
strats und in die Tintenausstoßkammern zeigt;
Fig. 16 ist eine geschnittene Teilansicht des Randes des
Substrats und des flexiblen Bandes, welche die Ab
gabe von Tinte um den Rand des Substrats und in
eine Tintenausstoßkammer zeigt;
Fig. 17 ist eine geschnittene Teilansicht der Druckkartu
sche von Fig. 3 längs der Linie 17-17 in Fig. 3,
welche die anfängliche Füllung des Druckkartuschen
reservoirs mit Tinte zeigt;
Fig. 18
und 19 zeigen das Einfügen einer Stahlkugel in das in Fig.
17 gezeigte Fülloch, um das Fülloch permanent zu
versiegeln;
Fig. 20 ist eine perspektivische Darstellung der bevorzug
ten Ausführungsform des Tintennachfüllsystems in
seinem Anfangszustand;
Fig. 21 ist eine perspektivische Darstellung des Tinten
nachfüllsystems von Fig. 20, wobei das Tintennach
füllventil in Vorbereitung auf die Nachladung der
Druckkartusche von Fig. 3 freiliegt;
Fig. 22 ist eine Explosionsdarstellung des Tintennachfüll
systems von Fig. 20;
Fig. 23A und 23B sind perspektivische Darstellungen des
Schiebers, welcher bei dem bevorzugten Tintennach
füllsystem verwendet wird;
Fig. 24 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des
Tintennachfüllsystems von Fig. 20;
Fig. 25 ist eine perspektivische Draufsicht auf das Tinten
nachfüllsystem von Fig. 20, wobei die obere Abdec
kung entfernt wurde und sowohl das Tintennachfüll
ventil als auch das Tintenfülloch für das Tinten
nachfüllreservoir gezeigt sind;
Fig. 26 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsy
stems von Fig. 25 längs der Linie 26-26 in Fig. 25,
wobei das Nachfüllventil in der geschlossenen Stel
lung und das Tintenreservoir leer dargestellt sind;
Fig. 27 ist eine schematische Darstellung des bevorzugten
Verfahrens zum Füllen des Tintennachfüllsystems mit
Tinte;
Fig. 28 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsy
stems von Fig. 21 längs der Linie 28-28 in Fig. 21,
nachdem das Tintennachfüllreservoir gemäß Fig. 27
mit Tinte gefüllt wurde;
Fig. 29 zeigt die Druckkartusche von Fig. 3 in Verbindung
mit dem Tintennachfüllsystem von Fig. 21, um das
Tintenreservoir in der Druckkartusche nachzuladen;
Fig. 30 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsy
stems von Fig. 29 längs der Linie 30-30 in Fig. 29,
welche zeigt, daß das Nachfüllventil durch die Ver
bindung der Druckkartusche mit dem Tintennachfüll
system geöffnet wird;
Fig. 31, 32, 33 und 34 zeigen verschiedene Stellungen der
Ventile an der Druckkartusche und dem Tinten
nachfüllsystem, während die Druckkartusche mit dem
Tintennachfüllsystem verbunden und von diesem ge
löst wird;
Fig. 35 zeigt eine Ausführungsform eines wiederverwendbaren
Schnapprings während eines Nachfüllvorgangs;
Fig. 36 zeigt das Wischen der Druckkopfdüsen nach dem Nach
füllen der Druckkartusche, um den Düsenbereich zu
reinigen;
Fig. 37 ist eine perspektivische Darstellung einer älterna
tiven Ausführungsform eines Tintenstrahldruckers,
bei dem Schläuche zwischen den Ventilen der Druck
kartusche und einer getrennten Tintenversorgung
angeschlossen sind, um die Druckkartuschen nachzu
füllen;
Fig. 38 ist eine Nahansicht des Ventilabschnitts der Druck
kartusche, von der sich ein Schlauch erstreckt;
Fig. 39 ist eine Schnittdarstellung eines Tintennach
füllsystems, welches ähnlich dem in Fig. 28 gezeig
ten ist, das jedoch eine Nadel und eine Trennwand
anstelle des Schiebers verwendet;
Fig. 40 ist eine Nahansicht der Trennwand der Druckkartu
sche, kurz bevor sie mit der Nadel des Tintennach
füllsystems in Kontakt kommt;
Fig. 41 ist eine Nahansicht der Druckkartusche, welche mit
dem Tintennachfüllsystem von Fig. 39 nachgefüllt
wird; und
Fig. 42 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung ei
ner Druckertintenkartusche mit einem innen angeord
neten Tintenbeutel und einer Nachfüllkammer sowie
einem Kapillarventil zwischen diesen.
Fig. 1 zeigt einen Tintenstrahldrucker 10, welcher die be
vorzugte Ausführungsform der nachladbaren Druckkartusche
enthält. Der Tintenstrahldrucker 10 selbst kann ein übli
cher Drucker sein. Eine Abdeckung 11 schützt den Druckme
chanismus gegen Staub und andere Fremdkörper. Ein Papier
eingabetablett 12 trägt einen Stapel Papier 14, um darauf
zu drucken. Das Papier wird nach dem Drucken auf einem Aus
gabetablett 15 abgelegt.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind vier
Druckkartuschen 16 in einem scannenden Schlitten 18 mon
tiert. Die Druckkartuschen 16 enthalten schwarze, Zyan-,
Magenta- bzw. gelbe Tinte. Eine selektive Aktivierung der
Tintenausstoßelemente in jeder der vier Druckkartuschen 16
kann ein hoch aufgelöstes Bild mit einer großen Vielzahl
Farben erzeugen. Bei einer Ausführungsform druckt die
schwarze Tintenstrahl-Druckkartusche 16 mit 600 Punkten pro
Inch (dpi), und die farbigen Druckkartuschen 16 drucken mit
300 dpi.
Der scannende Schlitten 18 ist verschiebbar auf einer Stan
ge 20 montiert, und der Schlitten 18 überstreicht das Pa
pier mechanisch, unter Verwendung eines allgemein bekannten
Riemen/Leitungs- und Riemenscheiben-Systems, während die
Druckkartusche 16 Tintentröpfchen ausstößt, um gedruckte
Zeichen und andere Bilder herzustellen. Da der Mechanismus
und die Elektronik innerhalb des Druckers 10 auf herkömm
liche Weise ausgebildet sein können, wird der Drucker 10
nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine detailliertere Ansicht des scannenden
Schlittens 18, welcher die Druckkartuschen 16 aufnimmt. Der
Schlitten 18 bewegt sich in der durch den Pfeil 22 angege
benen Richtung, und ein Blatt Papier 14 bewegt sich in der
Richtung des Pfeiles 23 senkrecht zu der Bewegungsrichtung
des Schlittens 18.
Jede Druckkartusche 16 ist entfernbar und in Kontakt mit
festen Elektroden an dem Schlitten 18, um die elektrischen
Signale für die Druckköpfe innerhalb jeder der Druckkartu
schen 16 vorzusehen.
Jede der Druckkartuschen 16 enthält ein Ventil 24, das ge
öffnet und geschlossen werden kann. Im geöffneten Zustand
kann Tinte-von einer externen Tintenversorgung durch das
Ventil 24 und in das Tintenreservoir innerhalb der Druck
kartusche 16 fließen. Das Ventil 24 ist von einem zylindri
schen Kunststoffrohrstück oder einer Muffe 26 umgeben, die
üblicherweise Teil eines Griffes 28 bildet, damit der Be
nutzer die Druckkartusche 16 leicht greifen kann, um sie in
den Schlitten 18 einzusetzen und daraus zu entfernen.
Weitere Einzelheiten in Bezug auf den Schlitten 18 finden
sich in der US-A-5,408,746, mit dem Titel "Datum Formation
for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a
Printer", von Jeffrey Thoman et al., welche auf die vorlie
gende Anmelderin übertragen wurde und auf die hier Bezug
genommen wird.
Fig. 3 zeigt eine Perspektivdarstellung der bevorzugten
Ausführungsform der Druckkartusche 16. Die mit denselben
Bezugszeichen in anderen Figuren bezeichneten Elemente sind
identisch. Der Außenrahmen 30 der Druckkartusche 16 ist aus
einem gegossenen technischen Kunststoff hergestellt, wie
dem unter der Markenbezeichnung "NORYL" von General Elec
tric Company vertriebenen Material. Seitenabdeckungen 32
können aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Be
zugselemente 34, 35 und 36 beziehen sich auf die Position
der Druckkartusche 16, wenn sie in dem Schlitten 18 mon
tiert ist. Die Bezugselemente 34, 35 und 36 werden maschi
nell bearbeitet, nachdem das Düsenbauteil 40 auf einer
Druckkartusche 16 installiert wurde, um zu gewährleisten,
daß die jeweiligen Düsen aller vier Druckkartuschen 16 zu
einander ausgerichtet sind, wenn sie in die Druckkartusche
18 eingefügt werden. Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf
die Herstellung von Bezugselementen 34, 35 und 36 können in
der zuvor erwähnten US-A-5,408,746, mit dem Titel "Datum
Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members
in a Printer", gefunden werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Düsenbau
teil 40 aus einem Streifen eines flexiblen Bandes 42, wobei
in dem Band 42 Düsen 44 mittels Laserablation ausgebildet
sind. Ein Verfahren zum Herstellen solcher Düsen 40 ist
beschrieben in US-A-5,305,015, mit dem Titel "Laser Ablated
Nozzle Member for Inkjet Printhead", von Christopher
Schantz et al., welche auf die vorliegende Anmelderin über
tragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird. Die
Struktur dieses Düsenbauteils 40 wird später mit weiteren
Einzelheiten beschrieben.
Kunststofflaschen 45 werden dazu verwendet, zu verhindern,
daß eine bestimmte Druckkartusche 16 in den falschen Ein
schub in dem Schlitten 18 eingefügt wird. Die Laschen 45
sind für schwarze, Zyan-, Magenta- und gelbe Druckkar
tuschen unterschiedlich.
Ein Fülloch 46 ist vorgesehen, damit der Hersteller anfangs
das Tintenreservoir in der Druckkartusche 16 füllen kann.
Dieses Loch 46 wird später mit einer Stahlkugel verschlos
sen, welche dauerhaft sein soll. Der Füllvorgang wird spä
ter beschrieben.
Fig. 4 ist eine weitere perspektivische Ansicht der Druck
kartusche 16, welche die elektrischen Anschlußfelder 48
zeigt, die in dem flexiblen Band 42 ausgebildet sind und
über Spuren, die auf der Unterseite des Bandes 42 ausgebil
det sind, mit Elektroden an dem Druckkopfsubstrat verbunden
sind, das an der Unterseite des Bandes 42 befestigt ist.
Eine Zunge 49 kommt in Eingriff mit einem federbelasteten
Hebel 50 (Fig. 2) an dem Schlitten 18, um die Druckkar
tuschen 16 auf dem Schlitten 18 in ihrer Position zu ver
riegeln.
Fig. 5 ist eine Nahansicht des Druckkartuschenventils 24,
welches von der zylindrischen Muffe 26 umgeben ist, die
Teil eines Griffs 28 bildet. Stützflansche 52 schaffen ei
nen zusätzlichen Halt für den Griff 28.
Fig. 6 ist eine Explosionsdarstellung der Druckkartusche 16
von Fig. 3 ohne Seitenabdeckungen 32. Fig. 6 zeigt die Kon
struktion des zusammenlegbaren Tintenbeutels 51, der in
Fig. 7 zusammengebaut gezeigt ist, durch die ein negativer
Innendruck (Unterdruck) im Vergleich zum Umgebungsdruck
erreicht wird. Die Konstruktion des Tintenbeutels 51 ist
wie folgt.
Ein innerer Kunststoffrahmen 54 ist vorgesehen, welcher im
wesentlichen dieselbe Kontur wie der starre Außenrahmen 30
hat. Der Innenrahmen 54 wird vorzugsweise aus einem Kunst
stoff hergestellt, welcher flexibler ist als der, welcher
zum Herstellen des Außenrahmens 30 verwendet wird, und eine
niedrigere Schmelztemperatur hat. Ein geeignetes Kunst
stoffmaterial ist eine weiche Polyolefinlegierung. Bei der
bevorzugten Ausführungsform wird der Außenrahmen 30 als ein
Teil der Form verwendet, wenn der Innenrahmen 54 herge
stellt wird. Zusätzliche Einzelheiten im Bezug auf die Her
stellung des Rahmens 30 und des Rahmens 54 können gefunden
werden in der US-Patentanmeldung Nr. 07/994,807, angemeldet
am 22. Dezember 1992, mit dem Titel "Two Material Frame
Having Dissimilar Properties for a Thermal Ink-Jet Cartrid
ge", von David Swanson, welche auf die vorliegende Anmelde
rin übertragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird.
Es ist eine Bogenfeder 56 vorgesehen, welche aus einem Me
tallstreifen geschnitten werden kann, z. B. aus rostfreiem
Stahl. Die Scheitelpunkte der gebogenen Teile der Bogenfe
der 56 sind mit einem mittleren Teil der starren Metallsei
tenplatten 58 und 59 durch Punktschweißen oder Laserschwei
ßen verbunden. Es ist ein Paar flexibler Tintenbeutel-Sei
tenwände 61 und 62 vorgesehen, die aus einem Kunststoff,
wie Ethylen-Vinylacetat (EVA) oder Mylar, hergestellt sind
und deren Umfangsabschnitte mittels Wärme mit den Kanten
des Innenrahmens 54 verschweißt sind, um eine Fluiddichtung
oder einen Fluidverschluß vorzusehen, und deren mittlere
Abschnitte 63 mittels Wärme mit den Seitenplatten 58 und 59
verschweißt sind. Die bevorzugten Seitenwände 61 und 62
sind aus einem flexiblen Neunschichtmaterial hergestellt,
welches in der US-A-5,450,112 beschrieben ist und auf das
hier Bezug genommen wird.
Die Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels liegen nun den
Seitenplatten 58 und 59 gegenüber und spannen so die Bogen
feder 56 vor. Die Bogenfeder 56 wirkt nun als ein Druckre
gler, um eine relativ konstante nach außen gerichtete Kraft
auf die Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels vorzusehen,
um einen Unterdruck in der Größenordnung von -0,1 psi in
dem Tintenbeutel 51 vorzusehen (welcher äquivalent einem
relativen Druck von etwa -3 Inch Wasser ist). Ein akzepta
bler Unterdruck liegt im Bereich von etwa -1 bis -7 Inch
Wasser, wobei der bevorzugte Bereich von -3 bis -5 Inch
Wasser geht.
Der tatsächliche Unterdruck, welcher in dem Tintenbeutel 51
herrschen muß, basiert auf verschiedenen Faktoren, ein
schließlich der Düsenöffnungsarchitektur, der Geometrie der
Druckkartusche 16 (einschließlich den äußeren Ausdehnungs
grenzen des Tintenbeutels 51, welche durch die Dicke der
Druckkartusche 16 bestimmt werden), und der horizontalen/ver
tikalen-Orientierung der Druckkartusche 16, wenn sie in
dem Schlitten 18 in ihrer Druckstellung montiert ist.
Wenn Tinte aus der Druckkartusche 16 abgezogen wird, fällt
der Tintenbeutel 51 (Fig. 7) zusammen.
Optional kann ein Kantenschutz an der Oberfläche der Me
tallseitenplatten 58 und 59 angebracht werden, um zu ver
hindern, daß die Metallkanten der Platten 58 und 59 in Kon
takt mit den Seitenwänden 61 und 62 des Tintenbeutels kom
men und diesen zerreißen. Dieser Kantenschutz kann eine
dünne Abdeckschicht aus Kunststoff sein, welche an die Au
ßenseite der Seitenplatten 58 und 59 geklebt wird und die
Kanten leicht überdeckt.
An dem Innenrahmen 54 ist ferner ein Siebfilter 64 in dem
Tintenbeutel 51 vorgesehen, um Partikel herauszusieben, be
vor die Tinte den Haupttintenkanal 66 erreicht, der in dem
Schnauzenabschnitt, oder Auslaßabschnitt, des Außenrahmens
30 ausgebildet ist. Später wird eine Druckkopfanordnung an
dem Schnauzenabschnitt der Druckkartusche 16 befestigt, und
Tintenkanäle in der Druckkopfanordnung führen von dem
Haupttintenkanal 66 in Tintenausstoßkammern an dem Druck
kopf.
Der Tintenbeutel 51 umfaßt ferner ein Schieber-Ventil 24,
welches später im einzelnen erörtert wird. Der Tintenbeutel
51 ist somit vollständig abgedichtet, bis auf die Öffnung
für den Haupttintenkanal 66. Fig. 7 zeigt die Struktur der
Fig. 6, bevor die Seitenabdeckungen auf die Druckkartusche
16 aufgesetzt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Tintenmenge,
welche noch in dem Tintenbeutel 51 ist, mittels eines Tin
tenpegeldetektors festgestellt, welcher in den Fig. 6 und 7
dargestellt und wie folgt ausgebildet ist. Ein erster Pa
pierstreifen 70 mit einer Vollfarbe, wie grün, wird an der
Seitenwand 62 des Tintenbeutels mit einem Klebmittel 72 be
festigt, das mit einem Bereich 73 an der Seitenwand 62 ver
bunden ist. Das Ende dieses Streifens 70 wird dann über
eine Ausnehmung in dem Rand 74 des Rahmens 30 gebogen und
liegt flach gegen eine vertiefte Oberfläche 75 des Rahmens
30 an. Ein Streifen 77 mit einer anderen Farbe, wie
schwarz, ist mit einem Fenster 78 versehen. Ein Klebmittel
79 auf dem Streifen 77 wird dann an der Seitenwand 61 bei
einem Bereich 80 befestigt. Der Streifen 77 wird über eine
Ausnehmung in dem Rand 82 des Rahmens 30 gebogen und liegt
nun über dem Vollstreifen 70 auf der vertieften Oberfläche
75. Wenn die Seitenplatten 32 (Fig. 3) einmal an der Druck
kartusche 16 befestigt sind, wird ein Streifen 84 mit einem
transparenten Fenster 85, das ein Loch oder ein durchsich
tiger Abschnitt sein kann, über der vertieften Oberfläche
75 befestigt, indem die Kanten 86 an den jeweiligen Seiten
abdeckungen 32 der Druckkartusche 16 angeklebt werden. Wenn
die flexiblen Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels näher
zusammenkommen, während Tinte aus dem Tintenbeutel 51 abge
geben wird, zeigt das Fenster 78 in dem Streifen 77 immer
weniger der Farbe des Streifens 70, gesehen durch das Fen
ster 85, bis die grüne Farbe des Streifens 70 durch das
Fenster 85 nicht mehr sichtbar ist und nur noch der schwar
ze Streifen 77 durch das Fenster 85 erscheint. Die Druck
kartusche 16 muß dann über das Ventil 24 mit dem später
beschriebenen Verfahren nachgeladen werden.
Fig. 8 zeigt mit weiteren Einzelheiten eine starre Seiten
abdeckung 32 und das Verfahren zum Befestigen dieser an dem
Außenrahmen 30 der Druckkartusche. Es sind in dem Außenrah
men 30 ausgebildete Schlitze 87 gezeigt, welche mit den
Zungen 88 fluchten, die in den Seitenabdeckungen 32 ausge
bildet sind. Wenn die Zungen 88 in die Schlitze 87 einge
fügt werden, erhält man eine sichere Anbringung der Seiten
abdeckungen 32 an dem Rahmen 30. Die Zungen 88 schneiden
vorzugsweise etwas in den Kunststoff ein, welcher die Sei
ten der Schlitze 87 bildet, um eine kraftschlüssige Verbin
dung der Seitenabdeckungen 32 an dem Rahmen 30 mit hohem
Reibwert zu erzeugen. Optional kann auch ein Klebstoff ver
wendet werden, um die Seitenabdeckungen 32 an dem Rahmen 30
zu befestigen.
Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung des Teils des Außenrah
mens 30 und des Innenrahmens 54 der Druckkartusche 16 längs
der Linie 9-9 in Fig. 7, welche die Druckkartusche 16 im
wesentlichen in zwei Hälften teilt. Das Ventil 24 ist in
seiner geschlossenen Position zusammen mit einem Schnitt
durch die zylindrische Muffe (oder das Rohrstück) 26 ge
zeigt. Beim Spritzgießen des Innenrahmens 54, wobei der Au
ßenrahmen 30 als Teilform verwendet wird, wird ein fluid
dichter Ventilverschluß 89 gebildet, durch welchen das
Schieber-Ventil 24 eingefügt wird. Das Ventil 24 kann aus
einem Niederdichte-Polyethylen (LDPE), TeflonTM oder einem
anderen geeigneten Material hergestellt werden. In dem
Querschnitt von Fig. 9 ist auch eine Tintenfüllöffnung
(Füllport) 46 gezeigt. Ebenfalls gezeigt ist ein verein
fachter Abschnitt eines Druckkopfsubstrats 90.
Weitere Einzelheiten des Ventils 24 sind in den Fig. 10A
und 10B gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform be
steht das Ventil 24 aus einem hohlen Schaftabschnitt 91,
welcher ein Loch 92 aufweist, das in der Seite des Schaft
abschnittes 91 ausgebildet ist, sowie eine Öffnung 93 an
der Oberseite des Schaftabschnitts 91. Eine erste Rippe 94
begrenzt die Abwärtsbewegung des Ventils 24 in den Körper
der Druckkartusche hinein. Eine Klemmschelle (Clip) 95 ist
nachgiebig an dem Ende des Schaftabschnitts 91 um eine
ringförmige Kerbe herum befestigt, welche in dem Schaftab
schnitt 91 ausgebildet ist, um die Aufwärtsbewegung des
Ventils 24 aus dem Körper der Druckkartusche heraus zu be
grenzen. Die Klemmschelle 95 kann aus einem Hochdichte-Po
lyethylen (HDPE), Polycarbonat oder einem anderen geeigne
ten Material hergestellt sein. Eine ringförmige Rippe 96
ist in der Nähe der Oberseite des Ventils 24 ausgebildet,
welche in einer Aussparung in einem Ventil (welches später
noch beschrieben wird) in einem Hilfs-Tintenreservoir
sitzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Län
ge des Ventils 24 0,582 Inch; ein annehmbarer Bereich kann
jedoch von etwa 0,25 bis 1,0 Inch sein, abhängig von Ge
staltungsfaktoren wie Ergonomik und Zuverlässigkeit. Der
Außendurchmesser des Ventils 24 beträgt etwa 0,154 Inch, es
kann jedoch praktisch jeden Durchmesser annehmen.
Fig. 11 zeigt eine Schnittdarstellung der Struktur von Fig.
7 längs der Linie 11-11, welche die Bogenfeder 56, die fle
xiblen Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels, die metal
lenen Seitenplatten 58 und 59 und den optionalen Kanten
schutz 97 zeigt. Die Feder 56 ist vorgespannt, so daß die
Federkraft ziemlich konstant bleibt, wenn der Tintenbeutel
51 zusammenfällt.
Zusätzliche Informationen in Bezug auf den Aufbau des fe
derbelasteten Tintenbeutels findet man in der US-Patentan
meldung Nr. 08/454,975, welche am 31. Mai 1995 eingereicht
wurde, mit dem Titel "Continuous Refill of Spring Bag Re
servoir in an Ink-Jet Swath Printer/Plotter", von Joseph
Scheffelin et al., welche auf die vorliegende Anmelderin
übertragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird.
Andere geeignete Unterdruck-Tintenreservoire umfassen
Kunststoffbalgen, einen Tintenbeutel mit einer externen
Feder, ein Reservoir mit einem externen Druckregulator und
ein starres Reservoir, dessen Innendruck durch Erzeugung
von Blasen geregelt wird.
Im folgenden wird die Druckkopfanordnung beschrieben.
Fig. 12 zeigt eine Rückseite der Druckkopfanordnung 98, wo
bei man ein Siliziumsubstrat 90 sieht, das an der Rückseite
eines flexiblen Bandes 42 montiert ist. Die Druckkopfanord
nung 98 wird letztendlich an dem Körper der Druckkartusche
16, wie in Fig. 4 gezeigt, durch Verstemmen unter Anwendung
von Wärme angebracht. Das Band 42 kann aus einem Polyimid
oder einem anderen Kunststoff bestehen. Für eine Kante ei
ner Grenzschicht 100, die auf dem Substrat 90 ausgebildet
ist, ist gezeigt, daß sie Tintenkanäle 102 und Tintenaus
stoßkammern enthält, welche später noch beschrieben werden.
Die Tintenausstoßkammern können auch als Verdampfungskam
mern angesehen werden, wenn der Druckkopf ein Thermo-Druck
kopf ist.
Leitende Spuren 104 werden auf der Rückseite des Bandes 42
mittels eines herkömmlichen fotolithographischen oder Plat
tierungs-Verfahrens ausgebildet, wobei die Spuren 104 bei
Kontaktfeldern 48 enden, welche zuvor mit Bezug auf Fig. 4
erwähnt wurden. Die anderen Enden der Spuren 104 sind mit
Elektroden 108 (Fig. 13) auf dem Substrat 90 verbunden. In
dem Band 42 werden Fenster 106 und 107 dazu verwendet, Zu
griff auf die Enden der Spuren 104 zu ermöglichen, um diese
Enden mit den Elektroden 108 auf dem Substrat 90 zu verbin
den.
Fig. 13 zeigt eine geschnittene Seitenansicht, welche längs
der Linie 13-13 in Fig. 12 aufgenommen wurde, und welche
die Verbindung der Enden der leitenden Spuren 104 zu den
Elektroden 108 auf dem Substrat 90 darstellt. Wie in Fig.
13 gezeigt, wird ein Teil 110 der Grenzschicht 100 dazu
verwendet, die Enden der leitenden Spuren 104 gegenüber dem
Substrat 90 zu isolieren. Tintentröpfchen 112 sind darge
stellt, welche durch in dem Band 42 ausgebildete Düsen aus
gestoßen werden, nachdem Düsenausstoßelementen, welche den
Düsen jeweils zugeordnet sind, angeregt wurden.
Fig. 14 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung
des Substrats 90, welches Tintenausstoßkammern 114, Tinten
kanäle 102, welche zu den Tintenausstoßkammern 114 führen,
und Tintenausstoßelemente 118 aufweist, welche bei der be
vorzugten Ausführungsform Heizwiderstände sind. Bei einer
alternativen Ausführungsform sind die Tintenausstoßelemente
118 piezoelektrische Elemente. Die Grenzschicht 100 ist bei
der bevorzugten Ausführungsform ein Fotoresist, wie Vacrel
oder Parad, und wird mittels herkömmlicher fotolithographi
scher Techniken hergestellt. Eine Klebschicht 120 ist über
der Grenzschicht 100 ausgebildet, um das Substrat 94 kle
bend an der Rückseite des Bandes 42 zu befestigen.
Einschnürungspunkte 122 schaffen eine proportionale Dämp
fung während des Nachfüllens der Tintenausstoßkammern 114
nach dem Abfeuern. Die vergrößerten Bereiche 124 am Eingang
zu jedem Tintenkanal 102 vergrößern den Stützbereich an den
Rändern der Grenzschicht 100, so daß der Teil des Bandes
42, welcher die Düsen enthält, relativ flach auf der Grenz
schicht 100 liegt, wenn er an der Grenzschicht 100 be
festigt ist. Zwei angrenzende vergrößerte Bereiche 124 wir
ken ebenfalls als Einschnürung für den Eingang der Tinten
kanäle 102, um die Ausfilterung großer Fremdkörperpartikel
zu unterstützen.
Es sind Elektroden 108 dargestellt, welche mit Phantomspu
ren 104 verbunden werden, nachdem das Substrat 90, wie zu
vor beschrieben, an dem Band 42 befestigt ist. Grenzab
schnitte 110 isolieren die Spuren 104 gegenüber der Ober
fläche des Substrats 90. Es können auch andere Ausführungs
formen für die Tintenausstoßkammern eingesetzt werden. Bei
der bevorzugten Ausführungsform haben die Tintenausstoßkam
mern 114 einen Abstand, mit der eine Druckauflösung von 600
dpi erreicht wird.
Die Schaltung auf dem Substrat 90 wird durch einen Demulti
plexer 128 dargestellt. Der Demultiplexer 128 ist mit den
Elektroden 108 verbunden und verteilt die elektrischen Si
gnale, welche an die Elektroden 108 angelegt werden, auf
die verschiedenen Tintenausstoßelemente 118 derart, daß
weniger Elektroden 108 als Tintenausstoßelemente 118 benö
tigt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wiederho
len sich Gruppen von Tintenausstoßelementen 118, wobei jede
Gruppe als ein Grundelement (Primitive) bezeichnet wird.
Adressierleitungen, welche mit den Elektroden 108 verbunden
sind, adressieren immer ein Tintenausstoßelement 118 in
jedem Grundelement auf einmal. Indem sowohl das Grundele
ment als auch ein bestimmtes Tintenausstoßelement 118 in
einem zu adressierenden Grundelement gleichzeitig adres
siert werden müssen, kann die Anzahl der Elektroden 108 auf
dem Substrat 90 und die Anzahl der Kontaktfelder 48 (Fig.
4) auf einer Druckkartusche 16 wesentlich kleiner sein
(z. B. 52) als die gesamte Anzahl der Tintenausstoßelemente
118 (z. B. 300).
Zusätzliche Informationen bezüglich dieser besonderen
Druckkopfstruktur findet man in der US-Patentanmeldung Nr.
08/319,896, angemeldet am 6. Oktober 1994, mit dem Titel
"Inkjet Printhead Architecture for High Speed and High Re
solution Printing", von Brian Keefe et al., welche auf die
vorliegende Anmelderin übertragen wurde, und auf die hier
Bezug genommen wird.
Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung längs der Linien 15-15
in Fig. 3, die zeigt, wie Tinte von dem zusammenfaltbaren
Tintenbeutel 51 durch den Haupttintenkanal 66 (der auch in
Fig. 7 gezeigt ist), um die Außenkanten 129 des Substrats
90 und in die Tintenkanäle 102 (Fig. 14) und Tintenausstoß
kammern 114 abgegeben wird. Der Weg der Tinte wird durch
Pfeile 130 dargestellt. Das Band 42, in dem die Düsen 44
ausgebildet sind, ist um den Haupttintenkanal 66 mit einem
Klebstoff 132 abgedichtet.
Fig. 16 zeigt eine teilweise geschnittene Nahansicht der
Druckkopfanordnung 98, in der man eine Düse 44, eine ver
einfachte Tintenausstoßkammer 114 und verschiedene andere
Elemente sieht, welche die Druckkopfanordnung 98 bilden,
die mit Bezug auf die Fig. 12-14 beschrieben wurde. Wie man
sieht, strömt der Tintenpfad 130 um die Außenkante 129 des
Substrats 90.
Die Fig. 17-19 zeigen das bevorzugte Verfahren, um zu An
fang die Druckkartusche 16 durch das Tintenfülloch 46 (wel
ches man am besten in Fig. 3 sieht) mit Tinte zu füllen.
Die Fig. 17-19 sind längs der Linie 17-17 in Fig. 3 aufge
nommen und zeigen den Außenrahmen 30, die Seitenabdeckungen
32, den Innenrahmen 54, die flexiblen Seitenwände 61 und 62
des Tintenbeutels und die Metallseitenplatten 58 und 59. In
einem ersten Schritt wird die Luft in dem Tintenbeutel 51
durch CO₂ ersetzt, indem einfach CO₂ durch das Tintenfül
loch 46 eingespritzt wird. Wie später beschrieben, hilft
das CO₂ dabei, daß sich keine Luftblasen in dem Tintenbeu
tel 51 bilden, nachdem er mit Tinte gefüllt wurde. Ein Tin
tenabgaberohr 134 wird dann durch das Tintenfülloch 6 ein
geführt, und Tinte 136 wird in den leeren Tintenbeutel 51
gepumpt, bis die Tinte das Fülloch 46 erreicht. Bei dem
bevorzugten Verfahren wird das Rohr 134 bis in die Nähe des
Bodens des Tintenbeutels 51 eingeführt, um ein Spritzen der
Tinte und die Erzeugung von Schaum zu minimieren.
Wenn der Tintenbeutel 51 einmal voll ist, wird eine Kugel
138 aus rostfreiem Stahl (Fig. 18) mit einem Kolben 140 in
das Tintenfülloch 46 gedrückt, bis die Kugel 138 in dem
Fülloch 46 sitzt und fest in diesem gehalten wird, wie in
Fig. 19 gezeigt. Die Kugel 138 soll nun das Tintenfülloch
46 permanent verschließen, und ein Nachfüllen von Tinte in
den Tintenbeutel 51 erfolgt über das Ventil 24 aus Fig. 3.
Die Druckkartusche 16 wird dann so positioniert, daß ihre
Schnauze bei dem höchsten Punkt liegt, und alle überschüs
sige Luft wird durch die Düsen 44 mittels einer Vakuumpumpe
abgezogen, welche luftdicht auf die Düsen 44 aufgesetzt
wird. Dann wird eine ausreichende Menge Tinte durch die Dü
sen 44 gesaugt, um den anfänglichen Unterdruck in dem Tin
tenbeutel 51 zu erzeugen, welcher äquivalent zu etwa -3 bis
-4 Inch Wasser ist. Aufgrund des geringen Durchmessers der
Düsen 44 und der schmalen Breite der verschiedenen Tinten
kanäle, gekoppelt mit der Viskosität der Tinte, zieht der
Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 keine Luft durch die Dü
sen 44. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die
Kapazität des Tintenbeutels 51 etwa 50 Milliliter.
Die fertige Druckkartusche 16 wird dann in den Drucker von
Fig. 1 auf herkömmliche Weise eingesetzt, und der Tinten
beutel 51 wird, ausgehend von einem ausgedehnten Zustand
bis zu einem komprimierten Zustand, zunehmend entleert,
wobei die ganze Zeit ein Unterdruck in dem Tintenbeutel 51
aufrechterhalten wird.
Im folgenden wird eine bevorzugte Vorrichtung zum Nachladen
der Druckkartusche 16 über das Ventil 24 beschrieben.
Fig. 20 ist eine perspektivische Darstellung einer bevor
zugten Ausführungsform eines Tintennachfüllsystems 150,
welches einen Tintenvorrat enthält, der ausreichend für
eine Nachfüllung der Druckkartusche 16 ist. Die mit Bezug
auf das Tintennachfüllsystem 150 beschriebenen Konzepte
können auf ein Nachfüllsystem angewendet werden, welches
jede beliebige Tintenmenge enthält. Das Tintennachfüllsy
stem 150 umfaßt einen aufklappbaren Deckelabschnitt 152,
der ein Tintenversorgungsventil gegen unbeabsichtigtes Öff
nen schützt und verhindert, daß sich Staub und anderer
Schmutz in dem Ventil ansammelt. Das Tintennachfüllsystem
150 umfaßt auch ein Schaumkissen 154 zum Reinigen des Dü
senbauteils 40 (Fig. 3) der Druckkartusche 16 nach dem
Nachfüllen.
Fig. 21 zeigt ein Tintennachfüllsystem 150, nachdem der
Deckel 152 geöffnet wurde, um das Ventil 156, einen Spreng
ring 157, eine zylindrische Muffe 158 und eine Führungszun
ge 160 zugänglich zu machen. Die zylindrische Muffe 158 hat
einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der
Außendurchmesser der Muffe 26 (Fig. 5) der Druckkartusche
16. Der Sprengring 157 gleitet längs der Muffe 158 nach
unten, wenn von der Druckkartusche 16 ein ausreichender
Druck nach unten auf den Ring 157 ausgeübt wird, wenn die
beiden Ventile 24 und 156 verbunden werden. Die Funktion
des Sprengrings 157 wird später noch mit weiteren Einzel
heiten beschrieben.
Fig. 22 ist eine Explosionsdarstellung des Tintennachfüll
systems 150 von der Seite. Das Tintennachfüllsystem 150 be
steht aus einer Basis 161, einem flexiblen Tintenreservoir
boden 162, einem Tintenreservoir-Oberteil 163, einem weib
lichen Absperrschieber (verschiebbares Ventil) 156, welches
mit dem männlichen Ventil 24 in der Druckkartusche 16 in
Eingriff bringbar ist, einem Sprengring 157 und einem obe
ren Abschnitt 164. Die Basis 161, das Tintenreservoir-Ober
teil 163 und der obere Abschnitt 164 können unter Verwen
dung eines geeigneten Kunststoffs durch Spritzgießen herge
stellt werden. Der Tintenreservoirboden 162 wird aus einem
flexiblen Film, wie Mylar oder EVA, hergestellt. Ein sol
cher flexibler Film kann der neunschichtige Film sein, wel
cher in der US-A-5,450,112 beschrieben ist, auf die hier
Bezug genommen wird. Das Ventil 156 wird vorzugsweise aus
demselben Material hergestellt, aus dem auch das Ventil 24
an der Druckkartusche 16 besteht, wie LDPE oder ein anderes
Polymer mit niedrigem Reibwert.
Weitere Einzelheiten des Ventils 156 sind in den Fig. 23A
und 23B gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform be
steht das Ventil 156 aus einem hohlen Schaftabschnitt 165
mit einem Loch 166, das in der Seite des Schaftabschnitts
165 ausgebildet ist, und einer Öffnung 167 in der Oberseite
des Schaftabschnitts 165. Eine erste Rippe 168 begrenzt die
Abwärtsbewegung des Ventils 156 in das Tintenreservoir.
Eine Klammer oder Schelle (Clip) 169 ist federnd an dem
Ende des Schaftabschnitts 165 um eine ringförmige Kerbe 170
befestigt, welche in dem Schaftabschnitt 165 ausgebildet
ist, um die Aufwärtsbewegung des Ventils 156 aus dem Tin
tenreservoir heraus zu begrenzen. Die Schelle 169 kann aus
einem Polyethylen (HDPE), Polycarbonat oder einem anderen
geeigneten Werkstoff hergestellt werden. Eine ringförmige
Ausnehmung 171 (die detaillierter in Fig. 31 gezeigt ist)
ist in der Nähe der Oberseite des Ventils 156 ausgebildet,
in welcher die Rippe 96 (Fig. 10A) an dem Ventil 24 sitzt,
wenn die beiden Ventile verbunden sind. Bei der bevorzugten
Ausführungsform ist die Länge des Ventils 156 0,423 Inch;
ein akzeptabler Bereich kann jedoch ungefähr von 0,25 bis
1,0 Inch gehen, abhängig von den Konstruktionsfaktoren, wie
Ergonomik und Zuverlässigkeit. Der Außendurchmesser des
Ventils 156 beträgt etwa 0,026 Inch, das Ventil kann jedoch
praktisch jeden Durchmesser haben.
Fig. 24 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des
Tintennachfüllsystems 150, welche den konvexen unteren Ab
schnitt der Basis 161, den flexiblen Tintenreservoirboden
162 und die Unterseite des Tintenreservoir-Oberteils 123
zeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Umfang
des flexiblen Tintenreservoirbodens 162 mittels Ultraschall
im Bereich zwischen den gestrichelten Linien 162 mit dem
Umfang des Tintenreservoir-Oberteils 163 verschweißt. Nach
dem der Tintenreservoirboden 162 an dem Tintenreservoir-
Oberteil 163 befestigt ist, werden die Umfangsabschnitte
der Basis 161 durch Ultraschall an die Umfangsabschnitte
des Tintenreservoir-Oberteils 163 geschweißt.
Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht des Tintennach
füllsystems 150 von oben, wobei der obere Teil 164 (Fig.
22) entfernt wurde, um das Ventil 156, die Muffe 158 und
das Fülloch 163 besser zu zeigen. Die übrige Struktur des
Tintenreservoir-Oberteils 163 trägt den gekrümmten oberen
Abschnitt 164, der in Fig. 22 gezeigt ist. Die Struktur von
Fig. 25 ist im folgenden als eine Zwischenstruktur 174 be
zeichnet.
Fig. 26 ist eine Schnittdarstellung der Zwischenstruktur
174 von Fig. 25 längs der Linie 26-26 in Fig. 25. Bei die
sem Punkt des Herstellungsprozesses ist das Tintenreservoir 175
in dem Tintennachfüllsystem 150 leer, und das Ventil
156 ist in seiner geschlossenen Stellung, wie in Fig. 26
gezeigt.
Das Verfahren zum Füllen des Tintenreservoirs 175 ist in
Fig. 27 gezeigt. In einem ersten Schritt weist das Tinten
fülloch 173 der Zwischenstruktur 174 nach oben, so daß das
Tintenreservoir 175 mit Tinte gefüllt werden kann. Eine
Hohlrohrleitung 176 wird in das Tintenfülloch 173 einge
fügt, und Luft in dem Tintenreservoir 175 wird mittels ei
ner Pumpe 178 abgepumpt. Zu diesem Zeitpunkt liegt der fle
xible Tintenreservoirboden 162 im wesentlichen flächig ge
gen die Oberseite des Tintenreservoir-Oberteils 163 an.
Dann wird die Leitung 176 über ein geeignetes Ventil 179
mit einer Kohlendioxid-Versorgung 180 verbunden, und CO₂
wird durch die Leitung 176 gepumpt, um das Tintenreservoir
175 jetzt mit CO₂ zu füllen. Dadurch dehnt sich der flexi
ble Tintenreservoirboden 162 in seine in Fig. 26 gezeigte
Stellung aus.
Dann wird im wesentlichen das gesamt CO₂ von der Pumpe 178
abgepumpt. Naturgemäß bleibt eine kleine Menge CO₂ in dem
Tintenreservoir 175, was besser ist als Luft. Die verwende
te Tinte ist üblicherweise Tinte auf Wasserbasis. CO₂ hat
eine wesentlich bessere Lösbarkeit in Wasser als Luft. Das
CO₂ wird somit von der Tinte vollständig absorbiert, weil
das restliche CO₂, welches nach dem Abpumpen verbleibt,
nicht ausreicht, um die Tinte zu sättigen. Da es jedoch
sein kann, daß das CO₂ nicht vollständig rein ist, kann es
noch immer passieren, daß sich eine tolerierbare Menge
Luftblasen bildet. Das Spülen des Tintenreservoirs 175 mit
CO₂ eliminiert somit praktisch alle Probleme, welche aus
der Bildung von Gasblasen im Tintenreservoir 175 nach dem
Einfüllen von Tinte herrühren.
In einem nächsten Schritt läßt ein Ventil 179 entgaste Tin
te aus einer Tintenversorgung 182 durch die Rohrleitung 176
fließen, um das Tintenreservoir 175 zu füllen. Die Tinte
wird entgast, damit sie alle nicht-CO₂-Unreinheiten absor
bieren kann, welche nach dem Ausspülen des Tintenreservoirs
175 mit CO₂ verbleiben.
Die bevorzugte Tinte ist eine Tinte auf Pigmentbasis, wel
che Partikel (z. B. Kohlenstoffschwarz) suspendiert in ein
Fluid enthält. Eine solche Tinte auf Pigmentbasis wird ge
genüber einer Tinte auf Farbstoffbasis bevorzugt, weil die
Tinte auf Pigmentbasis eine höhere optische Dichte und Dau
erhaftigkeit hat. Es kann jedoch jede Tintenart verwendet
werden. Einige Tintenarten, welche verwendet werden können,
sind beschrieben in der US-A-5,085,698 und der US-A-
5,180,425, auf die hier Bezug genommen wird.
Dann wird das Rohr 176 entfernt, und ein Kunststoffstopfen
wird in das Tintenfülloch 173 eingefügt, um das Tintenfül
loch 173 permanent zu verschließen. Der obere Abschnitt 164
(Fig. 22) schnappt dann über das Tintenreservoir-Oberteil
123, um die Struktur des Tintennachfüllsystems 150 zu ver
vollständigen. Eine Schnittdarstellung des nun gefüllten
Tintennachfüllsystems 150, längs der Linie 28-28 in Fig. 21
ist in Fig. 28 gezeigt. In der Figur sieht man, daß die
Tinte 184 das Tintenreservoir 175 vollständig füllt.
Fig. 29 zeigt die richtige Stellung der Druckkartusche 16
relativ zu dem Tintennachfüllsystem 150, wenn die Tinten
versorgung der Druckkartusche 16 nachgeladen wird. Die
Druckkartusche wird so positioniert, daß die zylindrische
Muffe 26 (Fig. 3) an der Druckkartusche 16 von der zylin
drischen Muffe 158 (Fig. 21) an dem Tintennachfüllsystem
150 aufgenommen wird. Andere Techniken zum Halten der
Druckkartusche 16 in der gewünschten Position können belie
bige geeignete Verbindungselemente an der Druckkartusche 16
und dem Tintennachfüllsystem 150 verwenden. Die Führungs
zunge 160 wird dazu verwendet, die bevorzugte Orientierung
der Druckkartusche 16 auf dem Tintennachfüllsystem 150 zu
gewährleisten.
Bei dem bevorzugten Verfahren wird das Tintennachfüllsystem
150 auf einer Tischoberseite gehalten, und der Benutzer
drückt die Druckkartusche 16 nach unten auf den Ventilab
schnitt des Tintennachfüllsystems 150, bis die Ventile 24
und 156 verbunden sind und der Tintenbeutel 51 und das Tin
tenreservoir 175 in Fluidverbindung stehen.
Fig. 30 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsy
stems 150 längs der Linie 30-30 in Fig. 29, wobei nun das
Ventil 156 in seiner unteren oder offenen Stellung gezeigt
ist, so daß Tinte von dem Tintenreservoir 175 durch das
Loch 166 und durch die Oberseite des Ventils 156 fließen
kann. Der untere Abschnitt des Ventils 156 ist verschlossen
und trägt die ringförmige Schelle 169, die auch in Fig. 23B
gezeigt ist. Der Sprengring 157 ist in seiner unteren Stel
lung gezeigt, welche durch die abwärts gerichtete Kraft der
Druckkartusche 16 auf das Tintennachfüllsystem 150 erreicht
wird.
Die Verbindung der Ventile 24 und 156, die Funktion des
Sprengrings 157 und das Öffnen und Schließen der Ventile 24
und 156 werden nun mit Bezug auf die Fig. 31 bis 34 be
schrieben. In Fig. 31 sind die Druckkartusche 16 und das
Tintennachfüllsystem 151 noch nicht in Verbindung, und bei
de Ventile 24 und 156 sind in ihrer geschlossenen Stellung.
Genauer gesagt, das Loch 92 im Schieberventil 24, welches
zu einer mittleren Bohrung in dem Ventil 24 führt, ist
vollständig von einer es umgebenden Dichtung 89 versperrt,
welche in dem Innenrahmen 54 ausgebildet ist, wie man am
besten in Fig. 9 sieht. Der obere Abschnitt des Ventils 24
ist in direktem Kontakt mit der Tinte in dem Tintenbeutel
51 (Fig. 7) in der Druckkartusche 16. Das Ventil 156 in dem
Tintennachfüllsystem 150 ist ähnlich in seinem geschlosse
nen Zustand gezeigt, wobei die Tinte in dem Tintenreservoir
175 bei oder sehr nahe bei dem unteren Abschnitt des Ven
tils 156 ist. Eine Dichtung 189, welche in dem Tintenreser
voir-Oberteil 153 ausgebildet ist, umgibt das Ventil 156
und versperrt das Loch 166.
Ebenfalls in Fig. 31 sind Stützflansche 52 gezeigt, die
eine zusätzliche Unterstützung für den Griff 28 (Fig. 5)
schaffen, sowie der Sprengring 157, der von einer ringför
migen Rippe 194 an der Muffe 158 getragen wird. Die Druck
kartusche 16 ist bei ihrer Abwärtsbewegung gezeigt, die
durch den Pfeil 191 angedeutet ist, und die Muffe 26 an der
Druckkartusche 16 ist gerade dabei, in die Muffe 158 an dem
Tintennachfüllsystem 150 zu gleiten.
Wie in Fig. 32 gezeigt, kontaktieren die Flansche 52 bei
der weiteren Abwärtsbewegung der Druckkartusche 16 den
Sprengring 157. Dies schafft einen zusätzlichen Widerstand
gegen die Abwärtsbewegung der Druckkartusche 16, und der
Benutzer muß nun eine zusätzliche Kraft aufwenden, damit
der Sprengring 157 über die Rippe 194 gleitet. Sobald der
Sprengring 157 über die Rippe 194 geht, empfängt der Benut
zer eine fühlbare Rückkopplung, und die Abwärtsbewegung der
Druckkartusche wird auf natürliche Weise durch das Freiwer
den des Sprengrings 157 über der Rippe 194 beschleunigt.
Gleichzeitig kommt die Rippe 96 in der Nähe der Oberseite
des Ventils 24 in Eingriff mit dem Ausnehmung 171 in dem
Ventil 165, um die Ventile 24 und 156 in einer fluiddichten
Verbindung mechanisch zu koppeln. Der zusätzliche Schwung
(Moment) der Druckkartusche 16, wenn der Sprengring 157
über die Rippe 194 geht, sichert die Verbindung der Ventile
24 und 156. Die Reibung zwischen dem Ventil 24 und dem In
nenrahmen 54 und die Reibung zwischen dem Ventil 156 und
der Dichtung 189 ist ausreichend groß, so daß die Rippe 96
mit der Ausnehmung 171 ein Eingriff kommt, bevor die Venti
le 24 und 156 in ihre offenen Stellungen gleiten. Ein ge
wisses Überschießen der Rippe 96 in der Ausnehmung 171
wird zugelassen, um eine zusätzliche fühlbare Rückkopplung
für den Benutzer vorzusehen, welche anzeigt, daß die Venti
le 24 und 156 nun verbunden sind. Die Verbindung der Rippe
96 und der Ausnehmung 171 ist auch wichtig, damit die Ven
tile automatisch zugezogen werden können, wenn die Druck
kartusche 16 von dem Tintennachfüllsystem 150 entfernt
wird.
Die zylindrische Muffe 26 an der Druckkartusche 16 ist nun
mit der zylindrischen Muffe 158 an dem Tintennachfüllsystem
150 verbunden, um sicherzustellen, daß die Ventile 24 und
156 relativ zueinander zentriert sind, und um die seitliche
Bewegung der Druckkartusche 16 zu begrenzen.
In Fig. 33 gleitet mit der weiteren abwärts gerichteten
Kraft der Druckkartusche 16 auf das Tintennachfüllsystem
150 das Ventil 156 nach unten, so daß das Loch 166 nun in
dem Tintenreservoir 175 liegt. Dieselbe Abwärtsbewegung
bewirkt auch, daß das Ventil 24 nun in seine offene Stel
lung gleitet, so daß das Loch 92 nun in dem Tintenbeutel 51
(Fig. 3) in der Druckkartusche 16 liegt. Es existiert nun
ein Fluidkanal zwischen dem Tintenreservoir 175 und dem
Unterdruck-Tintenbeutel 51 in der Druckkartusche 16.
Der Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 zieht Tinte von dem
Tintenreservoir 175 in den Tintenbeutel 51, um den Tinten
beutel 51 zu füllen und die Tinte im wesentlichen vollstän
dig aus dem Tintenreservoir abzuziehen. Dieser Vorgang ist
aufgrund des niedrigen Unterdrucks relativ langsam, und er
kann in der Größenordnung von einer bis drei Minuten dau
ern.
Das Setzen der Druckkartusche 16 auf das Tintennachfüllsy
stem 150, wie in Fig. 29 gezeigt, bewirkt, daß der Tinten
beutel 51 bei einer vorgegebenen Höhe über dem Tintenreser
voir 175 ist, so daß immer ein Unterdruck in dem Tintenbeu
tel 51 aufrechterhalten wird und der Tintenbeutel 51 nicht
überfüllt werden kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform
liegt das Zentrum des Tintenbeutels 51 etwa 2,5 Inch über
dem Zentrum des Tintenreservoirs 175. Die relativen Höhen
des Tintenbeutels 51 über dem Tintenreservoir 175 werden
von dem Winkel der Druckkartusche 16 im Verhältnis zu dem
Tintenreservoir 175 beeinflußt, der bei der bevorzugten
Ausführungsform ungefähr 20° beträgt. Andere Winkel und
Höhen können geeignet sein, abhängig von dem gewünschten
Unterdruck in dem verwendeten Tintenbeutel. Unabhängig da
von, wieviel Tinte anfänglich in dem Tintenbeutel 51 und
dem Tintenreservoir 175 vor dem Nachfüllen war, wird der
Tintenbeutel 51 daher nicht überfüllt, und der sich erge
bende Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 ist immer der glei
che.
Das Anordnen des Ventils 24 in dem Griff 28 macht es mög
lich, daß die Druckkartusche 16 mit ihrem bevorzugten Win
kel angeordnet wird, wie in Fig. 29 gezeigt. Der Griff 28
dient auch zum Schützen des Ventils 24 während der Herstel
lung und während der Handhabung durch den Benutzer. Der
Griff 28 und das Ventil 24 sind zusätzlich gut zugänglich,
wenn die Druckkartusche 16 in einem Drucker installiert
ist.
Wenn der Tintenbeutel 51 in der Druckkartusche 16 voll ist,
wird die Druckkartusche 16 von dem Tintennachfüllsystem
150, wie in Fig. 34 gezeigt, in der Richtung des Pfeiles
195 abgehoben. In Fig. 34 schließt das Heben der Druckkar
tusche 16 das Ventil 156 und das Ventil 24, um so den Tin
tenbeutel 51 in der Druckkartusche 16 zu verschließen. Das
weitere Anheben bewirkt, daß sich die Ventile 24 und 156
voneinander lösen. Der Grund hierfür ist, daß die Reibung,
welche zum Lösen der Ventile überwunden werden muß, größer
ist als die Reibung, welche zum Schließen der Ventile über
wunden werden muß.
Fig. 35 zeigt eine andere Ausführungsform des Sprengrings
157, welche verwendet werden kann, wenn das Tintenreservoir
175 mehr als einen einzelnen Tintenvorrat enthält oder auf
andere Weise wiederverwendbar ist. In Fig. 35 weist der
Sprengring 157 nachgiebige Zungen 196 auf, welche mit den
Flanschen 52 in Eingriff bringbar sind. Wenn die Druckkar
tusche 16 dann angehoben wird, wird der Sprengring 157 zu
rück in seiner Position an der Muffe 158 gehoben.
Wie in den Fig. 31 bis 35 dargestellt, kommen die Ventile
24 und 156 mechanisch in Eingriff, bevor sie sich öffnen,
und sie werden beim Entfernen der Druckkartusche 16 von dem
Nachfüllsystem 150 zuerst geschlossen und dann mechanisch
gelöst. Dies wird dadurch erreicht, daß die Rippe 96 an dem
Ventil 24 so ausgebildet wird, daß sie mit weniger Kraft
mit der Ausnehmung 171 in Eingriff bringbar ist, als für
das Lösen der Rippe 96 von der Ausnehmung 171 notwendig
ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der untere Ab
schnitt 197 (Fig. 24) der Rippe 96 mit einem kleinen Winkel
(z. B. 30°) relativ zu der Achse des Ventils 24 ausgebildet
wird, damit er leichter durch die Öffnung in dem Ventil 156
eintritt und mit der Ausnehmung 171 in Eingriff kommt. Der
obere Abschnitt 198 (Fig. 34) der Rippe 96 wird dann mit
einem steileren Winkel (z. B. 60°) relativ zu der Achse des
Ventils 24 hergestellt, so daß es schwieriger ist, die Rip
pe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen. Zusätzlich kann die
Ausnehmung 171 mit einer horizontaleren oberen Lippe 200
(Fig. 24) ausgebildet werden, so daß es schwieriger ist,
die Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen, als die Rippe
96 und die Ausnehmung 171 zu verbinden. Es können auch an
dere Methoden zum Vorsehen dieser relativen Kräfte anstelle
der beiden hier beschriebenen Techniken verwendet werden.
Bei alternativen Ausführungsformen werden andere Techniken
eingesetzt, um sicherzustellen, daß die Ventile 24 und 156
in Kontakt sind, bevor die Ventile geöffnet werden, oder
daß sie sich nach dem Nachfüllen geschlossen haben. Solche
Techniken umfassen die Verwendung einer Fahne, die über
einen Hebel aktiviert wird und hochspringt, sobald die Ven
tile richtig verbunden sind; die Erhöhung der Gleitkraft
der Ventile 24 und 156 beim Hineinschieben; eine Federbela
stung der Ventile 24 und 156, um sicherzustellen, daß sie
geschlossen sind, nachdem die Druckkartusche 16 von dem
Tintenbehälter 150 entfernt wurde; und die Ausbildung einer
Nase in der Nähe der Muffe 158, welcher die Bewegung der
Druckkartusche 16 verhindert, ähnlich wie bei dem Spreng
ring 157 um den abwärts gerichteten Schwung (Moment) der
Druckkartusche 16 zu erhöhen, bevor die Ventile 24 und 156
im Eingriff sind.
Wenn der Tintenbeutel 51 einmal nachgefüllt wurde, was ent
weder von dem mit Bezug auf Fig. 6 beschriebenen Tintenpegel-Indikator
ermittelt wird, oder indem man die Verbindung
der Druckkartusche 16 mit dem Tintennachfüllsystem 150 wäh
rend einer vorgegebenen Zeitspanne aufrechterhält, kann das
Düsenbauteil 40 (Fig. 3) mit einem Schaumkissen 154, wel
ches eine geeignete Reinigungslösung enthält, abgewischt
werden, wie in Fig. 36 gezeigt. Am Anfang wird ein Band
(nicht gezeigt) über dem Schaumkissen 154 vorgesehen, wel
ches ein Verdunsten des Reinigungsfluids verhindert, bis
das Band vor dem Reinigen des Düsenbauteils 40 entfernt
wird. Die Druckkartusche 16 wird vorzugsweise nur einmal
über das Schaumkissen 154 geführt, um sicherzustellen, daß
Tintenpartikel, welche entfernt wurden, nicht wieder in
Kontakt mit dem Düsenbauteil 40 kommen.
Die Druckkartusche 16 wird dann erneut in den Schlitten 18
(Fig. 1) eingesetzt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Drucker 10
(Fig. 1) eine automatische Wartungsstation, welche einen
Verschluß über den Düsen 44 (Fig. 3) erzeugt und den Druck
kopf mit einer Vakuumpumpe ansaugt. Dieses Abziehen von
Tinte aus dem Tintenbeutel 51 stellt sicher, daß nun Tinte
in den Tintenausstoßkammern in dem zum Feuern bereiten
Druckkopf ist.
Es wurde also eine bevorzugte nachladbare Tintenstrahl-
Druckkartusche zusammen mit einem bevorzugten Tintennach
füllsystem-und einem Verfahren zum Nachladen der Druckkar
tusche mit dem Nachfüllsystem beschrieben. Andere Arten von
Ventilen und Dichtungen oder Verschlüssen können verwendet
werden, um das automatische Öffnen und Schließen der bevor
zugten Ventile durchzuführen, und die alternativen Ausfüh
rungsformen gehören in den Bereich der Erfindung.
Die Fig. 37 und 38 zeigen eine alternative Ausführungsform,
welche entweder eine kontinuierliche Nachfüllung des Tin
tenbeutels 51 in der Druckkartusche 16 oder ein unterbro
chenes Füllen jeder Druckkartusche 16 zu verschiedenen
Zeitpunkten, zu denen der Drucker 10 aktiviert ist, vor
sieht.
Der Drucker 10 in Fig. 37 kann identisch zu dem in Fig. 1
gezeigten Drucker sein, er enthält jedoch zusätzlich ein
austauschbares Tintenreservoir 202, das gestrichelt ge
zeichnet ist, mit schwarzer, Zyan-, Magenta- und gelber
Tinte für die vier Druckkartuschen 16, welche in dem
scannenden Schlitten 18 getragen werden. Anstelle des Ven
tils 156 in Fig. 28, welches mit dem Tintenreservoir 175
des bevorzugten Tintennachfüllsystems 150 verbunden ist,
enthalten Schläuche 204 solche Ventile 156 und sind mit dem
Ventil 24 in der Druckkartusche auf eine Weise verbindbar
und von diesem lösbar, die identisch mit der mit Bezug auf
die Fig. 31-34 beschriebene Vorgehensweise ist.
Fig. 38 zeigt einen Schlauch 204, der sich von der zylin
drischen Muffe 26 an der Druckkartusche 16 erstreckt.
Wenn Tinte während des Druckens aus dem Tintenbeutel 51 in
jeder Druckkartusche 16 entnommen wird, zieht die Kapillar
wirkung Tinte durch die flexiblen Schläuche 204 in die je
weiligen Druckkartuschen 16. Alternativ kann das Nachfüllen
zu vorgegebenen Zeitpunkten stattfinden, z. B. am Ende eines
Druckzyklus oder zu anderen Zeitpunkten.
Bei einer anderen Ausführungsform wird das Ventil 24 aus
der Druckkartusche 16 entfernt, und das Ende des Schlauchs
204 ist mit einer einfachen männlichen Spitze versehen,
welche durch das nun leere Loch durch den Außenrahmen 30
und den Innenrahmen 54 eingeführt wird, um eine Fluiddich
tung zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform wird
das Ende des Schlauches 204 einfach über das Ende des Ven
tils 24 geschoben.
Die Ausführungsformen der Fig. 37 und 38 haben bestimmte
Nachteile, einschließlich der Möglichkeit, daß in den
Schläuchen 204 Luft vorhanden ist, wenn am Anfang die
Schläuche 204 angeschlossen werden, oder wenn die Tinten
versorgung 202 gewechselt wird.
Anstelle der zuvor beschriebenen zusammenwirkenden Ventile
24 und 156 können eine Nadel und eine Trennwand oder Schei
dewand (Septum) für das Nachfüllen der Druckkartusche mit
Tinte aus dem Tintennachfüllsystem verwendet werden. Die
Fig. 39-41 zeigen diese alternative Ausführungsform.
Eine Schnittdarstellung eines Tintennachfüllsystems 210 ist
in Fig. 39 gezeigt, welche ähnlich der Schnittdarstellung
aus Fig. 28 ist, jedoch eine hohle Nadel 212 anstelle des
Schieberventils aufweist. Die Nadel 212 hat ein Loch 214,
das in der Nähe ihrer Spitze ausgebildet ist, damit Tinte
von dem Tintenreservoir 175 durch die Nadel 212 gehen und
aus dem Loch 214 austreten kann, wenn die Druckkartusche
mit dem Tintennachfüllsystem 210 verbunden ist. Bei einer
Ausführungsform besteht die Nadel 212 aus Metall. Bei ande
ren Ausführungsformen besteht die Nadel 212 aus Kunststoff
oder irgendeinem anderen geeigneten Werkstoff.
Eine ringförmige Hülse (welche zum Feuchthalten der Nadel
212 dient, so daß das Loch 214 nicht eintrocknet) 218 um
gibt das Loch 214 und wird von einer Feder 220 nach oben
gedrückt. Die Hülse 218 besteht vorzugsweise aus einem re
lativ weichen Elastomermaterial, wie Gummi. Die Hülse 218
verhindert, daß Tinte durch das Loch 214 leckt und Luft
eintritt. Alternativ kann ein einfacher Gummideckel über
das Ende der Nadel 268 geschoben werden, um Lecken von Tin
te und Eintreten von Luft durch das Loch 214 zu vermeiden.
Ein ringförmiger Kunststoffhalter 222, der an einer Muffe
223 befestigt ist, begrenzt die Aufwärtsbewegung der Hülse
218.
Fig. 40 zeigt eine Nahansicht des Nadelabschnitts von Fig.
39 und eine geschnittene Nahaufnahme einer Druckkartusche
226, die identisch zu der zuvor beschriebenen Druckkartu
sche 16 ist, abgesehen davon, daß das Ventil 24 (Fig. 5<
durch eine Gummitrennwand oder -scheidewand (Septum) 228
ersetzt ist. Die Trennwand 228 ist im wesentlichen zylin
drisch mit einem eingeformten Schlitz durch ihre Mitte.
Viele verschiedene Formen der Trennwand 228 können verwen
det werden, um die gewünschte Fluiddichtung zu erreichen.
Die Trennwand 228 wird mit Preßsitz in die zylindrische
Muffe 26 der Druckkartusche 226 eingebracht, wobei die Kom
pression aufgrund des Einfügens den eingeformten Schlitz
schließt. Dies erzeugt eine Fluiddichtung für die Tinte in
dem Unterdruck-Tintenbeutel 51. Bei der bevorzugten Ausfüh
rungsform weist die Trennwand 228 eine Fase auf, um die
Nadel leichter einführen zu können. Die Spitze der Nadel
212 kann flach oder anders abgestumpft sein, um das Einfü
gen noch leichter zu machen, um den Tintenströmungswider
stand zu senken und um ein seitliches Loch 214 zu ermögli
chen.
Fig. 41 zeigt die Druckkartusche 226, welche auf das Tin
tennachfüllsystem 210 gedrückt und wie in Fig. 29 gezeigt
gehalten wird. Die Abwärtsbewegung der Druckkartusche 226
bewirkt, daß die Muffe 26 die Hülse 218 nach unten drückt,
während gleichzeitig die Nadel 212 durch die Trennwand 228
gestoßen wird. Das Loch 214 ist nun in Fluidverbindung mit
dem Tintenbeutel 51, so daß Tinte aus dem Tintenreservoir
175 durch das Loch 214 in den Tintenbeutel 51 fließen kann.
Die Tintenströmung wird durch die Pfeile 232 dargestellt.
Die Verbindung der Muffen 280 und 26 trägt die Druckkartu
sche 226 während des Nachfüllvorgangs, der identisch zu dem
zuvor beschriebenen ist.
Wenn die Druckkartusche 226 von dem Tintennachfüllsystem
210 angehoben wird, drückt die Feder 220 die Hülse 218 zu
rück in seine ursprüngliche Position, wodurch das Loch 214
geschlossen wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Nadelstruk
tur des Tintennachfüllsystems 210 bei der Druckkartusche
226 angeordnet, und die Trennwand 228 gehört zu dem Tinten
nachfüllsystem 210.
Bei einer anderen Ausführungsform bildet die Nadelanordnung
am Tintenreservoir 210 Teil einer Spritze, oder sie liegt
am Ende eines Rohres, welches mit einem schlaffen Tinten
beutel verbunden ist, oder sie bildet einen Teil eines an
deren geeigneten alternativen Tintennachladesatzes.
Fig. 42 zeigt eine Tintenkartusche 310 für einen Drucker
mit einem Gehäuse 311, das zwei parallele Seitenwände 312
aufweist, von denen nur eine gezeigt ist, eine starre Um
fangswand 314 hat, welche einen zusammenlegbaren Tintenbeu
tel 315 enthält, sowie eine Tintenreservekammer 320 darin.
Der Beutel 315 besteht aus einem Paar rechteckiger flexib
ler Seitenplatten (Panele) 316, 317, welche an ihrem Umfang
aneinander sowie bei der Position 319 an der Umfangswand
314 des Gehäuses 311 befestigt sind. Der Beutel 315 umfaßt
zwei mit Abstand angeordnete, relativ unverformbare Leicht
gewicht-Metallplatten 322, 323 darin, welche von einer dop
pelt gebogenen Metallfeder 325 auseinander und in Kontakt
mit den flexiblen Seitenplatten 316, 317 gedrückt werden.
Die Feder drückt die Platten auseinander und dehnt so den
zusammenlegbaren Beutel 315 aus.
Tinte aus dem Beutel 315 wird, wie im Stand der Technik
bekannt, von einem Kopf (nicht gezeigt) der in dem Gehäuse
311 montiert ist, durch eine Tintenstrahlöffnung (Düse)
oder eine Anordnung aus Öffnungen in einer Druckerdüsen
platte abgegeben, welche allgemein durch das Bezugszeichen
327 angegeben ist.
Das Tintenkartuschengehäuse 311 enthält eine Trennwand 311a
auf einer Seite des Tintenbeutels 315, welche eine nach
füllbare Tintenreservekammer 320 in dem Gehäuse 311 ab
grenzt. Die Tintenreservekammer 320 ist durch eine Fluid
leitung 330 mit dem zusammenlegbaren Tintenbeutel 315 ver
bunden. Ein Schraubdeckel 332 bedeckt eine Füllöffnung,
welche sich durch die Umfangswand 314 des Gehäuses in
Fluidverbindung mit der Tintennachfüllkammer 320 erstreckt.
Ein Schaum-Spritzdämpfungssieb 334 ist unter der Füllöff
nung vorgesehen, um ein Zurückspritzen des Fluids während
des Nachfüllens der Tintenversorgung in der Tintenreserve
kammer zu verhindern.
Ein Kapillarventil 340, welches aus einem zylindrischen
Block aus einem Kapillarfiltermaterial besteht, ist in der
Fluidleitung 330 angeordnet, welches sich zwischen dem Tin
tenbeutel 315 und der Tintenreservekammer 320 erstreckt.
Das Ventil 340 bestimmt den Tintenstrom durch die Leitung
330. Das Kapillarfiltermaterial kann aus jedem tintenver
träglichen Material hergestellt werden, welches eine effek
tive Kapillarkraft hat, die größer ist als die Kapillar
kraft der Druckerdüsenplatte 327. Das Filtermaterial des
Kapillarventils umfaßt vorzugsweise ein gewebtes Drahtsieb
aus rostfreiem Stahl mit hoher Schmutzaufnahmekapazität.
Ein derartiges Filtermaterial wird unter der Markenbezeich
nung RIGIMESH von Pall Process Filtration Company aus East
Hills, New York, USA, verkauft. Ein RIGIMESH Typ J, gesin
tertes gewebtes Drahtsiebfilter mit einer nominalen Filter
rate von zehn und einem absoluten Nennwert von fünfundzwan
zig in Flüssigkeiten, ist der derzeit bevorzugte Filter.
Das Kapillarventil läßt bereitwillig Tinte aus der Reserve
kammer 320 in den zusammenlegbaren Beutel 315 durch, wel
cher durch die Wirkung der Doppelbogenfeder 325 unter Atmo
sphärendruck, oder bei Unterdruck, gehalten wird. Mit ande
ren Worten, der Druck in dem Beutel 315 wird bei einem
niedrigeren Druck gehalten, als der Druck in der Reserve
kammer 320, so daß Tinte automatisch durch das Kapillarven
til 340 in der Leitung 330 aus der Reservekammer 320 in den
Beutel 315 gezogen wird.
Die Eigenschaften des kapillaren Filtermaterials sind der
art, daß es leicht Tinte durchläßt, wenn sowohl seine Ein
laßoberfläche als auch seine Auslaßoberfläche mit Tinte
benetzt ist; der Filter wirkt jedoch auch als ein Ventil
zum Verhindern einer Strömung von Tinte oder Luft in eine
von beiden Richtungen durch den Filter, wenn die Einlaßsei
te des Ventils 340 nicht mehr benetzt ist. D.h., wenn der
Tintenvorrat in der Reservekammer 320 erschöpft ist,
schließt sich das Ventil 340. Danach wird die in dem Tin
tenbeutel 315 verbleibende Tinte während des Betriebs des
Druckers durch die Düsenplatte 327 abgegeben, bis der Tin
tenvorrat vollständig erschöpft ist.
Eine solche Anordnung aus Tintenbeutel, Reservoir, Verbin
dungsleitung und Ventil hat den Vorteil, daß der Tintenvor
rat in dem zusammenlegbaren Beutel 315 nicht direkt über
wacht werden muß, und daß das mögliche unabwendbare Ein
dringen von Gasen in den Beutel dadurch vermieden wird. Um
den Tintenvorrat in der Tintenreservekammer 320 nachzufül
len, wird der Schraubdeckel 332 entfernt, und Tinte aus
einem externen Reservoir wird durch die Füllöffnung einge
füllt. Ein durchsichtiges Fenster oder eine Sicht-Meßein
richtung kann vorgesehen werden, so daß der Tintenpegel in
der Reservekammer 320 optisch überwacht werden kann.
Die Fluidbrücke zwischen dem Tintenbeutel 315 und der Tin
tenreservekammer 320 ist somit selbst abdichtend, selbst
entleerend und selbstansaugend. Auch während des Nachfüll
vorgangs werden Luftblasen oder Gase, welche vorhanden sein
können, von der Fluidbrücke entfernt, so daß es keine Stö
rung in der Strömung der Nachfülltinte gibt und keine Luft
blasen oder Gase in den Tintenbeutel eintreten können.
Während besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfin
dung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fach
mann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß Änderungen und
Modifikationen gemacht werden können, ohne die Erfindung in
ihren breiteren Aspekten zu verlassen, und daß die folgen
den Ansprüche daher in ihrem Bereich all die Änderungen und
Modifikationen umfassen, die in den wahren Bereich dieser
Erfindung fallen. Das Tintennachfüllsystem 150, 210 oder
250 kann z. B. jede Form annehmen, solange ein Tintenreser
voir in dem Tintennachfüllsystem in Fluidverbindung mit dem
Tintenbeutel in der Druckkartusche 16, 226 oder 310 ge
bracht werden kann. Obwohl ein Unterdruck-Tintenbeutel be
schrieben wurde, ist weiterhin ein solcher Unterdruck-Tin
tenbeutel nicht unerläßlich. Der Tintenbeutel in der Druck
kartusche 16, 226 oder 310 wird nachgefüllt, solange die
Nachfülltintenversorgung einen höheren Druck hat als der
Druck in dem Tintenbeutel. Eine solche Druckdifferenz kann
erhalten werden, indem die externe Tintenversorgung (z. B.
das Tintennachfüllsystem 150 oder 210) über die Druckkartu
sche angehoben wird, oder indem die externe Tintenversor
gung mit einem internen Überdruck versehen wird. Das Hilfs
reservoir kann ein schlaffer Beutel oder ein starres Gefäß
sein, welches belüftet oder nicht belüftet sein kann. Der
Überdruck kann mit einem federbelasteten Beutel, einem Bal
gen, einer Spritze, einem Druckregler in Reihe mit dem
Hilfstintenreservoir und der Druckkartusche oder mit jeder
anderen bekannten Technik erreicht werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und
den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in jeder Kombination für die Verwirklichung der
Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeu
tung sein.
Claims (23)
1. Tintenstrahldrucksystem mit
einem verschiebbaren Schlitten in einem Tintenstrahl drucker;
einer Druckkartusche (16) mit einem Druckkartuschenkör per, welche in dem Schlitten montiert ist;
einem ersten Reservoir (51) für Tinte in dem Körper;
einem Druckkopf, welcher auf dem Körper in Fluidverbin dung mit dem ersten Reservoir gehalten ist;
einer Tintennachfüllöffnung (24) an dem Körper zum Nachfüllen des ersten Reservoirs mit Tinte, nachdem ein Tintenvorrat in dem ersten Reservoir wenigstens teil weise entnommen wurde, wobei die Nachfüllöffnung einen Verschluß (24) aufweist, welcher selektiv in einen ge öffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand bring bar ist, wobei der geschlossene Zustand einen-Fluidver schluß des ersten Reservoirs vorsieht und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen einem externen Tintenreservoir und dem ersten Reservoir vorsieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nachfüllöffnung verbunden ist;
einer Tintenleitung mit einem ersten Ende, welches mit der Nachfüllöffnung verbunden und in Fluidverbindung mit dem ersten Reservoir ist, wenn der Verschluß in dem geöffneten Zustand ist; und
einem externen Tintenreservoir (175), welches mit einem zweiten Ende der Tintenleitung zum Liefern von Tinte zu dem ersten Reservoir verbunden ist, wobei die Tinte von dem externen Tintenreservoir zu dem ersten Reservoir fließt, wenn in dem ersten Reservoir im Verhältnis zu einem Druck in dem externen Tintenreservoir ein Unter druck herrscht.
einem verschiebbaren Schlitten in einem Tintenstrahl drucker;
einer Druckkartusche (16) mit einem Druckkartuschenkör per, welche in dem Schlitten montiert ist;
einem ersten Reservoir (51) für Tinte in dem Körper;
einem Druckkopf, welcher auf dem Körper in Fluidverbin dung mit dem ersten Reservoir gehalten ist;
einer Tintennachfüllöffnung (24) an dem Körper zum Nachfüllen des ersten Reservoirs mit Tinte, nachdem ein Tintenvorrat in dem ersten Reservoir wenigstens teil weise entnommen wurde, wobei die Nachfüllöffnung einen Verschluß (24) aufweist, welcher selektiv in einen ge öffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand bring bar ist, wobei der geschlossene Zustand einen-Fluidver schluß des ersten Reservoirs vorsieht und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen einem externen Tintenreservoir und dem ersten Reservoir vorsieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nachfüllöffnung verbunden ist;
einer Tintenleitung mit einem ersten Ende, welches mit der Nachfüllöffnung verbunden und in Fluidverbindung mit dem ersten Reservoir ist, wenn der Verschluß in dem geöffneten Zustand ist; und
einem externen Tintenreservoir (175), welches mit einem zweiten Ende der Tintenleitung zum Liefern von Tinte zu dem ersten Reservoir verbunden ist, wobei die Tinte von dem externen Tintenreservoir zu dem ersten Reservoir fließt, wenn in dem ersten Reservoir im Verhältnis zu einem Druck in dem externen Tintenreservoir ein Unter druck herrscht.
2. Drucksystem nach Anspruch 1, bei dem das externe Tin
tenreservoir (175) in einem Außenkörper eines Tinten
strahldruckers untergebracht ist.
3. Drucksystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Nach
füllöffnung in einem Griffteil an dem Körper der Druck
kartusche (16) vorgesehen ist, wobei der Griffteil sich
von dem Körper der Druckkartusche nach außen erstreckt,
um das Einfügen der Druckkartusche in den und das Ent
fernen der Druckkartusche aus dem verschiebbaren
Schlitten in dem Drucker erleichtert.
4. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit
einer ersten Tintenfüllöffnung (46) an dem Körper zum
anfänglichen Füllen des ersten Reservoirs mit Tinte,
wobei die erste Tintenfüllöffnung mit einem ersten Ver
schluß versperrbar ist, nachdem das erste Reservoir am
Anfang mit Tinte gefüllt wurde.
5. Drucksystem nach Anspruch 4, bei dem die erste Tinten
füllöffnung in dieselbe Richtung weist wie die Tinten
ausstoßrichtung des Druckkopfs.
6. Drucksystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die erste
Tintenfüllöffnung für das Nachladen des ersten Reser
voirs mit Tinte nicht zugänglich ist, wenn die Druck
kartusche in den Schlitten eingefügt ist.
7. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem die Nachfüllöffnung (24) an dem Körper der Druck
kartusche so angeordnet ist, daß sie im wesentlichen so
weit wie möglich von dem Druckkopf entfernt ist.
8. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem das externe Tintenreservoir bei einer Position
liegt, die tiefer ist als der Körper der Druckkar
tusche, wenn die Druckkartusche in dem verschiebbaren
Schlitten in dem Drucker installiert ist.
9. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem der Verschluß (24) während des Druckens mit-der
Druckkartusche in seinem geöffneten Zustand ist, woraus
sich eine im wesentlichen kontinuierliche Nachladung
des ersten Reservoirs ergibt.
10. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem der Verschluß diskontinuierlich betätigbar ist, so
daß er für das periodische Nachfüllen von Tinte zu ver
schiedenen Zeiten während des Druckbetriebs entweder in
seinem geöffneten oder seinem geschlossenen Zustand
ist.
11. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem der Verschluß ein verschiebbares erstes Ventil auf
weist, welches sich durch eine Oberfläche des Körpers
erstreckt und in einer zu dieser Oberfläche des Körpers
im wesentlichen senkrechten Richtung verschiebbar ist,
wobei das erste Ventil in einer ersten Ventilstellung
in dem geöffneten Zustand ist und in einer zweiten Ven
tilstellung in dem geschlossenen Zustand ist.
12. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1
bis 10, bei dem der Verschluß eine Trennwand ist, durch
welche eine Nadel in Fluidverbindung mit dem externen
Tintenreservoir einfügbar ist, um eine Fluidverbindung
zwischen dem ersten Reservoir und dem externen Tinten
reservoir vorzusehen.
13. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem der Verschluß keine Umgebungsluft in das erste Re
servoir eintreten läßt, wenn dies in Fluidverbindung
mit dem externen Reservoir ist.
14. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem das erste Reservoir bei einem Unterdruck in Bezug
auf den Umgebungsdruck ist.
15. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem die Tintenleitung ein flexibles Rohr ist.
16. Drucksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem
die Tintenleitung eine Nadel ist.
17. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
dem die Tintenleitung nur mit- der Nachfüllöffnung ver
bunden ist, wenn der Druckkopf nicht druckt.
18. Verfahren zum Füllen einer Tintenstrahl-Druckkartusche
mit Tinte, wobei die Druckkartusche (16) in einem
Drucker installiert ist, mit folgenden Verfahrens
schritten:
Koppeln eines externen Tintenreservoirs (175) mit einer Nachfüllöffnung (24) an der Druckkartusche, wobei die Nachfüllöffnung in Fluidverbindung mit einem ersten Reservoir (51) in der Druckkartusche ist, wobei die Nachfüllöffnung einen Verschluß hat, welcher wahlweise in einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand gebracht wird, wobei der geschlossene Zustand einen Fluidverschluß des ersten Reservoirs vorsieht und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen dem externen Tintenreservoir und dem ersten Reservoir vor sieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nach füllöffnung verbunden wird;
Drucken mit der Druckkartusche (16) auf ein Medium, während die Druckkartusche über das Medium fährt; und
Übertragen von Tinte aus dem externen Tintenreservoir in das erste Reservoir (51) zu verschiedenen Zeitpunk ten, während die Druckkartusche in dem Schlitten ist und wenn der Verschluß in seinem geöffneten Zustand ist, wobei das erste Reservoir während der Übertragung im Verhältnis zu einem Druck in dem externen Tintenre servoir einen Unterdruck hat.
Koppeln eines externen Tintenreservoirs (175) mit einer Nachfüllöffnung (24) an der Druckkartusche, wobei die Nachfüllöffnung in Fluidverbindung mit einem ersten Reservoir (51) in der Druckkartusche ist, wobei die Nachfüllöffnung einen Verschluß hat, welcher wahlweise in einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand gebracht wird, wobei der geschlossene Zustand einen Fluidverschluß des ersten Reservoirs vorsieht und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen dem externen Tintenreservoir und dem ersten Reservoir vor sieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nach füllöffnung verbunden wird;
Drucken mit der Druckkartusche (16) auf ein Medium, während die Druckkartusche über das Medium fährt; und
Übertragen von Tinte aus dem externen Tintenreservoir in das erste Reservoir (51) zu verschiedenen Zeitpunk ten, während die Druckkartusche in dem Schlitten ist und wenn der Verschluß in seinem geöffneten Zustand ist, wobei das erste Reservoir während der Übertragung im Verhältnis zu einem Druck in dem externen Tintenre servoir einen Unterdruck hat.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Verschluß zu
verschiedenen Zeitpunkten während eines Druckvorgangs
in den geschlossenen Zustand und zu anderen Zeitpunkten
während des Drbckvorgangs in den geöffneten Zustand
gebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Verschluß für
eine im wesentlichen ununterbrochene Nachfüllung von
Tinte in das erste Reservoir während eines Druckvor
gangs geöffnet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem
das externe Tintenreservoir über ein flexibles Rohr mit
der Nachfüllöffnung verbunden wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem
das externe Tintenreservoir während der Übertragung von
Tinte unter der Druckkartusche gehalten wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei dem
während des Verbindens verhindert wird, daß Umgebungs
luft durch den Verschluß in das erste Reservoir ein
tritt, wenn es in Fluidverbindung mit dem externen Tin
tenreservoir ist.
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