DE4434186A1 - Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker und Vorrichtung zum Wiederbefüllen eines derartigen Druckkopfs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen Tinten­ strahldrucker gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zum Wiederbefüllen eines derartigen Druckkopfs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 11.

Derartige Druckköpfe finden insbesondere in jüngster Zeit eine immer stärkere Verbreitung, da sie wiederbefüllbar gestaltet und damit mehrfach wiederverwendbar sind. Hin­ sichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus sind sie funktions­ bedingt und aus Kompatibilitätsgründen vergleichbar zu den gängigen Einweg-Druckköpfen, die nach wie vor in großer Zahl entweder als Erstausrüstung in Tintenstrahldruckern einge­ baut werden oder als Ersatzdruckköpfe im Handel erhältlich sind.

Diese Druckköpfe besitzen im einfachsten Fall einen einzel­ nen Tintenvorratsraum, der im Inneren eines Gehäuses ange­ ordnet ist. Der Tintenvorratsraum ist in der Regel mit einem die Tinte aufnehmenden, porösen oder schwammartigen Körper gefüllt, in welchem der Tintenvorrat aufgenommen ist. Auch sind vergleichbar aufgebaute Mehrfarben-Druckköpfe erhält­ lich, bei denen innerhalb des Gehäuses mehrere, voneinander getrennte Tintenvorratsräume vorgesehen sind. Üblicherweise sind drei solcher Tintenvorratsräume vorhanden, die drei unterschiedlichen Farbkomponenten, z. B. Magenta, Cyan und Gelb beinhalten, mit denen sich das gesamte Farbspektrum darstellen läßt. Auch gibt es Ausführungsvarianten von Druckköpfen, die einen zusätzlichen Tintenvorratsraum für schwarze Tinte besitzen.

Die Tintenvorratsräume sind teilweise über eine Öffnung von außen her zugänglich. Ursprünglich waren diese Öffnungen vorgesehen, um die Tintenvorratsräume zu belüften und damit das Abfließen von Tinte zu ermöglichen. Dieser Effekt ist beispielsweise in der EP 0 381 363 A2 am Beispiel eines Einfarben-Druckkopfs erläutert.

Derartige Öffnungen können aber auch genutzt werden, um Tinte mittels geeigneter Vorrichtungen, beispielsweise mit Hilfe einer handspritzenähnlichen und mit einer Kanüle versehenen Pumpe gezielt nachzufüllen. Aus der DE 42 35 029 C2 ist dies anhand eines Mehrfach-Druckkopfs erläutert, wobei die dort gezeigten Öffnungen als Befüllbohrungen einer das Gehäuse - und damit die Tintenvorratsräume - verschlie­ ßenden Abdeckplatte ausgeführt sind. Zum Wiederbefüllen wird der Druckkopf aus dem Tintenstrahldrucker entfernt und beispielsweise von Hand mittels der o.e. handspritzenähnli­ chen Pumpen wiederbefüllt.

Von einem derartigen Druckkopf, wie er in dem genannten Dokument beschrieben ist, geht die Erfindung aus. Obwohl sich insbesondere mit zusätzlicher Unterstützung des in dem letztgenannten Dokument weiterhin beschriebenen Deckels diese Druckköpfe mit relativ geringem Aufwand wiederbefüllen lassen, treten in der praktischen Handhabung häufig Probleme auf. So findet sich in der genannten DE 42 35 029 C2 bereits der Hinweis, daß besondere Maßnahmen getroffen werden soll­ ten, um ein Überfüllen des Druckkopfs zu vermeiden. Zum einen ist dies unter ökonomischem Aspekt unerwünscht, da an sich nur der konkrete Ersatzbedarf an Tintenvorrat ergänzt zu werden braucht, und andererseits die überschießende Tinte ein großes Verschmutzungspotential darstellt. Dies betrifft nicht nur die Bedienperson, sondern auch den Druckkopf selbst. Beim Mehrfarben-Druckkopf besteht darüber hinaus allerhöchste Gefahr, daß die aus der Befüllbohrung über­ schießende Tinte in eine oder mehrere benachbarte Tintenvor­ ratsräume über die entsprechenden Befüllbohrungen eindringt und damit die jeweilige Farbkomponente verfälscht wird. Ein derartiger Druckkopf ist damit an sich unbrauchbar geworden, da eine farbkorrekte Wiedergabe nicht mehr möglich ist. Der Nachfüllvorgang erfordert somit allerhöchste Aufmerksamkeit, wobei bereits kleinere Unachtsamkeiten dazu führen können, daß der Mehrfarben-Druckkopf nicht mehr verwendet werden kann.

Das Problem des Überfüllens tritt weiterhin bei der Verwen­ dung von Befüllstationen auf, wie sie beispielsweise in der vorangemeldeten, jedoch nachveröffentlichten DE 43 27 178 (deutsche Patentanmeldung P 43 27 178) beschrieben sind. Diese Vorrichtungen bestehen aus einer Halterung mit einem Dichtungsorgan, in die der zu befüllende Druckkopf einge­ setzt und verrastet wird. Hierdurch wird die an der Unter­ seite des Druckkopfs befindliche Düsenplatte sowie eine gegebenenfalls vorhandene Belüftungsöffnung dichtend zur Anlage an das Dichtungsorgan gebracht. Anschließend wird auf den eingesetzten Druckkopf bzw. die Halterung ein mit einer Kanüle versehener Kanülenträger aufgesetzt, so daß die Kanüle über die Befüllbohrung des Druckkopfs in den Tinten­ vorratsraum hineingeführt wird. Auf die Kanüle und gegebe­ nenfalls durch eine korrespondierende Ausnehmung im Kanülen­ träger geführt, wird eine Nachfüllpatrone aufgesteckt und eine die Nachfüllpatrone verschließende Kappe entfernt. Nunmehr läuft der Befüllvorgang ohne weiteres Zutun selbst­ tätig ab, wobei ein unbeabsichtigtes Austreten von Tinte aus diversen Öffnungen, wie beispielsweise der Düsenplatte oder den Belüftungsöffnungen durch die Dichtungsorgane verhindert wird.

Obwohl damit ein weitgehend problemloses Wiederbefüllen von Druckköpfen möglich ist, besteht dennoch unter bestimmten Umständen die Gefahr, daß Tinte unerwünscht austritt. So durchsetzt die Kanüle die Befüllbohrung zumindest mit ge­ ringem radialen Spiel, wodurch ein Spalt verbleibt, durch den die von der einfließenden Tinte verdrängte ruft entwei­ chen kann. Durch diesen Spalt kann somit Tinte austreten, sofern mehr Tinte zugeführt wird als der Tintenvorratsraum aufnehmen kann.

Eine derartige Situation ergibt sich dann, wenn der Druck­ kopf nicht vollständig leergeschrieben ist, sich somit noch Tinte im Tintenvorratsraum befindet und damit das Aufnahme­ volumen geringer ist als der Inhalt der Nachfüllpatrone.

Im Falle des Einfarben-Druckkopfs ist diese Schwierigkeit an sich problemlos beherrschbar, sofern dafür Sorge getragen wird, daß vor dem Wiederbefüllen der Druckkopf vollständig leergeschrieben wird. Weitaus schwieriger stellt sich das Problem bei einem Mehrfarben-Druckkopf dar, der mit einer vergleichbaren, für das Wiederbefüllen eines Mehrfarben- Druckkopfs bestimmten Vorrichtung wiederbefüllt werden soll. Bei einem Mehrfarben-Druckkopf tritt der hinlänglich bekann­ te Effekt ein, daß der individuelle Verbrauch der einzelnen Farbkomponenten variiert, so daß zumeist lediglich eine der Farbkomponenten erschöpft ist, wohingegen der Vorrat an übrigen Farbkomponenten noch nicht erschöpft ist. Für eine farbkorrekte Wiedergabe ist es deshalb erforderlich, bereits in diesem Stadium Tinte nachzufüllen. Aus praktischen Grün­ den wird hierbei nicht nur diejenige Farbkomponente ergänzt, deren Vorrat erschöpft ist, vielmehr werden bei dieser Gelegenheit auch die Tintenvorratskammern der übrigen Farb­ komponenten aufgefüllt. In diesem Zusammenhang ist sofort erkennbar, daß das Ergänzen derjenigen Farbkomponenten, von denen sich noch nennenswerte Reste in den Tintenvorratskam­ mern befinden, zu Problemen führt. Da das Volumen der ent­ sprechenden Nachfüllpatronen für diese Farbkomponenten zu groß ist, muß der an sich selbsttätig ablaufende Befüllvor­ gang ständig beobachtet und individuell für jede der Farb­ komponenten vorzeitig, d. h. vor dem vollständigen Leerlaufen der Nachfüllpatrone, gestoppt werden. Dies ist prinzipiell unerwünscht und zudem in vielen Fällen kaum praktikabel, da häufig die Tintenvorratskammern - und damit der Füllstand - nicht oder nur mit großer Mühe einsehbar sind. Ein unbeab­ sichtigtes Überfüllen einzelner Tintenvorratskammern läßt sich trotz der gebotenen Umsicht häufig nicht vermeiden.

Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, einen Druck­ kopf der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß dessen Tintenvorratskammer bzw. -vorratskammern nicht überfüllt werden können. Insbesondere soll im Falle des Mehrfarben-Druckkopfs ein Übertreten überschießender Tinte in eine benachbarte Tintenvorratskammer ausgeschlossen werden, so daß sich nunmehr auch Mehrfarben-Druckköpfe ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen wiederbefüllen lassen.

Der Erfindung lag weiterhin das Problem zugrunde, eine Befüllstation zur Verfügung zu stellen, mit der ein solcher­ maßen gestalteter Druckkopf problemlos wiederbefüllbar ist, ohne daß die Bedienperson den Befüllvorgang beaufsichtigen und bei Erreichen eines bestimmten Füllstands eingreifen muß, um ein Überfließen von Tinte zu vermeiden.

Das Problem wird mit einem Druckkopf gelöst, der die Merkma­ le des Anspruchs 1 aufweist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der nachgeordneten abhängigen Ansprüche angegeben.

Das Problem wird weiterhin mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 11 aufweist.

Vorteilhafte Varianten sind durch die Merkmale der hiervon abhängigen Ansprüche definiert.

Die Erfindung basiert auf der Idee, ein Belüftungsventil in Form einer Membran vorzusehen, die einerseits die durch die einfließende Tinte verdrängte ruft nach außen hin entweichen läßt, andererseits jedoch flüssigkeitsdicht ist und damit ein Austreten von Tinte an dieser Stelle zuverlässig verhin­ dert.

Dieser Effekt kann auf verschiedene Art und Weise benutzt werden, um je nach konkreter Ausgestaltung des Druckkopfs und/oder der Befüllstation ein Überfüllen sicher zu vermei­ den. Als gemeinsame Voraussetzung ist in allen Fällen die Rahmenbedingung zu beachten, daß alle übrigen Öffnungen, Spalte oder dergleichen, durch die Luft entweichen könnte, während des Befüllens dicht verschlossen gehalten werden. Dies betrifft insbesondere auch den Bereich der Tintenvor­ ratskammer, durch den die Tinte zugeführt wird und in den meisten Fällen als spezielle Befüllbohrung gestaltet sein kann, die von der Kanüle durchsetzt wird. Weiterhin sind häufig auch Spalten, Ritzen oder dergleichen vorhanden, die teils beabsichtigt, teils fertigungsbedingt, beispielsweise zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel, auftreten.

In allen diesen Fällen muß durch eine spezielle und/oder nachträgliche Abdichtung dafür Sorge getragen werden, daß die während des Befüllvorgangs entweichende Luft ausschließ­ lich durch die als Belüftungsventil wirkende Membran austre­ ten kann. Sobald die einfließende Tinte den Tintenvorrats­ raum vollständig ausgefüllt und die gesamte darin befindli­ che Luft verdrängt hat, wird ein weiterer Zufluß von Tinte unterbunden, da die Tinte zwar an der Membran ansteht, diese aber nicht durchdringen kann. Die Membran muß hierbei so konzipiert sein, daß sie dem Druck, mit dem die Tinte zuge­ führt wird (beispielsweise dem hydrostatischen Druck), stand hält.

Im Falle des Befüllens mit Hilfe der eingangs beschriebenen Befüllstation bedeutet dies, daß nunmehr der Befüllvorgang völlig unbeaufsichtigt ablaufen kann, da das Ausfließen der Tinte aus der Nachfüllpatrone selbsttätig gestoppt wird, sobald der betreffende Tintenvorratsraum vollständig aufge­ füllt ist. Die aufgesetzte Nachfüllpatrone kann mit der Kappe verschlossen und anschließend vom Kanülenträger abge­ zogen werden und steht für einen weiteren Befüllvorgang erneut zur Verfügung. Auch ist es möglich, Nachfüllpatronen mit einem sehr viel größeren Tintenvorrat zu verwenden, welche für mehrfache Nachfüllvorgänge geeignet sind.

Die konkrete Umsetzung dieser Idee kann an sich beliebig erfolgen. Eine besonders einfache Möglichkeit eröffnet sich bei Druckköpfen, bei denen die Tintenvorratsräume durch eine auf das Gehäuse aufgesetzte Zwischenplatte abgedeckt sind, wobei die Zwischenplatte für jede Tintenvorratskammer eine Befüllbohrung aufweist. In diesem Fall kann das Belüftungs­ ventil einfach dadurch realisiert werden, daß beispielsweise neben jeder Befüllbohrung eine weitere Bohrung als Belüf­ tungsbohrung angebracht ist, die mit der Membran verschlos­ sen ist. Ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau ergibt sich, sofern als Membran ein Stopfen bzw. ein zylindrischer Körper verwendet wird, welcher in die Belüftungsbohrung eingesetzt ist.

Zur Abdichtung der Befüllbohrungen kann entweder die einzu­ führende Kanüle oder aber die Befüllbohrungen selbst mit Dichtungsorganen versehen sein, so daß eine Abdichtung zwischen der Kanüle und der Befüllbohrung erreicht wird. Die Variante, bei der das Dichtungsorgan jeweils unmittelbar an der Befüllbohrung angebracht ist, erlaubt weiterhin die Verwendung der handspritzenähnlichen Pumpen, wohingegen die Version ohne derartige Dichtungsorgane an der Befüllbohrung geeignete Maßnahmen an der Kanüle erfordert und deshalb für die Anwendung im Zusammenhang mit einer entsprechend gestal­ teten Befüllstation prädestiniert ist.

Weiterhin kann ein zumindest teilweise erhaben geformter Deckel auf die Zwischenplatte und/oder das Gehäuse aufge­ setzt sein, welcher Durchtrittsöffnungen trägt, die den Befüllbohrungen jeweils eindeutig zugeordnet sind. Es ist dies ein Deckel, wie er eingangs beschrieben ist. Insoweit können die bislang noch weit verbreiteten Einweg-Druckköpfe ohne Funktionseinbuße problemlos zu wiederbefüllbaren Druck­ köpfen umgerüstet werden, wobei gleichzeitig die Membran als Überfüllschutz integrierbar ist. Hierdurch wird ein auf diese Weise umgerüsteter Druckkopf ohne Einschränkung auch für die Verwendung in einer Befüllstation tauglich.

Auf das Anbringen von Zusatzbohrungen als Belüftungsbohrun­ gen kann verzichtet werden, sofern eine flächige Membran anstelle der Zwischenplatte auf das Gehäuse aufgesetzt wird. Dabei muß die Membran dicht sowohl mit dem Gehäuserand als auch mit den Stirnseiten von Trennwänden verbunden sein, welche im Inneren des Gehäuses als Kammerwände zur Untertei­ lung in separate Tintenvorratsräume bzw. -kammern angebracht sind. Um weiterhin eine Zugänglichkeit zu den einzelnen Tintenvorratskammern zu gewährleisten, müssen entsprechende Befüllöffnungen unmittelbar in der Membran angebracht wer­ den. Es ist erforderlich, daß die Membran eine ausreichende Festigkeit bzw. Stabilität aufweist, damit weiterhin eine sichere Abdichtung zwischen der Kanüle und der Befüllöffnung erreicht werden kann.

Eine besonders elegante und zweckmäßige Variante ergibt sich, wenn die Membran aus einem selbstverschließenden Folienmaterial besteht, wobei die Membran wiederum vollflä­ chig das Gehäuse abdeckt und am Gehäuserand und an den Stirnseiten der Kammerwände verschweißt oder verklebt ist. In diesem Fall kann auf Befüllbohrungen oder -öffnungen sowie auf spezielle Dichtungsorgane vollständig verzichtet werden, da die Kanüle beim Einstechen und Durchdringen der Membran von dem verdrängten Material dichtend umschlossen wird, so daß ein Austreten von Tinte bei eingestochener Kanüle verhindert wird. Nach Beendigung des Befüllvorgangs kann die Kanüle aus der Membran herausgezogen werden, wobei das verdrängte Material in seine Ausgangsposition zurück­ weicht und die Einstichstelle wieder dicht verschließt.

Neben dem besonders einfachen konstruktiven Aufbau hat diese Ausführungsvariante den zusätzlichen Vorteil, daß die her­ kömmlichen Befüllstationen und auch die häufig verwendeten handspritzenartigen Pumpen weiterhin unverändert benutzt werden können, da in diesem speziellen Fall die sonst übli­ che Abdichtung zwischen der Kanüle und der Befüllbohrung in Form eines zusätzlichen Dichtorgangs entfallen kann.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Realisierung eines Belüftungsventils in Form einer Membran an sich beliebig ist, so daß sich dieses Konzept nicht nur für neu zu ferti­ gende Druckköpfe eignet, sondern im gleichen Maße die Um­ rüstung vorhandener Einweg-Druckköpfe auf Mehrweg-Druckköpfe zuläßt. Sofern eine derartige Umrüstung nicht erwünscht oder aus anderen Gründen nicht realisiert werden kann, eröffnet sich die Möglichkeit, die Membranfunktion nicht am Druckkopf selbst, sondern an der als Befüllstation bezeichneten Vor­ richtung vorzusehen. So kann der Kanülenträger, wie er dem Grunde nach aus dem Stand der Technik (wie oben beschrieben) bekannt ist, mit einem Entlüftungsrohr versehen werden, welches das Belüftungsventil bzw. die Membran trägt. Voraus­ setzung ist, daß der Druckkopf eine Belüftungsbohrung auf­ weist, auf die das Entlüftungsrohr ausgerichtet werden kann. Damit kann ein durchgehender, dichter Entlüftungskanal gebildet werden, aus dem aus dem Tintenvorratsraum über die Membran hinweg Luft entweichen kann, wobei die Membran in Höhe der Oberkante des Gehäuses des Druckkopfs angeordnet ist, so daß der Tintenvorratsraum nach oben hin während der Dauer des Befüllvorgangs flüssigkeitsdicht verschlossen ist.

Im einfachsten Fall ist es sogar denkbar, das mit der Mem­ bran versehene Entlüftungsrohr als eigenständige Baugruppe der Befüllstation zu gestalten, so daß es beispielsweise durch eine entsprechende Aussparung des Kanülenträgers hindurchführbar und an diesen koppelbar ist bzw. unabhängig vom Kanülenträger separat mit der Belüftungsbohrung am Druckkopf koppelbar ist.

Je nach Ausführung kann das Entlüftungsrohr die Belüftungs­ bohrung axial durchsetzen, wobei beispielsweise ein weich­ elastisches Dichtungsorgan in Höhe der Belüftungsbohrung für die notwendige Abdichtung zwischen dem Entlüftungsrohr und der Belüftungsbohrung sorgt. Alternativ kann auch das Ent­ lüftungsrohr stirnseitig konisch geformt sein, so daß es dichtend zur Anlage an den Rand der Belüftungsbohrung ge­ bracht werden kann.

Gemeinsame Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion sämtlicher Vorrichtungsvarianten ist, daß die Kanüle bzw. die Kanülen abgedichtet in das Innere des Tintenvorratsraums hineingeführt werden. Sofern druckkopfseitig keine entspre­ chenden Maßnahmen, wie beispielsweise Dichtungsorgane, vorgesehen sind, tragen die Kanülen selbst entsprechende Dichtungsorgane, beispielsweise in Form weichelastischer Dichtungen, die außen an der Kanüle selbst bzw. an einem die Kanüle umgebenden Kanülenträger in der Höhe der Befüllöff­ nung angebracht sind. Auch kann der Kanülenträger endseitig konisch geformt sein, so daß er dicht zur Anlage an die Befüllbohrung selbst gebracht werden kann. Entsprechend gestaltete Kanülenträger können auch als Austausch- oder Ergänzungsteile für bereits vorhandene Vorrichtungen mit Vorteil eingesetzt werden, so daß sich ein erheblich erwei­ tertes Anwendungsspektrum der an sich bekannten und bewähr­ ten Vorrichtungen eröffnet.

Es können prinzipiell sämtliche gängige Membranmaterialien verwendet werden, wobei sich insbesondere Polymere, wie beispielsweise Polyamid (PA) oder Polytetrafluoräthylen (PTFE) als kostengünstige und an sich beliebig verformbare Materialien eignen. Diese können nicht nur zu Stopfen oder ähnlichen zylindrischen Körpern, sondern auch zu flächigen Gebilden und Folien geformt werden. Insbesondere hat sich das Folienmaterial bestens bewährt, da es die Umsetzung der Membranfunktion ohne nennenswerte Änderung der Geometrie des Druckkopfs erlaubt und somit die volle Kompatibilität zu den bisherigen Einweg-Druckköpfen gewährleistet.

Daneben eignen sich auch Membranen aus einem keramischen Material, die besonders widerstandsfähig und chemisch neu­ tral sind.

Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Funktionsschema zur Verdeutlichung des Befüll­ vorgangs,

Fig. 2 Seitenansicht im Teilschnitt und Schnittdar­ stellung des Druckkopfs in einer ersten Ausfüh­ rungsvariante,

Fig. 3 Seitenansicht und Draufsicht des Druckkopfs in einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 4 Befüllstation mit eingesetztem Druckkopf (ent­ sprechend Fig. 2) einschließlich aufgesetzter Nachfüllpatrone,

Fig. 5 Explosionsdarstellung der Befüllstation,

Fig. 6 Kanülenträger in ersten Ausführungsvariante in Schnittdarstellung,

Fig. 7 Kanülenträger in einer zweiten Ausführungsva­ riante (mit integrierter Membranfunktion) in Schnittdarstellung.

In Fig. 1 ist das Funktionsprinzip schematisch dargestellt. Es zeigt einen Druckkopf 1 mit einem Gehäuse 10, in welchem ein Tintenvorratsraum 12 gebildet ist. Der Tintenvorratsraum 12 ist praktisch vollständig mit einem Schwamm 18 ausge­ füllt, der dazu bestimmt ist, den eingebrachten bzw. einzu­ bringenden Tintenvorrat aufzunehmen. Der Tintenvorratsraum 12 ist nach oben hin mit einer Zwischenplatte 20 verschlos­ sen, die umlaufend auf einem Gehäuserand 14 abgedichtet aufliegt.

Die Zwischenplatte 20 weist zwei Öffnungen auf, nämlich eine Befüllbohrung 22 sowie eine Belüftungsbohrung 24.

Auf die Zwischenplatte 20 bzw. auf das Gehäuse 10 ist ein Deckel 50 aufgesetzt, wobei (hier nicht näher dargestellt) zwischen dem Deckel 50 und der Zwischenplatte 20 keine besondere Abdichtung vorgesehen ist bzw. bewußt ein Umfangs­ abschnitt vorhanden ist, durch den Luft aus- bzw. eintreten kann. Oberhalb der Befüllbohrung 22 und dieser exakt zuge­ ordnet ist am Deckel 50 eine Durchtrittsöffnung 52 ange­ bracht.

Insoweit entspricht der Druckkopf 1 grundsätzlich hinsicht­ lich seines Aufbaus den bisher bekannten Druckköpfen, wobei in der gewählten Art der Darstellung lediglich eine von mehreren Tintenvorratsräumen 12 sichtbar ist. Bei den hier besonders interessierenden Anwendungsfällen der Mehrfarben- Druckköpfe sind drei oder vier derartiger Tintenvorratsräume 12 vorgesehen, die durch Trennwände 16 (vgl. Fig. 2) von­ einander getrennt sind und unterschiedlichen Farbkomponenten aufnehmen.

Der Druckkopf 1 ist in eine (hier nur angedeutete) Befüll­ station 100 eingesetzt, von der lediglich ein Kanülenträger 110 teilweise dargestellt ist. Der Kanülenträger 110 besitzt eine Kanüle 112, die den Deckel 50 an der Durchtrittsöffnung 52 mit etwas radialem Spiel durchsetzt und in den Tintenvor­ ratsraum 12 bzw. des Schwamms 18 eingedrungen ist. Die Kanüle 112 ist somit durch die Zwischenplatte 20 hindurchge­ führt, wobei ein Dichtungsorgan 114 den radialen Zwischen­ raum zwischen der Kanüle 112 und der Befüllbohrung 22 ab­ dichtet.

Nach oben hin endet die Kanüle 112 innerhalb einer im Kanü­ lenträger 110 vorgesehenen Vertiefung 118, in welche eine Nachfüllpatrone 200 mit ihrem unteren Axialabschnitt 208 eingesetzt ist. Im Bereich der eingedrungenen Kanüle 112 ist an der Nachfüllpatrone 200 ein Stopfen 205 vorhanden, der von der Kanüle 112 durchstochen ist, so daß die Kanüle 112 abgedichtet in das Innere der Nachfüllpatrone 200 hineinge­ führt ist. Somit ist eine durchgehende, gegenüber der Umge­ bung abgedichtete Fließverbindung zwischen dem Tintenvorrat in der Nachfüllpatrone 200 und dem Tintenvorratsraum 12 des Druckkopfs 1 hergestellt.

Zur Initiierung des Befüllvorgangs wird eine die Nachfüllpa­ trone 200 verschließende Kappe 210 (vgl. Fig. 5) entfernt, so daß die Nachfüllpatrone 200 belüftet wird und Tinte über die Kanüle 112 in den Tintenvorratsraum 12 hineinfließen kann. Hierdurch wird im Tintenvorratsraum 12 Luft verdrängt, die entweichen muß, damit nicht infolge eines Druckaufbaus der Nachfüllvorgang vorzeitig zum Erliegen kommt. Hierzu ist in der Zwischenplatte 20 die Belüftungsbohrung 24 vorgese­ hen, durch die die Luft hindurchströmen muß, weil die Tin­ tenvorratskammer 12 im übrigen dicht abgeschlossen ist. Während des Befüllvorgangs fließt permanent Tinte in den Tintenvorratsraum 12, so daß dieser zusehens mit Tinte gefüllt wird. Sobald das Aufnahmevermögen des Schwamms 18 erschöpft ist, kann darüber hinaus weiter Tinte zufließen, bis der Flüssigkeitsspiegel die Zwischenplatte 20 von unten erreicht. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Tintenvor­ rat in der Nachfüllpatrone 200 größer ist als das Aufnahme­ vermögen der Tintenvorratskammer 12.

Um ein weiteres Zufließen von Tinte und damit ein Überfüllen des Tintenvorratsraums 12 zu verhindern, ist erfindungsgemäß in die Belüftungsbohrung 24 eine Membran 26 in Form eines Stopfens bzw. zylindrischen Körpers dicht eingesetzt. Die Membran ist so beschaffen, daß sie Luft hindurchläßt, an­ dererseits jedoch den Durchtritt von Tinte verhindert. Aufgrund dieser Funktion kann während des Befüllvorgangs Luft verdrängt werden, so daß insoweit Tinte weitgehend ungehindert zufließen kann. Ein Überfüllen, d. h. ein Austre­ ten von Tinte durch die Belüftungsbohrung 24 hindurch ist jedoch ausgeschlossen und der Befüllvorgang stoppt selbst­ tätig, sobald der Tintenvorratsraum 12 vollständig mit Tinte gefüllt ist. Die Membran ist so ausgelegt, daß sie unter den auftretenden Druckverhältnissen den Durchtritt von Tinte sicher verhindert.

Sobald der Befüllvorgang abgeschlossen ist, beispielsweise sobald das Einfließen von Tinte in den Tintenvorratsraum zum Erliegen gekommen ist, weil das Aufnahmevermögen der Tinten­ vorratskammer 12 erschöpft ist, wird die Nachfüllpatrone 200 von der Kanüle 112 abgezogen, wobei der Stopfen 205 infolge seiner selbstverschließenden Eigenschaft ein Ausfließen von Tinte verhindert, selbst für den Fall, daß noch größere Mengen an Tinte im Inneren verblieben sind. Anschließend der Kanülenträger 110 abgehoben und der Druckkopf 1 ist erneut einsatzbereit.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht noch die Ge­ fahr, daß sich zwischen dem Schwamm 18 und der Zwischenplat­ te 20 überstehende Tinte befindet, die durch die Befüllöff­ nung 22 austreten kann. Diese Gefahr besteht nicht, wenn das Dichtungsorgan 114 nicht an der Kanüle 112, sondern an der Zwischenplatte 20 befestigt ist und darüber hinaus aus einem selbstverschließenden Material, ähnlich demjenigen des Stopfens 205, besteht, so daß beim Herausziehen der Kanüle 112 das Dichtorgan 114 die Eindringstelle dicht verschließt. Alternativ kann auch der Tintenvorratsraum 12 vollständig mit Schwammaterial ausgefüllt sein, so daß kein vorstehend beschriebener Zwischenraum entsteht.

Weitere Alternativen bestehen darin, im Inneren des Gehäuses 10 hier nicht dargestellte Beutel oder dergleichen vorzuse­ hen, die insoweit in sich abgeschlossen sind.

In Fig. 2 ist ein Druckkopf 1 in Form eines Mehrfarben- Druckkopfs dargestellt. Im Inneren des Gehäuses 10 sind drei Tintenvorratsräume 12 gebildet, die die Farbkomponenten Magenta, Cyan und Gelb enthalten. Zu diesem Zweck sind im Gehäuse 10 zwei durchgehende Trennwände 16 angebracht, die in der vorstehend beschriebenen Art und Weise gestaltet sind. Unten ist im Gehäuse 10 ein Tintenkanal 28 angeordnet, der die Verbindung zwischen den Tintenräumen 12 und der (nicht dargestellten) Düsenplatte herstellt.

Wiederum ist der Deckel 50 mit Durchtrittsöffnungen 52 versehen, die die Zugänglichkeit zu den Tintenvorratsräumen 12 zum Zwecke der Tintenzufuhr ermöglichen und exakt ober­ halb der jeweiligen Befüllbohrungen 22 positioniert sind. Der Deckel 50 ist teilweise erhaben ausgeführt, wobei die Durchtrittsöffnungen 52 in unterschiedlichen Abschnitten liegen. Hinsichtlich seiner äußeren Kontur entspricht der Deckel 50 praktisch demjenigen des bisherigen Einweg-Druck­ kopfs bzw. dem eingangs beschriebenen Deckel zum Umrüsten eines Einweg-Druckkopfs in einen Mehrweg-Druckkopf. Er gewährleistet damit die volle Kompatibilität zu den bisheri­ gen Druckköpfen, wie sie werkseitig von den Herstellern von Tintenstrahldruckern eingebaut werden.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante ist die stopfenförmige Membran 26 durch eine flächige Membran 36 ersetzt, die vollständig umlaufend am Gehäuserand 14 und vollständig durchgehend stirnseitig an den Kammerwänden 16 verschweißt ist. Dies ist in der rechten Teilabbildung in Form der gestrichelten Schweißnaht 38 angedeutet.

Der Vorteil dieser Ausführungsvariante liegt in der beson­ ders einfachen und kostengünstigen Art der Herstellung. So ist es nicht mehr erforderlich, für jeden der drei Tinten­ vorratsräume 12 einzelne Belüftungsventile vorzusehen, vielmehr genügt eine einzige, durchgehende Folie.

Weiterhin entfällt die Zwischenplatte 20 vollständig, da die Membran 36 nunmehr die Tintenvorratsräume 12 nach oben hin verschließt. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die Membran 36 aus einem selbstverschließenden Material besteht, so daß Einstichstellen 40 während des Befüllvorgangs die hindurchgeführten Kanülen 112 dicht umfassen.

Auch können Folien als kostengünstige Alternative zu den vorstehend beschriebenen stopfenförmigen Membranen verwendet werden, auch wenn sie eine selbstverschließende Eigenschaft nicht besitzen. Voraussetzung hierfür ist, daß weiterhin Zwischenplatten oder dergleichen mit abdichtbaren oder abgedichteten Befüllöffnungen verwendet werden.

Bei ausreichender Eigenstabilität, d. h. bei plattenförmigen Membranen (beispielsweise aus keramischen Werkstoffen), kann ebenfalls auf eine Zwischenplatte verzichtet werden, wobei es dann erforderlich ist, die Befüllöffnungen direkt in der Membran anzubringen.

Fig. 4 zeigt den in Fig. 2 dargestellten Druckkopf 1, der in eine als Befüllstation ausgebildete Vorrichtung 100 eingesetzt ist. Insbesondere ist der Kanülenträger 110 zu erkennen, der drei Kanülen 112 trägt, welche (gleichzeitig) in das Innere des Druckkopfs 1 hineingeführt sind. Weiterhin sind drei Vertiefungen 118a, 118b, 118c vorhanden, die zur Aufnahme der Nachfüllpatronen 200 dienen. Die Vertiefungen 118a, 118b, 118c besitzen drei verschiedene Grundrisse, auf die exakt abgestimmt die unteren axialen Abschnitte 208 der Nachfüllpatrone 200 gestaltet sind. Die Grundrißformen sind so gewählt, daß nur bei farbkorrekter Zuordnung ein Aufstec­ ken der jeweiligen Nachfüllpatrone 200 gewährleistet ist. Im vorliegenden Fall sind als Grundrißform ein Kreis (Vertie­ fung 118a), ein Rechteck (Vertiefung 118b) sowie ein Sechs­ eck (Vertiefung 118c) vorgesehen.

In Fig. 5 sind die Hauptbestandteile der Vorrichtung 100 in Explosionsdarstellung wiedergegeben. Diese bestehen im wesentlichen aus einer Halterung, die durch ein Halterungs­ gehäuse 102 mit eingesetztem Halterungseinsatz 104 und dem Kanülenträger 110 bestehen. Der Halterungseinsatz 104 trägt ein Dichtungsorgan 107, das auf die Düsenplatte des Druck­ kopfs 1 ausgerichtet ist. Die Dichtwirkung wird nach dem Einsetzen des Druckkopfs 1 dadurch erzielt, daß ein Arre­ tierorgan 105 diesen unter Vorspannung gegen das Dichtungs­ organ 107 gedrückt hält. Insoweit entspricht die Vorrichtung 100 dem Grunde nach der eingangs beschriebenen Vorrichtung aus dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäße Weiterbil­ dung besteht im wesentlichen in der Gestaltung des Kanülen­ trägers 110, wie in er in zwei Ausführungsvarianten in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, die bei solchen Druckköpfen Anwendung findet, die mit einem Belüf­ tungsventil versehen sind und somit im wesentlichen den vorstehend beschriebenen Druckköpfen entsprechen. In diesem Fall ist es wesentlich, daß der Kanülenträger 110 so gestal­ tet ist, daß die Kanüle 112 abgedichtet in das Innere des Tintenvorratsraums 12 eingesetzt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kanüle 112 mit einem Kanülenrohr 116 umgeben ist, das stirnseitig konisch ausläuft und somit als Dichtungskonus 114 gestaltet ist. Der Dichtungskonus 114 wird zur Anlage an den Rand der Befüllöffnung 22 des Druck­ kopfs 1 gedrückt und dichtet auf diese Weise den Übergang zum Tintenvorratsraum ab.

Alternativ hierzu kann auch eine Variante verwendet werden, wie sie im Zusammenhang mit der Ausführung gemäß Fig. 1 beschrieben ist.

Die in Fig. 7 dargestellte Variante besitzt ein Entlüf­ tungsrohr 124, welches eine Membran 126 aufnimmt. Weiterhin ist ein als Dichtungsorgan wirkender konischer Axialab­ schnitt 125 endseitig vorhanden, so daß eine dichte Verbin­ dung zwischen dem Tintenvorratsraum und der Umgebung über eine ohnehin im Druckkopf 1 vorhandene Belüftungsbohrung 26 herstellt. Die Membranfunktion ist damit nicht im Druckkopf 1 selbst, sondern am Kanülenträger 110 realisiert, so daß sich diese Variante speziell als Nachrüstvariante für be­ reits vorhandene Befüllstationen eignet. Insbesondere ent­ fällt die Notwendigkeit, die Druckköpfe selbst umzurüsten, so daß insoweit eine Vielzahl im Umlauf befindlicher Druck­ köpfe herkömmlicher Bauart mit Belüftungsöffnungen ohne Funktionseinbuße wiederbefüllt werden können. So ist es in aller Regel ausreichend, die beschriebene Membranfunktion als Überlaufschutz lediglich temporär, nämlich während des Befüllvorgangs selbst, zur Verfügung zu haben, wobei diese Funktion nach Abschluß des Befüllvorgangs in vielen Fällen entbehrlich ist.

Als Material für die Membran eignen sich prinzipiell sämtli­ che gängigen Materialien, sofern sie die angesprochene Eigenschaft besitzen. Es sind dies einerseits Polymere, wie beispielsweise Polyamid oder Polyäthylen, aus denen sich auch Folien herstellen lassen. Andererseits bieten sich auch keramische Werkstoffe an, die insbesondere chemisch bestän­ dig sind.

Bezugszeichenliste

1 - Druckkopf
10 - Gehäuse
12 - Tintenvorratsraum
14 - Gehäuserand
16 - Trennwand
18 - Schwamm
20 - Zwischenplatte
22 - Befüllbohrung
24 - Belüftungsbohrung
26 - Membran
28 - Tintenkanal
36 - Membranfolie
38 - Schweißnaht
40 - Einstichstelle
50 - Deckel
52 - Durchtrittsöffnung
100 - Befüllstation
102 - Halterungsgehäuse
104 - Halterungseinsatz
105 - Arretierorgan
107 - Dichtungsorgan
110 - Kanülenträger
112 - Kanüle
114 - Dichtungsorgan
116 - Kanülenrohr
118 - Vertiefung
124 - Entlüftungsrohr
125 - Dichtungsorgan
126 - Membran
200 - Nachfüllpatrone
205 - Stopfen
208 - Axialabschnitt
210 - Kappe
186

Claims (26)

1. Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, der aus dem Tintenstrahldrucker herausnehmbar und außerhalb des Tintenstrahldruckers wiederbefüllbar ist, mit einem Gehäuse, in welchem ein einzelner Tintenvorratsraum oder mehrere, voneinander getrennte Tintenvorratsräume angeordnet sind, wobei jeder Tintenvorratsraum über wenigstens eine Öffnung zum Nachfüllen von Tinte von außen zugänglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Tintenvorratsraum (12) ein Belüftungsventil (26, 36) in Form einer Membran vorgesehen ist, welche einer­ seits luftdurchlässig, andererseits flüssigkeitsdicht und damit für Tinte undurchlässig ist.

2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenvorratsräume Kammern (12) sind, die durch im Inneren des Gehäuses (10) angebrachte Trennwände (16) gebildet sind, welche nach oben hin mit einem Gehäuse­ rand (14) bündig sind, und daß die Membran als eine für sämtliche Kammern gemeinsame Abdeckung (36) ausgebildet ist, die vollständig umlaufend am Gehäuserand (14) und vollständig durchgehend und stirnseitig an den Trenn­ wänden (16) befestigt ist.

3. Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (36) aus einem selbstverschließenden Fo­ lienmaterial besteht und mit dem Gehäuserand (14) und den Trennwänden (16) verschweißt oder verklebt ist.

4. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (26) die Form eines Stopfens besitzt, welcher in eine Belüftungsbohrung (24) eingesetzt ist.

5. Druckkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (22) als Be­ füllbohrungen gestaltet sind und Dichtungsorgane auf­ weisen, welche dazu bestimmt sind, eine hindurchgeführ­ te Kanüle oder dergleichen dichtend zu umfassen.

6. Druckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllbohrungen (22) an einer auf das Gehäuse (10) aufgesetzten Zwischenplatte (20) angebracht sind, welche zugleich die Belüftungsventile (26) trägt.

7. Druckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest teilweise erhaben geformter Deckel (50) auf die Zwischenplatte (20) und/oder das Gehäuse (10) aufgesetzt ist, welcher Durchtrittsöffnungen (52) trägt, die den Befüllbohrungen (22) jeweils eindeutig zugeordnet sind.

8. Druckkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Membran (26, 36) aus einem Polymer besteht.

9. Druckkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polyamid (PA) oder Polytetrafluoräthylen (PTFE) ist.

10. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (26, 36) aus einem keramischen Material besteht.

11. Vorrichtung zum Wiederbefüllen eines Druckkopfs (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, außerhalb des Tintenstrahldruckers, bestehend wenigstens aus

• - einer Halterung (102, 104) mit einem Dichtungsorgan (107), in die der eine Düsenplatte aufweisende Druckkopf (1) mit geringem Spiel derart einsetzbar ist, daß die Düsenplatte gegen das Dichtungsorgan (107) gerichtet und mittels eines Arretierorgangs (105) zur dichtenden Anlage gebracht werden kann, sowie
• - einem Kanülenträger (110), der auf den in die Halte­ rung (102, 104) eingesetzten Druckkopf (1) und/oder die Halterung (102, 104) aufsetzbar ist, mit einer Kanüle (112), welche dazu bestimmt ist, einenends über eine Befüllbohrung (22) eine fluiddichte Fließ­ verbindung mit dem im Inneren des Druckkopfs befind­ lichen Tintenvorratsraum (12) herzustellen und an­ derenends in das Innere einer aufsteckbaren Nach­ füllpatrone (200) eingestochen zu werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanülenträger (110) mehrere, mit der Zahl der Tintenvorratsräume (12) übereinstimmende Kanülen (112) besitzt, und daß jeder Kanüle (112) ein Kompatibili­ tätsmittel (118) zugeordnet ist, das auf ein entspre­ chendes, an der jeweiligen Nachfüllpatrone (200) ange­ brachtes Kompatibilitätsmittel (208) derart abgestimmt ist, daß die Nachfüllpatrone (200) jeweils nur bei farbkorrekter Zuordnung zu der betreffenden Kanüle (112) aufsteckbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompatibilitätsmittel des Kanülenträgers (110) Vertiefungen (118) übereinstimmender axialer Erstrek­ kung, jedoch unterschiedlichen Querschnittsform sind, in die die Nachfüllpatronen (200) mit entsprechend geformten Axialabschnitten (208) einsetzbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanülen (112) die Befüllbohrun­ gen (22) abgedichtet axial durchsetzen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanülen (112) in Höhe der Befüllbohrung (22) jeweils ein weichelastisches Dichtungsorgan (114) tragen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanülen (112) zumindest längs eines Axialabschnitts jeweils von einem Kanülenrohr (116) umgeben sind, welches endseitig konisch geformt und auf die Befüllbohrung (22) derart ausgerichtet ist, daß es dort dichtend zur Anlage gebracht werden kann.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekenn­ zeichnet durch wenigstens ein Entlüftungsrohr (124), welches auf eine Belüftungsbohrung (24) für den Tinten­ vorratsraum (12) ausgerichtet und dazu bestimmt ist, einen durchgehenden, dichten Entlüftungskanal zu bil­ den, und daß im Entlüftungsrohr (124) in Höhe der Oberkante des Gehäuses (10) ein Belüftungsventil in Form einer Membran (126) angebracht ist, so daß der Tintenvorratsraum (12) während des Befüllvorgangs nach oben hin flüssigkeitsdicht verschlossen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsrohr (124) am Kanülenträger (110) angebracht ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entlüftungsrohr (124) die Belüftungs­ bohrung (24) abgedichtet axial durchsetzt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsrohr (124) in Höhe der Belüftungs­ bohrung (24) ein weichelastisches Dichtungsorgan trägt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entlüftungsrohr (124) endseitig konisch geformt und auf die Belüftungsbohrung (24) derart ausgerichtet ist, daß es dort dichtend zur Anlage gebracht werden kann.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (126) aus einem Polymer besteht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polyamid (PA) oder Polytetrafluor­ äthylen (PTFE) ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, da­ durch gekennzeichnet, daß das Polymer die Form einer Folie besitzt.

25. Vorrichtung nach Ansprüche 17 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran (126) aus einem keramischen Material besteht.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (126) die Form eines zylindrischen Stopfens besitzt.