DE4007591A1 - Vorrichtung zur tintenvorratsueberwachung in tintenschreibeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tintenvorratsüber­ wachung in Tintenschreibeinrichtungen gemäß dem Patentanspruch 1.

Die Füllstandsüberwachung von Flüssigkeiten in Vorratsbehält­ nissen spielt beispielsweise beim Tintendruck eine entscheiden­ de Rolle. Um bei Tintendruckeinrichtungen eine kontinuierliche Tintenversorgung eines Tintendruckkopfes zu gewährleisten, muß die in einem Tintenvorratsbehältnis gespeicherte Tinte über­ wacht und ein vorzeitiges Tintenende angezeigt werden. Für die verschiedenen Tintendruckeinrichtungen kann das Tintenvorrats­ behältnis dazu entweder mit dem Tintendruckkopf als Druckmodul zu einer Baueinheit zusammengesetzt oder von dem Tintendruck­ kopf separiert sein. Ersteres wird beispielsweise bei einem austauschbaren Tintendruckkopf (disposable head) realisiert. Darüber hinaus können die Tintenvorratsbehältnisse in beiden Varianten entweder nachgefüllt oder nicht nachgefüllt werden.

Aus der EP-Bl-02 44 559 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Tintenvorrates in Tintenschreibeinrichtungen bekannt. Dabei wird mit Hilfe von drei in einem Tintenvorratsbehälter angeord­ neten Elektroden ein tintenspezifischer Vergleichswiderstand und ein sich in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegel ändernder Widerstand erfaßt. An zwei der drei Elektroden werden dabei Gleichspannungsimpulse mit invertiertem Vorzeichen angelegt. An der dritten Elektrode ist eine dem Füllstand des Tintenvorrats­ behälters entsprechende Spannung abgreifbar, die als Kriterium zur Aktivierung einer das Tintenvorratsende anzeigenden Anzei­ gevorrichtung und/oder zur Abschaltung der Tintenschreibein­ richtung herangezogen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Tintenvorratsüberwachung in Tintenschreibein­ richtungen einfach und kostengünstig aufzubauen, mit der bei der Entnahme der Tinte aus einem Tintenvorratsbehältnis eine rechtzeitige Entleerung angezeigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeich­ nungen von Fig. 1 bis Fig. 5 angegeben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung als erstes Ausführungsbei­ spiel ein Druckmodul mit einer Überwachungskapillare,

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung als zweites Ausführungsbei­ spiel ein Druckmodul mit zwei zu einer Uberwachungskapillare zusammengesetzten Kapillarabschnitten unterschiedlichen Durch­ messers,

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung als drittes Ausführungsbei­ spiel ein Druckmodul mit drei zu einer Überwachungskapillare zusammengesetzten Kapillarabschnitten unterschiedlichen Durch­ messers,

Fig. 4 in einer Schnittdarstellung als viertes Ausführungsbei­ spiel ein Druckmodul mit zwei Überwachungskapillaren,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Druckmodul nach Fig. 1 mit ei­ ner Blickrichtung V.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung den prinzipiellen Aufbau eines Druckmoduls 1 für eine Tintendruckeinrichtung. Das Druckmodul besteht im wesentlichen aus einem Gehäuseteil 1 und einem Druckkopf 2 mit Austrittsdüsen 3 und Tintenkammern 4. Das Gehäuseteil 1 weist einen Aufnahmebereich für einen Tinten­ speicher, z. B. für ein aus Schaumstoff gebildetes Tintenvor­ ratselement 5, sowie einen Tintensammelbereich 6 und einen Luftsammelbereich 7 auf. Nach außen ist der Tintenspeicher 5 durch eine Abdeckung 9 flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Der Tintensammelbereich 6 steht über ein kapillar wirkendes Filter­ element 8 mit dem Tintenspeicher 5 in Verbindung. Durch das Filterelement 8 wird der Druckkopf 2 über den Tintensammelbe­ reich 6 mit Tinte versorgt. Diese geschieht durch kapillarische Effekte und einem systembedingten Unterdruck zwischen den Aus­ trittsdrüsen 3 und dem Tintenspeicher 5. Der Luftsammelbereich 7 steht über eine Öffnung 12 mit der Außenluft in Verbindung.

Mit zunehmender Entleerung des Tintenspeichers kann sich der Unterdruck im Tintensammelbereich 6 so stark erhöhen, daß aus den Austrittsdüsen 3 des Druckkopfes 2, 3, 4 keine Tinte mehr ausgestoßen wird. Es besteht sogar die Gefahr, daß Luft in den Innenraum des Systems gelangt.

Um dieses zu vermeiden, ist eine durchsichtige Überwachungska­ pillare 10 mit einem Innendurchmesser d1 zwischen dem Tinten­ sammelbereich 6 und dem Luftsammelbereich 7 vorgesehen. Bei ei­ nem mit Tinte gefüllten Druckmodul, wie es in Fig. 1 darge­ stellt ist, bildet sich entsprechend des in dem Druckmodul herrschenden Unterdrucks in der Überwachungskapillare 10 ein Sperrdruck. Dieser Sperrdruck bewirkt, daß sich an der Mün­ dungsstelle der Überwachungskapillare 10 in den Luftsammelbe­ reich 7 ein Tintenmeniskus 11 bildet. Der sich in der Überwa­ chungskapillare 10 mit dem Innendurchmesser d1 aufbauende Sperrdruck ist so dimensioniert, daß bei zunehmender Entleerung des Tintenspeichers 5 verbunden mit einer Erhöhung des Unter­ drucks der Tintenmeniskus 11 in der Überwachungskapillare 10 abreißt sowie Luft über den Luftsammelbereich 7 in die Überwa­ chungskapillare 10 und schließlich in den Tintensammelbereich 6 gesaugt wird. Dieser aufgrund der Durchsichtigkeit der Überwa­ chungskapillare 10 zu beobachtende Vorgang zeigt das Tintenende an. Im vorliegenden Fall ist mit der Anzeige Tintenende bereits schon Luft in den Tintensammelbereich 6 eingedrungen, so daß damit auch das Druckmodul nicht mehr verwendet werden kann und demzufolge ausgetauscht werden muß.

Da die Enden der Überwachungskapillare 10 in den Tintensammel­ bereich 6 bzw. in den Luftsammelbereich 7 münden, wird durch die mit Tintendampf im Luftsammelbereich 7 gesättigte Luft ein Eintrocknen der Tinte in der Überwachungskapillare 10 verhin­ dert.

Fig. 2 zeigt wie bei sonst gleichem Aufbau des Druckmoduls ein vorzeitiges Tintenende (Tintenvorende) angezeigt werden kann. Erreicht wird das durch eine Durchmesseränderung der Überwa­ chungskapillare 10. Die Überwachungskapillare 10 weist hierzu einen Kapillarabschnitt mit dem Innendurchmesser d1 und einem Kapillarabschnitt mit einem Innendurchmesser d2 auf. Der Kapil­ larabschnitt mit dem größeren Innendurchmesser d2 mündet dabei in den Luftsammelbereich 7, während der Kapillarabschnitt mit dem kleineren Durchmesser d1 in den Tintensammelbereich 6 mün­ det. Durch den größeren Innendurchmesser der Überwachungskapil­ lare 10 an der Mündungsstelle in den Luftsammelbereich 7 reißt der Tintenmeniskus 11 bereits bei einem geringeren Unterdruck im Tintenversorgungssystem, d. h. gegenüber dem Beispiel nach Fig. 1, früher ab. Dadurch kann das Tintenende früher ange­ zeigt werden.

Bei welchem Unterdruck der Tintenmeniskus 11 beispielsweise für einen vorgegebenen Wert des Innendurchmessers d1 von 0,15 mm und des Innendurchmessers d2 von 0,25 mm sowie einer Oberflä­ chenspannung der Tinte von =3,7-10^-2 N/m abreißt, läßt sich über den Sperrdruck mit der Formel

berechnen. Danach wird das Tintenvorende (Abreißen des Tinten­ meniskus 11 in der Überwachungskapillare 10 mit dem Innendurch­ messer d2) bei einem Unterdruck größer als P=592 N/m² und das Tintenende (Abreißen des Tintenmeniskus 11 in der Überwachungs­ kapillare 10 mit dem Innendurchmesser d2) bei einem Unterdruck größer als P=987 n/m² angezeigt.

Statt einer abrupten Durchmesseränderung der Überwachungskapil­ lare 10 ist es auch möglich, den Querschnitt der Überwachungs­ kapillare 10 kontinuierlich über die gesamte Länge zu verklei­ nern. Der Tintenstand in einer dadurch entstehenden kegelförmi­ gen Überwachungskapillare kann dann analog, beispielsweise durch Strichmarkierungen an der Überwachungskapillare, abgele­ sen werden.

Durch die Überwachungskapillare 10 nach Fig. 2 wird ebenfalls nicht verhindert, daß Luft in den Tintensammelbereich 6 gelangt und somit das Druckmodul unbrauchbar wird.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Druckmodul wie anhand der Fig. 1 beschrieben, aufgebaut ist. Durch eine weitere Durchmesseränderung der Überwachungskapillare 10 wird ein Einsaugen von Luft in den Tintensammelbereich 6 unabhängig von dem dort herrschenden Unterdruck vermieden. Die Überwa­ chungskapillare 10 besteht hierzu im Unterschied zu der in Fig. 2 aus drei Kapillarabschnitten, die vom Luftsammelbereich 7 in Richtung des Tintensammelbereiches 6 abnehmende Durchmesser aufweisen. Das tintenseitige Ende der Überwachungskapillare 10 mit einem Innendurchmesser d3, der kleiner ist als der Innen­ durchmesser der Austrittsdüsen 3 des Druckkopfes 2, 3, 4, mün­ det in den Tintensammelbereich 6. Dadurch wird das Einsaugen von Luft selbst beim maximal möglichen Unterdruck in den Tin­ tensammelbereich 6 vermieden. Ein typischer Wert für den Innen­ durchmesser von Austrittsdüsen eines Druckkopfes liegt bei­ spielsweise unterhalb von 0,1 mm. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung eignet sich insbesondere für solche Druckeinrichtun­ gen, bei denen die Tintenspeicher nicht nachfüllbar sind. Die Überwachung des Tintenvorrats, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, kann auch für solche Druckeinrichtungen ange­ wendet werden, in denen der Druckkopf von dem Tintenspeicher separiert ist.

Fig. 4 zeigt in Abänderung zu Fig. 2 wie zwei Überwachungska­ pillare 10, 100 mit den Innendurchmessern d1, d2 in die Form des Gehäuseteils 1 von dem Druckmodul integriert sind. Damit im vorliegenden Fall sowohl das Tintenende als auch das Tintenvor­ ende angezeigt werden kann, ist die Überwachungskapillare 100 am tintenseitigen Ende auf den Innendurchmesser d3 verkleinert. Dadurch wird verhindert, daß schon beim Anzeigen von Tintenvor­ ende durch die Überwachungskapillare 100 Luft in den Tintensam­ melbereich 6 gesaugt wird. Bei einer Herstellung des Gehäuse­ teils 1, beispielsweise aus Kunststoff im Spritzgußverfahren, bietet es sich an, die durchsichtigen Überwachungskapillare 10 gleich mit in das Gehäuse des Druckmoduls einzuspritzen. Dabei werden z. B. dünne Drähte mit den entsprechenden Durchmessern in das Gehäuse miteingespritzt und anschließend herausgezogen.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch in vorteilhafter Weise mög­ lich, die Beobachtung der durchsichtigen Überwachungskapillare und somit das Überwachen des Tintenvorrates zu automatisieren. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 5. Auf dem Druckerwagen einer Tintendruckeinrichtung ist eine optische Abtasteinrichtung 13 vorgesehen, die das ebenfalls auf dem Druckerwagen angeordnete Druckmodul 1 im Bereich der Überwachungskapillare 10 abtastet. Die Abtasteinrichtung weist hierzu eine optoelektronische Lichtquelle 14 und ein optoelektronisches Empfangselement 15 auf. Die optoelektronische Lichtquelle 14 und das optoelektro­ nische Empfangselement 15 sind dabei derart auf die Überwa­ chungskapillare 10 ausgerichtet, daß der von der Lichtquelle 14 emittierte Lichtstrahl durch einen an das Gehäuseteil 1 des Druckmoduls angeordneten Reflektor 16 reflektiert und von dem Empfangselement 15 detektiert wird. Das sich aus der Abtastung ergebende Abtastsignal kann einer hier nicht dargestellten Aus­ werteschaltung zugeführt und in dieser ausgewertet werden. Auf­ grund der Auswertung kann dann in Abhängigkeit davon, ob sich in der Überwachungskapillare 10 noch Tinte befindet, ein Alarm­ signal abgegeben und/oder der Ausschuß von Tintentröpfchen un­ terbunden werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Tintenvorratsüberwachung in Tintenschreib­ einrichtungen, mit einem einen Schreibkopf (2, 3, 4) und einen Tintenvorratsbehälter (5) aufweisenden Tintenversorgungssystem, bei dem im Normalbetrieb zwischen dem Schreibkopf (2, 3, 4) und dem Tintenvorratsbehälter (5) ein Unterdruck besteht, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen einem dem Schreibkopf (2, 3, 4) vorgelagerten Tintensammelbehälter (6) und der Außenluft mindestens eine durchsichtige Kapillare (10) vorgesehen ist und daß die Kapillare (10) mindestens einen sol­ chen Durchmesser aufweist, daß bei zunehmender Entleerung des Tintenvorratsbehälters (5) vom luftseitigen Ende der Kapillare (10) zum tintenseitigen Ende der Kapillare (10) Luft eintritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durchsichtige Kapillare (10) einen konstanten Innendurchmesser (d1) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durchsichtige Kapillare (10) vom luftseitigen Ende in Richtung des Tintensammelbehälters (6) ei­ nen abnehmenden Innendurchmesser (d1, d2, d3) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige Kapillare (10) am luftseitigen Ende in einen Luftsammelbehälter (7) des Tintenvorratsbehälters (5) mündet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Abtastein­ richtung (13, 14, 15, 16) zur Überwachung der Kapillare (10) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (10) mit dem Tintenvorratsbehälter (5) im Spritzguß aus Kunststoff herge­ stellt wird.