DE19710680A1 - Tintenstrahl-Druckkartusche mit zwei Tinteneinlaßöffnungen für das anfängliche Füllen und das Nachfüllen - Google Patents
Tintenstrahl-Druckkartusche mit zwei Tinteneinlaßöffnungen für das anfängliche Füllen und das NachfüllenInfo
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Description
Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-Part der US-Paten
tanmeldung Nr. 08/322 848, angemeldet am 13. Oktober 1994,
mit dem Titel "Apparatus for Refilling Ink Cartridges", 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.
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), TeflonTM 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (10)
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.
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.
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.
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1998
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0945271A3 (de) * | 1998-03-19 | 2000-11-02 | Hewlett-Packard Company | Ausrichtungskupplungsvorrichtung zum manuellen Verbinden einer Tintenversorgung mit einer Tintenstrahldruckpatrone |
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