DE19710756A1

DE19710756A1 - Spritze zum Füllen einer Druckkartusche und zum Einrichten des korrekten Unterdrucks

Info

Publication number: DE19710756A1
Application number: DE19710756A
Authority: DE
Inventors: Winthrop D Childers; Joseph E Scheffelin
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: KR100240540B1; US5992987A; KR970064935A; DE19710756B4; US5673073A

Description

Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part der US-Paten tanmeldung Nr. 08/314,978, angemeldet am 29. September 1994, mit dem Titel "Method and Apparatus for Regulating Re plenishment Ink Flow to a Print Cartridge", von Joseph Scheffelin, auf welche hier Bezug genommen wird.

Diese Erfindung betrifft Tintenstrahldrucker und spezieller Techniken zum Nachfüllen von Tintenstrahldruckkartuschen mit Tinte.

Ein populärer Typ eines Tintenstrahldruckers enthält einen scannenden Schlitten, welcher eine oder mehrere Wegwerf- Druckkartuschen trägt. Jede Wegwerf-Druckkartusche enthält einen Tintenvorrat in einem Tintenreservoir, einen Druckkopf und Tintenkanäle, welche von dem Tintenreservoir zu Tinten ausstoßkammern führen, die an dem Druckkopf ausgebildet sind. Ein Tintenausstoßelement, wie ein Heizwiderstand oder ein piezoelektrisches Element, liegt innerhalb jeder Tinten ausstoßkammer. Die Tintenausstoßelemente werden selektiv angesteuert (gezündet), wodurch ein Tintentröpfchen durch eine Düse ausgestoßen wird, welche über jeder aktivierten Tintenausstoßkammer liegt, um ein Punktmuster auf das Medium zu drucken. Wenn auf diese Weise mit 300 Punkten pro Inch (dpi; dots per inch) oder mehr gedruckt wird, können die einzelnen Punkte nicht mehr voneinander unterschieden wer den, und es werden Zeichen und Bilder hoher Qualität ge druckt.

Wenn einmal der anfängliche Tintenvorrat in dem Tintenreser voir erschöpft ist, wird die Druckkartusche weggeworfen, und eine neue Druckkartusche wird an ihrer Stelle eingefügt. Der Druckkopf hat jedoch eine nutzbare Lebensdauer, die länger ist als die des Tintenvorrats. Es wurden Verfahren zum Nach füllen dieser Wegwerf-Druckkartuschen vorgeschlagen, diese Nachfülltechniken erfordern jedoch das Eindringen in den Körper der Druckkartusche auf eine Weise, welche vom Her steller nicht beabsichtigt war, und bei der der Benutzer üblicherweise manuell Tinte in die Druckkartusche injizieren muß. Zusätzlich ist die Qualität der Nachfülltinte üblicher weise niedriger als die Qualität der ursprünglichen Tinte. Als Resultat führt ein solches Nachfüllen häufig dazu, daß Tinte aus den Düsen trielt, die Übertragung von Tinte aus dem Nachfüllsatz in das Reservoir der Tintenkartusche zu Verschmutzung führt, sich Lufttaschen in den Tintenkanälen bilden, die Druckqualität sich mit der Tinte, welche inkom patibel mit dem Hochgeschwindigkeits-Drucksystem ist, ver schlechtert, und die Qualität des gedruckten Bildes insge samt abnimmt.

Es sind auch verschiedene Druckertypen bekannt, welche eine austauschbare Tintenversorgung vorsehen, die mit einem oder mehreren scannenden Druckköpfen über eine flexible Tinten rohrleitung verbunden sind; diese Drucker benötigen jedoch zusätzlichen Raum für die austauschbare Tintenversorgung, erhöhen die Kosten und Komplexität des Druckers und machen es nötig, daß der Benutzer die austauschbare Tintenversor gung an die scannenden Druckköpfe anschließt und von diesen trennt, wodurch Lufttaschen in dem Tintenspeisesystem ent stehen können.

Es wird daher eine verbesserte Struktur und ein Verfahren zum Nachladen der Tintenversorgung in einer Tintenstrahl-Druckkartusche benötigt, welche unter keinen der obigen Nachteile der bestehenden Systeme leiden.

Es wird hier ein Tintendrucksystem beschrieben, welches ei nen Tintenstrahldrucker, eine Druckkartusche mit einem Tin tenreservoir, eine Anfangs-Füllöffnung (Füllport) und ein Nachfüllventil sowie ein Tintennachfüllsystem aufweist, das mit dem Nachfüllventil der Druckkartusche verbunden werden kann, um Tinte in das Tintenreservoir zu übertragen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Tintenre servoir in der Druckkartusche aus einem federbelasteten zu sammenlegbaren Tintenbeutel (Ink Bag), wobei die Feder die Seiten des Tintenbeutels auseinanderdrückt und so einen Un terdruck (negativen Druck) im Verhältnis zum Umgebungsdruck in dem Tintenbeutel aufrechterhält. Wenn während des Ge brauchs der Druckkartusche Tinte entnommen wird, fällt der Tintenbeutel zunehmend zusammen und überwindet die Feder kraft.

Ein verschiebbares, im wesentlichen zylindrisches Tintenven til (Schieberventil) erstreckt sich durch den Körper der Druckkartusche und in den Tintenbeutel. Das Ventil hat einen männlichen Verbindungsabschnitt an seinem außerhalb des Kör pers der Druckkartusche liegenden Ende. Das Ventil ist of fen, wenn es in den Körper der Druckkartusche hineingedrückt wird, und es ist geschlossen, wenn es von dem Körper der Druckkartusche weggezogen wird.

Das Tintennachfüllsystem ist eine modifizierte Spritze, wel che einen Tintenvorrat enthält. Bei der bevorzugten Ausfüh rungsform hat die Spritze ein Schieberventil oder einen Schieber mit einem weiblichen Verbindungsabschnitt, der mit dem männlichen Verbindungsabschnitt des Ventils der Druck kartusche verbindbar ist. Das Ventil der Spritze erstreckt sich in eine Spritzenkammer, welche Tinte enthält.

Um das Tintenreservoir der Druckkartusche nachzuladen, wird das Ende des Spritzenventils in das Ende des Ventils der Druckkartusche eingefügt, um sowohl eine mechanische Kopp lung als auch eine fluiddichte Kopplung zwischen den beiden Ventilen zu erzeugen. Eine weitergehende Kraft bewirkt, daß beide Ventile in ihre jeweiligen Tintenreservoire gedrückt werden. Dieses weitere Einfügen bewirkt ferner, daß sich beide Ventile öffnen und so einen luftdichten Fluidpfad zwi schen der Spritzenkammer und dem entleerten Reservoir der Druckkartusche erzeugen.

Der negative Druck oder Unterdruck in dem Tintenbeutel der Druckkartusche zieht die Tinte aus der Spritzenkammer in den Tintenbeutel, bis der Tintenbeutel im wesentlichen voll und der Druck in dem Tintenbeutel bei oder in der Nähe des Umge bungsdrucks ist. Eine Lufteinlaßöffnung ist an der Spritze vorgesehen, um den von der Tinte zurückgelassenen Leerraum in der Spritzenkammer zu füllen.

Wenn die Druckkartusche einmal nachgefüllt ist, wird ein Kolben in der Spritze manuell um ein vorgegebenes Stück zu rückgezogen, um eine Tintenmenge aus der Druckkartusche her auszuziehen, um den gewünschten Unterdruck in der Druckkar tusche zu erzeugen. Die Spritze wird dann von der Druckkar tusche entfernt. Die mechanische Kopplung, welche anfänglich zwischen den beiden Ventilen erzeugt wird, dient dazu, die beiden Ventile zuzuziehen, wenn die Spritze von der Druck kartusche gezogen wird. Wenn die beiden Ventile geschlossen sind, löst das weitere Ziehen an der Spritze die mechanische Kopplung, und die Druckkartusche kann nun wiederverwendet werden.

Die Druckkartusche muß während des Nachladens nicht aus dem Drucker entfernt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungs form enthält die Spritze eine Nachladung für die Druckkartu sche.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Tinten strahldruckers, welcher die bevorzugte Ausführungs form der Tintenstrahl-Druckkartusche enthält;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Druckkartusche, welche von einem scannenden Schlitten in dem Drucker von Fig. 1 ge tragen wird;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Druckkartusche, welche ein Nach füllventil enthält;

Fig. 4 ist eine andere perspektivische Ansicht der Druck kartusche von Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Nahansicht des Nachfüllventils an der Druckkartusche von Fig. 3;

Fig. 6 ist eine Explosionsdarstellung der Druckkartusche von Fig. 3 ohne Seitenabdeckungen;

Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkartu sche von Fig. 6 nach dem Zusammenbau und vor dem Anbringen der Seitenabdeckungen;

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung der Druckkartu sche von Fig. 7, wobei eine Seitenabdeckung ange bracht ist;

Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von Fig. 7 längs der Linie 9-9 in Fig. 7;

Fig. 10A und 10B sind perspektivische Darstellungen des Schieber-Ven tils, welches in der Druckkartusche von Fig. 7 ver wendet wird;

Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von Fig. 7 längs der Linie 11-11 in Fig. 7;

Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung der Rückseite der Druckkopfanordnung, welche ein Druckkopfsubstrat enthält, das auf einem flexiblen Band montiert ist, sowie Tintenausstoßdüsen, welche in dem Band ausge bildet sind, wobei Elektroden auf dem Substrat mit leitenden Spuren verbunden sind, die auf dem Band ausgebildet sind.

Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung der Struktur von Fig. 12 längs der Linie 13-13 in Fig. 12;

Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung des Druckkopf substrats, welche die verschiedenen Tintenausstoß kammern und Tintenausstoßelemente zeigt, die auf dem Substrat ausgebildet sind;

Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung der Druckkartusche von Fig. 3 längs der Linie 15-15 in Fig. 3, welche die Zuführung von Tinte um die äußeren Kanten des Sub strats und in die Tintenausstoßkammern zeigt;

Fig. 16 ist eine geschnittene Teilansicht des Randes des Substrats und des flexiblen Bandes, welche die Ab gabe von Tinte um den Rand des Substrats und in eine Tintenausstoßkammer zeigt;

Fig. 17 ist eine geschnittene Teilansicht der Druckkartusche von Fig. 3 längs der Linie 17-17 in Fig. 3, welche die anfängliche Füllung des Druckkartuschenreser voirs mit Tinte zeigt;

Fig. 18 und 19 zeigen das Einfügen einer Stahlkugel in das in Fig. 17 gezeigte Fülloch, um das Fülloch permanent zu versiegeln;

Fig. 20 ist eine Schnittdarstellung des bevorzugten Sprit zen-Tintennachfüllsystems in seinem Anfangszustand;

Fig. 21A und 21B sind perspektivische Darstellungen des Schiebers, der in dem bevorzugten Spritzensystem eingesetzt wird;

Fig. 22 zeigt die Spritze von Fig. 20, wobei ihr Ventil mit der Druckkartusche von Fig. 3 verbunden ist;

Fig. 23 zeigt die Spritze von Fig. 22, während Tinte durch den Unterdruck des Tintenbeutels der Druckkartusche in die Druckkartusche gezogen wird;

Fig. 24 und 25 zeigen die Spritze von Fig. 23, wenn der Griff zu rückgezogen wird, um nach dem Nachladen der Druck kartusche einen Unterdruck in dem Tintenbeutel zu erzeugen;

Fig. 26 zeigt die Spritze von Fig. 25 nach dem Lösen von der Druckkartusche;

Fig. 27, 28, 29 und 30 zeigen verschiedene Stellungen der Ventile, wenn die Druckkartusche und die Spritze verbunden und dann getrennt werden;

Fig. 31 ist eine Schnittdarstellung einer alternativen Aus führungsform der Spritze;

Fig. 32, 33 und 34 sind Schnittdarstellungen noch einer anderen Ausfüh rungsform einer Spritze in ihrem Anfangszustand (Fig. 32) , während des Nachladens einer Druckkartu sche (Fig. 33) und beim Erzeugen eines Gegendrucks in der Druckkartusche nach dem Nachladen (Fig. 34); und

Fig. 35 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform der Spritze mit einer Hohlnadel anstelle des Schieberventils.

Fig. 1 zeigt einen Tintenstrahldrucker 10, welcher die be vorzugte Ausführungsform der nachladbaren Druckkartusche enthält. Der Tintenstrahldrucker 10 selbst kann ein üblicher Drucker sein. Eine Abdeckung 11 schützt den Druckmechanismus gegen Staub und andere Fremdkörper. Ein Papiereingabetablett 12 trägt einen Stapel Papier 14, um darauf zu drucken. Das Papier wird nach dem Drucken auf einem Ausgabetablett 15 abgelegt.

Beschreibung der Druckkartusche 16

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind vier Druck kartuschen 16 in einem scannenden Schlitten 18 montiert. Die Druckkartuschen 16 enthalten schwarze, Zyan-, Magenta- bzw. gelbe Tinte. Eine selektive Aktivierung der Tintenausstoß elemente in jeder der vier Druckkartuschen 16 kann ein hoch aufgelöstes Bild mit einer großen Vielzahl Farben erzeugen. Bei einer Ausführungsform druckt die schwarze Tintenstrahl-Druckkartusche 16 mit 600 Punkten pro Inch (dpi), und die farbigen Druckkartuschen 16 drucken mit 300 dpi.

Der scannende Schlitten 18 ist verschiebbar auf einer Stange 20 montiert, und der Schlitten 18 überstreicht das Papier mechanisch, unter Verwendung eines allgemein bekannten Rie men/Leitungs- und Riemenscheiben-Systems, während die Druck kartusche 16 Tintentröpfchen ausstößt, um gedruckte Zeichen und andere Bilder herzustellen. Da der Mechanismus und die Elektronik innerhalb des Druckers 10 auf herkömmliche Weise ausgebildet sein können, wird der Drucker 10 nicht mit wei teren Einzelheiten beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine detailliertere Ansicht des scannenden Schlittens 18, welcher die Druckkartuschen 16 aufnimmt. Der Schlitten 18 bewegt sich in der durch den Pfeil 22 angegebe nen Richtung, und ein Blatt Papier 14 bewegt sich in der Richtung des Pfeiles 23 senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schlittens 18.

Jede Druckkartusche 16 ist entfernbar und in Kontakt mit festen Elektroden an dem Schlitten 18, um die elektrischen Signale für die Druckköpfe innerhalb jeder der Druckkartu schen 16 vorzusehen.

Jede der Druckkartuschen 16 enthält ein Ventil 24, das ge öffnet und geschlossen werden kann. Im geöffneten Zustand kann Tinte von einer externen Tintenversorgung durch das Ventil 24 und in das Tintenreservoir innerhalb der Druckkar tusche 16 fließen. Das Ventil 24 ist von einem zylindrischen Kunststoffrohrstück oder einer Muffe 26 umgeben, die übli cherweise Teil eines Griffes 28 bildet, damit der Benutzer die Druckkartusche 16 leicht greifen kann, um sie in den Schlitten 18 einzusetzen und daraus zu entfernen.

Weitere Einzelheiten in Bezug auf den Schlitten 18 finden sich in der US-A-5,408,746, mit dem Titel "Datum Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a Prin ter", von Jeffrey Thoman et al., welche auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurde und auf die hier Bezug genommen wird.

Fig. 3 zeigt eine Perspektivdarstellung der bevorzugten Aus führungsform der Druckkartusche 16. Die mit denselben Be zugszeichen in anderen Figuren bezeichneten Elemente sind identisch. Der Außenrahmen 30 der Druckkartusche 16 ist aus einem gegossenen technischen Kunststoff hergestellt, wie dem unter der Markenbezeichnung "NORYL" von General Electric Company vertriebenen Material. Seitenabdeckungen 32 können aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Bezugselemen te 34, 35 und 36 beziehen sich auf die Position der Druck kartusche 16, wenn sie in dem Schlitten 18 montiert ist. Die Bezugselemente 34, 35 und 36 werden maschinell bearbeitet, nachdem das Düsenbauteil 40 auf einer Druckkartusche 16 in stalliert wurde, um zu gewährleisten, daß die jeweiligen Düsen aller vier Druckkartuschen 16 zueinander ausgerichtet sind, wenn sie in die Druckkartusche 18 eingefügt werden. Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf die Herstellung von Bezugselementen 34, 35 und 36 können in der zuvor erwähnten US-A-5,408,746, mit dem Titel "Datum Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a Printer", gefunden werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Düsenbauteil 40 aus einem Streifen eines flexiblen Bandes 42, wobei in dem Band 42 Düsen 44 mittels Laserablation ausgebildet sind. Ein Verfahren zum Herstellen solcher Düsen 40 ist beschrie ben in US-A-5,305,015, mit dem Titel "Laser Ablated Nozzle Member for Inkjet Printhead", von Christopher Schantz et al., welche auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird. Die Struktur dieses Düsenbauteils 40 wird später mit weiteren Einzelheiten be schrieben.

Kunststofflaschen 45 werden dazu verwendet, zu verhindern, daß eine bestimmte Druckkartusche 16 in den falschen Ein schub in dem Schlitten 18 eingefügt wird. Die Laschen 45 sind für schwarze, Zyan-, Magenta- und gelbe Druckkartuschen unterschiedlich.

Ein Fülloch 46 ist vorgesehen, damit der Hersteller anfangs das Tintenreservoir in der Druckkartusche 16 füllen kann. Dieses Loch 46 wird später mit einer Stahlkugel verschlos sen, welche dauerhaft sein soll. Der Füllvorgang wird später beschrieben.

Fig. 4 ist eine weitere perspektivische Ansicht der Druck kartusche 16, welche die elektrischen Anschlußfelder 48 zeigt, die in dem flexiblen Band 42 ausgebildet sind und über Spuren, die auf der Unterseite des Bandes 42 ausgebil det sind, mit Elektroden an dem Druckkopfsubstrat verbunden sind, das an der Unterseite des Bandes 42 befestigt ist.

Eine Zunge 49 kommt in Eingriff mit einem federbelasteten Hebel 50 (Fig. 2) an dem Schlitten 18, um die Druckkar tuschen 16 auf dem Schlitten 18 in ihrer Position zu verrie geln.

Fig. 5 ist eine Nahansicht des Druckkartuschenventils 24, welches von der zylindrischen Muffe 26 umgeben ist, die Teil eines Griffs 28 bildet. Stützflansche 52 schaffen einen zu sätzlichen Halt für den Griff 28.

Fig. 6 ist eine Explosionsdarstellung der Druckkartusche 16 von Fig. 3 ohne Seitenabdeckungen 32. Fig. 6 zeigt die Kon struktion des zusammenlegbaren Tintenbeutels 51, der in Fig. 7 zusammengebaut gezeigt ist, durch die ein negativer Innen druck (Unterdruck) im Vergleich zum Umgebungsdruck erreicht wird. Die Konstruktion des Tintenbeutels 51 ist wie folgt.

Ein innerer Kunststoffrahmen 54 ist vorgesehen, welcher im wesentlichen dieselbe Kontur wie der starre Außenrahmen 30 hat. Der Innenrahmen 54 wird vorzugsweise aus einem Kunst stoff hergestellt, welcher flexibler ist als der, welcher zum Herstellen des Außenrahmens 30 verwendet wird, und eine niedrigere Schmelztemperatur hat. Ein geeignetes Kunststoff material ist eine weiche Polyolefinlegierung. Bei der bevor zugten Ausführungsform wird der Außenrahmen 30 als ein Teil der Form verwendet, wenn der Innenrahmen 54 hergestellt wird. Zusätzliche Einzelheiten im Bezug auf die Herstellung des Rahmens 30 und des Rahmens 54 können gefunden werden in der US-Patentanmeldung Nr. 07/994,807, angemeldet am 22. De zember 1992, mit dem Titel "Two Material Frame Having Dis similar Properties for a Thermal Ink-Jet Cartridge", von David Swanson, welche auf die vorliegende Anmelderin über tragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird.

Es ist eine Bogenfeder 56 vorgesehen, welche aus einem Me tallstreifen geschnitten werden kann, z. B. aus rostfreiem Stahl. Die Scheitelpunkte der gebogenen Teile der Bogenfeder 56 sind mit einem mittleren Teil der starren Metallseiten platten 58 und 59 durch punktschweißen oder Laserschweißen verbunden. Es ist ein Paar flexibler Tintenbeutel-Seitenwän de 61 und 62 vorgesehen, die aus einem Kunststoff, wie Ethy len-Vinylacetat (EVA) oder Mylar, hergestellt sind und deren Umfangsabschnitte mittels Wärme mit den Kanten des Innenrah mens 54 verschweißt sind, um eine Fluiddichtung oder einen Fluidverschluß vorzusehen, und deren mittlere Abschnitte 63 mittels Wärme mit den Seitenplatten 58 und 59 verschweißt sind. Die bevorzugten Seitenwände 61 und 62 sind aus einem flexiblen Neunschichtmaterial hergestellt, welches in der US-A-5,450,112 beschrieben ist und auf das hier Bezug genom men wird.

Die Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels liegen nun den Seitenplatten 58 und 59 gegenüber und spannen so die Bogen feder 56 vor. Die Bogenfeder 56 wirkt nun als ein Druckre gler, um eine relativ konstante nach außen gerichtete Kraft auf die Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels vorzusehen, um einen Unterdruck in der Größenordnung von -0,1 psi in dem Tintenbeutel 51 vorzusehen (welcher äquivalent einem relati ven Druck von etwa -3 Inch Wasser ist). Ein akzeptabler Un terdruck liegt im Bereich von etwa -1 bis -7 Inch Wasser, wobei der bevorzugte Bereich von -3 bis -5 Inch Wasser geht.

Der tatsächliche Unterdruck, welcher in dem Tintenbeutel 51 herrschen muß, basiert auf verschiedenen Faktoren, ein schließlich der Düsenöffnungsarchitektur, der Geometrie der Druckkartusche 16 (einschließlich den äußeren Ausdehnungs grenzen des Tintenbeutels 51, welche durch die Dicke der Druckkartusche 16 bestimmt werden), und der horizontalen/ vertikalen Orientierung der Druckkartusche 16, wenn sie in dem Schlitten 18 in ihrer Druckstellung montiert ist.

Wenn Tinte aus der Druckkartusche 16 abgezogen wird, fällt der Tintenbeutel 51 (Fig. 7) zusammen.

Optional kann ein Kantenschutz an der Oberfläche der Metall seitenplatten 58 und 59 angebracht werden, um zu verhindern, daß die Metallkanten der Platten 58 und 59 in Kontakt mit den Seitenwänden 61 und 62 des Tintenbeutels kommen und die sen zerreißen. Dieser Kantenschutz kann eine dünne Abdeck schicht aus Kunststoff sein, welche an die Außenseite der Seitenplatten 58 und 59 geklebt wird und die Kanten leicht überdeckt.

An dem Innenrahmen 54 ist ferner ein Siebfilter 64 in dem Tintenbeutel 51 vorgesehen, um Partikel herauszusieben, be vor die Tinte den Haupttintenkanal 66 erreicht, der in dem Schnauzenabschnitt, oder Auslaßabschnitt, des Außenrahmens 30 ausgebildet ist. Später wird eine Druckkopfanordnung an dem Schnauzenabschnitt der Druckkartusche 16 befestigt, und Tintenkanäle in der Druckkopfanordnung führen von dem Haupt tintenkanal 66 in Tintenausstoßkammern an dem Druckkopf.

Der Tintenbeutel 51 umfaßt ferner ein Schieber-Ventil 24, welches später im einzelnen erörtert wird. Der Tintenbeutel 51 ist somit vollständig abgedichtet, bis auf die Öffnung für den Haupttintenkanal 66. Fig. 7 zeigt die Struktur der Fig. 6, bevor die Seitenabdeckungen auf die Druckkartusche 16 aufgesetzt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Tintenmenge, welche noch in dem Tintenbeutel 51 ist, mittels eines Tin tenpegeldetektors festgestellt, welcher in den Fig. 6 und 7 dargestellt und wie folgt ausgebildet ist. Ein erster Pa pierstreifen 70 mit einer Vollfarbe, wie grün, wird an der Seitenwand 62 des Tintenbeutels mit einem Klebmittel 72 be festigt, das mit einem Bereich 73 an der Seitenwand 62 ver bunden ist. Das Ende dieses Streifens 70 wird dann über eine Ausnehmung in dem Rand 74 des Rahmens 30 gebogen und liegt flach gegen eine vertiefte Oberfläche 75 des Rahmens 30 an. Ein Streifen 77 mit einer anderen Farbe, wie schwarz, ist mit einem Fenster 78 versehen. Ein Klebmittel 79 auf dem Streifen 77 wird dann an der Seitenwand 61 bei einem Bereich 80 befestigt. Der Streifen 77 wird über eine Ausnehmung in dem Rand 82 des Rahmens 30 gebogen und liegt nun über dem Vollstreifen 70 auf der vertieften Oberfläche 75. Wenn die Seitenplatten 32 (Fig. 3) einmal an der Druckkartusche 16 befestigt sind, wird ein Streifen 84 mit einem transparenten Fenster 85, das ein Loch oder ein durchsichtiger Abschnitt sein kann, über der vertieften Oberfläche 75 befestigt, in dem die Kanten 86 an den jeweiligen Seitenabdeckungen 32 der Druckkartusche 16 angeklebt werden. Wenn die flexiblen Sei tenwände 61 und 62 des Tintenbeutels näher zusammenkommen, während Tinte aus dem Tintenbeutel 51 abgegeben wird, zeigt das Fenster 78 in dem Streifen 77 immer weniger der Farbe des Streifens 70, gesehen durch das Fenster 85, bis die grü ne Farbe des Streifens 70 durch das Fenster 85 nicht mehr sichtbar ist und nur noch der schwarze Streifen 77 durch das Fenster 85 erscheint. Die Druckkartusche 16 muß dann über das Ventil 24 mit dem später beschriebenen Verfahren nach geladen werden.

Fig. 8 zeigt mit weiteren Einzelheiten eine starre Seiten abdeckung 32 und das Verfahren zum Befestigen dieser an dem Außenrahmen 30 der Druckkartusche. Es sind in dem Außenrah men 30 ausgebildete Schlitze 87 gezeigt, welche mit den Zun gen 88 fluchten, die in den Seitenabdeckungen 32 ausgebildet sind. Wenn die Zungen 88 in die Schlitze 87 eingefügt wer den, erhält man eine sichere Anbringung der Seitenabdeckun gen 32 an dem Rahmen 30. Die Zungen 88 schneiden vorzugswei se etwas in den Kunststoff ein, welcher die Seiten der Schlitze 87 bildet, um eine kraftschlüssige Verbindung der Seitenabdeckungen 32 an dem Rahmen 30 mit hohem Reibwert zu erzeugen. Optional kann auch ein Klebstoff verwendet werden, um die Seitenabdeckungen 32 an dem Rahmen 30 zu befestigen.

Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung des Teils des Außenrah mens 30 und des Innenrahmens 54 der Druckkartusche 16 längs der Linie 9-9 in Fig. 7, welche die Druckkartusche 16 im wesentlichen in zwei Hälften teilt. Das Ventil 24 ist in seiner geschlossenen Position zusammen mit einem Schnitt durch die zylindrische Muffe (oder das Rohrstück) 26 ge zeigt. Beim Spritzgießen des Innenrahmens 54, wobei der Au ßenrahmen 30 als Teilform verwendet wird, wird ein fluid dichter Ventilverschluß 89 gebildet, durch welchen das Schieber-Ventil 24 eingefügt wird. Das Ventil 24 kann aus einem Niederdichte-Polyethylen (LDPE), Teflon^TM oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden. In dem Quer schnitt von Fig. 9 ist auch eine Tintenfüllöffnung (Füll port) 46 gezeigt. Ebenfalls gezeigt ist ein vereinfachter Abschnitt eines Druckkopfsubstrats 90.

Weitere Einzelheiten des Ventils 24 sind in den Fig. 10A und 10B gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Ventil 24 aus einem hohlen Schaftabschnitt 91, welcher ein Loch 92 aufweist, das in der Seite des Schaftabschnittes 91 ausgebildet ist, sowie eine Öffnung 93 an der Oberseite des Schaftabschnitts 91. Eine erste Rippe 94 begrenzt die Ab wärtsbewegung des Ventils 24 in den Körper der Druckkartu sche hinein. Eine Klemmschelle (Clip) 95 ist nachgiebig an dem Ende des Schaftabschnitts 91 um eine ringförmige Kerbe herum befestigt, welche in dem Schaftabschnitt 91 ausgebil det ist, um die Aufwärtsbewegung des Ventils 24 aus dem Kör per der Druckkartusche heraus zu begrenzen. Die Klemmschelle 95 kann aus einem Hochdichte-Polyethylen (HDPE), Polycarbo nat oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Eine ringförmige Rippe 96 ist in der Nähe der Oberseite des Ventils 24 ausgebildet, welche in einer Aussparung in einem Ventil (welches später noch beschrieben wird) in einem Hilfs-Tintenreservoir sitzt. Bei der bevorzugten Ausfüh rungsformbeträgt die Länge des Ventils 24 0,582 Inch; ein annehmbarer Bereich kann jedoch von etwa 0,25 bis 1,0 Inch sein, abhängig von Gestaltungsfaktoren wie Ergonomik und Zuverlässigkeit. Der Außendurchmesser des Ventils 24 beträgt etwa 0,154 Inch, es kann jedoch praktisch jeden Durchmesser annehmen.

Fig. 11 zeigt eine Schnittdarsteilung der Struktur von Fig. 7 längs der Linie 11-11, welche die Bogenfeder 56, die fle xiblen Seitenwände 61 und 62 des Tintenbeutels, die metalle nen Seitenplatten 58 und 59 und den optionalen Kantenschutz 97 zeigt. Die Feder 56 ist vorgespannt, so daß die Feder kraft ziemlich konstant bleibt, wenn der Tintenbeutel 51 zusammenfällt.

Zusätzliche Informationen in Bezug auf den Aufbau des feder belasteten Tintenbeutels findet man in der US-Patentanmel dung Nr. 08/454,975, welche am 31. Mai 1995 eingereicht wur de, mit dem Titel "Continuous Refill of Spring Bag Reservoir in an Ink-Jet Swath Printer/Plotter", von Joseph Scheffelin et al., welche auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird.

Andere geeignete Unterdruck-Tintenreservoire umfassen Kunst stoffbalgen, einen Tintenbeutel mit einer externen Feder, ein Reservoir mit einem externen Druckregulator und ein starres Reservoir, dessen Innendruck durch Erzeugung von Blasen geregelt wird.

Im folgenden wird die Druckkopfanordnung beschrieben. Fig. 12 zeigt eine Rückseite der Druckkopfanordnung 98, wo bei man ein Siliziumsubstrat 90 sieht, das an der Rückseite eines flexiblen Bandes 42 montiert ist. Die Druckkopfanord nung 98 wird letztendlich an dem Körper der Druckkartusche 16, wie in Fig. 4 gezeigt, durch Verstemmen unter Anwendung von Wärme angebracht. Das Band 42 kann aus einem Polyimid oder einem anderen Kunststoff bestehen. Für eine Kante einer Grenzschicht 100, die auf dem Substrat 90 ausgebildet ist, ist gezeigt, daß sie Tintenkanäle 102 und Tintenausstoßkam mern enthält, welche später noch beschrieben werden. Die Tintenausstoßkammern können auch als Verdampfungskammern angesehen werden, wenn der Druckkopf ein Thermo-Druckkopf ist.

Leitende Spuren 104 werden auf der Rückseite des Bandes 42 mittels eines herkömmlichen fotolitographischen oder Plat tierungs-Verfahrens ausgebildet, wobei die Spuren 104 bei Kontaktfeldern 48 enden, welche zuvor mit Bezug auf Fig. 4 erwähnt wurden. Die anderen Enden der Spuren 104 sind mit Elektroden 108 (Fig. 13) auf dem Substrat 90 verbunden. In dem Band 42 werden Fenster 106 und 107 dazu verwendet, Zu griff auf die Enden der Spuren 104 zu ermöglichen, um diese Enden mit den Elektroden 108 auf dem Substrat 90 zu verbin den.

Fig. 13 zeigt eine geschnittene Seitenansicht, welche längs der Linie 13-13 in Fig. 12 aufgenommen wurde, und welche die Verbindung der Enden der leitenden Spuren 104 zu den Elek troden 108 auf dem Substrat 90 darstellt. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird ein Teil 110 der Grenzschicht 100 dazu verwen det, die Enden der leitenden Spuren 104 gegenüber dem Sub strat 90 zu isolieren. Tintentröpfchen 112 sind dargestellt, welche durch in dem Band 42 ausgebildete Düsen ausgestoßen werden, nachdem Düsenausstoßelementen, welche den Düsen je weils zugeordnet sind, angeregt wurden.

Fig. 14 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Substrats 90, welches Tintenausstoßkammern 114, Tinten kanäle 102, welche zu den Tintenausstoßkammern 114 führen, und Tintenausstoßelemente 118 aufweist, welche bei der be vorzugten Ausführungsform Heizwiderstände sind. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Tintenausstoßelemente 118 piezoelektrische Elemente. Die Grenzschicht 100 ist bei der bevorzugten Ausführungsform ein Fotoresist, wie Vacrel oder Parad, und wird mittels herkömmlicher fotolithographi scher Techniken hergestellt. Eine Klebschicht 120 ist über der Grenzschicht 100 ausgebildet, um das Substrat 94 klebend an der Rückseite des Bandes 42 zu befestigen.

Einschnürungspunkte 122 schaffen eine proportionale Dämpfung während des Nachfüllens der Tintenausstoßkammern 114 nach dem Abfeuern. Die vergrößerten Bereiche 124 am Eingang zu jedem Tintenkanal 102 vergrößern den Stützbereich an den Rändern der Grenzschicht 100, so daß der Teil des Bandes 42, welcher die Düsen enthält, relativ flach auf der Grenz schicht 100 liegt, wenn er an der Grenzschicht 100 befestigt ist. Zwei angrenzende vergrößerte Bereiche 124 wirken eben falls als Einschnürung für den Eingang der Tintenkanäle 102, um die Ausfilterung großer Fremdkörperpartikel zu unterstüt zen.

Es sind Elektroden 108 dargestellt, welche mit Phantomspuren 104 verbunden werden, nachdem das Substrat 90, wie zuvor beschrieben, an dem Band 42 befestigt ist. Grenzabschnitte 110 isolieren die Spuren 104 gegenüber der Oberfläche des Substrats 90. Es können auch andere Ausführungsformen für die Tintenausstoßkammern eingesetzt werden. Bei der bevor zugten Ausführungsform haben die Tintenausstoßkammern 114 einen Abstand, mit der eine Druckauflösung von 600 dpi er reicht wird.

Die Schaltung auf dem Substrat 90 wird durch einen bemulti plexer 128 dargestellt. Der Demultiplexer 128 ist mit den Elektroden 108 verbunden und verteilt die elektrischen Si gnale, welche an die Elektroden 108 angelegt werden, auf die verschiedenen Tintenausstoßelemente 118 derart, daß weniger Elektroden 108 als Tintenausstoßelemente 118 benötigt wer den. Bei der bevorzugten Ausführungsform wiederholen sich Gruppen von Tintenausstoßelementen 118, wobei jede Gruppe als ein Grundelement (Primitive) bezeichnet wird. Adressier leitungen, welche mit den Elektroden 108 verbunden sind, adressieren immer ein Tintenausstoßelement 118 in jedem Grundelement auf einmal. Indem sowohl das Grundelement als auch ein bestimmtes Tintenausstoßelement 118 in einem zu adressierenden Grundelement gleichzeitig adressiert werden müssen, kann die Anzahl der Elektroden 108 auf dem Substrat 90 und die Anzahl der Kontaktfelder 48 (Fig. 4) auf einer Druckkartusche 16 wesentlich kleiner sein (z. B. 52) als die gesamte Anzahl der Tintenausstoßelemente 118 (z. B. 300).

Zusätzliche Informationen bezüglich dieser besonderen Druck kopfstruktur findet man in der US-Patentanmeldung Nr. 08/319,896, angemeldet am 6. Oktober 1994, mit dem Titel "Inkjet Printhead Architecture for High Speed and High Reso lution Printing", von Brian Keefe et al., welche auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurde, und auf die hier Bezug genommen wird.

Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung längs der Linien 15-15 in Fig. 3, die zeigt, wie Tinte von dem zusammenfaltbaren Tintenbeutel 51 durch den Haupttintenkanal 66 (der auch in Fig. 7 gezeigt ist), um die Außenkanten 129 des Substrats 90 und in die Tintenkanäle 102 (Fig. 14) und Tintenausstoßkam mern 114 abgegeben wird. Der Weg der Tinte wird durch Pfeile 130 dargestellt. Das Band 42, in dem die Düsen 44 ausgebil det sind, ist um den Haupttintenkanal 66 mit einem Klebstoff 132 abgedichtet.

Fig. 16 zeigt eine teilweise geschnittene Nahansicht der Druckkopfanordnung 98, in der man eine Düse 44, eine verein fachte Tintenausstoßkammer 114 und verschiedene andere Ele mente sieht, welche die Druckkopfanordnung 98 bilden, die mit Bezug auf die Fig. 12-14 beschrieben wurde. Wie man sieht, strömt der Tintenpfad 130 um die Außenkante 129 des Substrats 90.

Die Fig. 17-19 zeigen das bevorzugte Verfahren, um zu Anfang die Druckkartusche 16 durch das Tintenfülloch 46 (welches man am besten in Fig. 3 sieht) mit Tinte zu füllen. Die Fig. 17-19 sind längs der Linie 17-17 in Fig. 3 aufgenommen und zeigen den Außenrahmen 30, die Seitenabdeckungen 32, den Innenrahmen 54, die flexiblen Seitenwände 61 und 62 des Tin tenbeutels und die Metallseitenplatten 58 und 59. In einem ersten Schritt wird die Luft in dem Tintenbeutel 51 durch CO₂ ersetzt, indem einfach CO₂ durch das Tintenfülloch 46 eingespritzt wird. Wie später beschrieben, hilft das CO₂ dabei, daß sich keine Luftblasen in dem Tintenbeutel 51 bil den, nachdem er mit Tinte gefüllt wurde. Ein Tintenabgabe rohr 134 wird dann durch das Tintenfülloch 46 eingeführt, und Tinte 136 wird in den leeren Tintenbeutel 51 gepumpt, bis die Tinte das Fülloch 46 erreicht. Bei dem bevorzugten Verfahren wird das Rohr 134 bis in die Nähe des Bodens des Tintenbeutels 51 eingeführt, um ein Spritzen der Tinte und die Erzeugung von Schaum zu minimieren.

Wenn der Tintenbeutel 51 einmal voll ist, wird eine Kugel 138 aus rostfreiem Stahl (Fig. 18) mit einem Kolben 140 in das Tintenfülloch 46 gedrückt, bis die Kugel 138 in dem Fülloch 46 sitzt und fest in diesem gehalten wird, wie in Fig. 19 gezeigt. Die Kugel 138 soll nun das Tintenfülloch 46 permanent verschließen, und ein Nachfüllen von Tinte in den Tintenbeutel 51 erfolgt über das Ventil 24 aus Fig. 3.

Die Druckkartusche 16 wird dann so positioniert, daß ihre Schnauze bei dem höchsten Punkt liegt, und alle überschüssi ge Luft wird durch die Düsen 44 mittels einer Vakuumpumpe abgezogen, welche luftdicht auf die Düsen 44 aufgesetzt wird. Dann wird eine ausreichende Menge Tinte durch die Dü sen 44 gesaugt, um den anfänglichen Unterdruck in dem Tin tenbeutel 51 zu erzeugen, welcher äquivalent zu etwa -3 bis -4 Inch Wasser ist. Aufgrund des geringen Durchmessers der Düsen 44 und der schmalen Breite der verschiedenen Tin tenkanäle, gekoppelt mit der Viskosität der Tinte, zieht der Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 keine Luft durch die Düsen 44. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Kapazi tät des Tintenbeutels 51 etwa 50 Milliliter.

Die fertige Druckkartusche 16 wird dann in den Drucker von Fig. 1 auf herkömmliche Weise eingesetzt, und der Tintenbeu tel 51 wird, ausgehend von einem ausgedehnten Zustand bis zu einem komprimierten Zustand, zunehmend entleert, wobei die ganze Zeit ein Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 aufrechter halten wird.

Beschreibung des Tintennachfüllsystems

Fig. 20 ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform des Tintennachfüllsystems in der Form einer Spritze 150. Die Spritze 150 kann vorzugsweise mit dem Ventil 24 (Fig. 3) an der Druckkartusche 16 verbunden werden, um den Tintenbeutel 51 in der Druckkartusche 16 nachzuladen, ohne daß Umgebungs luft in den Tintenbeutel 51 eindringt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Spritze 150 zylindrisch, und der Querschnitt von Fig. 20 ist eine Ansicht, in der die Spritze 150 längs ihrer Hauptachse halbiert wurde.

Die Spritze 150 besteht aus einem Außenkörper 151, der vor zugsweise aus einem transparenten oder durchscheinenden Kunststoff ist, und einem Kolben 152 mit einem begrenzten Bewegungsbereich innerhalb einer Tintenkammer 153. Ein Luft loch 154 ist mit der Tintenkammer 153 verbunden, wenn ein einfaches Ventil 155 geöffnet wird, um einen Pfad zwischen dem Luftloch 154 und der Kammer 153 zu erzeugen.

Ein verschiebbares Ventil oder Schieber 156, welches in ei nem geschlossenen Zustand gezeigt ist, erzeugt eine luft dichte Fluidverbindung zu dem Ventil 24 an der Druckkartu sche 16, wenn es richtig angeschlossen wird. Eine zylindri sche Muffe (oder ein Rohrstück) 158 umgibt das Ventil 156 und sieht eine Halterung für die Spritze 150 vor, wenn sie mit der Druckkartusche 16 verbunden ist.

Die Spritze 150 hat normalerweise in ihrer Kammer 153 einen Anfangs-Tintenvorrat 159, obwohl auch vorgesehen sein kann, daß die Spritze 150 aus einem externen Tintenreservoir zum mehrfachen Gebrauch nachfüllbar ist.

Weitere Einzelheiten des Ventils 156 sind in den Fig. 21A und 21B gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Ventil 156 aus einem hohlen Schaftabschnitt 165 mit ei nem Loch 166, das in der Seite des Schaftabschnitts 165 aus gebildet ist, und einer Öffnung 167 in der Oberseite des Schaftabschnittes 165. Eine erste Rippe 168 begrenzt die Abwärtsbewegung des Ventils 156 in die Spritzenkammer 153. Eine Schelle (Clip) 169 ist nachgiebig an dem Ende des Schaftabschnittes 165 um eine ringförmige Kerbe 170 herum befestigt, welche in dem Schaftabschnitt 165 ausgebildet ist, um die Abwärtsbewegung des Ventils 156 aus der Sprit zenkammer 153 heraus zu begrenzen. Die Schelle 169 kann aus einem Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polycarbonat oder ei nem anderen geeigneten Material hergestellt werden. Eine ringförmige Ausnehmung 171 ist in der Nähe der Oberseite des Ventils 156 ausgebildet, in welcher die Rippe 96 (Fig. 10A) an dem Ventil 24 liegt, wenn die beiden Ventile verbunden sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge des Ventils 156 0,423 Inch; ein annehmbarer Bereich kann jedoch etwa 0,25 bis 1,0 Inch betragen, abhängig von den Designkriterien, wie Ergonomik und Zuverlässigkeit. Der Au ßendurchmesser des Ventils 156 beträgt etwa 0,206 Inch, es kann jedoch praktisch jeden Durchmesser haben.

Weitere Einzelheiten der Spritze 150 werden unten bei der Beschreibung ihrer Verwendung für die Übertragung von Tinte zur Druckkartusche 16 und das Vorsehen des richtigen Gegen drucks (oder Unterdrucks) in dem Tintenbeutel 51 beschrie ben.

Fig. 22 zeigt die Spritze 150, deren Ventil 156 mechanisch und hinsichtlich der Fluidströmung mit dem Ventil 24 an der Druckkartusche 16 verbunden ist. Beide Ventile 156 und 24 sind in ihren geöffneten Zuständen oder Stellungen. Zylin drische Muffen 158 und 26 sind in verbundenem Zustand ge zeigt, wodurch die Spritze 150 während des Nachladevorgangs im Verhältnis zu der Druckkartusche 16 richtig ausgerichtet ist. Wie später mit Bezug auf die Fig. 27 bis 30 beschrieben ist, werden die Ventile 156 und 24 automatisch geöffnet und geschlossen, wenn die Spritze 150 und die Druckkartusche 16 verbunden und voneinander gelöst werden.

Es besteht nun eine Fluidverbindung zwischen der Tintenkam mer 153 und dem Tintenbeutel 51. Obwohl in dem Tintenbeutel 51 wegen des Auseinanderdrückens der Seitenwände des Tinten beutels 51 durch eine innenliegende Feder ein Unterdruck herrscht, kann keine Tinte 159 aus der Kammer 153 in den Tintenbeutel 51 gezogen werden, bis nicht der Kolbengriff 174 gedreht wird (Fig. 23) um eine Öffnung 173 in dem Ventil 155 mit einem Luftloch 154 auszurichten. Dadurch kann Luft 175 die Leerräume in der Kammer 153 füllen, die entstehen, wenn Tinte 159 in den Tintenbeutel 51 gezogen wird. Die Tin te 159 hinter dem Kolben 152 fließt um den Kolben 152 herum durch eine Strömungsaussparung 176. Der Tintenstrom ist durch Pfeile 178 dargestellt. Um zu verhindern, daß Tinte durch das Luftloch 154 leckt, sollte der Griff 174 höher liegen als der Rest der Spritze 150.

Die Tinte in der Kammer 153 wird in den Tintenbeutel 51 ge zogen, bis der Tintenbeutel 51 voll ist, wobei zu diesem Zeitpunkt die Tintenströmung automatisch stoppt. Jetzt sind die Federn, welche den Tintenbeutel 51 nach außen drücken, vollständig gegen die Seitenabdeckungen gedehnt. Der Tinten beutel 51 ist dann im wesentlichen bei Umgebungsdruck, und es muß ein Unterdruck erzeugt werden, um zu verhindern, daß Tinte aus den Düsen in dem Druckkopfabschnitt der Druckkar tusche 16 trielt. Hierfür wird, wie in Fig. 24 gezeigt, der Griff 174 zurückgezogen, wodurch der Kolben 152 einen luft dichten Verschluß mit einem verengten zylindrischen Wandab schnitt 179 erzeugt. Bei Bildung dieses Verschlußes bzw. dieser Dichtung bewirkt jedes weitere Ziehen an dem Griff 174, daß Tinte aus dem Tintenbeutel 51 herausgezogen wird, wodurch die internen Federn in dem Tintenbeutel 51 kompri miert werden und ein Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 er zeugt wird.

Wie in Fig. 25 gezeigt, begrenzt ein Kolbenanschlag 180 das weitere Ziehen an dem Griff 174, um so den Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 auf eine vorgegebene Größe einzustellen, welche zuvor festgelegt wird. Diese Distanz zwischen dem Anfang 181 des verengten zylindrischen Wandabschnitts 179 und dem Kolbenanschlag 180 multipliziert mit der Quer schnittfläche des verengten zylindrischen Wandabschnitts 179 ist gleich dem Tintenvolumen, welches aus der Druckkartusche 16 gezogen wird, wenn der Griff 174 zurückgezogen wird. Die ses Volumen wird durch die Bewegung der Wände des Tintenbeu tels 51 ausgeglichen, welche die Federn weit genug von den Seitenabdeckungen wegzieht, um den richtigen Gegendruck oder Unterdruck zu gewährleisten.

Die Spritze 150 wird dann von der Druckkartusche 16 weggezo gen, wodurch sich die Ventile 156 und 24 automatisch schließen, um einen Fluidverschluß des Tintenbeutels 51 und der Kammer 153 vorzusehen.

Die Verbindung der Ventile 24 und 156 und das Öffnen und Schließen der Ventile 24 und 156 werden mit Bezug auf die Fig. 27-30 beschrieben. In Fig. 27 sind die Druckkartusche 16 und die Spritze 150 noch nicht verbunden, und beide Ven tile 24 und 156 sind in ihrer geschlossenen Stellung. Genau ergesagt, ist das Loch 92 in dem Schieberventil 24, welche zu einer Mittelbohrung in dem Ventil 24 führt, vollständig von einer es umgebenden Dichtung 89 versperrt, welche von dem Innenrahmen 54 gebildet wird, wie man am besten in Fig. 9 sieht. Der obere Abschnitt des Ventils 24 ist in direktem Kontakt mit der Tinte in dem Tintenbeutel 51 (Fig. 7) in der Druckkartusche 16. Das Ventil 156 in der Spritze 150 ist ähnlich in einer geschlossenen Stellung gezeigt, wobei die Tinte in der Kammer 153 in Kontakt mit dem Bodenabschnitt des Ventils 156 ist. Eine Dichtung 189 umgibt das Ventil 156 und versperrt das Loch 166.

Die Spritze 150 ist während der Bewegung in Richtung zur Druckkartusche 16 gezeigt, wobei die Bewegungsrichtung durch einen Pfeil 191 dargestellt wird, und eine Muffe 26 an der Druckkartusche 16 gleitet innerhalb der Muffe 158 an der Spritze 150.

Wie in Fig. 28 gezeigt, ist die Rippe 96 in der Nähe der Spitze des Ventils 24 nun mit der Ausnehmung 171 in dem Ven til 156 verbunden, um die Ventile 24 und 156 mechanisch fluiddicht zu verbinden. Die Reibung zwischen dem Ventil 24 und dem Innenrahmen 54 und die Reibung zwischen dem Ventil 156 und der Dichtung 189 ist ausreichend groß, so daß die Rippe 96 mit der Ausnehmung 171 in Eingriff kommt, bevor die Ventile 24 und 156 in ihre geöffneten Stellungen gleiten. Ein gewisses Überschießen der Rippe 96 in der Ausnehmung 171 ist zulässig, um eine zusätzliche fühlbare Rückkopplung für den Benutzer vorzusehen, welche anzeigt, daß die Ventile 24 und 156 nun verbunden sind.

Die zylindrische Muffe 26 an der Druckkartusche 16 ist nun in Eingriff mit der zylindrischen Muffe 158 an der Spritze 150, um sicherzustellen, daß die Ventile 24 und 156 relativ zueinander zentriert sind, sowie um die seitliche Bewegung der Druckkartusche 16 relativ zu der Spritze 150 zu begren zen.

In Fig. 29 gleitet bei einer fortgesetzten Kraft der Druck kartusche 16 gegen die Spritze 150 das Ventil 156 in seine geöffnete Stellung, so daß das Loch 166 nun in der Kammer 153 liegt. Dieselbe Bewegung bewirkt auch, daß das Ventil 24 in seine geöffnete Stellung gleitet, so daß das Loch 92 nun in dem Tintenbeutel 51 (Fig. 7) in der Druckkartusche 16 liegt. Es ist nun ein Fluidkanal zwischen der Kammer 153 und dem Unterdruck-Tintenbeutel 51 in der Druckkartusche 16 vor handen.

Der Unterdruck in dem Tintenbeutel 51 zieht Tinte aus der Kammer 153 in den Tintenbeutel 51, um den Tintenbeutel 51, wie zuvor beschrieben, zu füllen. Dieser Vorgang ist auf grund des geringen Unterdrucks relativ lang und kann in der Größenordnung von einer bis drei Minuten dauern.

Wenn der Tintenbeutel 51 in der Druckkartusche 16 voll ist, wird die Spritze 150 von der Druckkartusche 16, wie in Fig. 30 gezeigt, in der Richtung des Pfeiles 195 entfernt. In Fig. 30 schließt das Entfernen der Spritze 150 die Ventile 156 und 24, um so den Tintenbeutel 51 in der Druckkartusche 16 zu verschließen. Das weitere Anheben bewirkt, daß sich die Ventile 24 und 156 voneinander lösen.

Wie in den Fig. 27-30 gezeigt, sind die Ventile 24 und 156 mechanisch verbunden, bevor sie sich öffnen, und sie werden mechanisch gelöst, nachdem sie durch das Entfernen der Spritze 150 von der Druckkartusche 16 geschlossen wurden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Rippe 96 an dem Ventil 24 so ausgebildet wird, daß sie mit einer geringeren Kraft mit der Ausnehmung 171 verbindbar ist, als man zum Lösen der Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 benötigt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der untere Abschnitt 197 (Fig. 30) der Rippe 96 mit einem kleinen Winkel (z. B. 300) relativ zu der Achse des Ventils 24 ausgebildet wird, um leichter durch die Öffnung in dem Ventil 156 einzudringen und die Ausnehmung 171 zu kontaktieren. Der obere Abschnitt 198 (Fig. 30) der Rippe 96 wird dann mit einem steileren Winkel (z. B. 60°) relativ zu der Achse des Ventils 24 ausgebildet, um es schwieriger zu machen, die Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen. Schließlich kann die Ausnehmung 171 mit einer stärker horizontal ausgerichteten oberen Lippe 200 (Fig. 30) ausgebildet werden, so daß es schwieriger wird, die Rippe 96 aus der Ausnehmung 171 zu lösen, als die Rippe 96 und die Ausnehmung 171 zu verbinden. Anstelle der beiden hier be schriebenen Techniken können auch andere Methoden eingesetzt werden, um solche relativen Kräfte vorzusehen.

Bei alternativen Ausführungsformen werden andere Techniken dazu verwendet, die Zuverlässigkeit zu erhöhen, mit der die Ventile 24 und 156 verbunden sind, bevor die Ventile geöff net werden, oder mit der sie sich nach einem Nachladen schließen. Solche Techniken umfassen das Erhöhen der Schie bekraft der Ventile 24 und 156, eine Federbelastung der Ven tile 24 und 156, um zu gewährleisten, daß sie verschlossen sind, nachdem die Druckkartusche 16 von der Spritze 150 ent fernt wurde, und das Ausbilden einer Lasche in der Nähe der Muffe 158, welche vorübergehend die Bewegung der Spritze 150 behindert und dann freigibt, um die Beschleunigung der Spritze 150 in Richtung der Kartusche 16 zu erhöhen, bevor die Ventile 24 und 156 verbunden sind.

Wenn die Druckkartusche 16 optional aus dem Schlitten 18 (Fig. 1) entfernt wird, wird die Druckkartusche 16 anschlie ßend wieder in den Schlitten 18 eingesetzt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Tintenstrahl drucker 10 (Fig. 1) eine automatische Wartungsstation, wel che einen Verschluß über den Düsen 44 (Fig. 3) erzeugt und den Druckkopf mittels einer Vakuumpumpe ansaugt. Dieses Ab ziehen von Tinte aus dem Tintenbeutel 51 gewährleistet, daß nun Tinte in den Tintenausstoßkammern in dem zum Feuern be reiten Druckkopf ist.

Vorstehend wurde eine bevorzugte nachladbare Tintenstrahl-Druckkartusche zusammen mit einem Tintennachfüllsystem und einem Verfahren zum Nachladen der Druckkartusche mit dem Nachfüllsystem beschrieben. Andere Ventilarten und Dichtungs- oder Verschlußarten können verwendet werden, um das automatische Öffnen und Schließen der bevorzugten Venti le durchzuführen, und diese alternativen Ausführungsformen gehören in den Bereich dieser Erfindung.

Alternative Ausführungsformen des Nachfüllsystems

Weitere Ausführungsformen, welche die oben mit Bezug auf die Spritze 150 beschriebenen Prinzipien einsetzen, können zum Nachladen der Druckkartusche 16 und nachfolgenden Erzeugen eines Unterdrucks in dem Tintenbeutel 51 verwendet werden.

Fig. 31 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Spritze 204, welche praktisch identisch mit der Spritze 150 in Fig. 20 ist, außer daß anstelle des Lufteinlaßventils 155, das dazu verwendet wird, selektiv Luft in die Kammer 153 durch das Luftloch 154 einzulassen, eine einfache, angeklebte Ab ziehlasche 206 über dem Luftloch 154 vorgesehen wird. Die Lasche 206 wird zu geeigneten Zeitpunkten entfernt, damit der Tintenbeutel 51 Tinte aus der Kammer 153 ziehen kann.

Die Fig. 32, 33 und 34 zeigen die Verwendung eines weiteren Typs einer Spritze 208, welcher die mit Bezug auf die Sprit ze 150 von Fig. 20 beschriebenen Grundsätze anwendet. Die Spritze 208 hat einen federbelasteten Verschluß 210, der, wenn er manuell geöffnet wird (Fig. 33), Luft in die Kammer 153 eintreten läßt, so daß durch den Unterdruck in dem Tin tenbeutel 51 Tinte in den Tintenbeutel 51 gezogen werden kann.

Wie in Fig. 34 gezeigt, wird nach dem Nachladen der Druck kartusche 16 der federbelastete Verschluß 210 wieder ge schlossen, und der Kolben 152 wird zurückgezogen, um eine vorgegebene Tintenmenge aus dem Tintenbeutel 51 zu ziehen, um den anfänglichen Gegendruck oder Unterdruck in der Druck kartusche 16 zu erzeugen. Bei zusätzlichen alternativen Aus führungsformen könnte der federbelastete Verschluß 210 ein Stück Klebband sein, welches entfernt und ersetzt wird, oder ein anderes einfaches Mittel zum Öffnen und Schließen der Belüftung. Die Spritze 208 wird dann von der Druckkartusche 16 weggezogen, wodurch beide Ventile 24 und 156 geschlossen werden.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 20, 31 und 32, kann das Ventil 156, wie in Fig. 35 gezeigt, durch eine hohle Nadel 214 ersetzt werden, welche an beiden Enden eine Öffnung auf weist.

Dieser Nadelabschnitt der Spritze kann auf übliche Weise ausgebildet sein. Die Nachladeöffnung der Druckkartusche 16 würde, statt das Ventil 24 zu enthalten, eine herkömmliche Gummi-Trennwand oder -Scheidewand enthalten, durch deren Mitte ein verschließbarer Schlitz führt. Die Nadel 214 an der Spritze 150 würde dann durch die Trennwand eingeschoben, um eine luftdichte Fluidverbindung zwischen der Kammer 153 und dem Tintenbeutel 51 zu bilden. Die Übertragung von Tinte und die Erzeugung des Gegendrucks in dem Tintenbeutel 51 würde mit den mit Bezug auf die Fig. 20-34 erläuterten Tech niken durchgeführt. Wenn die Nadel 214 aus der Trennwand entfernt wird, verschließt der zentrale Schlitz in der Trennwand den Tintenbeutel 51 wieder automatisch.

Schlußbemerkung

Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß Änderungen und Modifi kationen gemacht werden können, ohne die Erfindung in ihren breiteren Aspekten zu verlassen, und die folgenden Ansprüche sollen somit in ihrem Bereich alle diese Änderungen und Mo difikationen umfassen, die in den wahren Bereich dieser Er findung fallen. Obwohl z. B. ein Unterdruck-Tintenbeutel be schrieben wurde, ist ein solcher Unterdruck-Tintenbeutel nicht unerläßlich. Der Tintenbeutel in der Druckkartusche 16 wird gefüllt, solange die Kammer 153 in der Spritze 150 ei nen größeren Druck hat als der Druck in dem Tintenbeutel. Ein solcher Druckunterschied kann erhalten werden, indem für die Kammer 153 ein interner Überdruck vorgesehen wird. Der Überdruck kann mittels jeder geeigneten Technik erreicht werden.

Zusätzlich ist vorgesehen, daß eine Druckkartusche mit den oben beschriebenen Techniken durch ihre Anfangs-Tintenfüll öffnung 47 nachgeladen wird. Bei einer solchen Ausführungs form wird ein Verschluß oder eine Trennwand für die Füllöff nung 47 entfernt oder durchstoßen, und die Spritzenspitze wird in die Füllöffnung 47 eingefügt, um einen luftdichten Verschluß zu erzeugen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in jeder Kombination für die Verwirklichung der Erfin dung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

1. Ein Tintennachladesystem mit einer Spritze (150, 208), welche Tinte zum Nachladen ei nes ersten Reservoirs (51) in einer Druckkartusche (16) enthält, wobei das erste Reservoir einen negativen In nendruck hat, mit folgenden Merkmalen der Spritze:
einer Kammer (153) zum Aufnehmen von Tinte;
einer Tintenauslaßöffnung (166) in Fluidverbindung mit der Kammer;
einem Kolben (152), der in der Kammer angeordnet ist; und
einer Tinteneinlaßöffnung (154, 210), welche mit der Kammer verbunden ist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Tinteneinlaßöffnung (154, 210) steuerbar ist, so daß sie entweder in Verbin dung mit der Kammer (153) ist oder gegenüber der Kammer verschlossen ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Tinteneinlaß öffnung (210) mit der Kammer (153) bei einer Position zwischen dem Kolben (152) und der Tintenauslaßöffnung (166) verbunden ist.

4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Tinteneinlaßöffnung (154) mit der Kammer (153) bei einer Position zwischen dem Kolben (152) und einem Griff (174) für den Kolben verbunden ist.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kammer (153) einen inneren Anschlag (180) für den Kolben (152) aufweist, um einen Bewegungsbereich des Kolbens von der Tintenauslaßöffnung (166) weg zu begren zen.

6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kammer (153) einen verengten zylindrischen Wandab schnitt (179) aufweist, der einen Fluidverschluß mit dem Kolben (152) bildet, sowie einen erweiterten inneren zylindrischen Wandabschnitt (181), der Tinte um den Kol ben zu der Tintenauslaßöffnung (166) fließen läßt.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Tintenauslaßöffnung (214) eine Hohlnadel (218) in Fluidverbindung mit der Kammer (153) aufweist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Tintenauslaßöffnung ein verschiebbares erstes Ventil (156) mit einem läng lichen Hohlkörper aufweist, wobei der Hohlkörper (165) eine erste Öffnung (166) in der Nähe eines ersten Endes des Hohlkörpers und eine zweite Öffnung (167) in der Nähe eines zweiten Endes des Hohlkörpers hat, die erste Öffnung von einer ersten Dichtung (189), welche einen Teil der Kammer (153) bildet, verschlossen ist, wenn das erste Ventil in einer geschlossenen Stellung ist, die geschlossene Stellung vorliegt, wenn das erste Ventil eine gegebene Distanz innerhalb eines Bewegungsbereichs des ersten Ventils von der Kammer weggezogen wird, die erste Öffnung in Fluidverbindung mit der Kammer ist, wenn das erste Ventil eine vorgegebene Distanz innerhalb des Bewegungsbereiches des ersten Ventils in die Kammer gedrückt wird, und das zweite Ende des ersten Ventils mit einer Nachladeöffnung (24) an der Druckkartusche (16) verbindbar ist, um einen Fluidpfad zwischen dem ersten Reservoir (51) in der Druckkartusche und der Kam mer zu bilden.

9. Verfahren zum Nachladen eines Druckkartuschenreservoirs (51) mit Tinte, mit folgenden Verfahrensschritten:
Verbinden einer Tintenauslaßöffnung (166) einer Spritze (150, 208) mit einer Nachladeöffnung (24) an der Druck kartusche (16), wodurch ein luftdichter Fluidpfad zwi schen einer Kammer (153) der Spritze und dem Reservoir (51) in der Druckkartusche gebildet wird;
Zulassen, daß Luft in die Kammer eintritt, während Tinte aus der Kammer durch einen Unterdruck in dem Reservoir im Verhältnis zu einem Druck in der Kammer in das Reser voir gezogen wird;
Zurückziehen eines Kolbens (152) in der Kammer, nachdem das Reservoir ausreichend mit Tinte nachgefüllt wurde, um eine Tintenmenge aus dem Reservoir abzuziehen, um einen gewünschten Unterdruck in dem ersten Reservoir zu erzeugen; und
Verschließen der Nachladeöffnung der Druckkartusche, während das Reservoir den Unterdruck hat, um das Ein dringen von Luft in das Reservoir zu verhindern.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Verschließen der Nachfüllöffnung (24) das Entfernen der Tintenauslaßöff nung (166) von der Nachfüllöffnung umfaßt, um die Nach füllöffnung automatisch zu verschließen.