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Beim derzeitigen thermischen Tintenstrahldruckern
weist der Druckkopf einen oder mehrere mit Tinte gefüllte Kanäle auf,
welche mit einer relativ kleinen Zuführungskammer oder einem Verteiler
an einem Ende in Verbindung stehen und eine Öffnung an dem gegenüberliegenden
Ende besitzen, welche als eine Düse
bezeichnet wird. In derzeitigen praktischen Ausführungsformen von Tintenstrahldnckem, die
Tropfen nach Bedarf erzeugen, hat es sich herausgestellt, dass die
Drucker am effektivsten arbeiten, wenn der Druck der Tinte in der
Druckkopfdüse innerhalb
vorbestimmter Druckbereiche gehalten wird. Insbesondere zu den Zeitpunkten
während
des Betriebs, in welchem eine einzelne Düse oder ein gesamter Druckkopf
kein Tintentröpfen
aktiv ausstößt, ist
es wichtig, dass ein gewisser Unterdruck oder "Rückdruck" in jeder der Düsen und
in Erweiterung innerhalb des Tintenzuführungsverteilers des Druckkopfes
vorhanden ist. Die Attribute zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines
derartigen Rückdruckes sind
in US-A-5,289,212
beschrieben.
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Die Tinte wird den Druckkopf aus
einer Tintenkartusche zugeführt.
Die Tintenkartusche enthält einen
Vorrat an Tinte und ist typischerweise so konfiguriert, dass sie
den erforderlichen Unterdruck aufrechterhält. Die Tintenkartusche ist
typischerweise eine von Benutzer ersetzbare Einheit, die mit dem Druckkopf
des Druckgerätes,
wie es beispielsweise in EP-A-0 739 741 dargestellt ist, vereint
ist.
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Gemäß dieser Erfindung enthält eine
Kartusche, wie z. B. eine Tintenkartusche für einen Tintenstrahldruckkopf
ein Gehäuse
mit einer Vielzahl von Wänden,
die eine innere Kammer Begrenzen. Eine Ableitöffnung erstreckt sich durch
eine der Gehäusewände, um
eine Fluidverbindung in die innere Kammer zu ermöglichen. Eine sich durch eine
der Gehäusewände hindurch öffnende
Auslassöffnung
stellt eine Fluidverbindung in das Innere der Kammer her. Eine Fluidleitung
besitzt ein erstes Ende in der Nähe der
Ableitöffnung
und ein zweites Ende in der Nähe der
Auslassöffnung
aus der Kammer.
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Eine spezielle Ausführungsform
gemäß dieser
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben; in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht ist, welche den inneren Aufbau in Strichliniendarstellung zeigt;
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2 ein
Seitenquerschnitt ist;
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3 eine
Draufsicht ist;
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4 ein
Querschnitt einer Tintenkartusche entlang einer Linie 4-4 von 2 ist;
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5 ein
Querschnitt entlang der Linie 5-5 von 2 ist;
und
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6 eine
Unterseitenansicht ist.
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Gemäß 1 und 2 enthält eine
Flüssigkeitskartusche 10,
insbesondere eine Tintenkartusche zur Verwendung mit einem thermischen
Tintenstrahlkopf ein Gehäuse 12.
In 1 ist der innere Aufbau
der Kartusche in gestrichelten Linien dargestellt. 2 ist eine Seitenansicht der Kartusche
im Querschnitt. Das Gehäuse
ist aus einer oberen Wand 14 für einen Abschnitt, einer oberen
Wand 15 für
einen weiteren Abschnitt, einer Vielzahl von Seitenwänden 16 (in
der dargestellten Ausführungsform, vier
Seitenwänden)
und einer Bodenwand 18 aufgebaut, um eine innere Kammer
einzuschließen.
Die obere Wand 14 der dargestellten Ausführungsform ist
rechteckig mit einer langen Abmessung und einer kürzeren Abmessung.
Die Größe der Kartusche
ist durch die für
das Gehäuseinnere
gewünschte
Kapazität
bestimmt. Obwohl eine rechteckige Form dargestellt ist, können andere
Formen verwendet werden, wie es durch den Druckkopf vorgegeben wird,
in welchen die Kartusche einzusetzen ist.
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In der dargestellten Ausführungsform
unterteilt ein sich von der oberen Wand 14 zu der unteren Wand 18 erstreckender
Teiler 20 die innere Kammer in eine Dochtkammer 22 und
eine freie Tintenkammer 24. Eine Fluidleitung 30 verbindet
die Dochtkammer und die freie Tintenkammer. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Fluidleitung 30 durch einen Spalt zwischen der
Bodenwand 18 des Gehäuses und
dem unteren Rand der Teilerwand 20 ausgebildet. Die die
Fluid- oder Tintenkammer 30 ausbildenden Gehäusewände 16 sind
integriert ausgebildet oder so abgedichtet, dass keine Fluidverbin dung
zwischen der Fluidkammer und der Umgebung, außer über die Fluidleitung 30 und
die Dochtkammer 22 besteht. In der bevorzugten Ausführungsform
sind die oberen und seitlichen Wände 14, 15 und 16 des
Gehäuses
integriert ohne Öffnungen
mit Ausnahme einer einzigen Ableitöffnung 60 durch die
obere Wand 14 der Dochtkammer 22 hindurch ausgebildet.
Die oberen und die seitlichen Wände
können
aus einem Kunststoffmaterial, wie z. B. Polypropylen unter Anwendung
von Spritzgießformungstechniken
geformt werden. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch erkennen,
dass weitere Materialien und Herstellungstechniken zum Herstellen
des Gehäuses verwendet
werden können.
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Eine Auslassöffnung 40 durch eine
der das Gehäuse
ausbildenden Wänden
hindurch für
die Dochtkammer 22 ausgebildet. Die Auslassöffnung 40 stellt
den Punkt bereit, an welchem die Kartusche mit dem Rest des Druckkopfes
in Wechselwirkung steht, und durch welchen die Tinte aus der Kartusche
dem Tintenstrahlkopf zugeführt
wird. Die Auslassöffnung kann
durch die Bodenwand 18 der Dochtkammer hindurch vorliegen,
welche im wesentlichen der oberen Wand 14 gegenüber liegt.
Die Auslassöffnung
kann jedoch auch durch eine der Seitenwände 16 des Gehäuses vorgesehen
sein. Eine Auslassöffnung
in einer der Seitenwände
ist am besten in dem unteren Abschnitt der Seitenwand in der Nähe des Bodens der
Kartusche angeordnet.
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Eine Dichtung 50 deckt die
Auslassöffnung 40 ab,
bis die Kartusche in den Druckkopf des Druckgerätes eingebaut wird. Beispielsweise
ist ein Metallband, eine Folie oder ein anderes Material, das die Tinte
nicht durchdringen kann, auf der Aussenobertläche der Wand 18 mit
der Auslassöffnung 40 angeordnet,
um die Auslassöffnung
abzudecken, und ist mit der Aussenoberfläche der Bodenwand versiegelt. Die
Dichtung 50 ist abnehmbar, so dass der Benutzer sie vor
dem Einsetzen der Kartusche in den Druckkopf entfernen kann. Ein
verlängertes
Ende der Dichtung 50 erstreckt sich über das Ende der Bodenwand 18 hinaus.
Der Benutzer kann dieses verlängerte Ende
erfassen, um das Band von der Bodenwand 18 zu entfernen,
wenn der Benutzer bereit ist, die Kartusche in den Druckkopf einzubauen.
In bestimmten Konfigurationen kann jedoch die Dichtung in ihrer Lage
verbleiben und durch den Druckkopf durchstoßen oder anderweitig durchdrungen
werden, wenn die Kartusche zur Verwendung in dem Druckgerät eingebaut
wird.
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Eine Ableitöffnung 60 erstreckt
sich durch die obere Wand 14 der Dochtkammer, so dass der
Druck innerhalb der Dochtkammer derselbe wie der Atmosphärendruck
der umgebenden Umwelt ist. Bevorzugt weist die Tintenkammer 24 keine
Fluidverbindung zu der Umgebung auf, außer über die Fluidleitung 30 zwischen
der Tintenkammer und der Dochtkammer und somit über die Dochtkammer. Ein Ableitrohr 61 erstreckt
sich von der Ableitöffnung 60 aus
in das Innere der Dochtkammer.
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Ein Tintenrückhalteelement, wie z. B. ein Docht 62 füllt im wesentlichen
das Innere der Dochtkammer 22. Zur Verwendung in Fluidzuführungskartuschen,
wie z. B. Flüssigtintenkartuschen
geeignetes Dochtmaterial ist dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein
bekannt. Beispielsweise kann Polyetherschaummaterial als der Docht 62 verwendet
werden. Mit Flüssigkeit
(wie z. B. Tinte) gefüllt,
erleichtert das Dochtmaterial die Aufrechterhaltung des Unterdrucks
für einen
korrekten Betrieb des Druckkopfes. Daher kann das spezifische Material
für unterschiedliche
Druckgerätekonfigurationen
verschieden sein.
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Die Tintenkammer 24 ist
im wesentlichen frei von Tintenrückhaltematerial.
In der Tintenkammer 24 gespeicherte flüssige Tinte wird aus der Tintenkammer
zu dem Docht 62 durch die Fluidleitung 30 übertragen.
Die Tinte wird durch die Auslassöffnung 40 nach
Bedarf zum Versorgen des Druckkopfes mit Tinte für den Druckvorgang abgegeben.
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Vertikale Nuten 66 in der
Dochtkammerseite des Teilers 20 erstrecken sich von der
Leitung 30 nach oben. Die Nuten 66 erleichtern
die Verteilung der Tinte in dem Docht 62.
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Der innere Aufbau 64 in
dem Gehäuse
verhindert, dass das Dochtmaterial mit dem Ableitrohr 61 und
der Ableitöffnung 60 in
Kontakt kommt. Die Verhinderung des Kontaktes zwischen dem Dochtmaterial 62 und
der Ableitöffnung 60 reduziert
ein mögliches
Austreten von Tinte durch die Ableitöffnung.
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Eine Fluidverbindung erstreckt sich
aus der Ableitöffnung 60 zu
einem weiteren Punkt auf dem Äusseren
des Tintenkartuschengehäuses,
bevorzugt in der Nähe
oder an der Auslassöffnung 40.
In der dargestellten Ausführungsform
ist ein erster Abschnitt der Fluidleitung aus einer Vertiefung 70 in
der Aussenoberfläche
der oberen Wand 14 des Gehäuses ausgebildet. Somit fällt die
Ableitöffnung 60 durch
die obere Wand des Ge häuses
mit der Vertiefung 70 zusammen. Gemäß der dargestellten Ausführungsform
umgibt die Vertiefung 70 die Auslassöffnung und ist im wesentlichen
entlang der Längsabmessung
der oberen Wand des Gehäuses
langgestreckt. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform
umgibt die Vertiefung einen wesentlichen Abschnitt der oberen Wand
des Gehäuses.
Jedoch kann bei großen
Kartuschen die Vertiefung nur einen kleinen Anteil der Fläche der
oberen Wand umgeben.
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Leitwände oder Inseln 72 in
der Vertiefung besitzen eine Höhe
gleich der Tiefe der Vertiefung, so dass die Oberseite jeder Insel
in einer Ebene mit der Aussenoberfläche der oberen Wand des Gehäuses liegt.
Obwohl ovale Inseln dargestellt sind, können auch andere Formen verwendet
werden. Jede Insel erstreckt sich nur über einen Abschnitt der Vertiefung quer,
so dass die Inseln nicht vollständig
den Fluiddurchfluß durch
die Vertiefung blockieren.
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Ein Metallband, eine Folie oder ein
anderes Material 80 (3),
das für
die flüssige
Tinte undurchlässig
ist, deckt die Vertiefung ab. Das Band 80 ist mit einem Kleber an
den erhabenen Abschnitten der Aussenoberfläche der oberen Wand befestigt, welche
die Vertiefung umgeben. Die Inseln 72 halten das Band 80
von dem Hineinfallen in die Vertiefung ab. In einigen Fällen kann
das Band auch an den Oberseiten der Inseln befestigt sein. Somit
dichtet oder schließt
das Band die Ableitöffnung
nicht ab.
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Ein Ende der Vertiefung 70 steht
mit einem Überlaufrohr 82 in
Verbindung, das sich aus der Vertiefung zu einem weiteren Punkt
auf der Aussenseite des Gehäuses
erstreckt. Das Überlaufrohr 82 bildet einen
zweiten Abschnitt der Leitung, welche von der Ableitöffnung zu
einem weiteren Punkt auf der Aussenseite des Gehäuses führt. In einer Ausführungsform öffnet sich
ein erstes Ende des Überlaufrohrs
in die Vertiefung in der oberen Wand des Gehäuses an einem Ende der Vertiefung.
Das zweite Ende des Überlaufrohrs 82 ist
in der Nähe
der Auslassöffnung 40 von
dem Dochtelement des Gehäuses,
welche in der dargestellten Ausführungsform
durch die Bodenwand 18 des Gehäuses verläuft. Das zweite Ende des Überlaufrohres
kann etwa 3 mm (1/8 Inch) von dem Rand der Auslassöffnung 40 entfernt
sein. In der dargestellten Ausführungsform
befindet sich das zweite Ende des Überlaufsrohrs in derselben
Ebene, wie die Auslassöffnung.
Jedoch bieten sich andere Abstände
für andere
Konfigurationen von selbst für den
Fachmann auf diesem Gebiet an. In einigen Anordnungen kann die Auslassöffnung durch eine
der Seitenwände
des Gehäuses
hindurch vorgesehen sein, und ein zweites Ende des Überlaufrohres
kann sich in einer anderen Ebene, aber immer noch in der Nähe des Auslassrohres
befinden. In derartigen Anordnungen wird es bevorzugt, dass das
Auslassrohr in derselben Seitenwand, wie die Auslassöffnung ausgebildet
ist.
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Das Überlaufrohr 82 erstreckt
sich entlang einer der Seitenwände 16 des
Gehäuses.
Das Überlaufrohr
ist in einem Stück
mit der Seitenwand des Gehäuses
bevorzugt als ein Teil einer vergrößerten Seitenwand ausgebildet.
Das erste Ende des Überlaufrohres
fällt mit
der Vertiefung in der oberen Wand des Gehäuses zusammen.
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Der obere Abschnitt des Überlaufrohres kann
ein Rohr mit kleinem Durchmesser, wie z. B. 0,7 mm (0,03 Inch) aufweisen,
das sich in einem breiteren Abschnitt öffnet, der in einer breiten
zweiten Endöffnung
in der Nähe
der Auslassöffnung
aus der Dochtkammer endet. In einer derartigen Konfiguration kann
das Überlaufrohr
aus einer Kammer des Gehäuseinneren
ausgebildet sind, die keine direkte Fluidverbindung mit der Dochtkammer
oder der Tintenkammer besitzt, und nur über die Ableitöffnung damit in
Verbindung steht. In einer weiteren (nicht dargestellten) Konfiguration
kann das Überlaufrohr
ein Rohr mit kleinem Durchmesser entlang seiner gesamten Länge sein.
Der Innendurchmesser des Überlaufrohrs
beträgt
0,7 mm (0,03 Inch). Das Überlaufrohr
kann einen besonders kleinen Durchmesser besitzen, da das Rohr keinen
wesentlichen Flüssigkeitsstrom
transportieren muß.
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Mit dem zweiten Ende des Überlaufrohres 82 und
der Auslassöffnung 14 nahe
aneinander auf der Aussenseite des Gehäuses, und bevorzugt auf derselben
Seite des Gehäuses,
befinden sich beide Auslässe
für die
Tinte in demselben Bereich des Gehäuses. Somit können die
Stellen auf dem Gehäuseäusseren,
welche zu einem bestimmten Zeitpunkt Tinte darauf aufweisen können (die
möglicherweise "nassen" Punkte auf dem Gehäuse) in
demselben Bereich, und der Benutzer muß sich nicht um mehrere mögliche Quellen
von Tinte kümmern,
wenn der Benutzer die Kartusche handhabt. Diese Anordnung macht
die Handhabung der Tintenkartusche für den Endverbraucher sauberer.
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In einer speziellen Ausführungsform
des Gehäuses
erstreckt sich eine Fluidsperre oder Barriere 90 quer über die
Breite der Vertiefung 70 zwischen der Ableitöffnung 60 und
dem Überlaufrohr 82.
In der dargestellten speziellen Ausführungsform verengt sich die Vertiefung 70 in
der Breite in dem Ende mit der Öffnung
in das Überlaufrohr 82.
Die Sperre 90 ist entlang dem engen Abschnitt der Vertiefung
angeordnet. Die Sperre besitzt eine niedrigere Höhe als die Tiefe der Vertiefung,
so dass die Sperre nicht vollständig
den Fluß von überlaufendem
Fluid in das Überlaufrohr
blockiert. Beispielsweise kann die Höhe der Sperre eine Hälfte oder
ein Drittel der Tiefe der Vertiefung sein. Der Spalt zwischen der
Oberseite der Sperre 90 und dem Band 80 stellt
sicher, dass die Sperre nicht vollständig den Fluß von überlaufendem Fluid
in das Überlaufrohr 82 behindert.
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Vor dem Füllen mit Tinte werden Luft
oder andere Gase aus im wesentlichen aus der Tintenkammer 24 und
der Dochtkammer 22 abgepumpt, so dass sie ein Vakuum enthält. Wie
jedoch der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, ist es oft nicht
möglich,
ein vollständiges
Vakuum in einem Massenherstellungsvorgang zu erzielen. Daher ist
es nahezu unvermeidlich, dass eine kleine Luftmenge in der Tintenkammer 24 verbleibt,
welche eine Blase bildet und verhindert, dass die Tinte vollständig die Tintenkammer
füllt.
Wenn Umgebungsveränderungen
das Volumen der Luft in dem freien Tintenkammerabschnitt der Kartusche
vergrößern, fließt Tinte durch
die Fluidleitung 30 zwischen der freien Tintenkammer 24 und
der Dochtkammer 22. Wenn das Dochtmaterial 62 in
der Dochtkammer vollständig
gesättigt
wird, kann die Tinte dann den Raum zwischen der Oberseite des Dochtmaterials
und der Ableitöffnung 60 füllen. Ein
Teil der Tinte kann das Gehäuseinnere über die
Ableitöffnung 60 in
die Vertiefung 70 verlassen. Die Vertiefung nimmt die Tinte
auf, welche durch die Ableitöffnung
austritt. Die Sperre 90 hält die Tinte in der Vertiefung,
so dass sie nicht an dem Überlaufrohr 82 herunter
fließt
und die Kartusche verläßt. Diese
trägt dazu
bei, die Sauberkeit der Aussenoberfläche der Kartusche für den Benutzer beizubehalten.
Sollten jedoch die Umgebungsveränderungen
außerordentlich
groß sein,
kann ausreichend Tinte durch die Ableitöffnung austreten, wobei diese
Tinte über
die Sperre und durch das Überlaufrohr
nach unten austreten kann. Die vorstehend für das Überlaufrohr beschriebene Anordnung
leitet diese Tinte zu demselben Bereich des Gehäuseäusseren, wie das Auslassrohr.
Da der Benutzer, wenn der Benutzer die Kartusche öffnet, dass
Vorhandensein von Tinte an der Auslassöffnung erwartet, kann der Benutzer
darauf vorbereitet sein, dass Tinte an dem Ende des Überlaufrohres
vorhanden ist, und muß nicht
mit Tinte an anderen Stellen des Kartuschenäusseren rechnen.
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Der vorstehend beschriebene Aufbau
reduziert den plötzlichen
Ausstoß oder
das Herausspritzen von Tinte, wenn eine Dichtung entfernt wird, wenn
das Ende des Überlaufrohrs 82 mit
der Dichtung 50 abgedichtet wurde, welche auch die Auslassöffnung 40 abdichtet
und Umgebungsveränderungen
aufgetreten sind, welche eine signifikante Druckdifferenz zwischen
dem Inneren und Äusseren
des Gehäuses
bewirken. Wenn der Aussendruck deutlich niedriger als der Innendruck
ist, verhindert der erhöhte
Druck in dem Überlaufrohr 82,
dass Tinte in die Vertiefung in der oberen Wand oder das Überlaufrohr eintritt.
Wenn das den Auslass des Überlaufrohres und
die Auslassöffnung
aus der Dochtkammer abdeckende Band 50 entfernt wird, wird
das Überlaufrohr 82 zuerst
vor der Auslassöffnung 40 geöffnet. Die Luft
in dem Überlaufrohr 82 und
in der Vertiefung 70 entweicht zuerst, bevor ein Fließbeginn
der Tinte in die Vertiefung zugelassen wird (wenn die Druckdifferenz
ausreichend ist). Die Sperre 90 enthält Tinte, welche in die Vertiefung
eintritt, so dass sie nicht in das Überlaufrohr eintritt. In seltenen
Fällen
kann ausreichend Tinte in die Vertiefung eintreten, dass die Tiefe
der Tinte in dem Überlaufrohr
die Höhe
der Sperre überschreitet,
und die Tinte fließt über die Sperre
(durch den Spalt zwischen dem oberen Ende der Sperre und dem Band)
um das Überlaufrohr
zu erreichen.