DE19710680A1

DE19710680A1 - Tintenstrahl-Druckkartusche mit zwei Tinteneinlaßöffnungen für das anfängliche Füllen und das Nachfüllen

Info

Publication number: DE19710680A1
Application number: DE19710680A
Authority: DE
Inventors: Joseph E Scheffelin; David S Hunt; Mark E Young; Elizabeth Zapata; Alfred Zepeda; Christopher J Shultz; Jon Fong
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: US5966156A; US5777648A; KR100235281B1; DE19710680B4; KR970064934A

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", von Jong Fong et al., welche eine Continuation-in-Part der US- Patentanmeldung Nr. 08/171 321, angemeldet am 21. Dezember 1993, ist, die ihrerseits eine Continuation der US-Patentan meldung Nr. 07/750 360, nun US-A 5 280 300 ist, mit dem Ti tel "Method and Apparatus for Replenishing an Ink Cartrid ge", von Jong Fong et al., auf welche hier Bezug genommen wird.

Diese Anmeldung ist auch eine Continuation-in-Part der US- Patentanmeldung Nr. 08/503 758, angemeldet am 18. Juli 1995, mit dem Titel "Ink Cartridge With Passageway for Ink Level Indicator", von David Hunt, welche eine Continuation-in-Part der US-Patentanmeldung Nr. 07/717 735, angemeldet am 16. Juni 1991, mit dem Titel "Spring-Bag Printer Ink Cartridge With Volume Indicator", von David Hunt ist.

Diese Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker und, ge nauer gesagt, eine Tintenstrahl-Druckkartusche, bei der Tin te 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 Tinten ausstoßkammern führen, die an dem Druckkopf ausgebildet sind. Ein Tintenausstoßelement, wie ein Heizwiderstand oder ein piezoelektrisches Element, liegt innerhalb jeder Tinten ausstoßkammer. 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 wer den, und es werden Zeichen und Bilder hoher Qualität ge druckt.

Wenn einmal der anfängliche Tintenvorrat in dem Tintenreser voir 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 Verfahren zum Nach füllen dieser Wegwerf-Druckkartuschen vorgeschlagen, diese Nachfülltechniken erfordern jedoch das Eindringen in den Körper der Druckkartusche auf eine Weise, welche vom Her steller nicht beabsichtigt war, und bei der der Benutzer üblicherweise manuell Tinte in die Druckkartusche injizieren muß. Zusätzlich ist die Qualität der Nachfülltinte üblicher weise 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 inkom patibel mit dem Hochgeschwindigkeits-Drucksystem ist, ver schlechtert, und die Qualität des gedruckten Bildes insge samt 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 (Füllport) und ein Nachfüllventil sowie ein Tintennachfüllsystem auf weist, das mit dem Nachfüllventil der Druckkartusche verbun den werden kann, um Tinte in das Tintenreservoir zu übertra gen.

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 Tintenven til (Schieberventil) erstreckt sich durch den Körper der Druckkartusche und in den Tintenbeutel. Das Ventil hat einen männlichen Verbindungsabschnitt an seinem außerhalb des Kör pers der Druckkartusche liegenden Ende. Das Ventil ist of fen, 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 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 Tintenvorrat hinein.

Um das Tintenreservoir der Druckkartusche nachzufüllen, wird das Ende des Druckkartuschenventils in das Ende des Ventils des Tintennachfüllsystems eingefügt, um sowohl eine mechani sche 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 Tin tenreservoire gedrückt werden. Dieses weitere Einfügen be wirkt, 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 Tintennach füllsystem mit einem Halteelement an der Druckkartusche zu verbinden, um die Druckkartusche in einer optimalen Position über dem Tintennachfüllsystem zu halten. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform ist das Halteelement eine zylindrische 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 wesent lichen voll ist. Die Druckkartusche wird dann von dem Tin tennachfüllsystem gelöst. Die mechanische Kopplung, welche anfangs zwischen den beiden Ventilen erzeugt wurde, bewirkt, daß die beiden Ventile zugezogen werden, wenn die Druckkar tusche von dem Tintennachfüllsystem abgezogen wird. Wenn die beiden Ventile geschlossen sind, löst das weitere Ziehen an der Druckkartusche die mechanische Kopplung, und die Druck kartusche 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 einem scannenden Schlitten in dem Drucker von Fig. 1 ge tragen wird;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Druckkartusche, welche ein Nach füllventil 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 Druckkartu sche von Fig. 6 nach dem Zusammenbau und vor dem An bringen der Seitenabdeckungen;

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkartu sche 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-Ven tils, welches in der Druckkartusche von Fig. 7 ver wendet 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 Druckkopfsubstrat enthält, das auf einem flexiblen Band montiert ist, sowie Tintenausstoßdüsen, welche in dem Band ausge bildet 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 Druckkartusche von Fig. 3 längs der Linie 17-17 in Fig. 3, welche die anfängliche Füllung des Druckkartuschenreser voirs 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 bevorzugten 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 Tintennachfüllsy stem 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 gelöst 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 alterna tiven Ausführungsform eines Tintenstrahldruckers, bei dem Schläuche zwischen den Ventilen der Druck kartusche und einer getrennten Tintenversorgung an geschlossen sind, um die Druckkartuschen nachzufül len;

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 einer Druckertintenkartusche mit einem innen angeordneten 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 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 Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind vier Druck kartuschen 16 in einem scannenden Schlitten 18 montiert. Die Druckkartuschen 16 enthalten schwarze, Zyan-, Magenta- bzw. gelbe Tinte. Eine selektive Aktivierung der Tintenausstoß elemente 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 Rie men/Leitungs- und Riemenscheiben-Systems, während die Druck kartusche 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 wei teren 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 angegebe nen 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 Druckkar tusche 16 fließen. Das Ventil 24 ist von einem zylindrischen Kunststoffrohrstück oder einer Muffe 26 umgeben, die übli cherweise 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-A-5,408,746, mit dem Titel "Datum Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a Prin ter", von Jeffrey Thoman et al., welche auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurde und auf die hier Bezug genommen wird.

Fig. 3 zeigt eine Perspektivdarstellung der bevorzugten Aus führungsform der Druckkartusche 16. Die mit denselben Be zugszeichen 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. Bezugselemen te 34, 35 und 36 beziehen sich auf die Position der Druck kartusche 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 in stalliert 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-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 Düsenbauteil 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 beschrie ben 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 übertragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird. Die Struktur dieses Düsenbauteils 40 wird später mit weiteren Einzelheiten be schrieben.

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 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 verschlos sen, welche dauerhaft sein soll. Der Füllvorgang wird später 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 verrie geln.

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 einen zu sätzlichen 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 Innen druck (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 Kunststoff material ist eine weiche Polyolefinlegierung. Bei der bevor zugten 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. De zember 1992, mit dem Titel "Two Material Frame Having Dis similar Properties for a Thermal Ink-Jet Cartridge", von David Swanson, welche auf die vorliegende Anmelderin über tragen 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 Bogenfeder 56 sind mit einem mittleren Teil der starren Metallseiten platten 58 und 59 durch Punktschweißen oder Laserschweißen verbunden. Es ist ein Paar flexibler Tintenbeutel-Seitenwän de 61 und 62 vorgesehen, die aus einem Kunststoff, wie Ethy len-Vinylacetat (EVA) oder Mylar, hergestellt sind und deren Umfangsabschnitte mittels Wärme mit den Kanten des Innenrah mens 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 genom men 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 relati ven Druck von etwa -3 Inch Wasser ist). Ein akzeptabler Un terdruck 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/ 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 (Fig. 7) zusammen.

Optional kann ein Kantenschutz an der Oberfläche der Metall seitenplatten 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 die sen zerreißen. Dieser Kantenschutz kann eine dünne Abdeck schicht 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, 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 Haupt tintenkanal 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. 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 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, in dem die Kanten 86 an den jeweiligen Seitenabdeckungen 32 der Druckkartusche 16 angeklebt werden. Wenn die flexiblen Sei tenwände 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 grü ne 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 nach geladen 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 Zun gen 88 fluchten, die in den Seitenabdeckungen 32 ausgebildet sind. Wenn die Zungen 88 in die Schlitze 87 eingefügt wer den, erhält man eine sichere Anbringung der Seitenabdeckun gen 32 an dem Rahmen 30. Die Zungen 88 schneiden vorzugswei se 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.

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), Teflon^TM oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden. In dem Quer schnitt von Fig. 9 ist auch eine Tintenfüllöffnung (Füll port) 46 gezeigt. Ebenfalls gezeigt ist ein vereinfachter Abschnitt eines Druckkopfsubstrats 90.

Weitere Einzelheiten des Ventils 24 sind in den Fig. 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, sowie eine Öffnung 93 an der Oberseite des Schaftabschnitts 91. Eine erste Rippe 94 begrenzt die Ab wärtsbewegung des Ventils 24 in den Körper der Druckkartu sche hinein. Eine Klemmschelle (Clip) 95 ist nachgiebig an dem Ende des Schaftabschnitts 91 um eine ringförmige Kerbe herum befestigt, welche in dem Schaftabschnitt 91 ausgebil det ist, um die Aufwärtsbewegung des Ventils 24 aus dem Kör per der Druckkartusche heraus zu begrenzen. Die Klemmschelle 95 kann aus einem Hochdichte-Polyethylen (HDPE), Polycarbo nat 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 Ausfüh rungsform 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.

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 metalle nen Seitenplatten 58 und 59 und den optionalen Kantenschutz 97 zeigt. Die Feder 56 ist vorgespannt, so daß die Feder kraft ziemlich konstant bleibt, wenn der Tintenbeutel 51 zusammenfällt.

Zusätzliche Informationen in Bezug auf den Aufbau des feder belasteten Tintenbeutels findet man in der US-Patentanmel dung Nr. 08/454,975, welche am 31. Mai 1995 eingereicht wur de, mit dem Titel "Continuous Refill of Spring Bag Reservoir 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 Kunst stoffbalgen, 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 einer Grenzschicht 100, die auf dem Substrat 90 ausgebildet ist, ist gezeigt, daß sie Tintenkanäle 102 und Tintenausstoßkam mern 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 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 Elek troden 108 auf dem Substrat 90 darstellt. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird ein Teil 110 der Grenzschicht 100 dazu verwen det, die Enden der leitenden Spuren 104 gegenüber dem Sub strat 90 zu isolieren. Tintentröpfchen 112 sind dargestellt, welche durch in dem Band 42 ausgebildete Düsen ausgestoßen werden, nachdem Düsenausstoßelementen, welche den Düsen je weils 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 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 Grenz schicht 100 liegt, wenn er an der Grenzschicht 100 befestigt ist. Zwei angrenzende vergrößerte Bereiche 124 wirken eben falls als Einschnürung für den Eingang der Tintenkanäle 102, um die Ausfilterung großer Fremdkörperpartikel zu unterstüt zen.

Es sind Elektroden 108 dargestellt, welche mit Phantomspuren 104 verbunden werden, nachdem das Substrat 90, wie zuvor beschrieben, an dem Band 42 befestigt ist. Grenzabschnitte 110 isolieren die Spuren 104 gegenüber der Oberfläche des Substrats 90. Es können auch andere Ausführungsformen für die Tintenausstoßkammern eingesetzt werden. Bei der bevor zugten Ausführungsform haben die Tintenausstoßkammern 114 einen Abstand, mit der eine Druckauflösung von 600 dpi er reicht 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 benötigt wer den. Bei der bevorzugten Ausführungsform wiederholen sich Gruppen von Tintenausstoßelementen 118, wobei jede Gruppe als ein Grundelement (Primitive) bezeichnet wird. Adressier leitungen, 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 (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 Druck kopfstruktur 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 Reso lution 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 Tintenausstoßkam mern 114 abgegeben wird. Der Weg der Tinte wird durch Pfeile 130 dargestellt. Das Band 42, in dem die Düsen 44 ausgebil det 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 verein fachte Tintenausstoßkammer 114 und verschiedene andere Ele mente 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 Anfang die Druckkartusche 16 durch das Tintenfülloch 46 (welches man am besten in Fig. 3 sieht) mit Tinte zu füllen. Die Fig. 17-19 sind längs der Linie 17-17 in Fig. 3 aufgenommen und zeigen den Außenrahmen 30, die Seitenabdeckungen 32, den Innenrahmen 54, die flexiblen Seitenwände 61 und 62 des Tin tenbeutels 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 bil den, nachdem er mit Tinte gefüllt wurde. Ein Tintenabgabe rohr 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 (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 überschüssi ge 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 Düsen 44. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Kapazi tät des Tintenbeutels 51 etwa 50 Milliliter.

Die fertige Druckkartusche 16 wird dann in den Drucker von Fig. 1 auf herkömmliche Weise eingesetzt, und der Tintenbeu tel 51 wird, ausgehend von einem ausgedehnten Zustand bis zu einem komprimierten Zustand, zunehmend entleert, wobei die ganze Zeit ein Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 aufrechter halten wird.

Beschreibung des Tintennachfüllsystems 150

Im folgenden wird eine bevorzugte Vorrichtung zum Nachladen der Druckkartusche 16 über das Ventil 24 beschrieben.

Fig. 20 ist eine perspektivische Darstellung einer bevorzug ten Ausführungsform eines Tintennachfüllsystems 150, welches einen Tintenvorrat enthält, der ausreichend für eine Nach füllung 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 Tintenver sorgungsventil 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 (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 Führungszunge 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 un ten, 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.

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 oberen Abschnitt 164. Die Basis 161, das Tintenreservoir-Oberteil 163 und der obere Abschnitt 164 können unter Verwendung ei nes geeigneten Kunststoffs durch Spritzgießen hergestellt werden. Der Tintenreservoirboden 162 wird aus einem flexi blen Film, wie Mylar oder EVA, hergestellt. Ein solcher fle xibler Film kann der neunschichtige Film sein, welcher in der US-A-5,450,112 beschrieben ist, auf die hier Bezug ge nommen 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 besteht das Ventil 156 aus einem hohlen Schaftabschnitt 165 mit ei nem Loch 166, das in der Seite des Schaftabschnitts 165 aus gebildet ist, und einer Öffnung 167 in der Oberseite des Schaftabschnitts 165. Eine erste Rippe 168 begrenzt die Ab wärtsbewegung 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 befe stigt, 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 Polyet hylen (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 Ausfüh rungsform ist die Länge des Ventils 156 0,423 Inch; ein ak zeptabler 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 Tin tenreservoir-Oberteils 163 trägt den gekrümmten oberen Ab schnitt 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 diesem 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 eingefügt, und Luft in dem Tintenreservoir 175 wird mittels einer Pumpe 178 abgepumpt. Zu diesem Zeitpunkt liegt der flexible Tin tenreservoirboden 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 Fig. 26 gezeigte Stel lung 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 bil det. 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 Tin te 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 absor bieren 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 beschrie ben 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 Tin te 184 das Tintenreservoir 175 vollständig füllt.

Nachladen der Druckkartusche 16 mit dem Tintennachfüllsystem 150

Fig. 29 zeigt die richtige Stellung der Druckkartusche 16 relativ zu dem Tintennachfüllsystem 150, wenn die Tintenver sorgung der Druckkartusche 16 nachgeladen wird. Die Druckkartusche wird so positioniert, daß die zylindrische Muffe 26 (Fig. 3) an der Druckkartusche 16 von der zylindri schen 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 Führungszun ge 160 wird dazu verwendet, die bevorzugte Orientierung der Druckkartusche 16 auf dem Tintennachfüllsystem 150 zu ge währleisten.

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 ge zeigt 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 Fig. 31 bis 34 be schrieben. In Fig. 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 be sten 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 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-Ober teil 153 ausgebildet ist, umgibt das Ventil 156 und ver sperrt das Loch 166.

Ebenfalls in Fig. 31 sind Stützflansche 52 gezeigt, die eine zusätzliche Unterstützung für den Griff 28 (Fig. 5) schaf fen, 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 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 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 Innen rahmen 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 zuge lassen, 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 automa tisch 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 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 Stellung glei tet, so daß das Loch 92 nun in dem Tintenbeutel 51 (Fig. 3) in der Druckkartusche 16 liegt. Es existiert nun ein Fluid kanal 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 dauern.

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 Tin tenreservoir 175 beeinflußt, der bei der bevorzugten Ausfüh rungsform ungefähr 20° beträgt. Andere Winkel und Höhen kön nen geeignet sein, abhängig von dem gewünschten Unterdruck in dem verwendeten Tintenbeutel. Unabhängig davon, wieviel Tinte anfänglich in dem Tintenbeutel 51 und dem Tintenreser voir 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 Fig. 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 Fig. 34 gezeigt, in der Richtung des Pfeiles 195 ab gehoben. In Fig. 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 Anhe ben 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.

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 Druckkartu sche 16 dann angehoben wird, wird der Sprengring 157 zurück 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 Abschnitt 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 ein tritt und mit der Ausnehmung 171 in Eingriff kommt. Der obe re 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 Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen. Zusätzlich kann die Ausnehmung 171 mit einer horizontaleren oberen Lippe 200 (Fig. 24) aus gebildet werden, so daß es schwieriger ist, die Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen, als die Rippe 96 und die Aus nehmung 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 Tech niken umfassen die Verwendung einer Fahne, die über einen Hebel aktiviert wird und hochspringt, sobald die Ventile richtig verbunden sind; die Erhöhung der Gleitkraft der Ven tile 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 ent weder von dem mit Bezug auf Fig. 6 beschriebenen Tintenpe gel-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, welches eine geeignete Reinigungslösung enthält, abgewischt werden, wie in Fig. 36 gezeigt. Am Anfang wird ein Band (nicht ge zeigt) über dem Schaumkissen 154 vorgesehen, welches ein Verdunsten des Reinigungsfluids verhindert, bis das Band vor dem Reinigen des Düsenbauteils 40 entfernt wird. Die Druck kartusche 16 wird vorzugsweise nur einmal über das Schaum kissen 154 geführt, um sicherzustellen, daß Tintenpartikel, welche entfernt wurden, nicht wieder in Kontakt mit dem Dü senbauteil 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 Tin te 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.

Alternative Ausführungsform des Nachfüllsystems

Die Fig. 37 und 38 zeigen eine alternative Ausführungsform, welche entweder eine kontinuierliche Nachfüllung des Tinten beutels 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 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 Tin te für die vier Druckkartuschen 16, welche in dem scannenden Schlitten 18 getragen werden. Anstelle des Ventils 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 lös bar, die identisch mit der mit Bezug auf die Fig. 31-34 be schriebene Vorgehensweise ist.

Fig. 38 zeigt einen Schlauch 204, der sich von der zylindri schen 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 Fluiddichtung zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Ende des Schlauches 204 einfach über das Ende des Ventils 24 ge schoben.

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 Tintenver sorgung 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 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 Aus führungsform besteht die Nadel 212 aus Metall. Bei anderen 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 ge drückt. Die Hülse 218 besteht vorzugsweise aus einem relativ weichen Elastomermaterial, wie Gummi. Die Hülse 218 verhin dert, 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 Eintre ten 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 Druckkartusche 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 zylindrisch mit einem eingeformten Schlitz durch ihre Mitte. Viele verschie dene 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 Druckkar tusche 226 eingebracht, wobei die Kompression aufgrund des Einfügens den eingeformten Schlitz schließt. Dies erzeugt eine Fluiddichtung für die Tinte in dem Unterdruck-Tinten beutel 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 Einfügen noch leichter zu machen, um den Tintenströmungswiderstand zu senken und um ein seit liches Loch 214 zu ermöglichen.

Fig. 41 zeigt die Druckkartusche 226, welche auf das Tinten nachfüllsystem 210 gedrückt und wie in Fig. 29 gezeigt ge halten wird. Die Abwärtsbewegung der Druckkartusche 226 be wirkt, 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 zurück in seine ursprüngliche Position, wodurch das Loch 214 ge schlossen wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Nadelstruktur des Tintennachfüllsystems 210 bei der Druckkartusche 226 an geordnet, und die Trennwand 228 gehört zu dem Tintennach füllsystem 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 ge eigneten alternativen Tintennachladesatzes.

Alternative Ausführungsformen

Fig. 42 zeigt eine Tintenkartusche 310 für einen Drucker mit einem Gehäuse 311, das zwei parallele Seitenwände 312 auf weist, von denen nur eine gezeigt ist, eine starre Umfangs wand 314 hat, welche einen zusammenlegbaren Tintenbeutel 315 enthält, sowie eine Tintenreservekammer 320 darin. Der Beu tel 315 besteht aus einem Paar rechteckiger flexibler Sei tenplatten (Panele) 316, 317, welche an ihrem Umfang anein ander 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 gebo genen Metallfeder 325 auseinander und in Kontakt mit den flexiblen Seitenplatten 316, 317 gedrückt werden. Die Feder drückt die Platten auseinander und dehnt so den zusammenleg baren Beutel 315 aus.

Tinte aus dem Beutel 315 wird, wie im Stand der Technik be kannt, 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 an gegeben 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 Fluidlei tung 330 mit dem zusammenlegbaren Tintenbeutel 315 verbun den. 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 Tintenreservekammer 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 tintenverträgli chen Material hergestellt werden, welches eine effektive Kapillarkraft hat, die größer ist als die Kapillarkraft der Druckerdüsenplatte 327. Das Filtermaterial des Kapillarven tils umfaßt vorzugsweise ein gewebtes Drahtsieb aus rost freiem Stahl mit hoher Schmutzaufnahmekapazität. Ein derar tiges Filtermaterial wird unter der Markenbezeichnung RIGI- MESH von Pall Process Filtration Company aus East Hills, New York, USA, verkauft. Ein RIGIMESH Typ J, gesintertes geweb tes Drahtsiebfilter mit einer nominalen Filterrate von zehn und einem absoluten Nennwert von fünfundzwanzig in Flüssig keiten, ist der derzeit bevorzugte Filter. Das Kapillarven til 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 automa tisch durch das Kapillarventil 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 be netzt 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 Tinten vorrat in der Reservekammer 320 erschöpft ist, schließt sich das Ventil 340. Danach wird die in dem Tintenbeutel 315 ver bleibende Tinte während des Betriebs des Druckers durch die Düsenplatte 327 abgegeben, bis der Tintenvorrat 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 ei nem 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, selbstent leerend und selbstansaugend. Auch während des Nachfüllvor gangs 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.

Schlußbemerkung

Während besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß Änderungen und Modifi kationen gemacht werden können, ohne die Erfindung in ihren breiteren Aspekten zu verlassen, und daß die folgenden An sprüche daher in ihrem Bereich all die Änderungen und Modi fikationen umfassen, die in den wahren Bereich dieser Erfin dung fallen. Das Tintennachfüllsystem 150 oder 210 kann z. B. jede Form annehmen, solange ein Tintenreservoir in dem Tin tennachfüllsystem in Fluidverbindung mit dem Tintenbeutel in der Druckkartusche 16 oder 226 gebracht werden kann. Obwohl ein Unterdruck-Tintenbeutel beschrieben wurde, ist weiterhin ein solcher Unterdruck-Tintenbeutel nicht unerläßlich. Der Tintenbeutel in der Druckkartusche 16 oder 226 wird nachge füllt, solange die Nachfülltintenversorgung einen höheren Druck hat als der Druck in dem Tintenbeutel. Eine solche Druckdifferenz kann erhalten werden, indem die externe Tin tenversorgung (z. B. das Tintennachfüllsystem 150 oder 210) über die Druckkartusche angehoben wird, oder indem die ex terne 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 Beu tel, einem Balgen, 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 Erfin dung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

1. Tintenstrahl-Drucksystem mit
einer Druckkartusche (16), welche einen Druckkartuschen körper hat;
einem ersten Reservoir (51) für Tinte in dem Körper; einem Druckkopf (90), welcher an dem Körper in Fluidver bindung mit dem ersten Reservoir vorgesehen ist;
einer ersten Tintenfüllöffnung (46) an dem Körper zum anfänglichen Füllen des ersten Reservoirs mit Tinte, wo bei die erste Tintenfüllöffnung mit einem ersten Ver schluß (138) versperrt wird, nachdem das erste Tintenre servoir anfänglich mit Tinte gefüllt wurde; und
einer Nachfüllöffnung (24) an dem Körper zum Nachfüllen des ersten Reservoirs mit Tinte, nachdem die Tinte in dem ersten Reservoir wenigstens teilweise entnommen wurde, wobei die Nachfüllöffnung mit einem zweiten Verschluß (89, 92, 228) verschließbar ist, der sich von dem ersten Verschluß unterscheidet, wobei der zweite Verschluß wahl weise in einen geöffneten Zustand oder einen geschlosse nen Zustand bringbar ist, der geschlossene Zustand einen Fluidverschluß des ersten Reservoirs vorsieht, und der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen einem externen Tintenreservoir (175) und dem ersten Reservoir vorsieht, wenn das externe Tintenreservoir mit der Nach füllöffnung verbunden ist.

2. Drucksystem nach Anspruch 1, bei dem der zweite Verschluß (89, 92, 228) automatisch in den geöffneten Zustand bring bar ist, wenn das externe Tintenreservoir (175) mit der Nachfüllöffnung (24) verbunden wird.

3. Drucksystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Verschluß (89, 92) ein verschiebbares erstes Ventil (24) aufweist, welches sich durch eine Oberfläche des Körpers erstreckt und in eine zu dieser Oberfläche des Körpers im wesentlichen senkrechte Richtung verschiebbar ist, wobei das erste Ventil in einer ersten Ventilposition in einer geöffneten Stellung und in einer zweiten Ventilposition in einer geschlossenen Stellung ist.

4. Drucksystem nach Anspruch 3, bei dem das erste Ventil (24) mit einem verschiebbaren zweiten Ventil (125) verbindbar ist, welches an dem externen Tintenreservoir (175) mon tiert ist, so daß eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil herstellbar ist, be vor das erste Ventil in der geöffneten Stellung ist.

5. Drucksystem nach Anspruch 2, bei dem der zweite Verschluß eine Trennwand (228) ist, durch welche eine Nadel (212) in Fluidverbindung mit dem externen Tintenreservoir (175) einführbar ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem er sten Reservoir (51) und dem externen Tintenreservoir vor zusehen.

6. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Verschluß (138) ein Sperrelement aufweist, welches in die erste Tintenfüllöffnung (46) gedrückt wird.

7. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste Reservoir (51) im Verhältnis zu einem Druck in dem externen Tintenreservoir (175) einen Unterdruck aufweist.

8. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Nachfüllöffnung in einem Griffelement (28) an der Druckkartusche (16) angeordnet ist, wobei sich das Griff element von dem Körper der Druckkartusche nach außen er streckt, um das Einfügen der Druckkartusche in einen und das Entfernen der Druckkartusche aus einem verschiebbaren Schlitten (18) in einem Drucker (10) zu erleichtern.

9. Drucksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Verschluß (89, 92, 228) keine Umgebungsluft in das erste Reservoir (51) eintreten läßt, wenn es in Fluidverbindung mit dem externen Tintenreservoir (175) ist.

10. Verfahren zum Füllen und Nachfüllen einer Tintenstrahl- Druckkartusche (16) mit Tinte, mit den folgenden Verfah rensschritten:
anfängliches Füllen eines ersten Reservoirs (51) in einem Druckkartuschenkörper mit Tinte durch Zuführen der Tinte durch eine erste Tintenfüllöffnung (46) in dem Druckkartu schenkörper;
Verschließen der ersten Tintenfüllöffnung mit einem ersten Verschluß (138); und
Nachfüllen des ersten Reservoirs, wenn ein Tintenvorrat in dem ersten Reservoir wenigstens teilweise erschöpft ist, durch Verbinden eines externen Tintenreservoirs (175) mit einer Nachfüllöffnung (24) an dem Körper, wobei die Nach füllöffnung mit einem zweiten Verschluß (89, 92, 228) ver schlossen wird, welcher wahlweise in einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand gebracht wird, wobei der geschlossene Zustand einen Fluidverschluß des ersten Reservoirs vorsieht, der geöffnete Zustand eine Fluidverbindung zwischen dem externen Tintenreservoir und dem ersten Reservoir vorsieht, wenn das externe Tintenre servoir mit der Nachfüllöffnung verbunden ist, und der zweite Verschluß keine Umgebungsluft in das erste Reser voir eintreten läßt, wenn es in Fluidverbindung mit dem externen Tintenreservoir ist.