DE8817173U1 - Vorrichtung zum Unterdrucksetzen einer Tintenstrahlkartusche - Google Patents

Vorrichtung zum Unterdrucksetzen einer Tintenstrahlkartusche

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Description

Vorrichtung zum Unterdrucksetzen einer Tintenstrahlkartusche
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein die Tintenstrahldruckertechnologie und insbesondere eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines thermischen Tintenstrahlschreibers.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im allgemeinen bedingt die thermische Tintenstrahltechnologie eine thermische Anregung zum Sieden von Tinte und Austreiben von Tintentröpfchen durch winzige Öffnungen in einer Düsenplatte des Tintenstrahldruckkopfes, um Punktmuster auf Papier zu formen. Eine allgemeine Beschreibung der Tintenstrahltechnologie ist beispielsweise im Hewlett
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BOEHMERT & BOEHMERT, NORDEM^NN und PAPTNiR
Packard Journal, Band 36, Nr. 5, Mai 1985 gegeben, auf das Bezug genommen wird.
Eine der inhärenten Schwierigkeiten beim Tintenstrahldrucken folgt aus der Notwendigkeit, einen Schreiber für den Betrieb vorzubereiten. Dies trifft beispielsweise dann zu, wenn ein neuer Schreiber in einen Drucker einzusetzen ist oder wenn nach einem Zeitraum des Nichtgebrauchs Tinte nicht mehr an den öffnungen vorhanden ist.
Figur 2 zeigt eine typische wegwerfbare bzw. austauschbare Tintenstrahlkartusche 2 mit einem einteiligen Tintenreservoir 4 und einem Druckkopf 6 mit einer Düsenplattte 8. Um bei erstem Bedarf ein akzeptables Drucken zu bewirken, ist es erwünscht, den Druckkopf unter Druck zu setzen, d.h. eine Tintenhaltekammer zwischen der Düsenplatte 8 und einem Dünnschicht-Substrat aufzufüllen, welches eine Widerstands-Heizstruktur des Druckkopfes 6 aufweist. Ein wegwerfbarer bzw. austauschbarer Tintenstrahldruckkopf ist in US-PS 4,500,895 (Buck et al.) der Anmelderin beschrieben.
Es wurden verschiedene Systeme entwickelt, um ein Unterdrucksetzen von Tintenstrahlschreibern zu bewerkstelligen.
Eine Vorrichtung nach US-PS 4,517,577 (Miranda et al.) verwendet eine unter Druck stehende Tintenspeisung zum Drücken von Tinte durch eine Leitung, welche Speiseleitungen benachbart ist, die zu unterhalb jeder Öffnung angeordneten Reservoiren führen. Ein Ventilmechanismus läßt Tinte durch die Leitung zu den Speiseleitungen während eines Unterdrucksetzungs-Zyklus strömen.
US-PS 4,170,016 (Geil) zeigt eine handbetätigbare Plungerpumpe zum Unterdrucksetzen einer entfernten Tintenquelle unter Verwendung eines Druckminderventils zum Gewährleisten,
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daß der Schreiber während des Drückens nicht zu hohem Druck ausgesetzt wird.
US-PS 4,573,819 (Herrnring) zeigt ein permanent kollabierfähiges Primärreservoir, wobei ein Elektromotor Tinte aus dem Primärreservoir zu einem Sekundärreservoir fördert, was eine Speiseventilverbindung zwischen den beiden Reservoiren erfordert.
EP-O 178 884 A2 offenbart einen Tintenstrahlschreiber mit einem normalerweise offenen Port in einem Reservoir, der einen Strömungspfad zum Strömen von Tinte von einem oberen Reservoir zu einem unteren Reservoir ermöglicht. Im Betrieb ist die Tinte unterhalb eines Filters in einem Sumpf aufgenommen. Ein nachgiebiger Balg wird von Hand gequetscht, um Luft über ein Rückschlagventil auszutreiben und einen Druck oberhalb Atmosphärendruck in dem oberen Reservoir zu erzeugen. Dieser Druck drückt Tinte über eine Speiseleitung zum Durchspülen einer Tintenstrahlkammer. Ein Niveausensor zeigt an, wenn das Unterdrucksetzen abgeschlossen ist.
Diese Unterdrucksetzungs-Anordnung sorgt für eine wirksame erneute Inbetriebsetzung nach einem Zeitraum des Nichtgebrauchens, während dessen sich Tinte verfestigt hat.
Derartige Systeme nach dem Stand der Technik sind kompliziert und unhandlich und insbesondere nicht in modernen Systemen anwendbar, bei denen Schreiber und selbstgenügsame Tintenreservoire von der Wegwerf- bzw. Austausch-Bauart gemäß Fig. 2 sein können.
Gemäß einem grundlegenden Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen einer Tintenstrahlvorrichtung umfassend kompressible Tintenspeisemittel enthaltend einen Tintenvorrat, Austreibmittel mit mindestens einer
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Öffnung zum Austreiben von Tintentröpfchen, Mittel zum Anregen der Tinte und Tintenhaitemittel, die etwa zwischen den Anregungsmitteln und den Austreibmitteln angeordnet und an die Tintenspeisemittel angeschlossen sind, um angeregte Tinte zu der öffnung zu überführen, umfassend Mittel zum Ausüben einer Kraft auf die Speisemittel und Mittel zum Koppeln der Tintenspeisemittel mit den Kraftausübmitteln derart, daß die Kraftausübmittel Tinte aus den Speisemitteln zu den Haltemitteln durch Ausüben einer kompressionsartigen Kraft auf die Speisemittel treiben kann.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen gleiche Bezugszahlen gleiche Merkmale in allen Figuren bezeichnen.
Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung einer Ausführung nach der Erfindung.
Fig. 2 (Stand der Technik) ist eine perspektivische Darstellung eines thermischen Tintenstrahlschreiber, der gemäß der Erfindung nach Fig. 1 unter Druck gesetzt werden kann.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Schreibers gemäß Fig. 2, der an einer Vorrichtung nach der Erfindung gemäß Fig. 1 angebracht ist.
Fig. 4 ist eine spektivische Ansicht gemäß Fig. 3, wobei der Schreiber in eine Position zum Unterdrucksetzen gebracht ist.
Fig. 5a ist eine perspektivische Ansicht wie Fig. 4, wobei der Schreiber unter Druck gesetzt wird, indem er in Kontakt mit den Kraftausübmitteln nach der Erfindung gemäß Fig. 1 gedrückt wird.
Fig. 5b ist eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig. 5a, wobei ein alternatives Merkmal der Erfindung gemäß Fig. 1 dargestellt ist.
BOEHMERT & BOEHMERT, NORDEMANN und PARWJER
Die dieser Beschreibung zugrundeliegenden Zeichnungen seien als nicht maßstäblich verstanden, sofern dies nicht ausdrücklich angegeben ist. Darüberhinaus zielen diese Zeichnungen lediglich darauf ab, einen Aspekt eines Tintenstrahldruckers zu verdeutlichen.
Es sei nun im einzelnen Bezug auf eine spezielle Ausführung der Erfindung genommen, welche die beste, derzeit von den Erfindern in Betracht gezogene Ausführungsform zum Praktizieren der Erfindung darstellt. Alternative Ausführungsformen sind ebenso als anwendbar beschrieben. Die Erfindung kann zum Unterdrucksetzen einer Tintenstrahlkartusche 2 eingesetzt werden, wie sie z.B. in Fig. 2 gezeigt ist, wobei eine austauschbare Tintenstrahlkartusche 2 von einem Träger oder Schlitten (nicht gezeigt) entfernt werden kann, welcher so gestaltet ist, daß er die Kartusche 2 in Arbeitstellung bezüglich eines Druckmediums, z.B. Papier, hält. Mit Bezug auf die Erfindung ist das Tintenreservoir in einer Kartuschen-Reservoirkammer 4 von porösem Schaum gebildet, welcher das Speichern eines großen Prozentsatzes von Tinte bezogen auf das Volumen ermöglicht und welcher empfänglich für den Einfluß von kompressionsartigen Kräften ist, die direkt auf den Schaum ausgeübt werden.
In Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung gezeigt. Es ist ein Gehäuse 10 dargestellt, welches eine zum Halten in festgelegter Position in einer besonderen kommerziellen Ausführung eines Farbdruckers geeignete Form hat. Die Beschreibung der besonderen Form des Gehäuses ist nicht von Bedeutung für das Verständnis der Erfindung; die Form wie auch die verwendeten Werkstoffe zum Aufbau des Gehäuses 10 können den individuellen Bedürfnissen angemessen gewählt sein. Das Grundkonzept besteht darin, daß das Gehäuse 10 zur Aufnahme eines
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Kraftausübmechanismus gestaltet und so geformt ist, daß es diesen Mechanismus an das Tintenreservoir der Schreiberkartusche anzukoppeln erlaubt.
Der Kraftausübmechanismus zum Ausüben einer Kraft auf das Reservoir im Schreiber 2 hat vier Komponenten, die mit den Bezugszahlen 12 bis 18 bezeichnet sind: eine Druckfeder 12, einen Feder- und Balg-Halter 14, einen flexiblen Balg 16, z.B. aus Gummi, und einen flexiblen Gehäuseboden 18.
Der Halter 14 ist in einer zentralen Kammer 20 im Gehäuse 10 untergebracht. Bei der vorliegenden Ausführung ist die Feder 12 zentral in der Gehäusekammer 20 mittels einer ringförmigen Rückhaltewand 22 gehalten, die von dem Gehäuseinnenboden 36 nach oben vorragt. Die Wand 22 hat einen äußeren Durchmesser der gleich oder geringfügig größer als der Innendurchmesser der Feder 12 ist.
Unter das Gehäuse 10 paßt gleitend ein flexibler Gehäuseboden 18, der mittels einer Rückhaltelasche (nicht gezeigt) am Boden des Gehäuses 10 in Position gehalten ist, die mit einem Verriegelungsschlitz 26 im Boden 18 zusammenwirkt. Wenngleich die Flexibilität des Bodens für die grundsätzliche Wirkung der Erfindung nicht wesentlich ist, bietet der flexible Boden 18 verschiedene Vorteile. Seine Entfernbarkeit erlaubt ein schnelles Wechseln der Feder; so können Federn unterschiedlicher Federeigenschaften eingesetzt werden. Ferner führt die Flexibilität des Bodens zu einek Druckregulierwirkung bezüglich des Balges 16 des Mechanismus. Alternativ kann das Gehäuse 10 mit einem starren Boden versehen sein.
Der Feder- und Balg-Halter 14 hat ein paar äußere, nach unten weisende Führungsvorsprünge 28, 28'. Diese Vorsprünge 28, 28' sind so gestaltet, daß sie gleitbar in Nuten 30,
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30' in gegenüberliegenden Innenwänden des Gehäuses 10 passen. Allgemein hat der Halter 14 eine Umfangsgestalt, welche ungehindertes Hineingleiten in das Gehäuse 10 zuläßt. Der Halter 14 hat eine zentrale Öffnung 32, welche durch eine Ringfläche 34 begrenzt ist. Die Ringfläche 34 steht geringfügig über die Bodenfläche des Halters 14 nach unten vor und hat einen Außendurchmesser, der gleich oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Feder 12 ist. Wenn daher der Halter 14 in das Gehäuse 10 eingesetzt wird, wobei die Vorsprünge 28, 28' in die Gehäusenuten 30, 30* eingreifen, halten die Ringwand 22 und die Ringfläche 34 die Feder in festgelegter Ausrichtung zwischen dem Halter und dem Gehäuseinnenboden 36. Die in die Gehäusenuten 30, 30' eingreifenden Vorsprünge 28, 28' halten den Halter 14 etwa parallel zur Gehäusebodenfläche 24 und damit den Balg 16 und die Feder 12 in senkrechter Ausrichtung zueinander. Nach außen weisende Greifflächen 38, 38' an den unteren Enden der Vorsprünge 28, 28' greifen hinter Lippenflächen 40, 40' in den Nuten 30, 30', um die Feder 12, den Halter 14 und den Balg 16 an Ort und Stelle zu halten.
Die miteinander zusammenwirkenden Teile sollten so gestaltet sein, daß das untere Ende 42 des Balges 16 minimalen Abstand von der Oberfläche 24 des Bodens 18 hat oder diese Oberfläche 24 des Bodens 18 ohne merkliche Verformung kontaktiert. Der Balg 16 hat einen zentralen Hohlraum 44 zur Aufnahme von Luft, welche zum Ausüben einer Kraft auf das Tintenreservoir genutzt wird. Das obere Ende des Balges 16 hat eine Lippe 46 mit einem Durchmesser, der größer als der Innendurchmesser der Bohrung 32 ist. Der Körper 48 des Balges 16 ist enger als dieser Durchmesser. Folglich kann der Balgkörper durch die Bohrung 32 des Halters 14 hindurchgehen und von einem vorspringenden einteiligen Ring 49 gehalten werden. Der Ring 49 ist so positioniert, daß nach Durchziehen des Balges 16 durch die Bohrung 3 2 diese den Ring 49 unterhalb
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des unteren Ringes 51 des Halters 14 mit Schnappsitz hält. Der Balg 16 sitzt somit umgeben von der unterhalb angeordneten Feder 12 fest.
Wenngleich die Baugruppen 10, 12, 14, 16 und wahlweise 18 eine funktionale Einheit zum Unterdrucksetzen eines Tintenstrahlschreibers bilden, wie im folgenden beschrieben ist, haben die Erfinder als vorteilhaft angesehen, einen Mechanismus zum Positionieren des Tintenreservoirs in einer vorbestimmten Position bezüglich des Kraftausübmechanismus in einer integralen Einheit vorzusehen. Diese Funktion ist einem Gehäusedeckel 50 zugedacht.
Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, hat der Deckel 5 0 ein Paar einwärts (bezüglich der Gehäusekammer 20) weisende Schreiberkartuschen-Haltelaschen 52, 52' und nach einwärts weisende Kartuschen-Ausrichtpfosten 54. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, sollte die Kartusche 2 im Gebiet zwischen den Laschen 52, 52' und Pfosten 54 mit gutem Sitz passen.
Bezugnehmend auf Fig. 1 sind zwei Scharnierstifte 56, 56', die in das untere Ende des Deckels 50 montiert oder eingeformt sind, zum Kuppeln des Deckels 50 mit dem Gehäuse 10 vorgesehen. Die Scharnierstifte 56, 56' ragen über die Kanten 58, 58' des unteren Endes des Deckels 50 hinaus, so daß jeder Scharnierstift in eine Nut oder ausgeschnittene Führungsbahn 60, 60' in den Wänden des Gehäuses 10 eingreifen kann, um eine Führungsbewegung des Deckels 50 in und aus dem Gehäusehohlraum 20 zu ermöglichen.
In einen abgewinkelten Ansatz 62 des Deckels 50 ist ein wahlweise vorgesehenes Fenster 64. Das Fenster 64 ist so plaziert, daß in geladenem Zustand der Kartusche 2 in Deckel 50 (wie in Fig. 3 gezeigt) die Druckkopf-Düsenplatte 8 auf das Fenster ausgerichtet ist.
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Bei der bevorzugten Ausführung wurde es als wünschenswert gefunden, einen Mechanismus zum Entfernen von jeglicher Tinte vorzusehen, die während des Unterdrucksetzens aus der Öffnung (den Öffnungen) ausgetrieben wurde. Ein Halter 66 für ein Tintenabsorberkissen, der aus einem durchsichtigen Werkstoff wie einem klaren Kunststoff besteht, hält das Tintenabsorberkissen 68 an der Innenfläche des abgewinkelten Ansatzes 62. Schnapplaschen 70,70' an den Seiten des Halters 66 fluchten mit Öffnungen 72,72'in den Seiten des Ansatzes 62, um den Halter 66 und das daran angebrachte Kissen 68 an Ort und Stelle zu halten. Ein Fenster 74 in dem Kissen 68 ist auf das Fenster 64 in dem Ansatz 62 des Deckels 50 ausgerichet.
Um die Notwendigkeit eines Ersatzes des Absorberkissens zu mildern, wenn Tinte aus den Druckkopföffnungen in das Fenster 74 ausgetrieben und von dem Kissen 68 während des Unterdrucksetzens aufgesogen wird, ist es erwünscht, Tinte aus dem Kissen 68 zu entfernen. Daher ist ein Waschleder (chamois) 80 mit einem Docht 82 vorgesehen. Der Docht 82 hat einen Endbereich 84 und eine Abdeckung 85, welche in einer Nut 86 im Deckel 50 zum Kontaktieren des Kissens 68 aufgenommen ist. Der Docht 82 saugt mittels Kapillarwirkung Tinte aus dem Kissen in das Waschleder 80, welches beispielsweise am Boden des Druckgehäuses liegen kann. Bei der bevorzugten Ausführung ist der Docht mit Ausnahme des Endbereiches 84 in einer tintenundurchlässigen Hülle 88 gehalten, um ein Lecken der Tinte vor Erreichen des Bodenabschnittes des Waschleders zu verhindern.
Der Betrieb ist in den Figuren 3 bis 5b gezeigt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Kartusche 2 in den Deckel 50 mit dem Druckkopf 6 benachbart dem Fenster 74 im Absor-
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berkissen 68 eingesetzt. Da bei der vorliegenden Erfindung ein Luftbalg 16 verwendet ist, um eine Kraft auf das Tintenreservoir in der Kartusche 2 auszuüben, sollte die Wand 9 0 der Kartusche 2 mindestens ein Lufteinlaßloch aufweisen.
Wie von einem Fachmann auf diesem Gebiet leicht zu erkennen, können viele einfache Abwandlungen des Kraftausübmechanismus in Verbindung mit einer Schreiberkartusche 2 mit kompressiblem Reservoir vorgenommen werden. Als Beispiele seien ein mechanischer Kolben, welcher in das Reservoirgehäuse hineindrückt, ein mechanischer Kolben, welcher eine Wand des Reservoirgehäuses komprimiert, oder ein Luft-Injektor genannt, die alle äquivalent zu der beschriebenen Ausführung arbeiten würden. Das Grundkonzept liegt darin, eine Kraft innerhalb eines vorbestimmten Kraftbereiches (bei der vorliegenden Ausführung durch Luftdruck) auf das Reservoir in einer Position auszuüben, welche entfernt und vorzugsweise distal von der Tintenhaitekammer zwischen dem Druckkopfheizer-Substrat und den Druckkopf-Öffnungen liegt, um den Schreiber unter Druck zu setzen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird der Deckel um seine Scharnierstifte 56,56' in den Gehäusenuten 60,60' geschwenkt (wie durch den Pfeil 92 angedeutet). Auf diese Weise wird die Rückwand 9 0 der Kartusche 2 in Kontakt mit der Lippe 46 des Balges 16 gebracht, so daß der Hohlraum 44 des Balges 16 mittels der Rückwand 90 wirksam abgedichtet wird. Die Kartusche ist nun in der für das Unterdrucksetzen geeigneten Position.
Gemäß Fig. 5a wird der Deckel 50 nach unten in die zentrale Kammer 20 des Gehäuses 10 gegen den Widerstand der Feder 12 hineingedrückt (durch den Pfeil 94 angedeutet). Wenn die Abwärtsbewegung beginnt, wird der Balg 16 durch die Gehäusebodenfläche 24 zum Kollabieren gezwungen. Die in dem Hohl-
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raum 44 durch die Kartuschenrückwand 90 eingeschlossene Luft wird über das Loch in der Kartuschenwand 90 gedrückt. Die Kraft der Luft wird an das Reservoir weitergegeben, welches bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Schaum besteht, und der Luftdruck veranlaßt die Tinte aus dem Reservoir zum Druckkopf 6 zu strömen. Die Kartusche 2 könnte mehr als ein Schaumreservoir enthalten, z.b. bei einem Mehrfarbendrucker; das einzige Erfordernis für ein angemessenes Unterdrucksetzen wäre in einem solchen Fall, daß die Kraft auf jedes Schaumreservoir ausgeübt wird.
Wie der Fachmann erkennt, kann die auf das Reservoir (die Reservoire) ausgeübte Kraft durch Berechnen der Summe der Kräfte ermittelt werden, welche aus der Größe und den Kompressionsfaktoren des speziellen Balges 16 in Verbindung mit den über ein wahlweisen flexiblen Boden 18 ausgeübten Kräften ermittelt werden.
Wie in Fig. 5b gezeigt, kann der Benutzer die Düsenplatte 8 über das Fenster 64 des Deckels 50, den transparenten Absorberkissen-Halter 66 und das Fenster 74 im Absorberkissen 68 beobachten. Das Auftreten von Tinte in dem Fenster 74 zeigt an, daß eine Strömung über die Düsenplatte 8 vorhanden ist und daß der Schreiber für den Betrieb unter Druck gesetzt ist. Somit kann die Kartusche 2 aus dem Mechanismus herausgenommen und in ihren Träger für den Druckbetrieb eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Tintenstrahldruckvorrichtung mit einer entfernbaren Tintens trahlpatrone (2), welche einen Druckkopf (6, 8) und ein Tintenreservoir (4) aufweist, bei der die Patrone in einem Schiebehalter montiert ist und derart vorspannbar ist, daß sie sich verschiebt und gleichzeitig einen luftgefüllten Balg (16) komprimiert, um den im Balg vorhandenen Luftdruck zu erhöhen und mittels dieses Luftdruckes Tinte aus dem Reservoir (4) in Richtung des Druckkopfes auszutreiben.
2. Tintenstrahldruckvorrichtung mit einer entfernbaren Tintens trahlpatrone (2) welche einen Druckkopf (6, 8) mit mindestens einer Düsenöffnung und ein Tintenreservoir (4)
757
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in Gestalt eines in einem Gehäuse untergebrachten porösen Schaumkörpers aufweist, wobei eine Vorrichtung (10, 12, 14, 16) zum Ausüben eines Luftdruckes auf den porösen Schaumkörper vorgesehen ist.
3. Tintenstrahldruckvorrichtung mit einer entfernbaren Tintens trahlpatrone (2) welche einen Druckkopf (6, 8) mit mindestens einer Düsenöffnung und ein Tintenreservoir (4) in Gestalt eines in einem Gehäuse untergebrachten porösen Schaumkörpers aufweist, wobei ein Plunger zum manuellen Unterdrucksetzen des porösen Schaumkörpers mit Luftdruck vorgesehen ist.
4. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dochteinrichtung (82) zum Wegziehen von Tinte vom Druckkopf durch Kapillarwirkung vorgesehen ist.
5. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster (74) vorgesehen ist, um Tinte, die beim Unterdrucksetzen aus dem Druckkopf ausgetrieben wird, durch das Fenster (74) sichtbar zu machen.
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