DE19710677B4

DE19710677B4 - Tintenstrahl-Drucksystem

Info

Publication number: DE19710677B4
Application number: DE19710677A
Authority: DE
Inventors: Joseph E. San Diego Scheffelin; David S. San Diego Hunt; Mark E. Escondido Young; Elizabeth San Diego Zapata; Alfred San Marcos Zepeda; Christopher J. San Diego Shultz; Jon Manhattan Beach Fong
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: KR970064936A; US5852458A; KR100235283B1; DE19710677A1

Abstract

Tintenstrahldrucksystem mit
einem verschiebbaren Schlitten in einem Tintenstrahldrucker;
einer Druckkartusche (16) mit einem Druckkartuschenkörper, welche in dem Schlitten (18) montiert ist;
einem ersten Reservoir (51) für Tinte in dem Körper;
einem Druckkopf (98), welcher auf dem Körper in Fluidverbindung mit dem ersten Reservoir (51) gehalten ist;
einer Tintennachfüllöffnung (24) an dem Körper zum Nachfüllen des ersten Reservoirs (51) mit Tinte, nachdem ein Tintenvorrat in dem ersten Reservoir (51) wenigstens teilweise entnommen wurde, wobei die Nachfüllöffnung (24) einen Verschluß (24, 138) aufweist, welcher selektiv in einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand bringbar ist, wobei der geschlossene Zustand einen Fluidverschluß des ersten Reservoirs (51) vorsieht und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen einem externen Tintenreservoir (175) und dem ersten Reservoir (51) vorsieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nachfüllöffnung (24) verbunden ist;
einer Tintenleitung (330) mit einem ersten Ende, welches mit der Nachfüllöffnung (24) verbunden...

Description

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 Druckkopf und Tintenkanäle, welche von dem Tintenreservoir zu Tintenausstoßkammern führen, die an dem Druckkopf ausgebildet sind. Ein Tintenausstoßelement, wie ein Heizwiderstand oder ein piezoelektrisches Element, liegt innerhalb jeder Tintenausstoßkammer. Die Tintenausstoßelemente werden selektiv angesteuert (gezündet), wodurch ein Tintentröpfchen durch eine Düse ausgestoßen wird, welche über jeder aktivierten 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, können die einzelnen Punkte nicht mehr voneinander unterschieden werden, und es werden Zeichen und Bilder hoher Qualität gedruckt.
Wenn einmal der anfängliche Tintenvorrat in dem Tintenreservoir erschöpft ist, wird die Druckkartusche weggeworfen, und eine neue Druckkartusche wird an ihrer Stelle eingefügt. Der Druckkopf hat jedoch eine nutzbare Lebensdauer, die länger ist als die des Tintenvorrats. Es wurden Verfah ren zum Nachfüllen dieser Wegwerf-Druckkartuschen vorgeschlagen, diese Nachfülltechniken erfordern jedoch das Eindringen in den Körper der Druckkartusche auf eine Weise, welche vom Hersteller nicht beabsichtigt war, und bei der der Benutzer üblicherweise manuell Tinte in die Druckkartusche injizieren muß. Zusätzlich ist die Qualität der Nachfülltinte üblicherweise niedriger als die Qualität der ursprünglichen Tinte. Als Resultat führt ein solches Nachfüllen häufig dazu, daß Tinte aus den Düsen trielt, die Übertragung 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 gedruckten Bildes insgesamt abnimmt.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachfüllen einer Druckerkartusche aus einem Tintenreservoir über eine Tintennachfüllöffnung ist in der EP 0 704 309 A2 offenbart.
Das US 5 280 300 A stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachfüllen einer Druckerkartusche aus einem Tintenreservoir über ein Kapillarventil vor.
Es wird daher eine verbesserte Struktur zum Nachladen der Tintenversorgung in einer Tintenstrahl-Druckkartusche benötigt, welche unter keinen der obigen Nachteile der bestehenden Systeme leidt und für das Nachfüllen optimiert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Tintenstrahldrucksystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Es wird hier ein Tintendrucksystem beschrieben, welches einen Tintenstrahldrucker, eine entfernbare Druckkartusche mit einem Tintenreservoir, eine Anfangs-Füllöffnung (Füllport) 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 Tintenreservoir in der Druckkartusche aus einem federbelasteten zusammenlegbaren Tintenbeutel (Ink Bag), wobei die Feder die Seiten des Tintenbeutels auseinanderdrückt und so einen Unterdruck (negativen Druck) im Verhältnis zum Umgebungsdruck in dem Tintenbeutel aufrechterhält. Wenn während des Gebrauchs der Druckkartusche Tinte entnommen wird, fällt der Tintenbeutel zunehmend zusammen und überwindet die Federkraft.
Ein verschiebbares, im wesentlichen zylindrisches Tintenventil (Schieberventil) erstreckt sich durch den Körper der Druckkartusche und in den Tintenbeutel. Das Ventil hat einen männlichen Verbindungsabschnitt an seinem außerhalb des Körpers der Druckkartusche liegenden Ende. Das Ventil ist offen, wenn es in den Körper der Druckkartusche hineingedrückt wird, und es ist geschlossen, wenn es von dem Körper der Druckkartusche weggezogen wird.
Ein Tintennachfüllsystem, welches einen Tintenvorrat enthält, hat ein Schieber-Ventil mit einem weiblichen Verbindungsabschnitt, welches mit dem männlichen Verbindungsabschnitt des Druckkartuschenventils in Eingriff bringbar ist. Das Ventil des Tintennachfüllsystems erstreckt sich durch den Körper des Tintennachfüllsystems und in den Tintenvorrat 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 weitergehende Kraft, welche die Druckkartusche gegen das Tintennachfüllsystem drückt, bewirkt, daß beide Ventile in ihre jeweiligen Tintenreservoire gedrückt werden. Dieses weitere Einfügen bewirkt, daß sich beide Ventile öffnen, so daß ein luftdichter Fluidpfad zwischen dem Reservoir des Tintennachfüllsystems und dem entleerten Reservoir der Druckkartusche erzeugt wird.
Die Kraft, welche zum Verbinden der beiden Ventile benutzt wird, dient auch dazu, eine Halteelement an dem Tintennachfüllsystem mit einem Halteelement an der Druckkartusche zu verbinden, um die Druckkartusche in einer optimalen Position über dem Tintennachfüllsystem zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement eine zylindrische Muffe oder ein Rohrstück, welche jedes Ventil umgibt.
Der Unterdruck innerhalb des Tintenbeutels der Druckkartusche zieht die Tinte aus dem Reservoir des Tintennachfüllsystems in den Tintenbeutel, bis der Tintenbeutel im wesentlichen voll ist. Die Druckkartusche wird dann von dem Tintennachfüllsystem gelöst. Die mechanische Kopplung, welche 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 Tintennachfüllsystem eine Nachladung für die Druckkartusche.
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Tintenstrahldruckers, welcher die bevorzugte Ausführungsform der Tintenstrahl-Druckkartusche enthält;
2 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Druckkartusche, welche von einem scannenden Schlitten in dem Drucker von 1 getragen wird;
3 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Druckkartusche, welche ein Nachfüllventil enthält;
4 ist eine andere perspektivische Ansicht der Druckkartusche von 3;
5 ist eine Nahansicht des Nachfüllventils an der Druckkartusche von 3;
6 ist eine Explosionsdarstellung der Druckkartusche von 3 ohne Seitenabdeckungen;
7 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkartusche von 6 nach dem Zusammenbau und vor dem Anbringen der Seitenabdeckungen;
8 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkartusche von 7, wobei eine Seitenabdeckung angebracht ist;
9 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von
7 längs der Linie 9-9 in 7;
10A und 10B sind perspektivische Darstellungen des Schieber-Ventils, welches in der Druckkartusche von 7 verwendet wird;
11 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von 7 längs der Linie 11-11 in 7;
12 ist eine perspektivische Darstellung der Rückseite der Druckkopfanordnung, welche ein Druckkopfsubstrat enthält, das auf einem flexiblen Band montiert 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.
13 ist eine Schnittdarstellung der Struktur von 12 längs der Linie 13-13 in 12;
14 ist eine perspektivische Darstellung des Druckkopfsubstrats, welche die verschiedenen Tintenausstoßkammern und Tintenausstoßelemente zeigt, die auf dem Substrat ausgebildet sind;
15 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von 3 längs der Linie 15-15 in 3, welche die Zuführung von Tinte um die äußeren Kanten des Substrats und in die Tintenausstoßkammern zeigt;
16 ist eine geschnittene Teilansicht des Randes des Substrats und des flexiblen Bandes, welche die Abgabe von Tinte um den Rand des Substrats und in eine Tintenausstoßkammer zeigt;
17 ist eine geschnittene Teilansicht der Druckkartusche von 3 längs der Linie 17-17 in 3, welche die anfängliche Füllung des Druckkartuschenreservoirs mit Tinte zeigt;
18 und 19 zeigen das Einfügen einer Stahlkugel in das in 17 gezeigte Fülloch, um das Fülloch permanent zu versiegeln;
20 ist eine perspektivische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform des Tintennachfüllsystems in seinem Anfangszustand;
21 ist eine perspektivische Darstellung des Tintennachfüllsystems von 20, wobei das Tintennachfüllventil in Vorbereitung auf die Nachladung der Druckkartusche von 3 freiliegt,
22 ist eine Explosionsdarstellung des Tintennachfüllsystems von 20;
23A und 23B sind perspektivische Darstellungen des Schiebers, welcher bei dem bevorzguten Tintennachfüllsystem verwendet wird;
24 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Tintennachfüllsystems von 20;
25 ist eine perspektivische Draufsicht auf das Tintennachfüllsystem von 20, wobei die obere Abdeckung entfernt wurde und sowohl das Tintennachfüllventil als auch das Tintenfülloch für das Tinten nachfüllreservoir gezeigt sind;
26 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsystems von 25 längs der Linie 26-26 in 25, wobei das Nachfüllventil in der geschlossenen Stellung und das Tintenreservoir leer dargestellt sind;
27 ist eine schematische Darstellung des bevorzugten Verfahrens zum Füllen des Tintennachfüllsystems mit Tinte;
28 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsystems von 21 längs der Linie 28-28 in 21, nachdem das Tintennachfüllreservoir gemäß 27 mit Tinte gefüllt wurde;
29 zeigt die Druckkartusche von 3 in Verbindung mit dem Tintennachfüllsystem von 21, um das Tintenreservoir in der Druckkartusche nachzuladen;
30 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsystems von 29 längs der Linie 30-30 in 29, welche zeigt, daß das Nachfüllventil durch die Verbindung der Druckkartusche mit dem Tintennachfüllsystem geöffnet wird;
31, 32, 33 und 34 zeigen verschiedene Stellungen der Ventile an der Druckkartusche und dem Tintennachfüllsystem, während die Druckkartusche mit dem Tintennachfüllsystem verbunden und von diesem gelöst wird;
35 zeigt eine Ausführungsform eines wiederverwendbaren Schnapprings während eines Nachfüllvorgangs;
36 zeigt das Wischen der Druckkopfdüsen nach dem Nachfüllen der Druckkartusche, um den Düsenbereich zu reinigen;
37 ist eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Tintenstrahldruckers, bei dem Schläuche zwischen den Ventilen der Druckkartusche und einer getrennten Tintenversorgung angeschlossen sind, um die Druckkartuschen nachzufüllen;
38 ist eine Nahansicht des Ventilabschnitts der Druckkartusche, von der sich ein Schlauch erstreckt;
39 ist eine Schnittdarstellung eines Tintennachfüllsystems, welches ähnlich dem in 28 gezeigten ist, das jedoch eine Nadel und eine Trennwand anstelle des Schiebers verwendet;
40 ist eine Nahansicht der Trennwand der Druckkartusche, kurz bevor sie mit der Nadel des Tintennachfüllsystems in Kontakt kommt;
41 ist eine Nahansicht der Druckkartusche, welche mit dem Tintennachfüllsystem von 39 nachgefüllt wird; und
42 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Druckertintenkartusche mit einem innen angeordneten Tintenbeutel und einer Nachfüllkammer sowie einem Kapillarventil zwischen diesen.
1 zeigt einen Tintenstrahldrucker 10, welcher die bevorzugte Ausführungsform der nachladbaren Druckkartusche enthält. Der Tintenstrahldrucker 10 selbst kann ein üblicher Drucker sein. Eine Abdeckung 11 schützt den Druckmechanismus gegen Staub und andere Fremdkörper. Ein Papiereingabetablett 12 trägt einen Stapel Papier 14, um darauf zu drucken. Das Papier wird nach dem Drucken auf einem Ausgabetablett 15 abgelegt.
Beschreibung der Druckkartusche 16
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind vier Druckkartuschen 16 in einem scannenden Schlitten 18 montiert. 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 Stange 20 montiert, und der Schlitten 18 überstreicht das Papier 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 herkömmliche Weise ausgebildet sein können, wird der Drucker 10 nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben.
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 angegebenen 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 Druckkartuschen 16 vorzusehen.
Jede der Druckkartuschen 16 enthält ein Ventil 24, das geöffnet und geschlossen werden kann. Im geöffneten Zustand kann Tinte von einer externen Tintenversorgung durch das Ventil 24 und in das Tintenreservoir innerhalb der Druckkartusche 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 Benutzer 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 5 408 746 A , mit dem Titel "Datum Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a Printer", von Jeffrey Thoman et al.
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 Electric Company vertriebenen Material. Seitenabdeckungen 32 können aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Bezugselemente 34, 35 und 36 beziehen sich auf die Position der Druckkartusche 16, wenn sie in dem Schlitten 18 montiert ist. Die Bezugselemente 34, 35 und 36 werden maschinell bearbeitet, nachdem das Düsenbauteil 40 auf einer Druckkartusche 16 installiert wurde, um zu gewährleisten, daß die jeweiligen Düsen aller vier Druckkartuschen 16 zueinander 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 5 408 746 A 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 5 305 015 A , mit dem Titel "Laser Ablated Nozzle Member for Inkjet Printhead", von Christopher Schantz et al. 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 Einschub in dem Schlitten 18 eingefügt wird. Die Laschen 45 sind für schwarze, Zyan-, Magenta- und gelbe Druckkartuschen 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 verschlossen, welche dauerhaft sein soll. Der Füllvorgang wird später beschrieben.
4 ist eine weitere perspektivische Ansicht der Druckkartusche 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 ausgebildet 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 (2) an dem Schlitten 18, um die Druckkartuschen 16 auf dem Schlitten 18 in ihrer Position zu verriegeln.
5 ist eine Nahansicht des Druckkartuschenventils 24, welches von der zylindrischen Muffe 26 umgeben ist, die Teil eines Griffs 28 bildet. Stützflansche 52 schaffen einen zusätzlichen Halt für den Griff 28.
6 ist eine Explosionsdarstellung der Druckkartusche 16 von 3 ohne Seitenabdeckungen 32. 6 zeigt die Konstruktion des zusammenlegbaren Tintenbeutels 51, der in 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 Kunststoff hergestellt, welcher flexibler ist als der, welcher zum Herstellen des Außenrahmens 30 verwendet wird, und eine niedrigere Schmelztemperatur hat. Ein geeignetes Kunststoffmaterial ist eine weiche Polyolefinlegierung. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Außenrahmen 30 als ein Teil der Form verwendet, wenn der Innenrahmen 54 hergestellt wird. Zusätzliche Einzelheiten im Bezug auf die Herstellung 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 Cartridge", von David Swanson, veröffentlicht als US 5 515 092 A .
Es ist eine Bogenfeder 56 vorgesehen, welche aus einem Metallstreifen geschnitten werden kann, z. B. aus rostfreiem Stahl. Die Scheitelpunkte der gebogenen Teile der Bogenfeder 56 sind mit einem mittleren Teil der starren Metallsei tenplatten 58 und 59 durch Punktschweißen oder Laserschweißen verbunden. Es ist ein Paar flexibler Tintenbeutel-Seitenwände 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 5 450 112 A beschrieben ist.
Die Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels liegen nun den Seitenplatten 58 und 59 gegenüber und spannen so die Bogenfeder 56 vor. Die Bogenfeder 56 wirkt nun als ein Druckregler, 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 akzeptabler 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, einschließlich der Düsenöffnungsarchitektur, der Geometrie der Druckkartusche 16 (einschließlich den äußeren Ausdehnungsgrenzen des Tintenbeutels 51, welche durch die Dicke der Druckkartusche 16 bestimmt werden), und der horizontalen/vertikalen 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 (7) zusammen.
Optional kann ein Kantenschutz an der Oberfläche der Metallseitenplatten 58 und 59 angebracht werden, um zu verhindern, daß die Metallkanten der Platten 58 und 59 in Kontakt mit den Seitenwänden 61 und 62 des Tintenbeutels kommen und diesen zerreißen. Dieser Kantenschutz kann eine dünne Abdeckschicht aus Kunststoff sein, welche an die Außenseite 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, bevor 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 Druckkopf.
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. 7 zeigt die Struktur der 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 Tintenpegeldetektors festgestellt, welcher in den 6 und 7 dargestellt und wie folgt ausgebildet ist. Ein erster Papierstreifen 70 mit einer Vollfarbe, wie grün, wird an der Seitenwand 62 des Tintenbeutels mit einem Klebmittel 72 befestigt, das mit einem Bereich 73 an der Seitenwand 62 verbunden 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 (3) einmal an der Druckkartusche 16 befestigt sind, wird ein Streifen 84 mit einem transparenten Fenster 85, das ein Loch oder ein durchsichtiger Abschnitt sein kann, über der vertieften Oberfläche 75 befestigt, indem die Kanten 86 an den jeweiligen Seitenabdeckungen 32 der Druckkartusche 16 angeklebt werden. Wenn die flexiblen Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels näher zusammenkommen, während Tinte aus dem Tintenbeutel 51 abgegeben wird, zeigt das Fenster 78 in dem Streifen 77 immer weniger der Farbe des Streifens 70, gesehen durch das Fenster 85, bis die grüne Farbe des Streifens 70 durch das Fenster 85 nicht mehr sichtbar ist und nur noch der schwarze Streifen 77 durch das Fenster 85 erscheint. Die Druckkartusche 16 muß dann über das Ventil 24 mit dem später beschriebenen Verfahren nachgeladen werden.
8 zeigt mit weiteren Einzelheiten eine starre Seitenabdeckung 32 und das Verfahren zum Befestigen dieser an dem Außenrahmen 30 der Druckkartusche. Es sind in dem Außenrahmen 30 ausgebildete Schlitze 87 gezeigt, welche mit den Zungen 88 fluchten, die in den Seitenabdeckungen 32 ausgebildet sind. Wenn die Zungen 88 in die Schlitze 87 eingefügt 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 Seiten der Schlitze 87 bildet, um eine kraftschlüssige Verbindung der Seitenabdeckungen 32 an dem Rahmen 30 mit hohem Reibwert zu erzeugen. Optional kann auch ein Klebstoff verwendet werden, um die Seitenabdeckungen 32 an dem Rahmen 30 zu befestigen.
9 ist eine Schnittdarstellung des Teils des Außenrahmens 30 und des Innenrahmens 54 der Druckkartusche 16 längs der Linie 9-9 in 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 gezeigt. Beim Spritzgießen des Innenrahmens 54, wobei der Außenrahmen 30 als Teilform verwendet wird, wird ein fluiddichter Ventilverschluß 89 gebildet, durch welchen das Schieber-Ventil 24 eingefügt wird. Das Ventil 24 kann aus einem Niederdichte-Polyethylen (LDPE), Teflon^TM oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden. In dem Querschnitt von 9 ist auch eine Tintenfüllöffnung (Füllport) 46 gezeigt. Ebenfalls gezeigt ist ein vereinfachter Abschnitt eines Druckkopfsubstrats 90.
Weitere Einzelheiten des Ventils 24 sind in den 10A und 10B gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Ventil 24 aus einem hohlen Schaftabschnitt 91, welcher ein Loch 92 aufweist, das in der Seite des Schaftabschnittes 91 ausgebildet ist, sowei 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 begrenzen. Die Klemmschelle 95 kann aus einem Hochdichte-Polyethylen (HDPE), Polycarbonat oder einem anderen geeigneten 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 Länge des Ventils 24 0,582 Inch; ein annehmbarer Bereich kann jedoch von etwa 0,25 bis 1,0 Inch sein, abhängig von Gestaltungsfaktoren wie Ergonomik und Zuverlässigkeit. Der Außendurchmesser des Ventils 24 beträgt etwa 0,154 Inch, es kann jedoch praktisch jeden Durchmesser annehmen.
11 zeigt eine Schnittdarstellung der Struktur von 7 längs der Linie 11-11, welche die Bogenfeder 56, die flexiblen Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels, die metallenen Seitenplatten 58 und 59 und den optionalen Kantenschutz 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 federbelasteten Tintenbeutels findet man in der US-Patentanmeldung Nr. 08/454,975, welche am 31. Mai 1995 eingereicht wurde, mit dem Titel "Continuous Refill of Spring Bag Reservoir in an Ink-Jet Swath Printer/Plotter", von Joseph Scheffelin et al., veröffentlicht als US 5 745 137 A .
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. 12 zeigt eine Rückseite der Druckkopfanordnung 98, wobei man ein Siliziumsubstrat 90 sieht, das an der Rückseite eines flexiblen Bandes 42 montiert ist. Die Druckkopfanordnung 98 wird letztendlich an dem Körper der Druckkartusche 16, wie in 4 gezeigt, durch Verstemmen unter Anwendung von Wärme angebracht. Das Band 42 kann aus einem Polyimid oder einem anderen Kunststoff bestehen. Für eine Kante einer Grenzschicht 100, die auf dem Substrat 90 ausgebildet ist, ist gezeigt, daß sie Tintenkanäle 102 und Tintenausstoßkammern enthält, welche später noch beschrieben werden. Die Tintenausstoßkammern können auch als Verdampfungskammern angesehen werden, wenn der Druckkopf ein Thermo-Druckkopf ist.
Leitende Spuren 104 werden auf der Rückseite des Bandes 42 mittels eines herkömmlichen fotolitographischen oder Plattierungs-Verfahrens ausgebildet, wobei die Spuren 104 bei Kontaktfeldern 48 enden, welche zuvor mit Bezug auf 4 erwähnt wurden. Die anderen Enden der Spuren 104 sind mit Elektroden 108 (13) auf dem Substrat 90 verbunden. In dem Band 42 werden Fenster 106 und 107 dazu verwendet, Zugriff auf die Enden der Spuren 104 zu ermöglichen, um diese Enden mit den Elektroden 108 auf dem Substrat 90 zu verbinden.
13 zeigt eine geschnittene Seitenansicht, welche längs der Linie 13-13 in 12 aufgenommen wurde, und welche die Verbindung der Enden der leitenden Spuren 104 zu den Elektroden 108 auf dem Substrat 90 darstellt. Wie in 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 dargestellt, welche durch in dem Band 42 ausgebildete Düsen ausgestoßen werden, nachdem Düsenausstoßelementen, welche den Düsen jeweils zugeordnet sind, angeregt wurden.
14 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Substrats 90, welches Tintenausstoßkammern 114, Tintenkanäle 102, welche zu den Tintenausstoßkammern 114 führen, und Tintenausstoßelemente 118 aufweist, welche bei der bevorzugten 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 fotolithographischer Techniken hergestellt. Eine Klebschicht 120 ist über der Grenzschicht 100 ausgebildet, um das Substrat 94 klebend an der Rückseite des Bandes 42 zu befestigen.
Einschnürungspunkte 122 schaffen eine proportionale Dämpfung 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 Grenzschicht 100 liegt, wenn er an der Grenzschicht 100 befestigt ist. Zwei angrenzende vergrößerte Bereiche 124 wirken ebenfalls als Einschnürung für den Eingang der Tintenkanäle 102, um die Ausfilterung großer Fremdkörperpartikel zu unterstützen.
Es sind Elektroden 108 dargestellt, welche mit Phantomspuren 104 verbunden werden, nachdem das Substrat 90, wie zuvor beschrieben, an dem Band 42 befestigt ist. Grenzab schnitte 110 isolieren die Spuren 104 gegenüber der Oberfläche des Substrats 90. Es können auch andere Ausführungsformen für die Tintenausstoßkammern eingesetzt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Tintenausstoßkammern 114 einen Abstand, mit der eine Druckauflösung von 600 dpi erreicht wird.
Die Schaltung auf dem Substrat 90 wird durch einen Demultiplexer 128 dargestellt. Der Demultiplexer 128 ist mit den Elektroden 108 verbunden und verteilt die elektrischen Signale, welche an die Elektroden 108 angelegt werden, auf die verschiedenen Tintenausstoßelemente 118 derart, daß weniger Elektroden 108 als Tintenausstoßelemente 118 benötigt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wiederholen 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 Grundelement als auch ein bestimmtes Tintenausstoßelement 118 in einem zu adressierenden Grundelement gleichzeitig adressiert werden müssen, kann die Anzahl der Elektroden 108 auf dem Substrat 90 und die Anzahl der Kontaktfelder 48 (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 Resolution Printing", von Brian Keefe et al., veröffentlicht als US 5 648 805 A .
15 ist eine Schnittdarstellung längs der Linien 15-15 in 3, die zeigt, wie Tinte von dem zusammenfaltbaren Tintenbeutel 51 durch den Haupttintenkanal 66 (der auch in 7 gezeigt ist), um die Außenkanten 129 des Substrats 90 und in die Tintenkanäle 102 (14) und Tintenausstoßkammern 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.
16 zeigt eine teilweise geschnittene Nahansicht der Druckkopfanordnung 98, in der man eine Düse 44, eine vereinfachte Tintenausstoßkammer 114 und verschiedene andere Elemente sieht, welche die Druckkopfanordnung 98 bilden, die mit Bezug auf die 12–14 beschrieben wurde. Wie man sieht, strömt der Tintenpfad 130 um die Außenkante 129 des Substrats 90.
Die 17–19 zeigen das bevorzugte Verfahren, um zu Anfang die Druckkartusche 16 durch das Tintenfülloch 46 (welches man am besten in 3 sieht) mit Tinte zu füllen. Die 17–19 sind längs der Linie 17-17 in 3 aufgenommen 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 Tintenfülloch 46 eingespritzt wird. Wie später beschrieben, hilft das CO₂ dabei, daß sich keine Luftblasen in dem Tintenbeutel 51 bilden, nachdem er mit Tinte gefüllt wurde. Ein Tintenabgaberohr 134 wird dann durch das Tintenfülloch 46 eingeführt, 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 (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 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 3.
Die Druckkartusche 16 wird dann so positioniert, daß ihre Schnauze bei dem höchsten Punkt liegt, und alle überschüssige 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 Düsen 44 gesaugt, um den anfänglichen Unterdruck in dem Tintenbeutel 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 Tintenkanäle, gekoppelt mit der Viskosität der Tinte, zieht der Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 keine Luft durch die Düsen 44. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Kapazität des Tintenbeutels 51 etwa 50 Milliliter.
Die fertige Druckkartusche 16 wird dann in den Drucker von 1 auf herkömmliche Weise eingesetzt, und der Tintenbeutel 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.
Beschreibung des Tintennachfüllsystems 150
Im folgenden wird eine bevorzugte Vorrichtung zum Nachladen der Druckkartusche 16 über das Ventil 24 beschrieben.
20 ist eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Tintennachfüllsvstems 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 Tintennachfüllsystem 150 umfaßt einen aufklappbaren Deckelabschnitt 152, der ein Tintenversorgungsventil gegen unbeabsichtigtes Öffnen schützt und verhindert, daß sich Staub und anderer Schmutz in dem Ventil ansammelt. Das Tintennachfüllsystem 150 umfaßt auch ein Schaumkissen 154 zum Reinigen des Düsenbauteils 40 (3) der Druckkartusche 16 nach dem Nachfüllen.
21 zeigt ein Tintennachfüllsystem 150, nachdem der Deckel 152 geöffnet wurde, um das Ventil 156, einen Sprengring 157, eine zylindrische Muffe 158 und eine Führungszunge 160 zugänglich zu machen. Die zylindrische Muffe 158 hat einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Muffe 26 (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 Einzelheiten beschrieben.
22 ist eine Explosionsdarstellung des Tintennachfüll systems 150 von der Seite. Das Tintennachfüllsystem 150 besteht aus einer Basis 161, einem flexiblen Tintenreservoirboden 162, einem Tintenreservoir-Oberteil 163, einem weiblichen Absperrschieber (verschiebbares Ventil) 156, welches mit dem männlichen Ventil 24 in der Druckkartusche 16 in Eingriff bringbar ist, einem Sprengring 157 und einem oberen Abschnitt 164. Die Basis 161, das Tintenreservoir-Oberteil 163 und der obere Abschnitt 164 können unter Verwendung eines geeigneten Kunststoffs durch Spritzgießen hergestellt werden. Der Tintenreservoirboden 162 wird aus einem flexiblen Film, wie Mylar oder EVA, hergestellt. Ein solcher flexibler Film kann der neunschichtige Film sein, welcher 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 23A und 23B gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht 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 Tintenreservoir 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 31 gezeigt ist) ist in der Nähe der Oberseite des Ventils 156 ausgebildet, in welcher die Rippe 96 (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.
24 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Tintennachfüllsystems 150, welche den konvexen unteren Abschnitt 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. Nachdem 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.
25 ist eine perspektivische Ansicht des Tintennachfüllsystems 150 von oben, wobei der obere Teil 164 (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 22 gezeigt ist. Die Struktur von 25 ist im folgenden als eine Zwischenstruktur 174 bezeichnet.
26 ist eine Schnittdarstellung der Zwischenstruktur 174 von 25 längs der Linie 26-26 in 25. Bei diesem Punkt des Herstellungsprozesses ist das Tintenreservoir 175 in dem Tintennachfüllsystem 150 leer, und das Ventil 156 ist in seiner geschlossenen Stellung, wie in 26 gezeigt.
Das Verfahren zum Füllen des Tintenreservoirs 175 ist in 27 gezeigt. In einem ersten Schritt weist das Tintenfülloch 173 der Zwischenstruktur 174 nach oben, so daß das Tintenreservoir 175 mit Tinte gefüllt werden kann. Eine Hohlrohrleitung 176 wird in das Tintenfülloch 173 eingefügt, und Luft in dem Tintenreservoir 175 wird mittels einer Pumpe 178 abgepumpt. Zu diesem Zeitpunkt liegt der flexible Tintenreservoirboden 162 im wesentlichen flächig gegen 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 flexible Tintenreservoirboden 162 in seine in 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 verwendete 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 Tinte 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 absorbieren kann, welche nach dem Ausspülen des Tintenreservoirs 175 mit CO₂ verbleiben.
Die bevorzugte Tinte ist eine Tinte auf Pigmentbasis, welche Partikel (z. B. Kohlenstoffschwarz) suspendiert in ein Fluid enthält. Eine solche Tinte auf Pigmentbasis wird gegenüber einer Tinte auf Farbstoffbasis bevorzugt, weil die Tinte auf Pigmentbasis eine höhere optische Dichte und Dauerhaftigkeit 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 Tintenfülloch 173 permanent zu verschließen. Der obere Abschnitt 164 (22) schnappt dann über das Tintenreservoir-Oberteil 123, um die Struktur des Tintennachfüllsystems 150 zu vervollständigen. Eine Schnittdarstellung des nun gefüllten Tintennachfüllsystems 150, längs der Linie 28-28 in 21 ist in 28 gezeigt. In der Figur sieht man, daß die Tinte 184 das Tintenreservoir 175 vollständig füllt.
Nachladen der Druckkartusche 16 mit dem Tintennachfüllsystem 150
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 (3) an der Druckkartusche 16 von der zylindrischen Muffe 158 (21) an dem Tintennachfüllsystem 150 aufgenommen wird. Andere Techniken zum Halten der Druckkartusche 16 in der gewünschten Position können beliebige geeignete Verbindungselemente an der Druckkartusche 16 und dem Tintennachfüllsystem 150 verwenden. Die Führungszunge 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 Ventilabschnitt des Tintennachfüllsystems 150, bis die Ventile 24 und 156 verbunden sind und der Tintenbeutel 51 und das Tintenreservoir 175 in Fluidverbindung stehen.
30 ist eine Schnittdarstellung des Tintennachfüllsystems 150 längs der Linie 30-30 in 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 23B gezeigt ist. Der Sprengring 157 ist in seiner unteren Stellung 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 31 bis 34 be schrieben. In 31 sind die Druckkartusche 16 und das Tintennachfüllsystem 151 noch nicht in Verbindung, und beide 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 9 sieht. Der obere Abschnitt des Ventils 24 ist in direktem Kontakt mit der Tinte in dem Tintenbeutel 51 (7) in der Druckkartusche 16. Das Ventil 156 in dem Tintennachfüllsystem 150 ist ähnlich in seinem geschlossenen Zustand gezeigt, wobei die Tinte in dem Tintenreservoir 175 bei oder sehr nahe bei dem unteren Abschnitt des Ventils 156 ist. Eine Dichtung 189, welche in dem Tintenreservoir-Oberteil 153 ausgebildet ist, umgibt das Ventil 156 und versperrt das Loch 166.
Ebenfalls in 31 sind Stützflansche 52 gezeigt, die eine zusätzliche Unterstützung für den Griff 28 (5) schaffen, sowie der Sprengring 157, der von einer ringförmigen Rippe 194 an der Muffe 158 getragen wird. Die Druckkartusche 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 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 Benutzer eine fühlbare Rückkopplung, und die Abwärtsbewegung der Druckkartusche wird auf natürliche Weise durch das Freiwerden des Sprengrings 157 über der Rippe 194 beschleunigt.
Gleichzeitig kommt die Rippe 96 in der Nähe der Oberseite des Ventils 24 in Eingriff mit der 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 Innenrahmen 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 Ventile 24 und 156 in ihre offenen Stellungen gleiten. Ein gewisses Überschiessen der Rippe 96 in der Ausnehmung 171 wird zugelassen, um eine zusätzliche fühlbare Rückkopplung für den Benutzer vorzusehen, welche anzeigt, daß die Ventile 24 und 156 nun verbunden sind. Die Verbindung der Rippe 96 und der Ausnehmung 171 ist auch wichtig, damit die Ventile automatisch zugezogen werden können, wenn die Druckkartusche 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 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 (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 Tintenbeutel 51 zu füllen und die Tinte im wesentlichen vollständig aus dem Tintenreservoir abzuziehen. Dieser Vorgang ist aufgrund des niedrigen Unterdrucks relativ langsam, und er kann in der Größenordnung von einer bis drei Minuten dauern.
Das Setzen der Druckkartusche 16 auf das Tintennachfüllsystem 150, wie in 29 gezeigt, bewirkt, daß der Tintenbeutel 51 bei einer vorgegebenen Höhe über dem Tintenreservoir 175 ist, so daß immer ein Unterdruck in dem Tintenbeutel 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 davon, 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 ergebende Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 ist immer der gleiche.
Das Anordnen des Ventils 24 in dem Griff 28 macht es mög lich, daß die Druckkartusche 16 mit ihrem bevorzugten Winkel angeordnet wird, wie in 29 gezeigt. Der Griff 28 dient auch zum Schützen des Ventils 24 während der Herstellung 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 34 gezeigt, in der Richtung des Pfeiles 195 abgehoben. In 34 schließt das Heben der Druckkartusche 16 das Ventil 156 und das Ventil 24, um so den Tintenbeutel 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 überwunden werden muß.
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 35 weist der Sprengring 157 nachgiebige Zungen 196 auf, welche mit den Flanschen 52 in Eingriff bringbar sind. Wenn die Druckkartusche 16 dann angehoben wird, wird der Sprengring 157 zurück in seiner Position an der Muffe 158 gehoben.
Wie in den 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 Abschnitt 197 (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 (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 Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen. Zusätzlich kann die Ausnehmung 171 mit einer horizontaleren oberen Lippe 200 (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 andere 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 Ventile richtig verbunden sind; die Erhöhung der Gleitkraft der Ventile 24 und 156 beim Hineinschieben; eine Federbelastung 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 Sprengring 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 entweder von dem mit Bezug auf 6 beschriebenen Tintenpegel-Indikator ermittelt wird, oder indem man die Verbindung der Druckkartusche 16 mit dem Tintennachfüllsystem 150 während einer vorgegebenen Zeitspanne aufrechterhält, kann das Düsenbauteil 40 (3) mit einem Schaumkissen 154, welches eine geeignete Reinigungslösung enthält, abgewischt werden, wie in 36 gezeigt. Am Anfang wird ein Band (nicht gezeigt) über dem Schaumkissen 154 vorgesehen, welches 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 (1) eingesetzt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Drucker 10 (1) eine automatische Wartungsstation, welche einen Verschluß über den Düsen 44 (3) erzeugt und den Druckkopf 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 Tintennachfüllsystem und einem Verfahren zum Nachladen der Druckkartusche mit dem Nachfüllsystem beschrieben. Andere Arten von Ventilen und Dichtungen oder Verschlüssen können verwendet werden, um das automatische Öffnen und Schließen der bevorzugten Ventile durchzuführen, und die alternativen Ausführungsformen gehören in den Bereich der Erfindung.
Alternative Ausführungsform des Nachfüllsystems
Die 37 und 38 zeigen eine alternative Ausführungsform, welche entweder eine kontinuierliche Nachfüllung des Tintenbeutels 51 in der Druckkartusche 16 oder ein unterbrochenes Füllen jeder Druckkartusche 16 zu verschiedenen Zeitpunkten, zu denen der Drucker 10 aktiviert ist, vorsieht.
Der Drucker 10 in 37 kann identisch zu dem in 1 gezeigten Drucker sein, er enthält jedoch zusätzlich ein austauschbares Tintenreservoir 202, das gestrichelt gezeichnet ist, mit schwarzer, Zyan-, Magenta- und gelber Tinte für die vier Druckkartuschen 16, welche in dem scannenden Schlitten 18 getragen werden. Anstelle des Ventils 156 in 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 31–34 beschriebene Vorgehensweise ist.
38 zeigt einen Schlauch 204, der sich von der zylindrischen Muffe 26 an der Druckkartusche 16 erstreckt.
Wenn Tinte während des Druckens aus dem Tintenbeutel 51 in jeder Druckkartusche 16 entnommen wird, zieht die Kapillarwirkurig Tinte durch die flexiblen Schläuche 204 in die jeweiligen 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 Fluiddichtung zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Ende des Schlauches 204 einfach über das Ende des Ventils 24 geschoben.
Die Ausführungsformen der 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 Tintenversorgung 202 gewechselt wird.
Nadel- und Trennwand-Alternative zu den Nachfüllventilen
Anstelle der zuvor beschriebenen zusammenwirkenden Ventile 24 und 156 können eine Nadel und eine Trennwand oder Scheidewand (Septum) für das Nachfüllen der Druckkartusche mit Tinte aus dem Tintennachfüllsystem verwendet werden. Die 39–41 zeigen diese alternative Ausführungsform.
Eine Schnittdarstellung eines Tintennachfüllsystems 210 ist in 39 gezeigt, welche ähnlich der Schnittdarstellung aus 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 umgibt das Loch 214 und wird von einer Feder 220 nach oben gedrückt. Die Hülse 218 besteht vorzugsweise aus einem relativ 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 Tinte 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.
40 zeigt eine Nahansicht des Nadelabschnitts von 39 und eine geschnittene Nahaufnahme einer Druckkartusche 226, die identisch zu der zuvor beschriebenen Druckkartusche 16 ist, abgesehen davon, daß das Ventil 24 (5) durch eine Gummitrennwand oder -scheidewand (Septum) 228 ersetzt ist. Die Trennwand 228 ist im wesentlichen zylindrisch mit einem eingeformten Schlitz durch ihre Mitte. Viele verschiedene Formen der Trennwand 228 können verwendet werden, um die gewünschte Fluiddichtung zu erreichen. Die Trennwand 228 wird mit Preßsitz in die zylindrische Muffe 26 der Druckkartusche 226 eingebracht, wobei die Kompression aufgrund des Einfügens den eingeformten Schlitz schließt. Dies erzeugt eine Fluiddichtung für die Tinte in dem Unterdruck-Tintenbeutel 51. Bei der bevorzugten Ausführungsform 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 Tintenströmungswiderstand zu senken und um ein seitliches Loch 214 zu ermöglichen.
41 zeigt die Druckkartusche 226, welche auf das Tintennachfüllsystem 210 gedrückt und wie in 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 Druckkartusche 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 zurück in seine ursprüngliche Position, wodurch das Loch 214 geschlossen wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Nadelstruktur des Tintennachfüllsystems 210 bei der Druckkartusche 226 angeordnet, und die Trennwand 228 gehört zu dem Tintennachfüllsystem 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 Tintenbeutel verbunden ist, oder sie bildet einen Teil eines anderen geeigneten alternativen Tintennachladesatzes.
Alternative Ausführungsformen
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 Umfangswand 314 hat, welche einen zusammenlegbaren Tintenbeutel 315 enthält, sowie eine Tintenreservekammer 320 darin. Der Beutel 315 besteht aus einem Paar rechteckiger flexibler 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 Leichtgewicht-Metallplatten 322, 323 darin, welche von einer doppelt 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 Druckerdüsenplatte abgegeben, welche allgemein durch das Bezugszeichen 327 angegeben ist.
Das Tintenkartuschengehäuse 311 enthält eine Trennwand 311a auf einer Seite des Tintenbeutels 315, welche eine nachfüllbare Tintenreservekammer 320 in dem Gehäuse 311 abgrenzt. Die Tintenreservekammer 320 ist durch eine Fluidleitung 330 mit dem zusammenlegbaren Tintenbeutel 315 verbunden. 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 Füllöffnung 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 Tintenbeutel 315 und der Tintenreservekammer 320 erstreckt. Das Ventil 340 bestimmt den Tintenstrom durch die Leitung 330. Das Kapillarfiltermaterial kann aus jedem tintenverträglichen Material hergestellt werden, welches eine effektive Kapillarkraft hat, die größer ist als die Kapillarkraft der Druckerdüsenplatte 327. Das Filtermaterial des Kapillarventils umfaßt vorzugsweise ein gewebtes Drahtsieb aus rostfreiem Stahl mit hoher Schmutzaufnahmekapazität. Ein derartiges Filtermaterial wird unter der Markenbezeichnung RIGIMESH von Pall Process Filtration Company aus East Hills, New York, USA, verkauft. Ein RIGIMESH Typ J, gesintertes gewebtes Drahtsiebfilter mit einer nominalen Filterrate von zehn und einem absoluten Nennwert von fünfundzwanzig in Flüssigkeiten, ist der derzeit bevorzugte Filter. Das Kapillarventil läßt bereitwillig Tinte aus der Reservekammer 320 in den zusammenlegbaren Beutel 315 durch, welcher durch die Wirkung der Doppelbogenfeder 325 unter Atmosphärendruck, oder bei Unterdruck, gehalten wird. Mit anderen Worten, der Druck in dem Beutel 315 wird bei einem niedrigeren Druck gehalten, als der Druck in der Reservekammer 320, so daß Tinte automatisch durch das Kapillarventil 340 in der Leitung 330 aus der Reservekammer 320 in den Beutel 315 gezogen wird.
Die Eigenschaften des kapillaren Filtermaterials sind derart, daß es leicht Tinte durchläßt, wenn sowohl seine Einlaßoberfläche 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 Einlaßseite 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 Tintenbeutel 315 verbleibende Tinte während des Betriebs des Druckers durch die Düsenplatte 327 abgegeben, bis der Tintenvorrat vollständig erschöpft ist.
Eine solche Anordnung aus Tintenbeutel, Reservoir, Verbindungsleitung und Ventil hat den Vorteil, daß der Tintenvorrat in dem zusammenlegbaren Beutel 315 nicht direkt überwacht werden muß, und daß das mögliche unabwendbare Eindringen von Gasen in den Beutel dadurch vermieden wird. Um den Tintenvorrat in der Tintenreservekammer 320 nachzufüllen, wird der Schraubdeckel 332 entfernt, und Tinte aus einem externen Reservoir wird durch die Füllöffnung eingefüllt. Ein durchsichtiges Fenster oder eine Sicht-Meßeinrichtung kann vorgesehen werden, so daß der Tintenpegel in der Reservekammer 320 optisch überwacht werden kann.
Die Fluidbrücke zwischen dem Tintenbeutel 315 und der Tintenreservekammer 320 ist somit selbst abdichtend, selbstentleerend und selbstansaugend. Auch während des Nachfüllvorgangs werden Luftblasen oder Gase, welche vorhanden sein können, von der Fluidbrücke entfernt, so daß es keine Störung in der Strömung der Nachfülltinte gibt und keine Luftblasen oder Gase in den Tintenbeutel eintreten können.
Schlußbemerkung
Während besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne die Erfindung in ihren breiteren Aspekten zu verlassen, und daß die folgenden 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 Tintenreservoir in dem Tintennachfüllsystem in Fluidverbindung mit dem Tintenbeutel in der Druckkartusche 16, 226 oder 310 gebracht werden kann. Obwohl ein Unterdruck-Tintenbeutel beschrieben wurde, ist weiterhin ein solcher Unterdruck-Tintenbeutel nicht unerläßlich. Der Tintenbeutel in der Druckkartusche 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 Druckkartusche angehoben wird, oder indem die externe Tintenversorgung mit einem internen Überdruck versehen wird. Das Hilfsreservoir kann ein schlaffer Beutel oder ein starres Gefäß sein, welches belüftet oder nicht belüftet sein kann. Der Überdruck kann mit einem federbelasteten Beutel, einem Balgen, einer Spritze, einem Druckregler in Reihe mit dem Hilfstintenreservoir und der Druckkartusche oder mit jeder anderen bekannten Technik erreicht werden.

Claims

Tintenstrahldrucksystem mit einem verschiebbaren Schlitten in einem Tintenstrahldrucker; einer Druckkartusche (16) mit einem Druckkartuschenkörper, welche in dem Schlitten (18) montiert ist; einem ersten Reservoir (51) für Tinte in dem Körper; einem Druckkopf (98), welcher auf dem Körper in Fluidverbindung mit dem ersten Reservoir (51) gehalten ist; einer Tintennachfüllöffnung (24) an dem Körper zum Nachfüllen des ersten Reservoirs (51) mit Tinte, nachdem ein Tintenvorrat in dem ersten Reservoir (51) wenigstens teilweise entnommen wurde, wobei die Nachfüllöffnung (24) einen Verschluß (24, 138) aufweist, welcher selektiv in einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand bringbar ist, wobei der geschlossene Zustand einen Fluidverschluß des ersten Reservoirs (51) vorsieht und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen einem externen Tintenreservoir (175) und dem ersten Reservoir (51) vorsieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nachfüllöffnung (24) verbunden ist; einer Tintenleitung (330) mit einem ersten Ende, welches mit der Nachfüllöffnung (24) verbunden und in Fluidverbindung mit dem ersten Reservoir (51) ist, wenn der Verschluß in dem geöffneten Zustand ist; einem externen Tintenreservoir (175), welches mit einem zweiten Ende der Tintenleitung (330) zum Liefern von Tinte zu dem ersten Reservoir (51) verbunden ist, wobei die Tinte von dem externen Tintenreservoir (175) zu dem ersten Reservoir (51) fließt, wenn in dem ersten Reservoir (51) im Verhältnis zu einem Druck in dem externen Tintenreservoir ein Unterdruck herrscht; und einer ersten Tintenfüllöffnung (46) an dem Körper zum anfänglichen Füllen des ersten Reservoirs (51) mit Tinte, wobei die erste Tintenfüllöffnung (46) mit einem zweiten Verschluß (89, 92, 228) versperrbar ist, nachdem das erste Reservoir (51) am Anfang mit Tinte gefüllt wurde.
Drucksystem nach Anspruch 1, bei dem das externe Tintenreservoir (175) in einem Außenkörper eines Tintenstrahldruckers (10) untergebracht ist.
Drucksystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Nachfüllöffnung (24) in einem Griffteil (28) an dem Körper der Druckkartusche (16) vorgesehen ist, wobei der Griffteil (28) sich von dem Körper der Druckkartusche (16) nach außen erstreckt, um das Einfügen der Druckkartusche (16) in den und das Entfernen der Druckkartusche (16) aus dem verschiebbaren Schlitten (18) in dem Drucker erleichtert.
Drucksystem nach Anspruch 3, bei dem die erste Tintenfüllöffnung (46) in dieselbe Richtung weist wie die Tintenausstoßrichtung des Druckkopfs (98).
Drucksystem nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die erste Tintenfüllöffnung (46) für das Nachladen des ersten Reservoirs (51) mit Tinte nicht zugänglich ist, wenn die Druckkartusche in den Schlitten (18) eingefügt ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Nachfüllöffnung (24) an dem Körper der Druckkartusche (16) so angeordnet ist, daß sie im wesentlichen so weit wie möglich von dem Druckkopf (98) entfernt ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das externe Tintenreservoir (175) bei einer Position liegt, die tiefer ist als der Körper der Druckkartusche (16), wenn die Druckkartusche (16) in dem verschiebbaren Schlitten (18) in dem Drucker installiert ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verschluß (24, 138) während des Druckens mit der Druckkartusche (16) in seinem geöffneten Zustand ist, woraus sich eine im wesentlichen kontinuierliche Nachladung des ersten Reservoirs (51) ergibt.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verschluß (24, 138) diskontinuierlich betätigbar ist, so daß er für das periodische Nachfüllen von Tinte zu verschiedenen Zeiten während des Druckbetriebs entweder in seinem geöffneten oder seinem geschlossenen Zustand ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verschluß (24, 138) ein verschiebbares erstes Ventil (24) aufweist, 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 (24) in einer ersten Ventilstellung in dem geöffneten Zustand ist und in einer zweiten Ventilstellung in dem geschlossenen Zustand ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Verschluß eine Trennwand (228) ist, durch welche eine Nadel (212) in Fluidverbindung mit dem externen Tintenreservoir (175) einfügbar ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reservoir (51) und dem externen Tintenreservoir (175) vorzusehen.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verschluß (24, 138) keine Umgebungsluft in das erste Reservoir (51) eintreten läßt, wenn dies in Fluidverbindung mit dem externen Reservoir ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste Reservoir (51) bei einem Unterdruck in Bezug auf den Umgebungsdruck ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Tintenleitung (330) ein flexibles Rohr ist.
Drucksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Tintenleitung eine Nadel (212) ist.
Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Tintenleitung (330) nur mit der Nachfüllöffnung (24) verbunden ist, wenn der Druckkopf (98) nicht druckt.