DE19812205B4

DE19812205B4 - Ventileinheit in einem Tintenzufuhrkanal einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, eine Tintenpatrone, die die Ventileinheit verwendet, eine Tintenzufuhrnadel und ein Verfahren zur Herstellung der Ventileinheit

Info

Publication number: DE19812205B4
Application number: DE1998112205
Authority: DE
Inventors: Minoru Suwa Usui; Takao Suwa Kobayashi; Satoshi Suwa Shinada; Hisashi Suwa Miyazawa; Takahiro Suwa Naka
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: GB9805833D0; GB2323332A; JPH10315504A; US20040056936A1; DE19812205A1; ITTO980239A1; SE9800924L; FR2761002B1; SE9800924D0; SE521804C2; US20020063758A1; US6302531B1; GB2323332B; JP4141523B2; NL1008633A1; NL1008633C2; US6648459B2; CH693903A5; HK1012500A1; FR2761002A1

Abstract

Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, wobei der Tintenzufuhrkanal (P) eine Tinteneinströmseite, an der ein Tintenzufluß stattfindet, und eine Tintenausströmseite aufweist, an der ein Tintenabfluß stattfindet, wobei die Ventileinheit (200) umfaßt:
ein Gehäuse;
ein Membranventil (6) mit
einer Folie (12), welche innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und welche auf Druckunterschiede zwischen einer zur Tinteneinströmseite gerichteten Seite der Folie (12) und einer zur Tintenausströmseite gerichteten Seite der Folie (12) reagiert,
einem Ventilkörper (18), der an der Folie (12) in einem mittleren Bereich ausgebildet ist und eine Öffnung (21) aufweist, und
einem elastischen Halteabschnitt (19), der auf integrale Weise mit dem Ventilkörper (18) ausgebildet ist, um den Ventilkörper (18) in Richtung zu der Tinteneinströmseite hin zu drücken; und
einen Ventilsitz (8), der im Tintenzufuhrkanal (P) auf der zur Tinteneinströmseite gerichteten Seite der Folie (12) angeordnet ist und in elastischem Kontakt mit der Öffnung...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit und insbesondere eine Ventileinheit, die in einem Tintenzufuhrkanal zur Verbindung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes 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 Aufzeichnungspapier 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 normalerweise 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 Aufzeichnungskopf.
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.
In der DE 195 45 775 A1 ist eine Tintenpatrone mit einem Druckreduzierventil offenbart. Das Ventil verbindet einen Vorratsraum mit einer Kammer, deren Volumen wesentlich kleiner als dasjenige des Vorratsraumes ist.
Weiterhin ist in der EP 0 709 207 A2 eine Tintenpatrone mit einem Membranventil offenbart. Das Membranventil besteht aus zwei beabstandet zueinander verlaufenden Membranen, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen. Zwischen den Membranen befindet sich ein Ventilkörper, welcher bei Fehlen eines von außen angelegten Unterdruckes eines der Durchgangslöcher abdichtet.
Bei der in der EP 02 38 829 A2 offenbarten Tintenpatrone wird ein Ventil mit einem schirmförmigen Gummielement dazu eingesetzt, einen Tintenvorratsbehälter von einer Tintenzufuhröffnung derart zu trennen, dass bei Anlegen eines Unterdruckes durch einen an die Tintenzufuhröffnung angekoppelten Druckkopf, Tinte von dem Vorratsbehälter zu der Tintenzufuhröffnung hinfließen kann.
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 unterteilt 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 Anspruch 11 angegebene Tintenpatrone und durch die im Anspruch 12 angegebene Tintenzufuhrnadel, sowie dem im unabhängigen Patentanspruch 13 angegebenen Verfahren zur Herstellung der Ventileinheit. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, in denen:
1 eine Querschnittsansicht einer Ventileinheit in geschlossener Position ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von 1 ist;
3 eine Querschnittsansicht der Ventileinheit in geöffneter Position ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von 3 ist;
5 eine Draufsicht eines Membranenventils ist, das gemäß der Erfindung konstruiert wurde;
6 eine Querschnittsansicht eines Plattenmaterials ist, das in der Konstruktion des Membranenventils verwendet wird;
7 eine Draufsicht eines Membranenventils zur Verwendung in der Tintenpatrone gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine Draufsicht eines Membranenventils zur Verwendung in der Tintenpatrone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine Draufsicht eines Membranenventils zur Verwendung in der Tintenpatrone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Querschnittsansicht einer Ventileinheit in geöffneter Position ist, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde;
11 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 von 10 ist;
12 eine Draufsicht eines Membranenventils der Ventileinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
13 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Membranenventils der Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
14 eine Querschnittsansicht eines Aufzeichnungskopfes ist, der gemäß der Erfindung konstruiert wurde und die in einem Tintenbehälter enthaltene Ventileinheit verwendet;
15 eine Querschnittsansicht einer Tintenzufuhrnadel ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde;
16 eine Querschnittsansicht einer Tintenzufuhrnadel ist, die gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde;
17 eine Draufsicht ist, die eine unterschiedliche Ausführungsform eines Membranenventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 eine Plastikfolie der Membrane in Querschnittsansicht entlang der Linie 18-18 von 17 ist;
19 eine Querschnittsansicht der Plastikfolie der Membrane entlang der Linie 19-19 von 17 ist;
20(I) und (II) die Schritte der Verarbeitung der Plastikfolien gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und
21(a) und (b) die Schritte der Herstellung der Membranenventile gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Es wird zuerst Bezug genommen auf 1, die eine Tintenpatrone, 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 vorsteht. 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 Tintenkammer 2 kommuniziert, um den Umfang des Ventilsitzes 8 gebohrt. 1 und 3.
Eine Tintendurchflußregelplatte 10 ist auf integrale 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. 3.
Das in 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 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, falls 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 oberstromigen 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 beizubehalten.
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.
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. 7 zeigt ein Ventil 60 mit Abzweigungsabschnitten 23, 23, die symmetrisch rund um die Öffnung 21 des Ventilkörpers 18 angeordnet sind. Die Abzweigungsabschnitte 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.
8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Membranenventils 160, wobei der Durchflußkanal im unteren Bereich des Membranenventils 6 durch die Tintendurchflußregelplatte 10 gedrosselt wird. Dies führt zu einem schmäleren Durchflußkanal 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 Rahmenabschnitte 25, 26, 27, 28 am Umfang des Fensters belassen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ventilkörper 18 dadurch für Druckunterschiede 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.
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 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 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 vorliegenden 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.
13 zeigt ein Membranenventil 261, welches die vorliegende 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 14 dargestellt ist, der einen Aufzeichnungskopf 500 und einen Tintenbehälter 600 umfaßt, verwendet werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Ähnliche 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 9, 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 Tintenzufuhrkanal 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 Tintenzufuhreinheiten 170, 270 gehalten wird, kann das Ventil 6, wie in 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 17, in der ein Membranenventil 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 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 20(I) und 20(II), in denen ein Verfahren zur Verformung eines Plastikmaterials geschaffen 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 Wärmeverformungstemperatur 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 13(I) dargestellt ist, und durch ein entsprechend konkaves Material 62 zusammengedrückt, wie dies in 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.
21(a) und (b) zeigen andere Ausführungsformen der zuvor erwähnten Plastikverformung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 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 Verformung auf ähnliche Weise dadurch verursacht werden, indem einfach ein Hohlraum 68 gebildet wird, wie dies in 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 Tintenzufuhrkanals 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 sicherzustellen.
Alle in der obigen Beschreibung enthaltenen und in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Aussagen sollten als beispielhaft betrachtet werden.

Claims

Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, wobei der Tintenzufuhrkanal (P) eine Tinteneinströmseite, an der ein Tintenzufluß stattfindet, und eine Tintenausströmseite aufweist, an der ein Tintenabfluß stattfindet, wobei die Ventileinheit (200) umfaßt: ein Gehäuse; ein Membranventil (6) mit einer Folie (12), welche innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und welche auf Druckunterschiede zwischen einer zur Tinteneinströmseite gerichteten Seite der Folie (12) und einer zur Tintenausströmseite gerichteten Seite der Folie (12) reagiert, einem Ventilkörper (18), der an der Folie (12) in einem mittleren Bereich ausgebildet ist und eine Öffnung (21) aufweist, und einem elastischen Halteabschnitt (19), der auf integrale Weise mit dem Ventilkörper (18) ausgebildet ist, um den Ventilkörper (18) in Richtung zu der Tinteneinströmseite hin zu drücken; und einen Ventilsitz (8), der im Tintenzufuhrkanal (P) auf der zur Tinteneinströmseite gerichteten Seite der Folie (12) angeordnet ist und in elastischem Kontakt mit der Öffnung (21) des Ventilkörpers (18) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18) und der elastische Halteabschnitt (19) aus einer elastischen Platte gebildet sind, welche wenigstens einen Fensterbereich (20) aufweist, wobei die elastische Platte auf die Folie (12) laminiert ist, und die Folie durch den Fensterbereich (20) freigelegt ist.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine durchflußkanalbildende Platte (10) zur Bildung eines Durchflußkanals, wobei die Platte (10) zwischen dem Ventilsitz (8) und der Tintenausströmsseite des Tintenzufuhrkanals (P) angeordnet ist, wobei die Platte (10) sich entlang des elastischen Halteabschnittes (19) der Membran mit Abstand von diesem so erstreckt, daß ein Querschnitt eines zwischen der Platte (10) und dem elastischen Halteabschnitt (19) der Membran gebildeten Durchflußkanals in einer Flußrichtung durch den Durchflußkanals abnimmt.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Membranenventil (6) als Laminatmaterial, umfassend eine makromolekulare Folie (12) und ein Plattenmaterial (13) mit einem kleineren Elastizitätskoeffizienten als jener der makromolekularen Folie (12), ausgebildet ist.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ventilkörper (18) mindestens zwei Seiten aufweist und der elastische Halteabschnitt (19) so gebildet ist, daß er den Ventilkörper (18) von mindestens zwei entgegengesetzten Seiten hält.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ventilkörper (18) mindestens eine Seite aufweist und der elastische Halteabschnitt (19) so gebildet ist, daß er den Ventilkörper (18) von einer Seite hält.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich der elastische Halteabschnitt (19) radial vom Ventilkörper (18) mit der Öffnung (21) als Symmetriepunkt erstreckt.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elastische Membrane durch eine bleibende Verformung in ein konvexes Profil mit der Öffnung (21) als Gipfelpunkt geformt ist.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das konvexe Profil groß genug ist, um den Ventilkörper (18) vom Ventilsitz (8) zu trennen.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die elastische Membrane aus streckbaren Makromolekülen hergestellt ist.
Ventileinheit (200) in einem Tintenzufuhrkanal (P) einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die elastische Membrane und der Ventilkörper (18) miteinander verklebt sind, um einen überlappenden Bereich zu bilden.
Tintenpatrone (100), umfassend: einen Behälter (1), der an einer Tinteneinströmseite eine Tintenkammer (2) aufweist und an einer Tintenausströmseite einen Tintenzufuhrkanal (P) aufweist, wobei zwischen der Tintenkammer (2) und dem Tintenzufuhrkanal (P) eine Ventileinheit (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt ist.
Tintenzufuhrnadel (170, 270) mit einem Tintenzufuhrkanal (P), der mit einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf kommuniziert, welche für die Zufuhr von Tinte in einer Tintenpatrone (100) zum Aufzeichnungskopf verwendet wird, wobei in dem Tintenzufuhrkanal (P) eine Ventileinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: Bilden einer elastischen Platte mit einem Ventilkörper (18) in einem mittleren Bereich, einer Öffnung in der Mitte des Ventilkörpers (18) und einem elastischen Halteabschnitt (19), der sich zu einem äußeren Umfang des Ventilkörpers (18) erstreckt: Bildens eines Vorsprungs in der Mitte einer makromolekularen Folie (12), die bleibend verformt werden kann; und Ankoppeln der elastischen Platte an die makromolekulare Folie.
Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach Anspruch 13, wobei der Vorsprung durch mechanisches Pressen gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der Vorsprung durch Flüssigkeitspressung gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Vorsprung groß genug gebildet wird, um den Ventilkörper (18) vom Ventilsitz (8) zu trennen.
Verfahren zur Herstellung einer Ventileinheit (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, 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.