DE2833660C2 - Austauschbare Vorratspatrone - Google Patents

Description

45

Die Erfindung bezieht sich auf eine austauschbare Vorratspatrone für Schreibflüssigkeit für Tintenstrahldrucker, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorratspatrone ist in der DE-OS 10 518 beschrieben.

Das die Schreibflüssigkeit enthaltende variable Volumen wird dabei von einer vom Kolben getrennten Tintenblase gebildet, die im Gehäuse befestigt ist, wobei das Septum in einer festen Gehäusewand angeordnet ist. Auf der dem Septum gegenüberliegenden Seite der Tintenblase liegt der verschiebbare Kolben an, sobald er von Hand auf die Tintenblase gedrückt wird; im übrigen steht die Tintenblase unter Unterdruck.

Weitere mit Hohlnadeln und Kolben arbeitende Vorratspatronen für Scnreibflüssigkeiten sind in den PE-OS 26 57 587 und 27 25 271 beschrieben.

Schließlich ist aus der US-PS 37 08 798 noch eine austauschbare Vorratspatrone für Schreibflüssigkeit bekanntgeworden, die ein Gehäuse, ein dicht abgeschlossenes variables Volumen in dem Gehäuse und einen lösbaren Anschluß, der eine mechanische Verbindung mit dem zu versorgenden Gerät und eine Hohlnadel-Septum-Verbindungs-Einrichtung des variablen Volumens mit dem Flüssigkeitsversorgungssystem des zu versorgenden Gerätes aufweist. Ein verschiebbarer Kolben ist dort nicht vorgesehen. Vielmehr strömt die Schreibflüssigkeit aus dem variablen Volumen durch ihr Eigengewicht und durch den Druck der umgebenden A'mosphäre heraus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die austauschbare Vorratspatrone der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Schreibflüssigkeit so lange drucklos gehalten werden kann, bis die Patrone in das Flüssigkeitsversorgungssystem des zu versorgenden Gerätes eingesetzt ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Kolben beim Aufsetzen auf den am Tintenstrahldrucker befindlichen Teil der Verbindungseinrichtung durch diese zu belasten und damit die Schreibflüssigkeit in der Patrone unter Druck zu setzen, ohne daß ein getrennter Mechanismus und/oder Handgriff erforderlich sind. Dadurch, daß die Schreibflüssigkeit bei der erfindungsgemäßen Vorratspatrone vor deren Gebrauch drucklos ist, ist es auch grundsätzlich denkbar, die Hohlnadel an der Patrone vorzusehen, was beim Stand der Technik nicht möglich war, da dort die Schreibflüssigkeit einen von dem Umgebungsdruck verschiedenen Druck hatte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Durch die Maßnahme des Patentanspruchs 2 wird eine einfache und sichere Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse erreicht.

Im Patentanspruch 3 sind eine bevorzugte Form und eine bevorzugte Anbringung der Membran beschrieben sowie deren Zuordnung gegenüber dem Kolben.

Durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 wird erreicht, daß das Septum allein durch Reibkraft in der Kolbenöffnung gehalten wird und beim Durchdringen der Hohlnadel nicht verschoben werden kann.

Durch die Maßnahme des Patentanspruchs 5 wird das Einführen der Hohlnadel erleichtert.

Im Patentanspruch 6 ist eine bevorzugte Form des Gehäuses der Vorratspatrone beschrieben.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Tintenpatronenaufnahme mit eingesetzter Vorratspatrone;

Fig.2 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt vor dem Einsetzen der Vorratspatrone;

Fig. 3 eine Variation gewisser Aufnahmen-Bestandteile der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2;

F i g. 4 eine bevorzugte Struktur für einen Bestandteil der Vorratspatrone nach F i g. 1 in Aufsicht;

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 4

In Fig. 1 gleitet ein Kolben 10 in einem Patronengehäuse 12 aufwärts, das aus einem Seitengehäuse 14 und einem Patronendeckel 13 besteht. Eine flexible, flüssigkeitsundurchlässige Membran 16 dichtet den Kolben 10 gegenüber dem Patronengehäuse 12 ab, erlaubt aber dem Kolben 10, zu gleiten. Die Abdichtung des Kolbens 10 erfolgt in Form einer Rollmembran. Die Kanten der Membran 16, die vorzugsweise aus Weichgummi besteht, das gegen die Tinte chemisch widerstandsfähig ist, beispielsweise Butyl, sind verdickt, so daß sie mil ringförmigen Vorsprüngen 21 und 22 an dem Patronendeckel 13 bzw. dem Seitengehäuse 14 so gehalten werden, daß sie einen Dichtungsring bilden. Da es vorzuziehen ist, das Seitengehäuse 14 und die

Abdeckung 13 aus Polystyrol-Kunststoff zu formen, der sowohl gegen kräftige Stöße als auch gegen eine chemische Reaktion mit der Tinte widerstandsfähig ist, können weiterhin der Deckel und das Seitengehäuse ultraschallgeschweißt werden, um eine v/eitere Abdichtung gegen Lecken der Tinte zu erhalten. Lappen 18 sind auf den Patronendeckel 13 montiert um mit Vorsprüngen 32 auf einer Aufnahme 30 in Eingriff zu kommen, damit der Tintenvorratsbehälter an Ort und Stelle gehalten wird.

Bevorzugt ist ein Septum 17 in einer Öffnung in der Mitte des Kolbens 10 befestigt, wobei auch andere Lagen im Gehäuse möglich sind. Das Septum 17 ist vorgelocht, um eine durchgehende Hohlnadel 39 aufzunehmen. Weiterhin ist das Septum 17 in der dargestellten Ausführungsform als Teil der Membran 16 als einheitliches, flüssigkeitsdichtes Element geformt, was allerdings nicht unerläßlich ist Beim Formen des Septums 17 ist es am besten, dieses etwa größer zu machen als den Kolben 10, so daß das Teptum 17 sich unter Reibung an die Seiten des kreisförmigen Einlasses 11 anlegt. Das Septum 17 kann in den Einlaß 11 geschoben werden und bleibt dort ohne die Verwendung von Klebstoff. Eine enge Passung zwischen dem Einlaß 11 und dem Septum 17 sorgt auch dafür, daß das Gummi zusammengepreßt wird. Die Kompressionskräfte sorgen dafür, daß sich das Septum 17 dicht hinter der Hohlnadel 39 schließt, wenn diese aus der Patrone herausgezogen wird, so daß die Patrone wieder dicht verschlossen ist.

F i g. 5 und 6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Septums 17. Diese Konstruktion erlaubt es dem Septum, durch Reibkraft an Ort und Stelle gehalten zu sein. Wenn die Hohlnadel eingesetzt wird, weitet sie das Gummi des Septums auf, wodurch eine noch größere Kraft gegen die Seitenwand hervorgerufen wird. Die Friktions-Haltekraft wird erhöht. Das hilft, der Axialkraft auf das Septum entgegenzuwirken, die durch den Druck der Hohlnadel erzeugt wird, die durch das Septum gedrückt wird, die dazu neigt, das Septum aus dem Einlaß herauszuzwängen. Ein Merkmal der Konstruktion ist also, daß die Friktionskraft auf die Seitenwand größer gemacht wird als die Nadelkraft, die dazu neigt, das Septum aus dem Einlaß herauszuschieben.

Gemäß F i g. 4 und 5 können an dem Septum 17 drei horizontale Zonen 62,64,66 unterschieden werden. Ein vorgefertigtes Loch 60 führt durch die Mitte des Septums 17 und durch alle drei Zonen. Dieses Loch wird präzise mit einer Nadel geschnitten, die eine scharfe Spitze und eine schlanke Form hat. Die Hohlnadel 39, die eine abgerundete Spitze hat, wird dann dazu verwendet, die Flüssigkeitsverbindung mit dem Inneren der Patrone herzustellen. Solche Nadeln durchschneiden das Gummi nicht, sondern drängen die Wände des vorher im Gummi geöffneten Loches auseinander. Die Hohlnadel 39 verwendet also immer den gleichen Weg und vermeidet weitere Löcher in dem Septum und erlaubt eine effektive Abdichtung.

Um dazu beizutragen, die Hohlnadel in das vorher t>n angefertigte Loch 60 zu lenken, ist auf der Unterseite des Loches 60 ein konischer Einlaß 61, ein Teil der Zone 62, vorgesehen. In der Zone 62 weist das Gummi des Septums 17 Kerben 63 auf, die für Raum bei der Gummidehnung sorgen, wenn die Nadel hindurchtritt. Die Kerben reduzieren die Axialkraft, die dazu neigt, das Septum aus seiner Stellung herauszudrängen. Zwischen den Kerben übertragen Gummirippen 65 Kompressionskräfte auf die Wände des Kolbeneinlasses 11, die die Reibung erhöhen, so daß eine Neigung besteht das Septum in der Position zu halten. Wenn die Nadel entfernt wird, verbleiben Kompressionskräfte im Gummi wegen der Abstützung durch die Seitenwände, und damit wird das Loch 60 zusammengequetscht.

in der Zone 64 befindet sich massives Gummi, das durch die Abstützung von den Wänden abgestützt wird. Das Gummi ist vor dem Einsatz der Nadel und auch nach ihrer Entfernung komprimiert. Diese Kräfte dichten das vorgefertigte Loch. Die Zone 64 ist dünn im Vergleich zu ihrem Durchmesser und wirkt wie eine Membran. Wenn die Nadel in der Mitte angesetzt wird, dehnt sich das Gummi. Die Dehnung setzt das Gummi unter Spannung und reduziert die Kraft, die zur Durchbringung der Nadel benötigt wird. An den Wänden in der Zone 64 wird auch die Halte-Friktionskraft reduziert, wobei die Haltekraft in Zone 62 ausreicht um eine räumliche Verlagerung des Septums zu verhindern. Wenn das Gummi in Zone 64 nicht nachgeben und sich dehnen würde, würde wahrscheinlich die zum Einsetzen der Nadel erforderliche Kraft unannehmbar hoch sein.

In Zone 66 befindet sich keine Seitenwandabstützung und damit anfänglich keine Kompressionskraft im Gummi. Wenn die Nadel die Zone 66 durchdringt, öffnet sich das Gummi und breitet sich in den vorgesehenen offenen Raum aus. Die zum Durchdringen erforderliche Kraft ist niedrig, weil es keinen Widerstand gegen die Bewegung des Gummis hat, abgesehen von den Zugkräften im Gummi selbst. In Zone 66 ist keine Septum-Haltekraft vorgesehen. Eine Abdichtkraft ergibt sich, wenn die Nadel aus der Zone 66 entfernt wird, und zwar durch die inneren Zugkräfte in Kombination mit dem Druck der Tinte in der Patrone.

Bei solchen Patronen ist es wichtig, daß sie wie nachfolgend beschrieben, luftblasenfrei mit Tinte gefüllt werden. Die Patrone wird zunächst dadurch gefüllt, daß das Septum 17 präzise mit einer scharfen, schlanken Nadel durchbohrt wird. Durch dieses vorgeschnittene Loch erlaubt eine Hohlnadel der Tinte, in sine Kammer zu fließen, die durch die Membran 16 und den Patronendeckel 13 gebildet wird. Wenn die Patrone voll wird, erreicht der Kolben 10 seine unterste oder am weitesten ausgedehnte Position. An diesem Punkt hindern Vorsprünge an der Patrone den Kolben 10 daran, sich vom Patronengehäuse zu lösen. Durch die leichte Neigung des Patronendeckels 13 zur Mitte hin neigt Luft dazu, in den konisch geformten Raum 15 in der Mitte des Deckels 13 zu strömen. Während des Füllens der Patrone mit Tinte wird eine Hohlnadel durch das Septum eingesetzt. Deren Spitze führt bis zur Spitze des Raumes 15 und zieht irgendwelche Gase oder Luft ab, die sich dort gesammelt haben.

Die Aufnahme 30 weist ein Aufnahmegehäuse 31 (F i g. 1 und 2) auf, auf das Vorsprünge 32 montiert sind, die die Vorratspatrone an Ort und Stelle verriegeln. Die Verriegelung wird dadurch erreicht, daß die Patrone um ihre Achse gedreht wird, nachdem sie voll eingesetzt wird, so daß sie mit den Vorsprüngen in Eingriff kommt, wie in Fig. 1 dargestellt. Durch ein Verbindungsstück 38 drängt eine Belastungsfeder 33 eine Hülse 34 aufwärts, die die Feder 33 enthält und deren Ausdehnung begrenzt. Die Hülse 34 weist Schlitze auf, div. Lappen am Gehäuse 31 aufnehmen, um eine Vertikalbewegung ohne Drehnung zu ermöglichen. Die Feder 33 legt eine Kraft gegen den Patronenkolben 10 an, wenn die Patrone in der Aufnahme positioniert wird,

so daß die Tinte innerhalb des Behälters unter Druck gesetzt wird. Die Feder 33 sorgt auch für eine Kraft gegen das Patronengehäuse 14, die dieses in den Vorsprüngen des Aufnahmegehäuses 14 hält. Eine verschiebbare Kupplung 36, die in die Mitte der Hülse

34 montiert ist, kommt mit dem Tintenbehälter in Eingriff, und lokalisiert und führt auch die Hohlnadel 39 mit abgerundeter Spitze in der Aufnahme zur Mitte des Septums 17, wenn die Patrone in die Aufnahme abgesenkt wird. Weiterhin sorgt die Kupplung 36 für eine Gummikappe 37 über der Nadel, um diese gegen Luft und Verunreinigungen abzudichten, wenn der Behälter abgenommen ist (vgl. F i g. 2). Da ferner der Kolbeneinlaß 11 der Patrone zur Aufnahme des Septums mit der Kupplung 36 in Berührung steht, um die Patrone in die richtige Lage in der Aufnahme zu führen und den Kraftweg zu schaffen, längs dessen die Patrone unter Druck gesetzt wird, ist die Last auf dem Kolben beim Einsetzen der Patrone zum Zentrum hin. Es kann weniger Drehmoment zwischen der Patrone und der Aufnahme übertragen werden, wenn die Patrone gegen Federdruck gedreht wird, um mit den Vorsprüngen zu verriegeln.

Ein Verbindungsstück 38 hält die Hohlnadel 39, die dazu verwendet wird, die Trennwand im Behälter zu durchdringen, und verbindet die Hohlnadel 39 mit einem flexiblen Schlauch 40, mit dem die Tinte an einen Tintenstrahldruckkopf geliefert wird. Eine Kuppelfeder

35 legt eine Kraft zwischen die Kupplung 36 und das Verbindungsstück 38, um eine Gummikappe 37, die Teil der Kupplung 36 ist, über das Ende der Nadel 39 zu ziehen und diese abzudichten, wenn sich keine Patrone in der Aufnahme befindet. Wenn eine Patrone in die Aufnahme eingesetzt wird, wird die Feder 35 zusammengedrückt. Die Kupplung 36 bewegt sich relativ zum Verbindungsstück 38, wodurch dafür gesorgt wird, daß die Nadel 39 aus der Abdichtkappe 37 hervorkommt und das Septum 17 in der Patrone durchdringt. Die Kupplungsfeder 35 ist so gewählt, daß sie schwächer ist als die Belastungsfeder 33, so daß die Hohlnadel 39 das Septum 17 der Patrone durchdringt, ehe die Belastungsfeder 35 komprimiert wird, um die Tinte in der Patrone voll unter Druck zu setzen. Auf diese Weise wird das Verspritzen von Tinte wesentlich reduziert, da das Eindringen in die Patrone stattfindet, während diese nur leicht durch die Kupplungsfeder 35 unter Druck gesetzt ist. Nachdem die Flüssigkeitsverbindung hergestellt ist. wird dann die Belastungsfeder 35 niedergedrückt, wenn die Patrone in ihrem Platz in der Aufnahme verriegelt wird, um die Patrone voll unter Druck zu setzen.

ίο Hinsichtlich des Aufbaus werden alle festen Teile der Aufnahme, mit Ausnahme der metallnen Federn, aus leicht formbarem Kunststoff hergestellt. Ein nicht entflammbarer Kunststoff wird für die Hülse 34 und das Aufnahmegehäuse 31 verwendet. Für die Kupplung 36 und das Verbindungsstück 38 wird wegen geringer Reibung und wegen Festigkeit Acetyl-Kunststoff verwendet. Werkstoffe, die weich und wetterbeständig sind und eine niedrige Kompressionshärtung haben, wie Äthylpropylen, sollen für die Gummikappe 37 und ein Kontaktkissen 41 (F i g. 3) verwendet werden.

F i g. 3 zeigt eine verschiedene Ausführungsform der Kupplung 36 nach F i g. 1 und 2, die verhindert, daß ein Tintenpfropfen von der Hohlnadel 39 oder dem Septum 17 oder der Aufnahme am Punkt des Nadelweges deponiert wird, wenn die Hohlnadel aus dem Tintenbehälter entfernt und in ihre Gummihülle in der Aufnahme zurückgezogen wird. Die Ausführungsform bringt einen Gummikontakt in die Aufnahme, der mit dem Septum in Kontakt kommt und vor, während und nach der Passage der Nadelspitze in Kompression steht. Die Kompression läßt nicht nach, bis andere Mechanismen in der Aufnahme und der Patrone das Innere des Behälters und der Aufnahme gegen die Grenzfläche abdichten. Eine Gummikappe 37 ist mit der Kupplung 36 verbunden. Ein getrennt vorstehendes Gummi-Kontaktkissen 41 und eine Nadelführung 42, die sich unmittelbar darunter befinden, sind an der Kupplung 36 befestigt. Die durch die Gummi-Nadelhülle hervorgerufene Federkraft neigt dazu, die Nadel zur Mittellinie zu drängen, so daß sie einwandfrei durch das Septum eintreten kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Austauschbare Vorratspatrone für Schreibflüssigkeit für Tintenstrahldrucker, mit einem Gehäuse, einem dicht abgeschlossenen variablen Volumen in dem Gehäuse und einem lösbaren Anschluß, der eine mechanische Verbindung mit dem zu versorgenden Gerät und eine Hohlnadel-Septum-Verbindungs-Einrichtung des variablen Volumens mit dem FlüssigkeitsVersorgungssystem des zu versorgenden Gerätes aufweist, wobei in dem Gehäuse ein Kolben verschiebbar ist, der eine Begrenzung des variablen Volumens bildet, und wobei durch Druck auf den Kolben die Schreibflüssigkeit unter Druck setzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Septum (17) sich über eine Öffnung im Kolben (10) erstreckt, durch die es mittels der Hohlnadel (39) durchdringbar ist, und der Kolben (10) gegen das Gehäuse (12) abgedichtet ist.

2. Vorratspatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) mit einer Rollmembran (16) gegen das Gehäuse (12) abgedichtet ist.

3. Vorratspatrone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rollende Membran (16) schüsseiförmig ist, dicht am geschlossenen Ende des Gehäuses (12) befestigt ist und in der Mitte einen verdickten, nach außen vorstehenden Teil aufweist, der das Septum (17) bildet, und daß die Öffnung des Kolbens (10) mittig angeordnet ist und das Septum (17) fest aufnimmt.

4. Vorratspatrone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Septum (17) in der Kolbenöffnung zusammengedrückt ist.

5. Vorratspatrone nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Septum (17) vorgelocht (60) ist.

6. Vorratspatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) allgemein die Form eines an einem Ende (13) geschlossenen Zylinders hat.