DE19812205A1

DE19812205A1 - Ventileinheit in einem Tintenzufuhrkanal einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, eine Tintenpatrone, die die Ventileinheit verwendet, eine Tintenzufuhrnadel und ein Verfahren zur Herstellung der Ventileinheit

Info

Publication number: DE19812205A1
Application number: DE1998112205
Authority: DE
Inventors: Minoru Usui; Takao Kobayashi; Satoshi Shinada; Hisashi Miyazawa; Takahiro Naka
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JP4141523B2; HK1012500A1; US6648459B2; GB2323332B; ITTO980239A1; US6302531B1; CH693903A5; US20020063758A1; SE521804C2; JPH10315504A; FR2761002B1; GB9805833D0; NL1008633C2; FR2761002A1; SE9800924L; GB2323332A; DE19812205B4; SE9800924D0; US6986568B2; US20040056936A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit und insbesondere eine Ventileinheit, die in einem Tintenzufuhrkanal zur Verbindung eines Tintenstrahl aufzeichnungskopfes und eines Tintenbehälters angeordnet ist und die in der Lage ist, einen negativen Druck zu erzeugen.

Herkömmliche Tintenstrahldrucker umfassen im allgemeinen einen Schlitten, der mit einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf und einer Tintenpatrone zum Zuführen von Tinte beladen ist. Wenn der Schlitten in Position ist, bewegt sich der Schlitten entlang eines Aufzeichnungspapiers hin und her und trägt Tintentropfen gemäß den Druckdaten auf das Auf zeichnungspapier auf. Der Aufzeichnungskopf trägt die Tintentropfen aus den Düsenlöchern durch Erzeugung eines Druckes innerhalb einer Druckerzeugungskammer auf. Die Druckerzeugungskammer kommuniziert mit einer gemeinsamen Tintenkammer 2 und den Düsenlöchern des Aufzeichnungskopfes.

Da bei einem solchen Aufzeichnungskopf das Düsenloch nor malerweise tiefer angeordnet ist als der Tintenpegel in der Tintenpatrone, wirkt der Höhendruck auf das Düsenloch und verursacht ein Austreten der Tinten aus dem Düsenloch. Um dieses Problem zu lösen, wird gewöhnlich ein poröses Material in die Tintenpatrone gelegt, so daß die Kapillarkraft des porösen Materials den Tintendruck in der Tintenpatrone geringfügig niedriger hält als den Druck im Aufzeichnungs kopf.

Wenn die Menge der im porösen Material aufgenommenen Tinte mit zunehmendem Tintenverbrauch abnimmt, verzögert die Kapillarkraft des porösen Materials die Zufuhr von Tinte in den Aufzeichnungskopf. In der Folge wird die Tinte im Schlitten nicht vollständig aufgebraucht. Ein weiteres in Zusammenhang mit dem Tintenschlitten stehendes Problem ist die große Abmessung der Tintenpatrone, die zur Aufnahme des großen Volumens des porösen Materials benötigt wird.

Im allgemeinen ist eine Tintenpatrone so konstruiert, daß eine Wand mit einer Öffnung im unteren Abschnitt eines Tintenbehälters vorhanden ist, wodurch der untere Abschnitt desselben in ein Tintenreservoir und einen Hohlraum unter teilt wird. Ein Regulierventil ist in der Öffnung der Wand installiert, so daß sich, wenn der Tintendruck im Aufzeichnungskopf gesenkt wird, das Ventil öffnet, die Tinte aus dem Reservoir in den Hohlraum entläßt und die Tinte dem Aufzeichnungskopf zuführt.

Eine weiterer Nachteil von bekannten Ventileinheiten ist es, daß sich durch die Druckverhältnisse im Tintenstrahlaufzeichnungskopf bzw. in der Tintenpatrone Blasen bilden.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Tintenpatrone für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, sowie eine Ventileinheit und weiter eine Tintenzufuhrnadel zu schaffen, die die Unzulänglichkeiten des Standes der Technik beseitigt, weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung der Ventileinheit zu schaffen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebene Ventileinheit, durch die im unabhängigen Anspruch 10 angegebene Tintenpatrone und durch die im unabhängigen Anspruch 19 angegebene Tintenzufuhrnadel, sowie dem im unabhängigen Patentanspruch 27 angegebenen Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß z. B. gelöst, indem eine Tintenpatrone für einen Tinten strahlaufzeichnungskopf so konstruiert wird, daß ein Membranenventil, welches eine elastische Membrane mit einer Öffnung umfaßt, zum Trennen einer Tinteneinströmseite von einer Tintenausströmseite verwendet wird. Der Tintendruck im Tintenstrahlaufzeichnungskopf wird zwischen der Tinteneinströmseite und der Tintenausströmseite leicht negativ gehalten. Darüber hinaus ist die Menge der Tinten zufuhr proportional zur verbrauchten Tinte im Aufzeich nungskopf. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in einer Ventileinheit, die sicherstellt, daß Blasen, die sich in der Nähe des Membranenventils bilden, entfernt werden, während ein negativer Druck als Reaktion auf kleinste Druckunterschiede im Aufzeichnungskopf beibehalten wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Ventileinheit in einem Tintenzufuhrkanal einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ein Membranenventil mit einer dünnen, elastischen Membrane und einen Ventilkörper, welcher auf einer Oberfläche stromabwärts der dünnen Membrane gebildet ist, wobei der Ventilkörper eine Öffnung und einen elastischen Halteabschnitt 19 umfaßt, der am Ventilkörper befestigt ist. Die elastische, dünne Membrane reagiert auf den Druckunterschied zwischen einer oberstromigen Seite und einer unterstromigen Seite. Ein Ventilsitz 8 ist an der oberstromigen Seite des Tintenzufuhrkanals angeordnet und wird in Kontakt mit der Öffnung im Ventilkörper gehalten. Ein Durchflußkanal mit einem kleineren Querschnittsbereich wird gebildet durch: (1) eine Platte, die an der unterstromigen Seite des Ventilsitzes angeordnet ist, (2) die verlängerte Richtung des elastischen Halteabschnittes 19, welche die längliche Seite bildet, und (3) die Endabschnittsseite der elastischen Halterung, welche die obere Seite bildet.

Das Membranenventil besitzt einen breiten Bereich und reagiert auf die Druckunterschiede durch Öffnen des Durch flußkanals im Verhältnis zur Menge der im Aufzeichnungskopf verbrauchten Tinte, um Tinte zuzuführen. Die durchflußka nalbildende Platte bildet den unteren Bereich des Membra nenventils mit ihrem unteren Bereich. Da die obere Seite der Platte schmäler ist, neigen Blasen dazu, sich in diesem Abschnitt zu sammeln. Wenn Tinte durch Ausüben eines nega tiven Druckes auf den Aufzeichnungskopf ausgestoßen wird, wird verhindert, daß sich die Durchflußgeschwindigkeit der Tinte in diesem Bereich unnotwendigerweise verlangsamt. Daher werden Blasen mit der Tinte nach außen geführt.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, in denen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Ventileinheit in geschlossener Position ist, die gemäß der Erfindung kon struiert wurde;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Ventileinheit in geöff neter Position ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von Fig. 3 ist;

Fig. 5 eine Draufsicht eines Membranenventils ist, das gemäß der Erfindung konstruiert wurde;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Plattenmaterials ist, das in der Konstruktion des Membranenventils verwendet wird;

Fig. 7 eine Draufsicht eines Membranenventils zur Verwendung in der Tintenpatrone gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 8 eine Draufsicht eines Membranenventils zur Verwendung in der Tintenpatrone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 9 eine Draufsicht eines Membranenventils zur Verwendung in der Tintenpatrone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer Ventileinheit in geöffneter Position ist, die gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung konstruiert wurde;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 von Fig. 10 ist;

Fig. 12 eine Draufsicht eines Membranenventils der Ventil einheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 13 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Membranenventils der Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines Aufzeichnungskopfes ist, der gemäß der Erfindung konstruiert wurde und die in einem Tintenbehälter enthaltene Ventileinheit verwendet;

Fig. 15 eine Querschnittsansicht einer Tintenzufuhrnadel ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht einer Tintenzufuhrnadel ist, die gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde;

Fig. 17 eine Draufsicht ist, die eine unterschiedliche Ausführungsform eines Membranenventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 18 eine Plastikfolie der Membrane in Querschnittsansicht entlang der Linie 18-18 von Fig. 17 ist;

Fig. 19 eine Querschnittsansicht der Plastikfolie der Membrane entlang der Linie 19-19 von Fig. 17 ist;

Fig. 20 (I) und (II) die Schritte der Verarbeitung der Plastikfolien gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und

Fig. 21 (a) und (b) die Schritte der Herstellung der Mem branenventile gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

Es wird zuerst Bezug genommen auf Fig. 1, die eine Tinten patrone, welche im allgemeinen mit 100 gekennzeichnet ist, darstellt, die im allgemeinen eine Ventileinheit umfaßt, die im allgemeinen mit 200 gekennzeichnet ist, und die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Tintenpatrone 100 umfaßt einen Behälter 1. Eine Tintenkammer 2 ist im oberen Abschnitt des Behälters 1 ausgebildet, und eine Tintenzufuhröffnung 5 ist im unteren Abschnitt ausgebildet. Die Tintenzufuhröffnung 5 nimmt eine Nadel N auf.

Ein im wesentlichen rechtwinkeliger, konkaver Abschnitt ist im Behälter 1 ausgebildet. Ein Membranenventil zum Trennen der Tintenkammer 2 von der Tintenzufuhröffnung 5 befindet sich innerhalb des konkaven Abschnittes. Der Umfang der Unterseite des Membranenventils 6 wird von einem Abschnitt 1a mit unterschiedlichem Pegel des Behälters 1 gehalten. Das Membranenventil ist im Behälter 1 durch Ausrichten seiner Tintenkammerseite (oberstromig) mit dem ventilsitzbildenden Element 7 angeordnet, das innerhalb des Behälters 1 angeordnet ist.

Das ventilsitzbildende Element 7 besitzt in seiner Mitte einen Vorsprung 7a, der zur unterstromigen Seite hin vor steht. Ein Ventilsitz 8, hergestellt aus einem elastischen Element, wie zum Beispiel Gummi, ist am vorderen Ende des Vorsprungs 7a befestigt. Desweiteren ist zumindest eine Öffnung 9, vorzugsweise mehrere davon, die mit der Tinten kammer 2 kommuniziert, um den Umfang des Ventilsitzes 8 gebohrt. Fig. 1 und 3.

Eine Tintendurchflußregelplatte 10 ist aufintegrale Weise am Behälter 1 ausgebildet und innerhalb des konkaven Abschnittes des Behälters 1 und stromabwärts vom Membranenventil angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tintendurchflußregelplatte 10 zur Tintenöffnung 5 hin geneigt, wobei Öffnungen 11 an der höchsten Stelle der Tintendurchflußregelplatte 10 ausgebildet sind, die mit der Tintenzufuhröffnung 5 kommunizieren. Fig. 3.

Das in Fig. 5 und 6 dargestellte Membranenventil wird durch das Zuschneiden eines Laminatmaterials, welches eine weiche, makromolekulare Folie 12 und eine Metallplatte 13 umfaßt, als Rechteck ausgebildet, wobei die Metallplatte 13 geätzt wird, um vier Seiten 14, 15, 16, 17 zu bilden. Diese vier Seiten werden innerhalb des Behälters 1 gehalten; ein mittlerer Abschnitt wird als Ventilkörper 18 ausgebildet, und elastische Halteabschnitte 19, 19 werden daneben ausgebildet. Die elastischen Halteabschnitte 19, 19 stützen den Ventilkörper 18 von beiden Seiten und erstrecken sich zu den Rahmenöffnungsabschnitten 20, 20. Die Abschnitte 20, 20 sind Fenster, die eine makromolekulare Folie 12 freilegen. Der Ventilkörper 18 umfaßt eine Öffnung 21.

Die Breite der elastischen Halteabschnitte 19, 19 wird so ausgewählt, daß eine elastische Verformung als Reaktion auf Druckunterschiede relativ zum Druck im Aufzeichnungskopf möglich ist.

Das Membranenventil wird durch das ventilsitzbildende Element 7 von der Tintenkammerseite zum Behälter 1 gesichert und durch den Abschnitt 1a mit unterschiedlichem Pegel des Behälters 1 eingestellt. Ein Filter 22 zum Entfernen von Blasen und Staub aus der Tinte ist im oberen Abschnitt der Tintenkammer angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Tintenpatrone 100 durch Anbringung der Tintenzufuhrnadel N in der Tintenzufuhröffnung 5 des Tintenschlittens auf die Aufzeichnungsvorrichtung geladen.

Um zu vermeiden, daß Luft in die Tinte gelangen kann, wird der Druck in der Tintenzufuhröffnung 5 abgesenkt, wenn die Tinte in der Tintenpatrone dadurch in den Aufzeichnungskopf gezogen wird, daß der negative Druck über ein Kappenelement auf den Aufzeichnungskopf wirken kann. Der Druckunterschied wird dann vom Membranenventil erkannt. Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, ist das Membranenventil vom Ventilsitz 8 getrennt, und die Tinte in der Tintenkammer 2 tritt zwischen der Öffnung 11 an der höchsten Stelle und dem nun niedrigeren Abschnitt (Öffnung 21) des Membranenventils 6 hindurch und fließt in die Tintenzufuhröffnung 5.

Aufgrund der Anordnung des Durchflußkanals im unteren Bereich des Membranenventils 6 werden Blasen, die sich im unteren Abschnitt des Membranenventils 6 gesammelt haben, aufgrund ihres eigenen Auftriebs in der Nähe der Öffnung 11 gesammelt. Da die Durchflußgeschwindigkeit der Tinte in diesem Bereich größer ist als in anderen Bereichen, werden die Blasen durch den Tintendurchfluß mitgeführt, bevor sie über den Aufzeichnungskopf in das Kappenelement entlassen wird.

Nachdem die Befüllung mit Tinte abschlossen ist und wenn ein Druckvorgang ausgeführt wird, fließt die Tinte im unteren Bereich des Membranenventils 6 über die Tintenzufuhröffnung 5 in den Aufzeichnungskopf. Der Druck im unteren Bereich des Membranenventils 6 senkt sich allmählich. Wenn der negative Druck die wiederherstellende Kraft der tragenden, elastischen Halteabschnitte 19 übersteigt, neigt sich das Membranenventil 5 stromabwärts zur Seite der Tintenzufuhröffnung 5. Dadurch trennt sich die Öffnung 21 vom Ventilsitz 8. Somit wird die Tinte in der Tintenkammer 2 durch die Öffnung 21 geführt und fließt in die Tintenzufuhröffnung 5, bis der Druck in der Tintenzufuhröffnung 5 übermäßig negativ wird.

Wenn der Druck im unteren Bereich des Membranenventils 6 aufgrund der Tinteneinströmung leicht ansteigt, überwinden die elastischen Halteabschnitte 19 den Tintendruck von der Tintenkammer 2 und führen den Ventilkörper 18 zur oberstro migen Seite. Dies stellt sicher, daß der Ventilkörper 18 in elastischen Kontakt mit dem Ventilsitz 8 gebracht wird, um auf diese Weise die Öffnung 21 zu schließen. In der Folge wird der Druck in der Tintenzufuhröffnung 5 negativ gehalten, um den Meniskus des Aufzeichnungskopfes unabhängig vom Flüssigkeitspegel der Tinte in der Tintenkammer 2 beizube halten.

Um einen Ausstoß von Tintentröpfchen aus einem Düsenloch zu verhindern, was nach einer längeren Druckdauer der Fall sein kann, wird die Düsenplatte des Aufzeichnungskopfes mit einer Kappe versiegelt. Diese Kappe aktiviert den negativen Druck, wodurch die Blasen, die sich in der Nähe der Öffnung 11 angesammelt haben, aus dem Aufzeichnungskopf entlassen werden.

Fig. 7-9 zeigt andere Membranenventile 6 der vorliegenden Erfindung. In jeder Ausführungsform sind ähnliche Teile mit ähnlichen Ziffern gekennzeichnet, wobei nur die Unterschiede beschrieben werden. Fig. 7 zeigt ein Ventil 60 mit Abzweigungsabschnitten 23, 23, die symmetrisch rund um die Öffnung 21 des Ventilkörpers 18 angeordnet sind. Die Ab zweigungsabschnitte 23 werden durch Ätzen der Metallplatte 13 gebildet und erstrecken sich quer über Abschnitte der Folie 12, um sicherzustellen, daß der Druckunterschied zum Ventilkörper 18 und zu den elastischen Halteabschnitten 19 übertragen wird. Die makromolekulare Folie 12 wird wiederum daran gehindert, sich übermäßig zu verformen.

Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Membra nenventils 160, wobei der Durchflußkanal im unteren Bereich des Membranenventils 6 durch die Tintendurchflußregelplatte 10 gedrosselt wird. Dies führt zu einem schmäleren Durch flußkanal gegen den Endabschnitt in jene Richtung hin, in die sich die elastischen Halteabschnitte 19 erstrecken. In diesem Fall wird ein Diamantfenster 20' gebildet, indem die Metallplatte 13 so geätzt wird, daß der Ventilkörper 18 in der mittleren Stellung belassen wird, die elastischen Halteabschnitte 19 zum Halten des Ventilkörpers 18 an beiden Seiten belassen werden, und die befestigenden Rah menabschnitte 25, 26, 27, 28 am Umfang des Fensters belassen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ventilkörper 18 dadurch für Druckunter schiede empfindlicher gemacht, indem die Steifheit der makromolekularen Folie 12 im mittleren Bereich, wo sich der Ventilkörper 18 befindet, geschwächt wird. Darüber hinaus kann der Durchflußkanal im fixierten Bereich eines jeden elastischen Halteabschnittes 19 schmäler werden, wo Blasen dazu neigen, unbeweglich zu werden. Die Blasen werden dann durch das Einströmen der Tinte von den Öffnungen 9 entfernt.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, in der ein Membranenventil 260 einen Ventilkörper 18 umfaßt, der mit elastischen Halteabschnitten 19', 19' in Zickzack-Form an der Stelle der elastischen Halteabschnitte 19, 19 gehalten wird. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der flexible Verformungsbereich der elastischen Halteabschnitte 19', 19' streckbar gemacht. Daher kann der Ventilkörper 18 als Reaktion selbst auf kleinste Druckunterschiede bewegt werden.

Nun wird Bezug genommen auf Fig. 9-11, in denen wiederum eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Das Membranenventil 260 ist so angeordnet, daß nur ein Abschnitt der unterstromigen Seite des Ventilkörpers 262 durch einen elastischen Halteabschnitt 29 gehalten wird. Dies führt zu einer freitragenden Halterung, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Ein durchflußkanalbildendes Substrat 30, das sich von einer Behälterwand 35 erstreckt, ist entlang der Richtung gekrümmt, in der sich der freitragende, elastische Halteabschnitt 29 erstreckt, und regelt einen Durchflußkanal, der zwischen dem Membranenventil 262 und dem Substrat 30 so ausgebildet ist, daß die Breite des Durchflußkanals verringert wird. In diesem Fall fließt die Tinte von einer Öffnung 31, die an der höchsten Stelle des durchflußbildenden Substrates 30 ausgebildet ist, in die Tintenzufuhröffnung 5.

Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform der vorlie genden Erfindung wird der Tintendurchflußkanalbereich in der Nähe des Membranenventils weiter verschmälert, damit sich Blasen im Membranenventil an einer Stelle sammeln können, bevor sie durch die Tintenströmung nach außen geführt werden.

Fig. 13 zeigt ein Membranenventil 261, welches die vorlie gende Erfindung verkörpert und zur Verwendung in der obigen Ventileinheit geeignet ist. In dieser Ausführungsform umfaßt ein Rahmenabschnitt 32 ein Fenster, das schmäler wird, während es sich in eine Richtung entlang dem Halteabschnitt 29 und weg vom Ventilkörper 18 und der Öffnung 21 erstreckt.

Obwohl eine Beschreibung für jenen Fall gegeben wurde, in dem die Ventileinheit in dem Tintenschlitten der zuvor erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, kann auch ein Wegwerf-Aufzeichnungskopf 400, wie er in Fig. 14 dargestellt ist, der einen Aufzeichnungskopf 500 und einen Tintenbehälter 600 umfaßt, verwendet werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Ahnliche Ziffern werden verwendet, um ähnliche Strukturen für die vorigen Ausführungsformen zu verwenden. In dieser Ausführungsform umfaßt der Aufzeichnungskopf 400 einen Tintenbehälter 600 mit einer darin enthaltenen Tintenkammer 2. Ein Filter 22 trennt die Tintenkammer 2 von der Ventileinheit 40. Der Aufzeichnungskopf 500 umfaßt einen Tintenzufuhrkanal P. Die Ventileinheit 40 ist zwischen der Kammer 2 und dem Tintenzufuhrkanal P angeordnet. Die Ventileinheit 40 umfaßt ein elastisches Membranenventil, das innerhalb des Behälters 1 angeordnet und durch ein ventilsitzbildendes Element 7 fixiert ist. Das ventilsitzbildende Element 7 besitzt Öffnungen, die in dieses rund um den Umfang des Ventilsitzes 8 gebohrt wurden. Das Ventil 6 ist mit einer Öffnung 18 ausgestattet, die als Reaktion auf Druckänderungen zwischen dem Tintenzufuhrkanal P und der Tintenkammer 2 auf wählbare Weise mit dem Ventilsitz 8 in Kontakt kommt.

Eine Tintendurchflußregelplatte 10 ist zwischen dem Tinten zufuhrkanal P und dem Ventil 6 angeordnet, um Öffnungen 11 zu bilden, um somit einen Flüssigkeitspfad zwischen der Tintenkammer 2 und dem Tintenzufuhrkanal P zu bilden.

Zusätzlich dazu, daß es von beiden Seiten in den Tintenzu fuhreinheiten 170, 270 gehalten wird, kann das Ventil 6, wie in Fig. 10 dargestellt, auf freitragende Weise durch Verkürzung des elastischen Halteabschnittes gehalten werden.

Das Laminatmaterial aus einer weichen, makromolekularen Folie und einer Metallplatte wird in den zuvor erwähnten Ausführungsformen der Erfindung durch Ätzen verarbeitet. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, indem ein Ventilkörper, elastische Halteabschnitte und ein Rahmenabschnitt einem Metallplattenpreßvorgang unterzogen werden, oder indem eine makromolekulare Platte, die durch Spritzguß gebildet wurde, an eine makromolekulare Folie angeklebt wird.

Wenn Daten mit relativ geringer Punktdichte gedruckt werden, muß die Elastizität des gesamten Membranenventils geringer sein, um eine Ventilablenkung im Falle geringer Druckunterschiede zu ermöglichen. Dies führt wiederum zu einer Instabilität der Position des Ventilkörpers und einer Verringerung der Tintenzufuhr.

Nun wird Bezug genommen auf Fig. 17, in der ein Membranen ventil 150 die vorliegende Erfindung verkörpert, welches geeignet ist, dieses Problem zu beheben. Das Membranenventil 150 wird durch die Schritte des Ätzens oder Pressens einer leicht maschinell bearbeitbaren elastischen Metallplatte gebildet. Zum Beispiel wird eine Edelstahlplatte 50 mit einer Dicke von etwa 0,03 mm gebildet, um einen Ventilkörper 52 im Mittelpunkt zu umfassen. Der Ventilkörper 52 besitzt eine Öffnung 53, die sich in der Mitte desselben befindet. Zickzack-Abzweigungsabschnitte 54, 54 besitzen erste 56 und zweite Enden 58, wobei die jeweiligen ersten Enden 56 im Hinblick auf den Mittelpunkt fortlaufend mit dem Ventilkörper 52 symmetrisch sind. Die jeweiligen zweiten Enden 58 der Abzweigungsabschnitte 54, 54 sind mit dem umfänglichen Abschnitt 55 der Metallplatte 50 verbunden.

Die Metallplatte 50 ist vorzugsweise über eine Klebeschicht an ein streckbares, makromolekulares Material angeklebt, das zu einer bleibenden Verformung in der Lage ist. Zum Beispiel handelt es sich um eine Polyphenylsulfid- (PPS) Plastikfolie 51 mit einer Dicke von 0,0035 mm, die derart einer bleibenden Verformung unterzogen wurde, daß ihr Mittelabschnitt in dem Ausmaß vorsteht, daß der Ventilkörper 52 zumindest so vom Ventilsitz 8 getrennt wird, wie dies in Fig. 18, 19 dargestellt ist. Bevor oder nachdem die obige Kombination abgeschlossen ist, wird ein Durchflußkanal geschaffen, indem die Plastikfolie 51 mit einer Öffnung versehen wird, die an einer Stelle gebohrt wird, welche der Öffnung 53 des Ventilkörpers 52 entspricht.

Nun wird Bezug genommen auf Fig. 20(I) und 20(II), in denen ein Verfahren zur Verformung eines Plastikmaterials ge schaffen wird. Die bleibende Verformung zur Herstellung einer Plastikfolie gemäß der Erfindung zielt darauf ab, eine Ausbauchung zu schaffen. Eine Plastikfolie 60 wird auf eine Temperatur vorerwärmt, die höher ist als deren Wärme verformungstemperatur oder Übergangstemperatur zweiter Art und tiefer als ihr Erweichungspunkt. Die Folie wird auf ein konvexes Material 61 gelegt, das ein gewünschtes Schwellprofil aufweist, wie dies in Fig. 13(I) dargestellt ist, und durch ein entsprechend konkaves Material 62 zusammengedrückt, wie dies in Fig. 13(II) dargestellt ist. Danach kühlt das Plastik mit der gewünschten Ausbauchung ab.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirkt die Kraft zur Kontaktherstellung zwischen dem Ventilkörper 52 und dem Ventilsitz 8 im wesentlichen auf die Elastizität der Abzweigungsabschnitte 54, 54, da die Plastikfolie 51 eine Ausbauchung besitzt, die der geöffneten Ventilposition entspricht. Somit wird das Ventil mit zunehmender Steifigkeit der Abzweigungsabschnitte 54, 54 mit geringeren Druckunterschieden geöffnet, während der Ventilkörper 52 vor Schwankungen bewahrt wird.

Unter der Bedingung, daß der Verbindungsbereich insbesondere auf jene Stelle beschränkt ist, an der sich die Plastikfolie 51 und der Ventilkörper 52 verbinden, kann die elastische Kraft der Plastikfolie 51, die auf den Ventilkörper 52 wirkt, unterdrückt werden, und auch die Folgefähigkeit des Ventilkörpers 52 kann verbessert werden.

Fig. 21(a) und (b) zeigen andere Ausführungsformen der zuvor erwähnten Plastikverformung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 21(a) dargestellt ist, werden ein Kappenelement 64 mit einem konkaven Abschnitt 63, das für die Plastikbearbeitung notwendig ist, und eine Basis 65 verwendet, um die umfängliche Kante einer Plastikfolie 60 unter luftdichten Bedingungen zu fixieren. Die Folie wird auf Temperaturen erwärmt, die höher sind als ihre Wärmeverformungstemperatur oder Übergangstemperatur zweiter Art und tiefer als ihr Erweichungspunkt. Der Druckunterschied der Öffnungen 66, 67 führt dazu, daß der Druck an der Seite des konkaven Abschnittes 63 höher wird. Die bleibende Verformung wird dadurch bewirkt, indem ein negativer Druck -P auf den konkaven Abschnitt 63 wirken kann. Danach wird positiver Druck P von der Basisseite her angelegt.

Obwohl der dem Profil entsprechende konkave Abschnitt 63 zur Verursachung der bleibenden Verformung am Kappenelement 64 in der zuvor erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird, kann eine solche bleibende Verfor mung auf ähnliche Weise dadurch verursacht werden, indem einfach ein Hohlraum 68 gebildet wird, wie dies in Fig. 21(b) dargestellt ist, und indem der Druckunterschied für die Plastikfolie 60 erzeugt wird.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die bleibende Verformung der makromolekularen Folien in den Ventilen 6, 60, 160, 260, 261 und 262 ausgeführt werden.

Wie oben beschrieben, ist die Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Membranenventil ausgestattet, das die dünne elastische Membrane aufweist, die auf Druckunterschiede zwischen der oberstromigen und der unterstromigen Seite reagiert. Der Ventilkörper wird an der Oberfläche der dünnen elastischen Membrane gebildet und besitzt eine Öffnung. Der elastische Halteabschnitt ist auf integrale Weise mit dem Ventilkörper ausgebildet und wird zur Bewegung des Ventilkörpers zur oberstromigen Seite hin verwendet.

Der Ventilsitz ist an der oberstromigen Seite des Tintenzu fuhrkanals angeordnet und wird in elastischem Kontakt mit der Öffnung gehalten. Die durchflußkanalbildende Platte zur Bildung des Durchflußkanals ist an der unterstromigen Seite des Ventilsitzes angeordnet, wobei die verlängerte Richtung des elastischen Halteabschnittes als längliche Seite dient und ihre Endabschnittseite als obere Seite dient, um den Durchflußkanal zu bilden, dessen Querschnittsbereich kleiner wird. Das Membranenventil nimmt den Druckunterschied mit seinem breiten Bereich auf und öffnet den Durchflußkanal im Verhältnis zur Verwendung der Tinte im Aufzeichnungskopf, um Tinte zuzuführen. Da die durchflußkanalbildende Platte den unteren Bereich des Membranenventils mit ihrem unteren Bereich als obere schmälere Seite bildet, sammeln sich die Blasen in diesem Abschnitt. Diese Blasen werden daher mit der Tinte ausgestoßen.

Im Vergleich zu einem Fall, bei dem das Membranenventil aus einer einzelnen dünnen Membrane gebildet wird, wird die Mittelposition des Membranenventils durch Verwendung der Steifheit des elastischen Halteelementes unabhängig von der Schwingung des Schlittens und ähnlichem gehalten, und der Schaltvorgang wird stabilisiert, indem verhindert wird, daß der elastische Koeffizient der Tinte schwankt, um die zuverlässige Zufuhr der Tinte zum Aufzeichnungskopf sicher zustellen.

Es ist daher zu erkennen, daß die oben angeführten Aufgaben, darunter jene, die aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich sind, auf wirksame Weise erfüllt werden, und da viele Änderungen bei der Ausführung des obigen Verfahrens und im beschriebenen Gegenstand durchgeführt werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, sollten alle in der obigen Beschreibung enthaltenen und in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Aussagen als bei spielhaft und in keiner Weise einschränkend betrachtet werden.

Es versteht sich auch von selbst, daß die folgenden Ansprüche alle allgemeinen und besonderen Merkmale der hierin beschriebenen Erfindung und alle Aussagen des Umfanges der Erfindung abdecken sollen, die sprachlich dazwischenfallen könnten.

Claims

1. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, wobei der Tintenzufuhrkanal (P) eine oberstromige Seite und eine unterstromige Seite besitzt, wobei die Ventileinheit (200) umfaßt:
ein Membranenventil (6) mit einer dünnen, elastischen Membrane, die auf Druckunterschiede zwischen einer ober stromigen Seite und einer unterstromigen Seite der Membrane reagiert, einem Ventilkörper (18), der an der Oberfläche der dünnen, elastischen Membrane ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, und einem elastischen Halteabschnitt (19), der auf integrale Weise am Ventilkörper (18) ausgebildet ist, um den Ventilkörper (18) in die oberstromige Richtung zu drücken;
einen Ventilsitz (8), der im Tintenzufuhrkanal (P) stromaufwärts von der Membrane angeordnet ist und in elastischem Kontakt mit der Öffnung gehalten wird; und
eine durchflußkanalbildende Platte zur Bildung eines Durchflußkanals, angeordnet an der unterstromigen Seite des Ventilsitzes (8), wobei der Durchflußkanal, der sich in einer länglichen Richtung des elastischen Abschnittes erstreckt, und die durchflußkanalbildende Platte eine Endabschnittseite aufweisen, die sich in einer oberstromigen Richtung erstrecken, um einen Durchflußkanal zu bilden, dessen Querschnittsbereich in Längsrichtung abnimmt.

2. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Membranenventil (6) als Laminatmaterial, umfassend eine makromolekulare Folie und ein plattenmaterial mit einem kleineren Elastizitätskoeffizient als jener der makromolekularen Folie, gebildet wird.

3. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Ventilkörper (18) mindestens zwei Seiten besitzt und der elastische Halteabschnitt (19) so gebildet ist, daß er den Ventilkörper (18) von mindestens zwei entgegengesetzten Seiten hält.

4. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 2, wobei der Ventilkörper (18) mindestens eine Seite besitzt und der elastische Halteabschnitt (19) so gebildet ist, daß er den Ventilkörper (18) von einer Seite hält.

5. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich der elastische Halteabschnitt (19) radial vom Ventilkörper (18) mit der Öffnung als Symmetriepunkt erstreckt.

6. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dünne, elastische Membrane durch eine bleibende Verarbeitung in ein konvexes Profil mit einer Öffnung als Gipfelpunkt geformt wird.

7. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die konvexe Schwellung groß genug ist, um den Ventilkörper (18) vom Ventilsitz (8) zu trennen.

8. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die dünne, elastische Membrane aus streckbarem Makromolekül hergestellt ist.

9. Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die dünne, elastische Membrane und der Ventilkörper (18) miteinander verklebt sind, um einen überlappenden Bereich zu bilden.

10. Tintenpatrone (100), umfassend:
einen Behälter 1, der in seinem oberen Abschnitt eine Tintenkammer (2) besitzt und in seinem unteren Abschnitt eine Tintenzufuhröffnung (5) besitzt,
ein Membranenventil (6), das innerhalb des Behälters (1) angeordnet ist und die Tintenkammer (2) von der Tintenzufuhröffnung (5) trennt, wobei das Ventil eine dünne, elastische Membrane besitzt, die auf Druckunterschiede zwischen einer oberstromigen und einer unterstromigen Seite der Membrane reagiert, einen Ventilkörper (18), der an der Oberfläche der dünnen, elastischen Membrane ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper (18) eine Öffnung darin besitzt, und einen elastischen Halteabschnitt (19), der auf integrale Weise mit dem Ventilkörper (18) ausgebildet ist und dafür verwendet wird, den Ventilkörper (18) in die oberstromige Richtung zu drücken,
einen Ventilsitz (8), der im Tintenzufuhrkanal (P) stromaufwärts von der Membrane angeordnet ist und in elastischem Kontakt mit der Öffnung gehalten wird, und
eine durchflußkanalbildende Platte zur Bildung eines Durchflußkanals, angeordnet an der oberstromigen Seite des Ventilsitzes (8), wobei sich der Durchflußkanal in eine Längsrichtung des Plastikabschnittes erstreckt und die durchflußkanalbildende platte eine Endabschnittsseite aufweist, die sich in einer oberstromigen Richtung erstreckt, um einen Durchflußkanal zu bilden, dessen Querschnittsbereich in der Längsrichtung abnimmt.

11. Tintenpatrone (100) nach Anspruch 10, wobei das Membranenventil (6) als Laminatmaterial, umfassend eine makromolekulare Folie und ein Plattenmaterial mit einem geringeren elastischen Koeffizienten als jener der makromolekularen Folie, ausgebildet ist.

12. Tintenpatrone (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der Ventilkörper (18) mindestens zwei Seiten besitzt und der elastische Halteabschnitt (19) so ausgebildet ist, daß er den Ventilkörper 18 von mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten hält.

13. Tintenpatrone (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der Ventilkörper (18) mindestens eine Seite umfaßt und der elastische Halteabschnitt (19) so ausgebildet ist, um den Ventilkörper (18) von einer Seite zu halten.

14. Tintenpatrone (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei sich der elastische Halteabschnitt (19) radial vom Ventilkörper 18 mit der Öffnung als Symmetriepunkt erstreckt.

15. Tintenpatrone (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die dünne, elastische Membrane durch bleibende Verarbeitung in ein konvexes Profil mit der Öffnung als Gipfelpunkt geformt wird.

16. Tintenpatrone (100) nach Anspruch 15, wobei das konvexe Profil groß genug ist, um den Ventilkörper (18) vom Ventilsitz (8) zu trennen.

17. Tintenpatrone (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei die dünne, elastische Membrane aus streckbarem Makromolekül hergestellt ist.

18. Tintenpatrone (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der überlappende Bereich zwischen der dünnen, elastischen Membrane und dem Ventilkörper (18) aneinandergeklebt ist, um einen überlappenden Bereich zu bilden.

19. Tintenzufuhrnadel (N), die mit einem Tintenzufuhrkanal (P) eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes kommuniziert und für die Zufuhr von Tinte in eine Tintenpatrone (100) zum Aufzeichnungskopf verwendet wird, wobei die Tintenzufuhrnadel (N) umfaßt:
ein Membranenventil (6), das sich so dehnt, daß es die Tintenkammer (2) von der Tintenzufuhröffnung (5) trennt, wobei es eine dünne, elastische Membrane besitzt, die auf Druckunterschiede zwischen einer oberstromigen Seite und einer unterstromigen Seite der Membrane reagiert, einen Ventilkörper (18), der an der Oberfläche der dünnen, elastischen Membrane ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, und einen elastischen Halteabschnitt (19), der auf integrale Weise mit dem Ventilkörper (18) ausgebildet ist, um den Ventilkörper (18) in die oberstromige Richtung zu drücken, und
einen Ventilsitz (8), der an der Tintenzufuhr stromaufwärts vom Membranenkanal angeordnet ist und in elastischem Kontakt mit der Öffnung steht.

20. Tintenzufuhrnadel (N) nach Anspruch 19, wobei eine durchflußkanalbildende Platte zur Bildung eines Durchflußkanals an der unterstromigen Seite des Ventilsitzes (8) angeordnet ist, wobei die gestreckte Richtung des elastischen Halteabschnittes (19) in eine Längsrichtung weist und wobei die Endabschnittseite als obere Seite dient, um einen Durchflußkanal zu bilden, dessen Querschnittsbereich kleiner wird.

21. Tintenzufuhrnadel (N) nach einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei das Membranenventil (6) als Laminatmaterial, umfassend eine makromolekulare Folie und ein Plattenmaterial mit einem kleineren elastischen Koeffizienten als der der makromolekularen Folie, ausgebildet ist.

22. Tintenzufuhrnadel (N) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Ventilkörper (18) mindestens eine Seite besitzt und der elastische Halteabschnitt (19) so gebildet ist, daß er den Ventilkörper (18) von einer Seite hält.

23. Tintenzufuhrnadel (N) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die dünne, elastische Membrane durch bleibende Verarbeitung in ein konvexes Profil mit der Öffnung als Gipfelpunkt geformt wird.

24. Tintenzufuhrnadel (N) nach Anspruch 23, wobei das konvexe Profil groß genug ist, um den Ventilkörper (18) vom Ventilsitz (8) zu trennen.

25. Tintenzufuhrnadel (N) nach einem der Ansprüche 23 bis 24, wobei die dünne, elastische Membrane aus streckbarem Makromolekül hergestellt ist.

26. Tintenzufuhrnadel (N) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die dünne, elastische Membrane und der Ventilkörper (18) aneinandergeklebt sind, um einen überlappenden Bereich zu bilden.

27. Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200), um fassend die Schritte des:
Bildens eines Ventilkörpers (18) am Mittelpunkt einer elastischen Platte;
Bildens einer Öffnung in der Mitte des Ventilkörpers (18), des Bildens eines elastischen Halteabschnittes (19), dessen eines Ende fortlaufend zum Ventilkörper (18) mit dem Mittelpunkt als Symmetriepunkt ist;
Bildens eines Vorsprungs in der Mitte einer makromole kularen Folie, die bleibend verformt werden kann; und
Ankoppelns der elastischen Platte an die makromolekulare Folie.

28. Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach Anspruch 27, wobei der Vorsprung durch mechanisches Pressen gebildet wird.

29. Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 27 bis 28, wobei der Vorsprung durch Flüssigkeitspressung gebildet wird.

30. Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei der Vorsprung groß genug ist, um den Ventilkörper (18) vom Ventilsitz (8) zu trennen.

31. Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die makromolekulare Folie auf Temperaturen erwärmt wird, die höher sind als die Wärmeverformungstemperatur oder Übergangstemperatur zweiter Art der makromolekularen Folie und niedriger als der Erweichungspunkt der makromolekularen Folie.