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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine austauschbare Tintenkassette
zum Einsatz in Tinten-Druckvorrichtungen wie Tintenstrahl-Druckern, -Plottern
oder dgl. oder zum Einsatz in sog. Punkt-Matrix-Druckvorrichtungen.
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Derartige
Druckvorrichtungen sind üblicherweise
mit austauschbaren Tintenkassetten ausgerüstet, in denen die mittels
eines Druckkopfes auf eine zu bedruckende Oberfläche aufzubringende Druckflüssigkeit
aufbewahrt ist. Die Austauschbarkeit der Tintenkassette gewährleistet
einfachen und kostengünstigen
Ersatz leerer Kassetten bzw. die Wiederbefüllung und Wiederverwendung
der Tintenkassetten.
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Allgemein
wird bei derartigen Tinten-Druckvorrichtungen die Tinte von dem
Tintenreservoir über einen
Tintenauslaß,
an dem die lösbare
Kopplung zwischen der Kassette und der Druckvorrichtung erfolgt,
an die Druckeinheit, den sogenannten Druckkopf überführt. Der Druckkopf kann dabei
als unabhängige
Einheit konzipiert oder mit der Tintenkassette in einer Einheit
integriert sein.
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Austauschbare
Tintenkassetten sind bereits in unterschiedlicher Bauart bekannt.
Eine aus der EP-0 553 535 A1 bekannt gewordene Tintenkassette umfaßt beispielsweise
ein mit einem porösen
Element gefülltes
Behältnis
und einen Tintenauslaß.
Das poröse
Element ist mit Tinte getränkt
und durch ein Filtersieb vom Tintenauslaß getrennt. In dem Tintenauslaß befinden
sich ringförmige
Dichtelemente, die den Tintenauslaß im Kopplungsbereich gegenüber einer
Tintenzuführnadel
bzw. einem Tintenzufuhrdorn des Druckkopfes abdichten. Die außenseitige Öffnung des
Tintenauslasses ist üblicherweise
mit einer Siegelschicht dicht verschlossen, die erst beim Einsetzen
der Tintenpatrone in die Druckvorrichtung von dem Tintenzufuhrdorn
durchstoßen
wird.
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Bei
derartigen Tintenkassetten ist es häufig problematisch, eine zuverlässige und
stetige Zufuhr der Tinte zu gewährleisten
und die Patrone möglichst vollständig zu
entleeren. Dabei darf keinerlei Luft über die Tintenkassette oder
die Kopplungsstelle zwischen der Tintenkassette und dem Druckkopf
in letzteren gelangen, da in diesem Fall die Funktion der Druckvorrichtung
beeinträchtigt
wird. Zur Lösung
dieses Problems wird im Stand der Technik beispielsweise ein Tröpfchenzähler im
Druckkopf vorgesehen, der nach Erreichen des vorbestimmten Durchsatzes die
weitere Verwendung der Tintenkassette sperrt oder entsprechende
Warnungen anzeigt.
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Schließlich handelt
es sich bei diesen Tintenkassetten um relativ häufig auszutauschendes Verbrauchsmaterial,
das aus ökonomischen
und ökologischen
Gründen
möglichst
einfach und materialsparend aufgebaut und kostengünstig herstellbar
sein muß.
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Aus
der JP 4-110157 ist eine Tintenkassette bekannt. Diese Tintenkassette
besitzt ein Tintenreservoir, das von einem porösen Element ausgefüllt ist.
Ein flächiges
Filter ist an dem porösen
Element anliegend angebracht und trennt einen im wesentlichen leeren
Tintenauslassbereich, in den im Einsatz ein Kopplungsteil einer
Druckervorrichtung eingesetzt wird, von dem Reservoir ab. In dem
leeren Tintenauslassbereich befindet sich bei dieser Gestaltung
eine sehr große
Luftmenge, die durch Spülvorgänge entfernt
werden muß.
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Aus
der
EP 0745480 A2 ist
eine Tintenkassette bekannt, bei der neben dem porösen Element im
Reservoir im Auslassbereich der Kassette ein zweites, als Docht
wirkendes mit Tinte tränkbares Element
angeordnet ist. Der Tintenauslassbereich wird zum Reservoir hin
durch einen Flansch abgeschlossen, an dem in einer Variante innenseitig
am Flansch ein zusätzlicher
flächiger
Filter vorgesehen ist. Zwischen den beiden porösen Elementen im Reservoir
einerseits und im Auslassbereich andererseits ist bei dieser Ausgestaltung
ausdrücklich
ein Luftspalt vorgesehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Tintenkassette
für Tinten-Druckvorrichtungen,
die einfach aufgebaut ist und bei der die Gefahr des Eindringens
von Luft über
die Tintenkassette oder die Kopplungsstelle zwischen der Tintenkassette
und dem Druckkopf in letzteren vermindert ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe bringt die Erfindung eine Tintenkassette für eine Tinten-Druckvorrichtung
mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 in Vorschlag. Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tintenkassette,
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2 eine
geschnittene Draufsicht auf die Tintenkassette von 1 und
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3 eine
stark vergrößerte Detailansicht des
Tinten-Auslaßbereichs
der erfindungsgemäßen Tintenkassette.
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Die
erfindungsgemäße Tintenkassette
umfaßt
einen Tintentank bzw. ein Tintenreservoir 1 und einen Tinten-Auslaßbereich 20.
Das Tintenreservoir 1 wird durch ein etwa quaderförmiges Gehäuseteil 2 gebildet,
das an der Oberseite durch einen Deckel 3 verschlossen
ist. Im Gehäuse
befindet sich ein mit Tinte imprägnierbares
bzw. tränkbares,
vorzugsweise poröses
Element 4, dessen äußere Dimensionen und
Kontur etwa den Innenabmessungen des Gehäuseteils 2 entsprechen,
so daß dieses
das Gehäuse
im wesentlichen ganz ausfüllt,
ohne überhaupt oder
ungleichmäßig komprimiert
zu werden. Nach Befüllen
des Tintenreservoirs 1 ist das poröse Element mit Tinte getränkt.
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Das
poröse
Element ist vorzugsweise ein Äther-
oder Esther-Schwamm etwa gleichmäßiger Porosität. An der
dem Deckel 3 zugewandten Seite weist das poröse Element 4 Aussparungen 6 auf,
in welche durch den Deckel 3 hindurchreichende Öffnungen 7 und 8 münden. Die
Aussparungen können eine
beliebige Form besitzen, wobei eine etwa halbkreiszylindrische oder
kalottenartige Form der Aussparungen 6 bevorzugt ist, weil
sie den Vorteil bietet, daß die
Entfernung des porösen
Elements von den Öfnungen 7 und 8 gleichmäßig ist.
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Eine
dieser Öffnungen 8 dient
als Befüllungsöffnung,
während
die andere Öffnung, üblicherweise die
von dem Tintenauslaßbereich
weiter entfernt liegende Öffnung,
als Belüftungsöffnung dient.
Der Deckel 3 ist mit dem Gehäuseteil 2 dicht verbunden,
vorzugsweise durch Kleben, Schweißen oder thermisches Verschmelzen.
Dazu bietet es sich an, daß Deckel 3 und
Gehäuse 2 aus
dem gleichen, vorzugsweise einem Kunststoffmaterial geformt sind.
Die Aussparungen 6 an der Oberseite des porösen Elements unterstützen die
Belüftung
im Betrieb und verhindern das Austreten von Tinte bei Erwärmung. Dadurch, daß das poröse Element
im Bereich der Befüllungs- bzw. Belüftungsöffnungen 7, 8 wegen
der dort angeordneten Aussparungen 6 keinen Kontakt mit
dem Deckel 3 hat, gelangt normalerweise keine Tinte in diese
Bereiche so daß ein
Austreten vermieden wird.
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Der
Tinten-Auslaßbereich 20 befindet
sich an der Unterseite des Gehäuseteils 2 an
der dem Deckel 3 gegenüberliegenden
Seite. Zur Außenseite des
Gehäuses
hin umfaßt
der Tinten-Auslaßbereich 20 einen
ringförmigen
zylindrischen Vorsprung 14, der in eine entsprechende Aufnahme
in der Tinten-Druckvorrichtung einsetzbar ist und der den Bereich
umschließt,
an dem die Kopplung mit der Druckeinheit erfolgt.
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Im
Bereich des Tinten-Auslaßbereichs
befindet sich an der Innenseite des Gehäuses 2 ein stufenförmiger Vorsprung 10,
in den eine Ausnehmung 11 eingeformt ist. Die Ausnehmung 11 kann
beispielsweise rechteckig- oder rundzylindrisch sein. In die Ausnehmung 11 ist
ein entsprechend geformtes zweites mit Tinte imprägnierbares
bzw. tränkbares, vorzugsweise
poröses
Element 12 eingesetzt. Das zweite poröse Element 12 besitzt
einen im wesentlichen konstanten Kompressionsgrad bzw. eine gleichmäßige Porosität. Als Material
für dieses
poröse
Element wird vorzugsweise ein Esterschwamm verwendet, der gut mit
der Tintenflüssigkeit
benetzbar ist und diese gut aufnimmt.
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Das
erste poröse
Element 4 im Inneren des Tintenreservoirs weist im Bereich
des Tinten-Auslaßbereichs eine
dem Vorsprung 10 entsprechende Aussparung aus, so daß das poröse Element 4 nach
dem Einsetzen in den Behälter 2 über sein
Volumen im wesentlichen einen konstanten Kompressionsgrad bzw. eine
gleichmäßige Porosität oder durchschnittliche
Porengröße aufweist.
Vorzugsweise wird die durchschnittliche Porengröße des zweiten porösen Elements 12 geringer
gewählt
als die des ersten porösen
Elements 4, um den Transport der Tintenflüssigkeit
vom Tintenreservoir zum Tinten-Auslaßbereich mittels der Kapillarwirkung
zu gewährleisten.
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Zwischen
dem zweiten porösen
Element 12 und dem ersten porösen Element 4 befindet
sich ein flächiger
Filter 9, der nach Einsetzen des zweiten porösen Elements 12 in
die Ausnehmung 11 an einer Oberfläche 10a des Absatzes 10 um
die Ausnehmung 11 herum und diese zum Innenraum des Gehäuses abschließend befestigt
ist. Vorzugsweise erfolgt diese Befestigung durch Heißsiegeln,
Schweißen
oder Kleben. Im eingebauten Zustand liegt das erste poröse Element 4 auf
der einen Seitenfläche und
das zweite poröse
Element 12 an der anderen Seitenfläche des Filters 9 an.
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Als
Material für
den flächigen
Filter 9, der als Filter und als Luftsperre dient, wird
vorzugsweise ein synthetisches Material oder ein aus einem solchen Material
hergestelltes Gewebe oder eine Membran verwendet. Dieses Material
ist flexibler als das üblicherweise
verwendete Metallfiltergeflecht und kann daher ohne bleibende Verformungen
oder Beschädigungen
eingepaßt
werden. Außerdem
läßt sich
das synthetische Material auf einfache Weise thermisch mit dem Kunststoffmaterial
des Gehäuses 2 im
Bereich des Vorsprungs 10 verbinden.
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Um
die Wirkung als Luftsperre zu gewährleisten ist die Maschenweite
bzw. Porengröße des Filters 9 so
gewählt,
daß einerseits
der Durchtritt von Luft durch den Filter 9 verhindert wird,
andererseits aber die die Tintenflüssigkeit in den einzelnen Durchgängen festhaltende
Oberflächenspannung
nur so groß ist,
daß ein
Durchtritt der Tintenflüssigkeit
unter der Kapillarwirkung und dem beim Betrieb der Druckvorrichtung
auftretenden Unterdruck am Tintenauslaß bzw. einem in das Tintenreservoir
eingeleiteten Überdruck
möglich
ist, wobei zusätzlich
der Widerstand des Filters 9 aufgrund der Fließreibung
der Tintenflüssigkeit
durch die Poren bzw. Maschen hindurch nicht so groß sein darf,
daß der
im Betrieb erreichte Unterdruckbereich nicht ausreicht, um die im Betrieb
maximal erforderliche Tintenflüssigkeitsmenge
durch den Filter 9 zu fördern.
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Außerdem ist
die Fläche
des Filters 9 zur Maximierung der korrespondierenden Fläche zwischen
den ersten und zweiten porösen
Elementen 4, 12 so groß wie möglich gewählt.
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Der
zylindrische Vorsprung 14 an der Außenseite des Gehäuses 2 im
Tinten-Auslaßbereich 20 besitzt
eine Ausnehmung 15 zur Aufnahme eines Dichtungselements 16 sowie
eine Durchgangsöffnung 13 von
der Ausnehmung 15 zur Ausnehmung 11, durch welche
die Spitze eines bei der Kopplung der Tintenkassette mit der Druckeinheit
in die Ausnehmung 15 eingesetzten Tintenzuführdorns
zum zweiten porösen
Element 12 gelangen kann, um von dort die Tintenflüssigkeit
zu übernehmen.
Die Innenausnehmung 15 ist gegenüber der Durchgangsöffnung 13 etwas
vergrößert und
nimmt mindestens ein Dichtungselement 16 zur Abdichtung
des Tintenauslasses gegenüber
dem eingesetzten Tintenzuführdorn
auf.
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Die
Ausnehmung 15 für
das Dichtungselement ist an der Außenseite des zylindrischen
Vorsprungs 14 durch ein Dichtungselement, einen Deckel
oder, wie dargestellt, durch ein flächiges Siegel 17 abgeschlossen,
welches beim Einsetzen der Tintenpatrone in die Druckvorrichtung
vom Tintenzufuhrdorn durchstoßen
oder aber von Hand vor dem Einsetzen abgezogen werden kann.
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Die 3 zeigt
den Tintenauslaßbereich
der Tintenkassette in vergrößerter Darstellung.
Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß das Dichtungselement 16 im
Querschnitt etwa M-förmig
geformt ist. Es umfaßt
ein rundes, hohlzylindrisches Hauptteil 16c und ein im
oberen Bereich angeordnetes ringförmiges konisches bzw. trichterartiges
elastisches Dichtungsteil 16b, das sich von der Innenumfangsfläche des
zylindrischen Hauptteils 16c radial nach innen erstreckt. Im
Zentrum des elastischen Dichtungsteils 16b befindet sich
eine Öffnung 16a,
durch die der Dorn der Druckeinheit hindurchtreten kann und welche
die Dichtung gegenüber
dem Dorn bewirkt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist im Zentrum
des elastischen Dichtungsteils ein zur Öffnung mittels des dornartigen
Kopplungsteils der Tinten-Druckvorrichtung vorgesehener Bereich
ausgebildet, der zwar im unbenutzten Zustand geschlossen ist aber
beispielsweise eine definierte Sollbruchstelle oder einen verdünnten Bereich
aufweist, so daß die Öffnung 16a erst
nach Durchstossen mit dem Dorn nach dem Einsetzen der Tintenkassette
in die Druckvorrichtung gebildet wird.
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Der
konische elastische Dichtungsteil 16b und der zylindrische
Hauptteil 16c sind vorzugsweise einteilig aus einem elastischen,
insbesondere aus einem gummiartigen Material geformt.
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Der
radiale Dichtungsteil 16b kann alternativ im Bereich der
Mitte oder im unteren Bereich des zylindrischen Hauptteils 16c angeordnet
und scheibenförmig
oder in umgekehrter Richtung konisch ausgeführt sein, so daß sich ein
H-förmiger
oder eine umgekehrt M-förmiger
oder ein topfförmiger
Querschnitt ergibt. Der radiale Dichtungsteil 16b kann
außerdem manschettenartig
gefaltet sein.
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Der
rundzylindrische Hauptteil 16c weist einen in Radialrichtung
verdickten Wulst 16d auf, der in der gezeigten Ausführungsform
im unteren Bereich angeformt ist, der aber auch an einer anderen
Stelle angeordnet sein kann. Außerdem
können
mehrere solcher radialer Verdickungen vorgesehen sein. Diese Verdickungen
erhöhen
die Formstabilität
des Dichtungselements und verbessern den Halt und die Positioniergenauigkeit
in der Ausnehmung 15, insbesondere in Verbindung mit einem
entsprechenden Absatz 15a und/oder einer Nut am Innenumfang
der Ausnehmung 15, an der die Verdickung(en) anliegen bzw.
in die diese einrasten können.
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An
der Außenseite
der radialen Verdickung kann zusätzlich
ein ringförmiger
Dichtvorsprung 16e vorgesehen werden, der nach dem Einsetzen
des Dichtungselements in die Ausnehmung 15 radial abdichtet.
Durch die Ausbildung des Dichtungselements aus einem elastischen
Material und durch die vergleichsweise dünnwandige Ausbildung des konischen
Dichtungsteils wird erreicht, daß die Dichtung sich beim Einsetzen
der Spitze des Tintenzuführdorns
in die vorgeformte oder die beim Durchstoßen des Dichtungsteils 16b gebildete Öffnung 16a eng um
den Dorn herum anlegt und mit der weiteren Einführbewegung axial ausgestülpt wird.
Dadurch wird nicht nur eine zuverlässige Abdichtung gegenüber dem
Dorn einerseits und der Ausnehmung 15 andererseits gewährleistet,
indem sich die Dichtung in gewissem Maß an unterschiedliche Dornlängen und Durchmesser
anpassen kann, sondern diese Abdichtung wird auch frühzeitig
während
des Einführvorganges
hergestellt und über
einen gewissen Einführbereich
aufrecht erhalten, ohne daß der
Dorn relativ zu der Öffnung
in der Dichtung verrutschen muß.
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Außerdem kann
das Dichtungselement 16 als einstückiges Teil sehr kostengünstig hergestellt und äußerst einfach
und genau, sogar mittels entsprechender Montageautomaten, in der
Ausnehmung 15 montiert werden.
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Obwohl
das erfindungsgemäße Dichtungselement 16 in
der beschriebenen Ausführungsform
in Verbindung mit der speziellen erfindungsgemäßen Ausgestaltung der mit Tinte
tränkbaren
Elemente gezeigt ist, können
dieses Dichtungselement wie auch die verschiedenen Merkmale der
mit Tinte tränkbaren Elemente
nicht nur in Kombination miteinander sondern auch unabhängig voneinander
in einer Tintenkassette eingesetzt werden.