DE10341787A1

DE10341787A1 - Tintenpatrone

Info

Publication number: DE10341787A1
Application number: DE10341787A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Kleinert; Reinhard Dr. Maier; Mathias Dipl.-Ing. Nagl
Original assignee: KMP Printtechnik AG
Current assignee: KMP Printtechnik AG
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: DE10341787B4; WO2005025875A1; US20070019047A1

Abstract

Tintenpatrone (1) für einen Aufzeichnungskopf (2), umfassend: DOLLAR A (a) einen Behälter (3) mit einem Deckel (4) und einem Boden (5), wobei der Deckel (4) mindestens eine Öffnung (6, 16) hat, der Boden (5) einen Auslass (7) aufweist und der Behälter mindestens ein Tintenreservoir (8) bildet; DOLLAR A (b) mindestens ein poröses und kompressibles Element (9) in dem wenigstens einen Tintenreservoir (8), wobei das mindestens eine Element (9) eine erste Aufnahmekapazität und einen ersten Strömungswiderstand für Tinte aufweist; DOLLAR A (c) wenigstens eine Barriere (10), welche eine zweite Aufnahmekapazität und einen zweiten Strömungswiderstand für Tinte aufweist, wobei wenigstens bereichsweise zumindest die zweite Aufnahmekapazität geringer als die erste Aufnahmekapazität des mindestens einen Elements (9) oder der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand des mindestens einen Elements (9) ist; DOLLAR A bei der die wenigstens eine Barriere (10) so im Behälter (3) positioniert ist, dass diese an dem Deckel (4) anliegt und einen Kontakt des mindestens einen Elements (9) mit dem Deckel (4) unterbindet. DOLLAR A Die vorgeschlagene Tintenpatrone zeichnet sich durch eine einfachere Herstellung sowie eine verbesserte Druckqualität über die Betriebsdauer aus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tintenpatrone, die auf einen Aufzeichnungskopf, vorzugsweise einen Aufzeichnungskopf für einen Tintenstrahldrucker, angebracht werden kann. Die Tintenpatrone umfasst einen Behälter mit Behälterwänden, einem Deckel und einem Boden, wobei der Deckel oder mindestens eine der Behälterwände mindestens eine Öffnung aufweist, der Boden einen Auslass aufweist, und der Behälter mindestens ein Tintenreservoir bildet. In dem mindestens einen Tintenreservoir ist mindestens ein poröses und kompressibles Element vorgesehen, welches in der Lage ist, Tinte zu speichern und auf Druck wieder abzugeben.

Ein solcher Tintenbehälter geht beispielsweise aus der DE 34 86 486 T2 hervor. Dort wird zum sicheren Zuführen einer benötigten Menge Tinte ohne Tintenüberschuss oder Tintenmangel vorgeschlagen, in dem Behälter wenigstens ein tintenaufnehmendes Mittel vorzusehen. Dieses tintenaufnehmende Mittel weist Poren auf, die in einer Richtung zum Tintenzufuhranschluss fortschreitend kleiner werden. Dadurch wird bewirkt, dass die Kapillarkräfte entlang des Weges der Tinte allmählich größer wird, wodurch die Tintenkonzentration in Richtung des Tintenzufuhranschlusses erhöht werden soll. Aufgrund des fortschreitenden Abführens von Tinte ist es erforderlich, gegebenenfalls einen Druckausgleich vorzunehmen. Dazu weist der Tintenbehälter ein Luftloch zur Verbindung des Inneren des Tintenbehälters mit der Umgebenden Atmosphäre auf.

Nun ist zu berücksichtigen, dass derartige Tintenpatronen bzw. die sie umfassenden Drucker häufig Vibrationen, Temperatur- oder Druckschwankungen ausgesetzt sind. Gerade im Hinblick auf die zunehmend mobile Ausgestaltung von Computerzubehör tritt dies vermehrt zutage. Somit besteht aber die Gefahr, dass durch die Öffnungen im Behälter die gespeicherte Tinte austritt und den Drucker bzw. die nähere Umgebung verschmutzt.

Außerdem kann die am oder in der Nähe des Luftlochs befindliche Tinte insbesondere bei langer Standzeit eines Druckers und in warmem Klima durch Flüssigkeitsverlust eindicken bzw. völlig austrocknen und gegebenenfalls das Luftloch unbemerkt verschließen. Dies hätte jedoch zur Folge, dass die Tintenpatrone nicht mehr die gewünschte Menge Tinte an einen Druckkopf bzw. Aufzeichnungskopf fördert. Um dies zu vermeiden wird im Stand der Technik vorgeschlagen, im Bereich der Belüftungsöffnung ein im Tintenbehälter befindliches tintenaufnehmendes Mittel beispielsweise mit einem Ausschnitt zu versehen oder in sonstiger Weise durch geeignete mechanische Maßnahmen, beispielsweise durch im Bereich einer Belüftungsöffnung an Wand oder Deckel des Tintenbehälters angebrachte Abstandshalter, einen Abstand zwischen Belüftungsöffnung und Tintenaufnehmendem Mittel herzustellen.

Hinsichtlich des Austrocknens der Tinte im Bereich der Belüftungsöffnung sind die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsvorschläge jedoch auch dahingehend unbefriedigend, als in der Regel das Austrocknen der Tinte im Bereich der Belüftungsöffnung nicht oder nicht in ausreichendem Maße verhindert wird. Dadurch können sich beispielsweise bei einem erneuten Befüllen des Tintenbehälters Farbunterschiede ergeben. Weiterhin können getrocknete Tintenreste in Richtung Tintenzufuhrstutzen transportiert werden und so gegebenenfalls den Aufzeichnungskopf bzw. die Zuleitungen zum Aufzeichnungskopf verstopfen. Als Folge dessen wird entweder der Tintenbehälter oder der Aufzeichnungskopf oder beides funktionsunfähig und muss im schlimmsten Fall ausgetauscht werden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu lösen. Weiter soll insbesondere eine Tintenpatrone vorgeschlagen werden, die eine lange Lebensdauer, eine geringe Verschmutzungsneigung sowie einen kontinuierlichen Tintenfluss gewährleistet. Der Aufbau soll weiter einfach und betriebssicher sein. Gerade da es sich bei solchen Artikeln um Serienprodukte handelt, ist weiterhin auf eine fertigungsgerechte, kostengünstige Herstellung zu achten.

Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Tintenpatrone mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Tintenpatrone sind im Rahmen des vorliegenden Textes und in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen beschriebenen Merkmale in beliebiger Kombination miteinander weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Tintenpatrone aufzeigen.

1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Tintenpatrone für einen Aufzeichnungskopf, umfassend:

(a) einen Behälter mit Behälterwänden und einem Deckel und einem Boden, wobei der Deckel oder mindestens eine Behälterwand mindestens eine Öffnung hat, der Boden einen Auslass aufweist und der Behälter mindestens ein Tintenreservoir bildet;
(b) mindestens ein erstes poröses und kompressibles Element in dem wenigstens einen Tintenreservoir, wobei das mindestens eine erste Element eine erste Aufnahmekapazität und einen ersten Strömungswiderstand für Tinte aufweist;
(c) wenigstens eine Barriere, welche eine zweite Aufnahmekapazität und einen zweite Strömungswiderstand für Tinte aufweist, wobei wenigstens bereichsweise zumindest die zweite Aufnahmekapazität geringer als die erste Aufnahmekapazität des mindestens einen ersten Elements oder der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand des mindestens einen ersten Elements ist;

bei der die Barriere so im Behälter positioniert ist, dass diese zumindest bereichsweise an einer eine Öffnung aufweisenden Behälterwand oder dem eine Öffnung aufweisenden Deckel anliegt und einen Kontakt des mindestens einen Elements mit der einer eine Öffnung aufweisenden Behälterwand oder dem eine Öffnung aufweisenden Deckel zumindest bereichsweise unterbindet.

Hinsichtlich des Behälters der Tintenpatrone sei darauf hingewiesen, dass dieser einteilig oder auch mehrteilig, beispielsweise zur Aufnahme nur einer Tintensorte oder zur Aufnahme von zwei oder mehr verschiedenen Tintensorten, insbesondere zur Aufnahme von schwarzer und farbiger Tinte, aufgebaut sein kann. Insbesondere ist es möglich, dass der Deckel ein für den Bediener leicht abnehmbares Bauteil der Tintenpatrone darstellt, das gegebenenfalls zusätzlich auch mit Haftmitteln bzw. Klebemitteln an dem Behälter fixiert ist.

Als Material für einen solchen Behälter bietet sich insbesondere Kunststoff an, da dieser besonders leicht und widerstandsfähig ist. Außerdem erlaubt dieses Material die Herstellung im Spritzguss, so dass eine große Anzahl derartiger Behälter mit geringem Kosteneinsatz produziert werden kann.

Wie bereits eingangs erläutert, ist es vorteilhaft, den Deckel (bzw. eine beliebige andere Wand des Behälters) mit einer Öffnung zu versehen, die einen Druckausgleich zwischen dem Tintenreservoir und der äußeren Umgebung ermöglicht. Hier wird nun das Vorsehen einer solchen Öffnung im Deckel vorgeschlagen, um bereits dadurch die Gefahr des Ausströmens von Tinte aus dem Behälter zu reduzieren. Der Begriff „Deckel" ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung so zu Verstehen, dass er eine zumindest erst nachträglich mit dem Behälter verbundene Wand des Behälters bezeichnet, die im wesentlichen an einer beliebigen Seite des Behälters liegen kann.

Der Boden weist nunmehr einen Auslass (Tintenzufuhrstutzen) auf, wobei damit die Entnahmestelle für Tinte gemeint ist. Ausgehend von diesem Auslass wird die Tinte zum Aufzeichnungskopf und schließlich zum zu bedruckenden Papier transportiert. Grundsätzlich ist auch möglich, dass mehrere Auslässe vorgesehen sind, insbesondere bei Tintenpatronen, welche mehr als ein Tintenreservoir bilden. Damit ist gemeint, dass der Behälter beispielsweise Trennwände umfasst, die eine Mehrzahl von Tintenreservoirs bilden, beispielsweise für unterschiedliche Farben. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, wenn jedem Tintenreservoir zumindest eine Öffnung bzw. mindestens ein Auslass zugeordnet ist.

In dem mindestens einen Tintenreservoir ist mindestens ein erstes poröses und kompressibles Element vorgesehen, welches eine erste Aufnahmekapazität und einen ersten Strömungswiderstand für Tinte aufweist. Als poröses und kompressibles Element eignet sich grundsätzlich jedes poröse Bauelement, das unter den in der Tintenpatrone herrschenden Bedingungen in mindestens einer Raumrichtung komprimierbar ist. Grundsätzlich eignen sich als poröse und kompressible Elemente im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Materialen, die aufgrund ihrer Struktur zur Aufnahme und zum Speichern von Tinte und zur Abgabe der Tinte unter geeigneten Bedingungen geeignet sind. Weiterhin zeichnen sich geeignete poröse und kompressible Elemente dadurch aus, dass sich durch Kompression zumindest lokal die Porengröße des kompressiblen Elements variieren lässt. Beispielsweise werden als poröse kompressible Elemente im Rahmen der vorliegenden Erfindung Filze oder Schwämme eingesetzt. Vorzugsweise werden als poröse und kompressible Elemente Schwämme aus polymeren Materialien eingesetzt, beispielsweise aus geeigneten Polyurethanen, Polyethern oder Polyes tern und dergleichen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Formschaumkörpern, deren Form im wesentlichen der Kontur des Tintenreservoirs entspricht.

Die Porengröße geeigneter poröser und kompressibler Elemente beträgt beispielsweise etwa 10 ppi bis etwa 200 ppi, insbesondere 60 ppi bis etwa 100 ppi (ppi = „pores per inch"). Geeignete Schäume weisen etwa eine Dichte von 20 bis etwa 200 kg /m³, insbesondere etwa 40 bis etwa 100 kg /m³, insbesondere etwa 50 bis etwa 70 kg /m³ auf.

Unter einer „Aufnahmekapazität" wird die Menge an Tinte verstanden, die das Element in einem Einheitsvolumen aufnehmen kann. Zur Bestimmung der Aufnahmekapazität des kompressiblen Elements wird ein Würfel (Kantenlänge 1 cm) dieses Elements im unkomprimierten Zustand bis zur Sättigung mit Tinte in Kontakt gebracht, wobei atmosphärischer Druck und Raumtemperatur die Umgebungsbedingungen charakterisieren, und gravimetrisch die Menge an Tinte bestimmt, die im Inneren des Elements gespeichert wird.

Mit „Strömungswiderstand" ist die Neigung des Elementes zu verstehen, den Durchfluss von Tinte durch dessen Inneres zu behindern. Bestimmt werden kann der Strömungswiderstand beispielsweise dadurch, dass Tinte auf eine Oberfläche des Elements aufgetragen wird und bestimmt wird, welcher Druck erforderlich ist, damit Tinte in innere Bereiche des Elements vordringt. Von besonderem Interesse ist dabei der Strömungswiderstand direkt an der Oberfläche des Elements.

Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Tintenpatrone wenigstens ein zweites Element als Barriere, welches eine zweite Aufnahmekapazität und einen zweiten Strömungswiderstand für Tinte aufweist, wobei wenigstens bereichsweise zumin dest die zweite Aufnahmekapazität geringer als die erste Aufnahmekapazität des mindestens einen Elements oder der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand des mindestens einen Elements oder die zweite Aufnahmekapazität geringer als die erste Aufnahmekapazität des mindestens einen Elements und der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand des mindestens einen Elements ist. Der Begriff „Barriere" ist daher nicht notwendigerweise ausschließlich dahingehend auszulegen, dass ein Tintendurchtritt durch diese Barriere unmöglich ist. Eine „Barriere", wie sie im erfindungsgemäßen Sinn eingesetzt wird setzt dem Tintendurchtritt zum ersten kompressiblen Element jedoch zumindest einen erhöhten Widerstand entgegen.

Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass das zweite kompressible Element im Vergleich zu dem ersten porösen kompressiblen Element zumindest in einem Bereich weniger Tinte aufnehmen kann und/oder einen höheren Strömungswiderstand für Tinte aufweist. Dieser gegenüber dem Element erhöhte Strömungswiderstand bzw. die geringere Aufnahmekapazität liegt bevorzugt über nahezu das gesamte Volumen bzw. die gesamte Oberfläche der Barriere vor. Insbesondere weisen zumindest 80 % der Oberfläche der Barriere einen erhöhten Strömungswiderstand gegenüber dem ersten Element auf. Ganz besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung des zweiten kompressiblen Elements als für Tinte nur wenig durchlässige Barriere, wobei deren Aufnahmekapazität im gesamten Volumen geringer ist, als die des porösen und kompressiblen Elements.

Erfindungsgemäß ist diese Barriere so im Behälter positioniert, dass sie zumindest bereichsweise an einer Wand oder dem Deckel anliegt, der die Entlüftungsöffnung aufweist und einen Kontakt des mindestens einen zweiten kompressiblen Elements mit der Wand oder dem Deckel zumindest bereichsweise, vorzugsweise jedoch im wesentlichen vollständig unterbindet. Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch möglich, mehrere solche Barrieren einzusetzen, wobei dies sowohl für den Behälter als solches als auch für jeweils ein Tintenreservoir gilt. Die Vorsehung mehrerer Barrieren kann dabei so erfolgen, dass sich die Barrieren zumindest teilweise überlappen und/oder direkt aneinander angrenzen. Die Barrieren können nahezu jede beliebige Form annehmen, und passen sich bevorzugt an die Kontur des wenigstens einen ersten Elements bzw. des Deckels an. Bevorzugt besteht die Barriere ebenfalls aus einem polymeren Material, insbesondere aus einem offenzelligen oder geschlossenzelligen Schaumstoff, beispielsweise aus Polyethylen, Polybutadien, Neopren, Polyurethanen, Polyethern oder Polyestern und dergleichen. Dabei weist die Barriere insbesondere eine geringere Kompressibilität sowie, sofern die Barriere aus einem Schaumstoff besteht, eine kleinere Porengöße auf. Die Porengröße einer geeigneten Barriere liegt bevorzugt im Bereich von 80 bis 1 %, beispielsweise in einem Bereich von 70 bis 5% oder 60 bis 10 % oder 50 bis 20% oder 40 bis 30 % der Porengröße des ersten porösen und kompressiblen Elements. Vorzugsweise wird ein geschlossenzelliger Schaumstoff (Schaumstoff mit geschlossenen Poren) als Barriere eingesetzt.

Im Hinblick auf die Lage der Barriere im Behälter ist darauf hinzuweisen, dass die Barriere nicht vollständig an dem Deckel anliegen muss, ebenfalls geeignet ist eine Ausgestaltung, bei der die Barriere nur teilweise beispielsweise an Rippen, Querverstrebungen oder anderen, ausgehend von dem Deckel in das Tintenreservoir hineinragenden Komponenten, anliegt. Gleichzeitig verhindert die Barriere jedoch einen Kontakt des mindestens einen Elements mit dem Deckel (sofern dieser mindestens eine Belüftungsöffnung aufweist) bzw. allgemein mit mindestens derjenigen Behälterwand, welche mindestens eine Belüftungsöffnung aufweist. Dadurch wird beispielsweise gewährleistet, dass die gespeicherte Tinte nicht zum Luftloch bzw. der mindestens einen Öffnung im Deckel oder in einer Behälterwand hinfließt. Weiter wird verhindert, dass das erste poröse und kompressible Element aufgrund antrocknender Tinte direkt an dem Deckel haftet. Das hätte zur Folge, dass die Bereitstellung einer gewünschten Menge Tinte am Auslass nicht gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß wird demnach auf einfache Weise eine verbesserte Druckqualität über die Betriebsdauer der Tintenpatrone erreicht. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass der Deckel aufgrund seiner Ausgestaltung mit Rippen oder dergleichen und ohne die hier vorgeschlagene Barriere, eine Vielzahl von Hohlräumen mit dem Element bilden würde, wobei sich dort immer wieder Tinte anlagern und trocknen könnte. Dies würde einerseits dazu führen, dass partikuläre Verunreinigungen im Tintenreservoir vorhanden sind, die unter Umständen einen gewünschten Tintefluss hin zum Auslass behindern. Außerdem ist die angetrocknete Tinte für den Benutzer verloren, d. h. sie kann nicht zum Drucken eingesetzt werden, und der Benutzer muss nach einer kürzeren bzw. geringeren Drucktätigkeit eine neue Patrone einsetzen bzw. die leere Tintenpatrone nachfüllen. Diese vorstehenden negativen Effekte treten beim Einsatz der erfindungsgemäßen Barriere in der Tintenpatrone nicht auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Tintenpatrone bedeckt die Barriere eine dem mindestens eine Belüftungsöffnung tragenden Deckel oder einer mindestens eine Belüftungsöffnung tragenden Behälterwand zugewandte Oberfläche des mindestens einen ersten porösen und kompressiblen Elements vollständig. Das heißt mit anderen Worten, dass die Barriere so auf der Oberfläche des mindestens einen Elements angebracht ist, dass sie zumindest dessen dem Deckel zugewandte Oberfläche überspannt, sofern der Deckel die Belüftungsöffnung aufweist. Unter Umständen ist es auch vorteilhaft, die Barriere mit einer größeren Fläche zu versehen, als die Oberfläche des Elements, so dass Teilbereiche der Barriere noch über die Oberfläche hinausragen und sich gegebenenfalls zumindest teilweise über Seitenflächen des mindestens einen Elements erstrecken. Ganz besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine Barriere, die einstückig ausgebildet ist.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Barriere benachbart zu der wenigstens einen Öffnung des Deckels einen Abschnitt aufweist, wobei dieser einen dritten Strö mungswiderstand für Tinte hat, der kleiner als der zweite Strömungswiderstand ist. Insbesondere weist dieser Abschnitt einen Strömungswiderstand für Tinte auf, der auch geringer als der erste Strömungswiderstand des porösen, kompressiblen Elements ist. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Abschnitt, welcher insbesondere eine lokale, gegenüber der Oberfläche der Barriere deutlich kleinere Fläche darstellt, für Tinte bzw. Tintenzuführ-Vorrichtungen leicht durchdringbar ist.

Das betrifft insbesondere Öffnungen, die dazu eingesetzt werden, von außen dem mindestens einen Tintenreservoir Tinte durch den Deckel hindurch zuzuführen. Dieser Abschnitt kann diese Eigenschaft bereits vor Befüllen der Tintenpatrone aufweisen, es ist jedoch auch möglich, dass diese Eigenschaft erst nach dem Befüllen der Tintenpatrone auftritt. Letzteres ist beispielsweise der Fall, wenn die wenigstens eine Barriere beim Füllprozess beschädigt bzw. abschnittsweise zerstört wird. So ist es beispielsweise möglich, die Barriere mit einer Perforierung zu versehen, wobei ein Zuführstutzen, der beim Füllvorgang durch eine Öffnung hindurchgesteckt wird, die Barriere nahe der Perforierung zumindest teilweise auftrennt. Vorteilhafterweise sind jedoch keine Materialaussparungen vorgesehen, so dass sich beim Herausziehen des Füllwerkzeugs die erzeugten Risse wieder im wesentlichen verschließen bzw. die benachbarten Teilbereiche der Barriere wieder so eng beieinander liegen, dass das Tinte enthaltende erste kompressible Element gegenüber der Belüftungsöffnung im wesentlichen abgedichtet wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass der Abschnitt wenigstens einen, vorzugsweise schlitzförmig oder kreuzschlitzförmig ausgebildeten, Durchlass umfasst. Derartige Durchlässe sind insbesondere Perforierungen oder Schlitze. Sie gewährleisten auf der einen Seite, dass die zugeführte Tinte die Barriere in diesem eng begrenzten, lokalen Abschnitt, zumindest für den Befüllvorgang, durchdringt. Andererseits sind sie dennoch so gestaltet, dass ein Kontakt des porösen, kompressiblen Elements mit dem Deckel unterbunden ist. Im Hinblick auf die schlitzförmige Ausgestaltung der Durchlässe sind bevorzugt „X"-förmige Ausführungsformen geeignet, da diese wiederverschließbare Laschenabschnitte bilden bzw. zumindest teilweise begrenzen, die sich nach dem Befüllvorgang im wesentlichen wieder verschließen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Barriere formschlüssig mit dem mindestens einen Element verbunden. Dadurch wird gewährleistet, dass eine relative Lage der Barriere zu dem mindestens einen Element über die gesamte Betriebsdauer der Tintenpatrone eingehalten wird. Diesbezüglich ist es möglich, dass die wenigstens eine Barriere sich über die gesamte Oberfläche des Elements erstreckt und über diese hinausragt, so dass ein das Element umgreifender Kragen zumindest bereichsweise gebildet ist. Eine andere Möglichkeit zur Bereitstellung des Formschlusses kann dadurch bewirkt werden, dass die Barriere und das erste kompressible Element an der Oberfläche des Elements selbst ineinander greifen.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die wenigstens eine Barriere zumindest einen Vorsprung hat, der sich in einer Aussparung des mindestens einen Elements hinein erstreckt. Zunächst sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich alle bekannten Arten von sogenannten Feder-Nut-Systemen oder ähnlichen Anordnungen zur Bildung eines Formschlusses zwischen Barriere und Element eingesetzt werden können. Bevorzugt weist jedoch die Barriere eine lokal begrenzte Erhebung bzw. einen Vorsprung auf, der hin zum Element gerichtet ist, da auf diese Weise die Barriere dünnwandig gebaut werden kann und somit weniger Raum für das hinsichtlich der Speicherung von Tinte weniger geeignete Bauteil benötigt wird. Der Vorsprung kann dabei jede beliebige Gestalt haben, wobei die Aussparung in etwa eine korrespondierende Gestalt hat.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine erste kompressible Element aufgrund des Formschlusses benachbart zur wenigstens einen Barriere komprimiert wird. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Aussparung des mindestens einen Elements eine geringere Ausdehnung aufweist (im nicht zusammengesetzten Zustand) als der Vorsprung der Barriere. Das bedeutet, das die Aussparung des Elementes beim Zusammenfügen der beiden Teile aufgeweitet wird und auch ein kraftschlüssiges Verbinden von Barriere und Element stattfindet. Aufgrund der Kompressibilität und Porosität des Elements sowie dem durch den Vorsprung der Barriere auf das Element ausgeübten Druck wird das Material des Elements nahe dieser Aussparung komprimiert. Das bedeutet zum Beispiel, dass die Porengröße des Elements nach dem Zusammenfügen der Bauteile im Bereich der Aussparung bzw. nahe der Oberfläche des Elements kleiner ist, als in anderen Bereichen des Elements. Insbesondere für den Fall, dass eine möglichst gleichmäßige Komprimierung nahe der gesamten Oberfläche des Elements bereitgestellt werden soll, wird auch vorgeschlagen, mehrere Vorsprünge und Aussparungen vorzusehen, die jeweils eine lokale, oberflächennahe Komprimierung des Elements bewirken. Diese Ausgestaltung weist gegenüber herkömmlichen Systemen den Vorteil auf, dass beim Befüllvorgang die Tinte bereits während der Befüllung durch die oberflächlich auftretende Kompression in vorzugsweise Längsrichtung des Tintenbehälters und die damit verbundene Erhöhung der Kapillarkräfte in diesem Bereich in Richtung der Behältermitte gezogen wird, was den Befüllvorgang erleichtert. Außerdem wird die Tinte von der Belüftungsöffnung wegtransportiert.

Einer weiteren Ausgestaltung zufolge ist eine erste Öffnung des Deckels als Tintenzufuhr zur Befüllung des Tintenbehälters und eine zweite Öffnung als Lufteinlass ausgebildet, wobei die erste Öffnung einen sich zum mindestens einen Element hin erstreckenden Kragen hat, der zumindest mit der wenigstens einen Bar riere in Kontakt ist, während die zweite Öffnung von der wenigstens einen Barriere beabstandet angeordnet ist, so dass ein Luftspalt gebildet ist.

Im Hinblick auf die Tintenzufuhr wurden bereits oben Erläuterungen vorgenommen, auf die hier Bezug genommen wird. Ergänzend sei angemerkt, dass der Kragen beispielsweise als Führungsmittel für einen Zuführstutzen bzw. eine Nadel oder ähnliche Vorrichtungen zum Zuführen von Tinte hin zum Element dienen kann. Außerdem fixiert der Kragen ggf. zusätzlich die wenigstens eine Barriere auf der Oberfläche des Elements. Diese beiden Effekte haben zur Folge, dass die Tinten-Zuführstutzen etc. direkt hin zu dem Abschnitt geleitet werden, und auf diese Weise ein einfaches Befüllen der Tintenpatrone gewährleistet ist. Der Kragen ist bevorzugt einteilig mit dem Deckel ausgebildet.

Auch die Funktion des Lufteinlasses wurde bereits vorstehend erläutert. Die Ausbildung des Luftspalts zwischen dem Lufteinlass und der Barriere wird zum Beispiel durch den Kragen oder andere Ausnehmungen des Deckels, wie Rippen oder dergleichen, gewährleistet. Somit kann der Lufteinlass nicht verstopfen und bei jeder Temperatur bzw. jedem Umgebungsdruck ist ein Ausgleich zwischen dem Tintenreservoir und der Umgebung möglich. Zur Klarstellung sei darauf hingewiesen, dass die Barriere selbstverständlich zumindest nahe des Lufteinlasses für Luft oder andere gasförmige Fluide durchströmbar ist.

Weiter wird auch vorgeschlagen, dass der Auslass im Boden zumindest eine Kammer bildet, in der mindestens ein poröser und kompressibler Körper angeordnet ist. Zur Ausgestaltung des mindestens einen porösen und kompressiblen Körper wird auf die nicht vorveröffentlichte Deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 102 50 610 vollumfänglich Bezug genommen, so dass die dortigen Ausführungen zur Beschreibung bzw. ergänzenden Erläuterung des vorliegenden Textes herangezogen werden können. Im Hinblick auf die Eigenschaften eines solchen porösen und kompressiblen Körpers sei an dieser Stelle auf die Ausführungen bezüglich des porösen und kompressiblen Elements verwiesen, insbesondere in Bezug auf die Kompressibilität und die Porengröße.

Der poröse und kompressible Körper kann im wesentlichen frei gestaltet werden, wobei er sich in der Regel an die Kontur des Auslass anpasst. Denkbar ist jedoch, dass der Körper einen Außenquerschnitt in rechteckiger, quadratischer, runder oder im wesentlichen kreisförmiger Form aufweist, während die Kammer im Auslass eine hiervon verschiedene Form aufweist. Es ist nicht erforderlich, dass sich der Körper vollständig in der Kammer befindet, vielmehr ist es auch möglich, dass ein Teil des Körpers aus der Kammer heraus und in das Tintenreservoir hineinragt.

Schließlich wird auch vorgeschlagen, dass der Auslass Mittel zum Abdichten einer Austrittsöffnung aufweist. Unter Abdichtmitteln sind sowohl Mittel zu verstehen, die den Auslass vollständig verschließen (z. B. für den Zeitraum bis die Patrone in den Aufzeichnungskopf eingesetzt wird), als auch Mittel, die während des Betriebes der Tintenpatrone ein Auslaufen der Tinte aus dem Tintenreservoir bzw. der Tintenpatrone verhindern. Auch diesbezüglich wird vollumfänglich auf die Offenbarung nicht vorveröffentlichten Deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 102 50 610 verwiesen.

Die Erfindung, insbesondere weitere Ausgestaltungen und Vorteile, werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, die Erfindung jedoch nicht auf diese begrenzt werden soll.
Es zeigen:
1 perspektivisch und in einem Querschnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tintenpatrone;
2 schematisch und perspektivisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Barriere;
3 schematisch die Bildung eines Formschluss zwischen einer Barriere und einem porösen, kompressiblen Element; und
4 schematisch und im Querschnitt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tintenpatrone im Betrieb.
1 zeigt schematisch und perspektivisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tintenpatrone 1. Die Tintenpatrone 1 umfasst einen Behälter 3 mit einem Deckel 4 und einem Boden 5, wobei der Deckel 4 zwei Öffnungen 6, 16 hat. Der Boden 5 weist einen Auslass 7 auf, und der Behälter 3 gleichfalls ein Tintenreservoir 8 bildet. Dabei ist die erste Öffnung 6 als Tintenzufuhr und die zweite Öffnung 16 als Lufteinlass ausgebildet. Wie aus 1 zu entnehmen ist, hat die erste Öffnung 6 einen sich in das Innere des Tintenreservoirs 8 hinein erstreckenden Kragen 17 sowie mehrere Rippen 24. Der Kragen 17 bzw. die Rippen 24 gewährleisten, dass sich im Inneren des Tintenreservoirs 8 nahe der zweiten Öffnung 16, welche den Lufteinlass bildet, ein Luftspalt 18 ausbildet. Der Behälter 3 ist zusätzlich mit Aufnahmen 22 versehen, die ein Einsetzen der Tintenpatrone 1 in beispielsweise Tintenstrahldrucker ermöglichen. Die Aufnahmen 22 sind in der Regel typabhängig und können entsprechend den erforderlichen Gegebenheiten beliebig ausgestaltet sein.
Weiter weist die Tintenpatrone 1 ein poröses, kompressibles Element 9 in dem Tintenreservoir 8 auf. Dieses hat eine erste Aufnahmekapazität und einen ersten Strömungswiderstand für Tinte. Dabei handelt es sich um einen Filz oder bevorzugt um einen Schaum-Formkörper, der sich im wesentlichen an die Gestalt des Tintenreservoirs 8 anpasst, wobei die Gestalten des Tintenreservoirs 8 bzw. des Elementes 9 (im unkomprimierten Zustand) im wesentlichen korrespondieren.
Weiter ist eine Barriere 10 vorgesehen, welche eine zweite Aufnahmekapazität und einen zweiten Strömungswiderstand für Tinte aufweist. Die Barriere 10 hat eine geringere Aufnahmekapazität bzw. einen höheren Strömungswiderstand für Tinte gegenüber dem Element 9. In der dargestellten Ausführungsform wird die Barriere 10 durch den Kragen 17 sowie die Rippen 24 auf eine Oberfläche 11 des Elements 9 gedrückt, welche von der Barriere 10 vollständig bedeckt ist. Gleichzeitig wird durch die Barriere 10 sowie den Behälter 3 ein Luftspalt 18 in der Nähe der zweiten Öffnung 16 gebildet.
Die Barriere 10 ist dabei so im Behälter 3 positioniert, dass diese an dem Deckel 4 anliegt und einen Kontakt des mindestens einen Elements 9 mit dem Deckel 4 unterbindet. In der dargestellten Ausführungsform bedeckt die Barriere 10 die dem Deckel 4 zugewandte Oberfläche 11 des Elements 9 vollständig.
Der Boden 5 weist einen Auslass 7 auf, der eine Kammer 19 bildet. In dieser Kammer 19 ist ein poröser und kompressibler Körper 20 angeordnet. Der Auslass 7 ist gegenüber der Umgebung durch einen Verschluss 23 abgedichtet, wobei dieser Verschluss 23 bei der Inbetriebnahme der Tintenpatrone 1 zumindest teilweise zerstört bzw. beschädigt wird. Zwischen dem Körper 20 und dem Verschluss 23 sind weitere Mittel zum Abdichten der Austrittsöffnung 21 vorgesehen, die insbesondere während des Betriebes der Tintenpatrone 1 ein Ausströmen von Tinte aus dem Auslass 7 heraus unterbinden, wenn dies nicht gewünscht ist.
2 zeigt schematisch und in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Barriere 10. Die Barriere 10 entspricht hinsichtlich ihrer Abmessungen im wesentlichen der Oberfläche 11 des Elements 9 und hat zwei Abschnitte 12, die benachbart zu den beiden Öffnungen 6, 16 des Deckels angeordnet sind. Jeder Abschnitt 12 hat schlitzförmig ausgestaltete Durchlässe 13. Grundsätzlich ist möglich, dass ein solcher Abschnitt 12 lediglich nahe der Tintenzufuhr-Öffnung 6 angeordnet ist, aus fertigungstechnischer Sicht ist es jedoch unter Umständen sinnvoll, den Aufbau der Barriere 10 symmetrisch zu gestalten. Einerseits wird dabei die Einsatzflexibilität der Barriere 10 erhöht, andererseits werden auch Montagefehler verhindert. Zur exakten Ausrichtung bzw. Positionierung der Barriere 10 gegenüber dem Element 9 und/oder der ersten Öffnung 6 des Deckels 4 als Tintenzufuhr ist ein Vorsprung 14 vorgesehen, der formschlüssig in das Element 9 eingesetzt werden kann.
Die Ausbildung eines solchen Formschlusses ist schematisch in der 3 dargestellt. In der Teilansicht I sind die Barriere 10 und das Element 9 in einer zueinander beabstandeten Position dargestellt. Wie sich aus dieser Figur erkennen lässt, weist die Barriere 10 einen Vorsprung 14 auf, der eine zweite Erstreckung 26 und eine Höhe 27 aufweist. Gegenüberliegend ist das Element 9 mit einer Aussparung 15 dargestellt, wobei die Aussparung 15 sich ausgehend von einer Oberfläche 11 in innere Bereiche des Elements 9 hinein erstreckt und eine erste Erstreckung 25 sowie eine Tiefe 28 hat. In der Darstellung ist zu erkennen, dass der Vorsprung 14 größer als die Aussparung 15 ausgebildet ist, insbesondere ist die zweite Erstreckung 26 des Vorsprungs 14 größer als die erste Erstreckung 25 der Aussparung 15. Bevorzugt ist die zweite Erstreckung mindestens 10 % größer
Unter Umständen ist es auch vorteilhaft, die Höhe 27 des Vorsprungs 14 und die Tiefe 28 der Aussparung 15 unterschiedlich zu gestalten, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Zur Herstellung eines guten formschlüssigen bzw. kraftschlüs sigen Sitzes der Barriere 10 auf bzw. in dem Element 9 ist die Höhe 27 größer als die Tiefe 28 auszuführen.
Aus der Teilansicht II, die den zusammengesetzten Zustand von Barriere 10 und Element 9 zeigt, lässt sich erkennen, wie durch den Formschluss eine Komprimierung des Elements 9 stattfindet. Das wird durch die dichter liegenden Punkte dargestellt, welche die Poren 31 des Elements 9 darstellen. Die Barriere 10, die eine gegenüber dem Element 9 vorzugsweise eine höhere Formstabilität hat, weitet die Aussparung 15 auf. Dies führt zu einer Komprimierung bzw. Verdichtung des Materials des Elements 9 nahe der Oberfläche 11 bzw. in einem Bereich 29 um die Aussparung 15 herum.
4 zeigt schematisch und in einem Querschnitt eine weitere Ausgestaltung der Tintenpatrone 1 im Betrieb. Dabei ist die Tintenpatrone 1 auf eine Tintenzuführnadel 32 eines Aufzeichnungskopfes 2 aufgesetzt. Durch das Aufbringend der Tintenpatrone 1 auf die Tintenzuführnadel 32 wird der poröse Körper 20 zum einen an seiner der Tintenzuführnadel 32 zugewandten Unterseite komprimiert, zum anderen infolge des durch die Tintenzuführnadel 32 ausgeübten Druckes in Richtung des Tintenreservoirs 8 bzw. des Elements 9 geschoben. Dabei wird zwischen dem porösen Körper 20 im Auslass 7 und dem porösen Element 9 des Tintenreservoirs 8 ein Druckkontakt aufgebaut. Das im Vergleich zum porösen Körper 20 kompressiblere, poröse Element 9 wird dadurch komprimiert. Durch die Verkleinerung der Poren 31 in den jeweilig komprimierten Bereichen des porösen Körpers 20 bzw. des porösen Elementes 9 wird ein bevorzugter Tintenfluss 30 (angedeutet durch Pfeile) von dem Tintenreservoir 8 hin zur Tintenzuführnadel 32 bewirkt. Die Tintenzuführnadel wird dabei üblicherweise nur dann mit dem Körper 20 in Kontakt gebracht, wenn ein Tintenfluss hin zum Aufzeichnungskopf 2 gewünscht ist. Sonst wird die Tintenzuführnadel 32 zurück in den Aufzeichnungskopf 2 eingezogen, wobei gerade für diese Zeitspanne Mittel zum Abdich ten der Austrittsöffnung 21 vorgesehen sind. Derartige Dichtungsmittel können beispielsweise Dichtungsringe sein, wobei diese gegebenenfalls ein im Zentrum angeordnetes Loch zur Durchführung der Tintenzuführnadel 32 aufweisen und an dieser anliegen.
Die hier vorgeschlagene Tintenpatrone zeichnet sich durch eine einfache Herstellung sowie eine verbesserte Druckqualität über die Betriebsdauer aus. Darüber hinaus ist die Gefahr des Austretens von Tinte deutlich verringert und der Befüllvorgang wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion deutlich erleichtert.

1: Tintenpatrone
2: Aufzeichnungskopf
3: Behälter
4: Deckel
5: Boden
6: Erste Öffnung
7: Auslass
8: Tintenreservoir
9: Element
10: Barriere
11: Oberfläche
12: Abschnitt
13: Durchlass
14: Vorsprung
15: Aussparung
16: Zweite Öffnung
17: Kragen
18: Luftspalt
19: Kammer
20: Körper
21: Austrittsöffnung
22: Aufnahme
23: Verschluss
24: Rippe
25: Erste Erstreckung
26: Zweite Erstreckung
27: Höhe
28: Tiefe
29: Bereich
30: Tintenfluss
31: Pore
32: Tintenzuführnadel

Claims

Tintenpatrone (1) für einen Aufzeichnungskopf (2), umfassend: (d) einen Behälter mit Behälterwänden (3) und einem Deckel (4) und einem Boden (5), wobei der Deckel (4) oder mindestens eine Behälterwand (3) mindestens eine Öffnung (6, 16) hat, der Boden (5) einen Auslass (7) aufweist und der Behälter mindestens ein Tintenreservoir (8) bildet; (e) mindestens ein erstes poröses und kompressibles Element (9) in dem wenigstens einen Tintenreservoir (8), wobei das mindestens eine erste Element (9) eine erste Aufnahmekapazität und einen ersten Strömungswiderstand für Tinte aufweist; (f) wenigstens eine Barriere (10), welche eine zweite Aufnahmekapazität und einen zweite Strömungswiderstand für Tinte aufweist, wobei wenigstens bereichsweise zumindest die zweite Aufnahmekapazität geringer als die erste Aufnahmekapazität des mindestens einen ersten Elements (9) oder der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand des mindestens einen ersten Elements (9) ist; bei der die Barriere (10) so im Behälter positioniert ist, dass diese zumindest bereichsweise an einer eine Öffnung (6, 16) aufweisenden Behälterwand (3) oder dem eine Öffnung (6, 16) aufweisenden Deckel (4) anliegt und einen Kontakt des mindestens einen Elements (9) mit der einer eine Öffnung (6, 16) aufweisenden Behälterwand (3) oder dem eine Öffnung (6, 16) aufweisenden Deckel (4) zumindest bereichsweise unterbindet.
Tintenpatrone (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Barriere (10) eine dem Deckel (4) zugewandte Oberfläche (11) des mindestens einen Elements (9) vollständig bedeckt.
Tintenpatrone (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Barriere (10) benachbart zu wenigstens einer Öffnung (6, 16) des Deckels (4) einen Abschnitt (12) aufweist, wobei dieser einen dritten Strömungswiderstand für Tinte hat, der kleiner als der zweite Strömungswiderstand ist.
Tintenpatrone (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (12) mindestens einen, vorzugsweise schlitzförmig ausgebildeten, Durchlass (13) umfasst.
Tintenpatrone (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Barriere (10) formschlüssig mit dem mindestens einen Element (9) verbunden ist.
Tintenpatrone (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Barriere (10) zumindest einen Vorsprung (14) hat, der sich in eine Aussparung (15) des mindestens einen Elements (9) hinein erstreckt.
Tintenpatrone (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Element (9) aufgrund des Formschlusses benachbart zur wenigstens einen Barriere (10) komprimiert wird.
Tintenpatrone (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Öffnung (6) des Deckels (4) als Tintenzufuhr und eine zweite Öffnung (16) als Lufteinlass ausgebildet ist, wobei die erste Öffnung (6) einen sich hin zum mindestens einen Element (9) erstrecken den Kragen (17) hat, der zumindest mit der wenigstens einen Barriere (10) in Kontakt ist, während die zweite Öffnung (16) von der wenigstens einen Barriere (10) beabstandet angeordnet ist, so dass ein Luftspalt (18) gebildet ist.
Tintenpatrone (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (7) im Boden (5) mindestens eine Kammer (19) bildet, in der mindestens ein poröser und kompressibler Körper (20) angeordnet ist.
Tintenpatrone (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (7) Mittel zum Abdichten einer Austrittsöffnung (21) aufweist.