DE9300132U1 - Ink cartridge for a print head of an inkjet printer - Google Patents
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Description
HAGEMANN & KEHLHAGEMANN & KEHL
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EUROPFAN PATENT MTC1RNEYSEUROPFAN PATENT MTC 1 RNEYS
MÜNCHEN · HVMNOVERMUNICH · HVMNOVER
Franz Büttner AG
u.Z. : GM 919/9-93ChFranz Büttner AG
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Aus dem DE-GM9203206 ist eine Tintenpatrone gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Sie ist zum Einsetzen in einen Druckkopf eines Ink-Jet-Printers ausgebildet und umfasst ein allseits geschlossenes Gehäuse. Eine Stirnwand hat eine Oeffnung zur Aufnahme eines rohrförmigen Stutzens des Druckkopfs. Das Gehäuse enthält einen mit Tinte getränkten Schaumkörper. An derselben Stirnwand mündet eine Belüftungsöffnung, die über Kanäle mit der dieser Stirnwand gegenüberliegenden Seite des Schaumkörpers kommuniziert.An ink cartridge according to the preamble of claim 1 is known from DE-GM9203206. It is designed to be inserted into a print head of an inkjet printer and comprises a housing that is closed on all sides. A front wall has an opening to accommodate a tubular nozzle of the print head. The housing contains a foam body soaked in ink. A ventilation opening opens into the same front wall and communicates via channels with the side of the foam body opposite this front wall.
Die Patrone funktioniert gut. Schwierigkeiten bereitete nur die Inbetriebnahme nach dem Einsetzen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst.The cartridge works well. The only difficulty was getting it started after it was inserted. The aim of the present invention is to overcome these difficulties. This problem is solved by the characterizing features of the claims.
Weil die erfindungsgemässe Patrone ein, vorzugsweise eingebautes, Pumporgan enthält, kann nach dem Einsetzen der Patrone in den Druckkopf der Hohlraum des Stutzens des Druckkopfs problemlos mit Tinte gefüllt werden, sodass der Druckkopf rasch betriebsbereit ist.Because the cartridge according to the invention contains a pumping element, preferably built-in, the cavity of the nozzle of the print head can be easily filled with ink after the cartridge has been inserted into the print head, so that the print head is quickly ready for operation.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:In the following, embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. In this drawing:
8000 München 80 ■ Ismaninger Straße 108 ■ Telefon C 0 89 / 93 07 31 · Telex 5 216136 hage d ■ Telefax 0 89/ 98 24 218000 Munich 80 ■ Ismaninger Straße 108 ■ Telephone C 0 89 / 93 07 31 · Telex 5 216136 hage d ■ Telefax 0 89/ 98 24 21
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Druckkopf mitFigure 1 shows a longitudinal section through a print head with
Tintenpatrone,ink cartridge,
Figur 2 einen Längsschnitt durch die Patrone nachFigure 2 shows a longitudinal section through the cartridge
Figur 1Figure 1
Figur 3 einen vergrösserten Axialschnitt durch denFigure 3 shows an enlarged axial section through the
Kolben,Pistons,
Figur 4 einen Axialschnitt durch eine Dichtung,Figure 4 shows an axial section through a seal,
Figur 5 einen Axialschnitt durch eine weitere DichFigure 5 shows an axial section through another
tung, undtung, and
Figuren 6-8 Varianten der Ausführungsform nach FigurenFigures 6-8 Variants of the embodiment according to Figures
2-4.2-4.
In Figur 1 ist der Druckkopf 1 nur schematisch angedeutet. Er besteht aus einer rechteckigen Grundplatte 2, von der längs einer Schmalseite ein Vorsprung 3 vorsteht. In der Stirnfläche dieses Vorsprungs 3 ist eine Düsenplatte 5 eingebaut. Die Düsenplatte 5 enthält eine Reihe enger Tintenkanäle. Der Druck in diesen Kanälen kann impulsartig piezoelektrisch oder thermoelektrisch erhöht werden, sodass aus der betreffenden Düse ein Tintentröpfchen ausgestossen wird. Die Oberflächenspannung an der Düsenmündung saugt anschliessend das ausgestossene Tintenvolumen aus einem mit den Düsenkanälen kommunizierenden Innenraum 6 eines rohrförmigen Stutzens 7 an. Die ebene Stirnfläche 8 des Stutzens 7 ist mit einem engmaschigen Sieb 9 abgedeckt und überragt die Rückseite 10 der Grundplatte 2. Von der Grundplatte 2 steht auf der Rückseite ein prismatisches Rohr mit vier Seitenwänden 11 ab, in welches eine Tintenpatrone 20 eingesteckt ist. Auf den die Rückseite überragenden Abschnitt des Stutzens 7 ist ein in Figur 5 detaillierter dargestellter Dichtring 12 aufgesetzt. Der elastomere Dichtring 12, zum Beispiel aus Silikongummi, ist rohrförmig und hat vorn eine ebene Stirnfläche 13 und am zylindrischen Aussenumfang 14 einen umlaufenden Dichtwulst 15. Die Stirnfläche 13 stützt den überstehenden Rand des Siebes 9 und schützt ihn vor dem Abreissen beim Ausziehen der Patrone 20. Der Dichtwulst 15 dichtet den Stutzen 7 gegen das Patronengehäuse ab. Im Betrieb ist die Stirnfläche 4 nach unten gerichtet und der Innenraum 6 voll Tinte. Zum Einrasten der Patrone 20 haben zwei gegenüberliegende Seitenwände 11 des Druckkopfs 1 koaxiale Bohrungen 16.In Figure 1, the print head 1 is only shown schematically. It consists of a rectangular base plate 2, from which a projection 3 protrudes along one narrow side. A nozzle plate 5 is installed in the front surface of this projection 3. The nozzle plate 5 contains a series of narrow ink channels. The pressure in these channels can be increased in pulses piezoelectrically or thermoelectrically so that a droplet of ink is ejected from the nozzle in question. The surface tension at the nozzle mouth then sucks the ejected ink volume from an interior space 6 of a tubular nozzle 7 that communicates with the nozzle channels. The flat front surface 8 of the nozzle 7 is covered with a fine-mesh sieve 9 and projects over the back 10 of the base plate 2. A prismatic tube with four side walls 11 protrudes from the back of the base plate 2, into which an ink cartridge 20 is inserted. A sealing ring 12 shown in more detail in Figure 5 is placed on the section of the nozzle 7 that projects over the back. The elastomer sealing ring 12, for example made of silicone rubber, is tubular and has a flat front surface 13 at the front and a circumferential sealing bead 15 on the cylindrical outer circumference 14. The front surface 13 supports the protruding edge of the sieve 9 and protects it from tearing off when the cartridge 20 is pulled out. The sealing bead 15 seals the nozzle 7 against the cartridge housing. During operation, the front surface 4 is directed downwards and the interior 6 is full of ink. To engage the cartridge 20, two opposite side walls 11 of the print head 1 have coaxial holes 16.
Die Tintenpatrone 20 hat ein Kunststoffgehäuse 22 bestehend aus einem in der Darstellung nach Figur 2 unten offenen Hohlkörper 24, der durch einen aufgesiegelten oder aufgeklebten Deckel 26 abgeschlossen ist. Eine Stirnwand 28 des Gehäuses 22 hat eine Oeffnung 30 mit einer ^zylindrischen Wand 32 zur Aufnahme des Stutzens 7. Der Dichtwulst 15 dichtet gegen die Wand 32 ab. Das Gehäuse 22 ist grösstenteils mit einem tintengetränkten Schaumkörper 34 gefüllt. Zwei Seitenwände 36 des Gehäuses 22 haben kugeikalottenförmige Vorsprünge 38 zum Einrasten in die Bohrungen der Seitenwände 11 des Druckkopfs 1.The ink cartridge 20 has a plastic housing 22 consisting of a hollow body 24 which is open at the bottom in the illustration according to Figure 2 and which is closed off by a sealed or glued-on cover 26. An end wall 28 of the housing 22 has an opening 30 with a cylindrical wall 32 for receiving the nozzle 7. The sealing bead 15 seals against the wall 32. The housing 22 is mostly filled with an ink-soaked foam body 34. Two side walls 36 of the housing 22 have spherical cap-shaped projections 38 for engaging in the holes in the side walls 11 of the print head 1.
An der der Stirnwand 28 gegenüberliegenden Seite ist zwischen dem Schaumkörper 34 und dem Gehäuse 22 ein Hohlraum 40 gebildet, der mit Luft oder Tinte gefüllt sein kann. In diesen Hohlraum 40 ragt ein Pumporgan 42, bei der Ausführungsform nach Figur 2 in Form einer Kolbenpumpe. Am Deckel 26 ist ein zylindrisches Rohr 44 angeformt, in welchem ein Kolben 46 geführt ist. Der Kolben 46 ist durch eine Feder 48 in die in Figur 2 dargestellte Grundstellung belastet, in welcher ein Kolbenschaft 50 über das Gehäuse 22 vorsteht.On the side opposite the front wall 28, a cavity 40 is formed between the foam body 34 and the housing 22, which can be filled with air or ink. A pumping element 42 protrudes into this cavity 40, in the embodiment according to Figure 2 in the form of a piston pump. A cylindrical tube 44 is formed on the cover 26, in which a piston 46 is guided. The piston 46 is loaded by a spring 48 into the basic position shown in Figure 2, in which a piston shaft 50 protrudes beyond the housing 22.
Der Kolben 46 ist in Figur 3 vergrössert dargestellt. Er besteht aus einem Kolbenboden 52 und dem darauf aufgeschnappten Schaft 50. Zwischen zwei Stirnflächen von Schaft 50 und Boden 52 ist ein O-Ring 54 eingesetzt, der gegen die zylindrische Innenwand des Rohres 44 abdichtet. Der Innenraum des Schaftes 50 ist über Oeffnungen 56 mit der Atmosphäre verbunden. Der Kolbenboden 52 enthält ein Rückschlagventil 58. In eine zentrische Bohrung 60 ist ein an eine rotationssymmetrische Membran 62 angeformter Zapfen 64 eingesteckt. Die Membran 62 besteht aus einem Elastomer, zum Beispiel aus Silikongummi. An der Peripherie hat sie einen vorstehenden, dünnwandigen, thorussegmentförmigen Dichtwulst 66, der gegen eine ebene Stirnfläche des Kolbenbodens 52 abdichtet. Das Rückschlagventil 58 hat einen sehr geringen Oeffnungs- oder Schliessdruckdruck von einigen m bar, zum Bei-spiel höchstens 20 m bar. Eine Oeffnung 70 verbindet die Aussenseite der Membran 62 mit dem Innenraum des Schaftes 50.The piston 46 is shown enlarged in Figure 3. It consists of a piston base 52 and the shaft 50 snapped onto it. An O-ring 54 is inserted between two end faces of the shaft 50 and base 52, which seals against the cylindrical inner wall of the tube 44. The interior of the shaft 50 is connected to the atmosphere via openings 56. The piston base 52 contains a check valve 58. A pin 64 formed on a rotationally symmetrical membrane 62 is inserted into a central bore 60. The membrane 62 consists of an elastomer, for example silicone rubber. On the periphery it has a protruding, thin-walled, thoracic segment-shaped sealing bead 66, which seals against a flat end face of the piston base 52. The check valve 58 has a very low opening or closing pressure of a few m bar, for example a maximum of 20 m bar. An opening 70 connects the outside of the membrane 62 with the interior of the shaft 50.
Nach dem Einsetzen der Patrone 20 in den Druckkopf 1 wird der Schaft 50 des Pumporgans 42 eingedrückt, bis Tinte aus der Düsenplatte 5 austritt. Dann ist der Innenraum 6 mit Tinte gefüllt und der Druckkopf 1 betriebsbereit. Beim Loslassen des Schaftes 50 herrscht anschliessend im Innern des Gehäuses 22 ein Unterdruck von wenigen m bar, sodass aus der Düsenplatte 5 keine Tinte mehr tropfen kann. Durch die beschriebene Ausbildung der Tintenpatrone wird damit eine einfache und sichere Inbetriebnahme erreicht.After inserting the cartridge 20 into the print head 1, the shaft 50 of the pumping element 42 is pressed in until ink comes out of the nozzle plate 5. The interior 6 is then filled with ink and the print head 1 is ready for use. When the shaft 50 is released, a negative pressure of a few m bar then prevails inside the housing 22, so that no more ink can drip from the nozzle plate 5. The described design of the ink cartridge thus ensures simple and safe commissioning.
Das Hubvolumen des Kolbens 46 ist vorzugsweise etwas grosser als das Volumen des Innenraums 6. Dadurch kann mit einem einzigen Eindrücken des Kolbens 46 dieser Raum 6 gefüllt werden. Es ist jedoch durch das Rückschlagventil 58 auch möglich, den Pumpvorgang zu wiederholen, wenn ein einmaliges Eindrücken nicht ausreichen sollte.The stroke volume of the piston 46 is preferably somewhat larger than the volume of the interior space 6. This means that this space 6 can be filled with a single pressing of the piston 46. However, the check valve 58 also makes it possible to repeat the pumping process if a single pressing is not sufficient.
Die Ausführungsformen nach Figuren 6-8 unterscheiden sich von jener nach Figuren 2-4 nur durch die Ausbildung des Pumporgans 42, sodass die mit der Ausführungsform nach Figuren 2-4 identischen Teile in der Darstellung nach Figuren 6-8 teilweise weggelassen sind. Analoge Teile tragen gleiche Bezugszeichen, sodass sich eine detaillierte Beschreibung dieser Teile erübrigt.The embodiments according to Figures 6-8 differ from those according to Figures 2-4 only in the design of the pumping element 42, so that the parts identical to the embodiment according to Figures 2-4 are partially omitted in the illustration according to Figures 6-8. Analogous parts have the same reference numerals, so that a detailed description of these parts is unnecessary.
Bei der Ausführungsform nach Figuren 6 und 7 ist das Pumporgan 42 als Balgpumpe ausgebildet. Das Pumporgan 42 nach Figur 6 hat einen domförmigen, elastomeren Balg 76 mit einem Flansch 78, der zwischen einer ins Rohr 44 eingepressten Hülse 80 und einer Stirnwand 82 des Rohres 44 eingeklemmt ist. Die Wand 82 hat eine Oeffnung 84. Das Rückschlagventil 58, das zum Beispiel gleich ausgebildet sein kann wie jenes nach Figuren 3 und 4, ist hier in die der Stirnwand~28 gegenüberliegende Stirnwand des Gehäuses 22 eingesetzt.In the embodiment according to Figures 6 and 7, the pumping element 42 is designed as a bellows pump. The pumping element 42 according to Figure 6 has a dome-shaped, elastomer bellows 76 with a flange 78, which is clamped between a sleeve 80 pressed into the pipe 44 and an end wall 82 of the pipe 44. The wall 82 has an opening 84. The check valve 58, which can, for example, be designed in the same way as that according to Figures 3 and 4, is inserted here into the end wall of the housing 22 opposite the end wall 28.
Bei der Variante nach Figur 7 ist der Balg 76 ein Faltenbalg, der auf einen rohrförmigen Ansatz 88 der Wand 82 aufgeschoben ist. Das Rückschlagventil 58 ist hier in der Wand 82 montiert.In the variant according to Figure 7, the bellows 76 is a bellows which is pushed onto a tubular extension 88 of the wall 82. The check valve 58 is mounted in the wall 82 here.
Die Ausführungsform nach Figur 8 unterscheidet sich von jener nach Figuren 2-4 dadurch, dass die Feder 48 und das Rückschlagventil 58 fehlen. Hier wird der Kolben 46 nach dem Einsetzen der Patrone 20 in den Druckkopf 1 in zwei Stufen in die ebenfalls dargestellte, eingedrückte Stellung gedrückt. In einer ersten Stufe wird der Kolben so eingeschoben, dass der O-Ring 54 noch auf der dem Deckel 26 zugewandten Seite einer radialen Oeffnung 90 im Rohr 44 ist. Diese Stellung kann durch einen nicht dargestellten Rastanschlag oder dadurch bestimmt sein, dass die äussere Stirnfläche 92 des Kolbenschaftes 50 mit der Aussenflache des Deckels 26 bündig ist. In dieser Stellung wird abgewartet, bis Tinte aus der Düsenplatte 5 austritt und anschliessend der Kolben 46 weitergeschoben, sodass der Raum 40 nunmehr über die Oeffnung 90 mit der Aussenatmosphäre kommuniziert, ein verbleibender Ueberdruck im Raum 40 abgebaut und im späteren Betrieb ein Nachfliessen von Luft zum Ersatz des verbrauchten Tintenvolumens ermöglicht ist.The embodiment according to Figure 8 differs from that according to Figures 2-4 in that the spring 48 and the check valve 58 are missing. Here, after the cartridge 20 has been inserted into the print head 1, the piston 46 is pressed in two stages into the depressed position, which is also shown. In a first stage, the piston is pushed in so that the O-ring 54 is still on the side of a radial opening 90 in the tube 44 facing the cover 26. This position can be determined by a locking stop (not shown) or by the fact that the outer end face 92 of the piston shaft 50 is flush with the outer surface of the cover 26. In this position, the system waits until ink comes out of the nozzle plate 5 and then the piston 46 is pushed further so that the chamber 40 now communicates with the outside atmosphere via the opening 90, any remaining excess pressure in the chamber 40 is reduced and, during subsequent operation, air can flow in to replace the volume of ink used.
Abweichend von der Ausführungsform nach Figur 8 kann die Oeffnung 90 auch zum Beispiel in der Stirnwand 86 ausgebildet und im Lieferzustand zum Beispiel durch ein Klebband verschlossen sein. In diesem Fall besteht die "Zweiphasenbewegung" im Eindrücken des Kolbens 46 und anschliessenden Ablösen des Klebbandes.Deviating from the embodiment according to Figure 8, the opening 90 can also be formed, for example, in the end wall 86 and closed in the delivery state, for example, by an adhesive tape. In this case, the "two-phase movement" consists in pressing in the piston 46 and then detaching the adhesive tape.
Im Lieferzustand wird auch die Oeffnung 30 des Gehäuses 22 durch eine Klebfolie versiegelt, die vor dem Einsetzen der Tintenpatrone 20 in den Druckkopf 1 entfernt wird.In the delivery state, the opening 30 of the housing 22 is also sealed by an adhesive film, which is removed before inserting the ink cartridge 20 into the print head 1.
Claims (10)
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