DE4425694C2 - Kontinuierliches Tintennachfüllsystem für Tintenstrahlpatronen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Tintennach­ füllsystem für Tintenstrahldrucker gemäß Oberbegriff des An­ spruchs 1 sowie ein Verfahren zum Nachfüllen von Tinte in ei­ nem solchen Tintennachfüllsystem.

Tintenstrahldrucker und -plotter sind wohlbekannt. Die Druckqualität dieser Drucker hängt von der konsequenten, er­ folgreichen Funktion der Tintenstrahl-Druckköpfe ab, die mit fortschreitender Zeit zum Verstopfen und Versagen neigen. Um derartige Schwierigkeiten zu überwinden, ist es erforderlich, die Druckköpfe periodisch auszuwechseln. Frühe Lösungen sahen vor, nur den Druckkopf zu ersetzen, wie z. B. im US-Patent 4,074,284 dargelegt. In jüngerer Zeit wurden wegwerfbare Tin­ tenstrahlpatronen entwickelt, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wie z. B. in den US-Patenten 4,500,895; 4,931,811 beschrieben.

Wegwerfbare Tintenstrahlpatronen dieses Typs sind so be­ schaffen, daß sie für eine Nutzungslebensdauer arbeiten, in der die Kopfelemente mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit (z. B. über 99% der Zeit) während der Lebensdauer der wegwerfbaren Patrone funktionieren. Um zu gewährleisten, daß diese Lei­ stungsfähigkeit aufrechterhalten wird, weisen herkömmliche wegwerbare Tintenstrahlpatronen eine vorgegebene Tintenmenge auf, die innerhalb der Patrone enthalten ist und die über den Druckkopf ausgegeben werden kann. Die maximale Tintenmenge, die in der Wegwerfpatrone enthalten ist, ist eine Funktion davon, wie viel Druckbetrieb die Druckkopfelemente wahrnehmen können, bevor die Funktion mit einer hohen prozentualen Wahr­ scheinlichkeit versagt. Wenn die vorgegebene Tintenmenge in der Patrone einmal verbraucht ist, wird die gesamte Tinten­ strahlpatrone weggeworfen.

Während die Verwendung einer Wegwerfpatrone die Druck­ qualität von Tintenstrahldruckern wirkungsvoll mit einer Ver­ sagensrate gewährleistet, die von der speziellen Wegwerfpa­ trone abhängt, existieren viele Druckanwendungen, die eine höhere Versagensrate vor einem Austausch tolerieren könnten, um die Betriebslebensdauer des Tintenstrahl-Druckkopfs zu verlängern. Unglücklicherweise arbeitet in der weit überwie­ genden Anzahl von Fällen dann, wenn existierende wegwerfbare Tintenstrahlpatronen ihre Tinte aufgebraucht haben, der Druckkopf immer noch angemessen funktionsfähig. Das Wegwerfen von Tintenstrahlpatronen, die immer noch angemessen funktio­ nierende Druckköpfe enthalten, vergeudet Ressourcen. Darüber hinaus ist ein häufiger Austausch von Tintenstrahlpatronen bei umfassenden Druckanwendungen Zeit- und arbeitsintensiv. Demgemäß haben viele Benutzer auf nachfüllbare Tintenstrahl­ patronen zurückgegriffen, um die Nutzungslebensdauer der Druckköpfe zu verlängern.

Das Nachfüllen von Tintenstrahlpatronen von Hand kann ein schmutziger und möglicherweise gefährlicher Vorgang sein, der erhebliche mechanische Geschicklichkeit erfordert. Um ei­ ne Tintenstrahlpatrone von Hand nachzufüllen, muß ein Benut­ zer auf den ursprünglichen Tintenversorgungsbehälter in der Tintenstrahlpatrone zugreifen und in diesen Zufuhrbehälter Tinte einpumpen, eingießen oder auf andere Weise einfüllen. Das Zugreifen auf irgendwelche Tintenverbindungen setzt den Benutzer der Tinte und die Tinte einer Verunreinigung aus. Darüber hinaus kann der Benutzer unbeabsichtigt Luftblasen in das System einleiten, was den Tintenfluß und die Möglichkeit der Tinte, einen klaren, gleichmäßigen Druck zu erzeugen, be­ einflußt.

Aus der Druckschrift EP O 322 131 A1 geht ein kontinu­ ierliches Tintennachfüllsystem mit einer wegwerfbaren Tinten­ strahlpatrone hervor, die einen Druckkopf enthält und mit ei­ nem porösen Medium wie Schaumstoff gefüllt ist. Durch die Ka­ pillarwirkung des Schaumstoffeinsatzes wird der Tintenzuführ­ behälter innerhalb der Tintenstrahlpatrone auf Unterdruck ge­ halten. Außerhalb der Tintenstrahlpatrone ist für jede Tin­ tenfarbe eine Tintenvorratseinrichtung fest installiert, wel­ che ihrerseits von entsprechenden Tintenflaschen befüllt wird. Über flexible Leitungen wird Tinte aus der Unterseite der Tintenvorratseinrichtung in die Tintenpatrone geleitet, wenn dort der entsprechende Unterdruck herrscht.

Dieses Tintennachfüllsystem weist für das Bedienpersonal den Nachteil auf, die fest installierten Tintenvorratsein­ richtungen mit einer geeigneten Menge der entsprechenden Tin­ tenfarbe füllen zu müssen. Dies macht die Handhabung des Sy­ stems nicht nur unbequem, sondern kann sich auch technisch negativ auswirken: Wird beispielsweise zu viel Tinte in die Tintenvorratseinrichtung eingefüllt, besteht die Gefahr, die maximale Lebensdauer des Druckkopfes zu überschreiten, woraus schlechte Druckqualitäten resultieren. Wird hingegen zu wenig Tinte in die Vorratseinrichtung gefüllt, wird nach Verbrauch der Tinte die Tintenpatrone ausgewechselt, noch bevor die ma­ ximale Lebensdauer des Druckkopfes erreicht ist.

Während die Verwendung wegwerfbarer Tintenstrahlpatronen die Druckqualität von Tintenstrahldruckern deutlich verbes­ sert hat, ging dies auf Kosten einer deutlichen Vergeudung von Ressourcen in Form leerer Tintenstrahlpatronen, die noch lange Restlebensdauern hinsichtlich der Druckköpfe aufweisen. Vorhandene Techniken zum Nachfüllen von Tintenstrahlpatronen leiden unter den aufgezeigten, zahlreichen Nachteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tinten­ nachfüllsystem zu schaffen, das einfach installierbar ist, ein ausreichendes Tintenvolumen beinhaltet und die Lebens­ dauer der Druckköpfe optimal ausnutzt und wenig bewegliche Teile aufweist, Verunreinigungen der Tinte und die Aufnahme unerwünschter Luft im Tintenversorgungssytem minimiert, und das Ressourcen einspart. Weiterhin soll ein entsprechendes Tintennachfüllverfahren für ein solches System angegeben wer­ den.

Das erfindungsgemäße System ist durch die Lehre des An­ spruchs 1 gegeben. Das zugehörige Tintennachfüllverfahren ist Gegenstand des Anspruchs 10.

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Tintennachfüllsy­ stem für einen Tintenstrahldrucker verwendet wegwerfbare Tin­ tenstrahlpatronen mit einem ersten vorgegebenen Tintenfas­ sungsverfmögen. Ein Tintenvorratsbehälter, der extern in be­ zug auf den Druckwagen liegt, an dem die wegwerfbaren Tinten­ strahlpatronen angebracht sind, enthält ein zweites vorgege­ benes Tintenfassungsvermögen, und er füllt den Tintenbehälter innerhalb der wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone durch eine ne­ gative Druckdifferenz zwischen dem Tintenbehälter und dem Tintenvorratsbehälter nach, wodurch Tinte nach Bedarf aus dem Tintenvorratsbehälter angesaugt wird. Die wegwerfbare Tinten­ strahlpatrone ist austauschbar am Druckwagen anbringbar und bildet eine unabhängige Einheit mit einem Druckkopf und einem Tintenzuführbehälter, der auf Unterdruck gehalten wird und dem Druckkopf die erste Tintenmenge zuführt. Eine Leitung verbindet den Tintenzuführbehälter mit dem Tintenvorratsbe­ hälter, um Tinte zwischen den beiden durch die Druckdifferenz zwischen den beiden zu transportieren.

Das Gesamtvorumen des Tintenzuführbehälters und der Tin­ tenvorratseinrichtung ist derart bemessen, daß die darin auf­ genommene Tintenmenge der Lebensdauer des Druckkopfes im we­ sentlichen entspricht, und der Tintenzuführbehälter, die Tin­ tenvorratseinrichtung und die Leitungseinrichtung sind abge­ dichtet verbunden und insgesamt als Einheit auswechselbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein zwi­ schen einer offenen und einer geschlossenen Position um­ schaltbares Stellglied in der Leitung vorhanden, um die Strö­ mung von Tinte vom Tintenvorratsbehälter zum Tintenzuführbe­ hälter einzustellen, wenn es sich im offenen Zustand befin­ det.

Der Tintenvorratsbehälter beim bevorzugten Ausführungs­ beispiel ist im wesentlichen ein rechteckiger Behälter mit trapezförmigen Seiten mit einem großen Ende, das niedriger ist und tiefer liegt als das schmale Ende. Ein Tintenbeutel ist innerhalb des Behälters befestigt und die Leitung wird in den Tintenbeutel eingeführt, um von dort dem Tintenzuführbe­ hälter in der wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone Tinte zuzufüh­ ren. Die Leitung wird dabei am Innenboden des Tintenbeutels nahe dem großen Ende befestigt. Auf diese Weise dringt keine Luft in die Leitung ein, wenn der Tintenbeutel beinahe leer ist.

Die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone des bevorzugten Aus­ führungsbeispiels ist wegnehmbar am Druckwagen eines Tinten­ strahldruckers angebracht, der sich quer in bezug auf das ho­ rizontal angeordnete Druckmedium bewegt. Die wegwerfbare Tin­ tenstrahlpatrone weist ein in sich abgeschlossenes Gehäuse mit einem Druckkopf mit mehreren Tintenstrahlen und einem un­ ter Unterdruck gehaltenen Tintenzuführbehälter auf, der dem Druckkopf eine erste Menge an Tinte zuführt. Die Leitung er­ streckt sich durch eine Öffnung in der Oberseite des Gehäu­ ses, um eine Verbindung zu einem Tintenvorratssystem herzu­ stellen, das außerhalb des Druckwagens liegt und das dem Tin­ tenzuführbehälter über die Druckdifferenz zwischen diesem und dem Tintenvorratsbehälter eine zweite Menge an Tinte zuführt, die größer als die erste Menge ist.

Während des Betriebs des Tintenstrahldruckers wird die Druckdifferenz zwischen dem Tintenbehälter in der Tinten­ strahlpatrone und dem Tintenvorratsbehälter beibehalten, wenn der Druckkopf Tinte mit einer bestimmten volumetrischen Strö­ mungsrate aus Druckdüsen ausstößt, die nahe dem Boden der Tintenstrahlpatrone liegen. Es hat sich herausgestellt, daß die Wirkung der Tintenstrahldüsen in den Druckköpfen Flüssig­ keit entsprechend einer Höhe von ungefähr 5 bis 7,6 Zentime­ ter (2 bis 3 Zoll) ansaugen kann, ohne daß die Bildqualität beeinflußt wird. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Tintenbehälter in der Tintenstrahlpatrone als abgedichteter Behälter geschaffen und die Druckdifferenz erzeugt einen Un­ terdruck, der die Tinte vom Tintenvorratsbehälter aus an­ saugt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Tinten­ behälter in der Tintenstrahlpatrone nicht abgedichtet, jedoch enthält er ein Schaumstoffelement, das über die Kapillarwir­ kung des Schaums eine Druckdifferenz erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines konti­ nuierlichen Nachfüllsystems für wegwerfbare Tintenstrahlpa­ tronen, wobei verschiedene Teile mit Durchsichtslinien darge­ stellt sind;

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Nach­ füllsystems, das an einem Tintenstrahldrucker angebracht ist;

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das an einem Tinten­ strahldrucker angebrachte Nachfüllsystem;

Fig. 4 ist eine graphische Wiedergabe betreffend die verlängerte Nutzungslebensdauer einer wegwerfbaren Tinten­ strahlpatrone im Vergleich zur Nutzungslebensdauer einer weg­ werfbaren Tintenstrahlpatrone ohne das kontinuierliche Nach­ füllsystem;

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Vor­ ratsbehälters, der Teil des kontinuierlichen Nachfüllsystems ist;

Fig. 6 ist eine erste Stirnansicht des Vorratsbehälters von Fig. 5;

Fig. 7 ist eine zweite Stirnansicht des Vorratsbehälters von Fig. 5;

Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Vorratsbehälters von Fig. 5;

Fig. 9 ist eine Draufsicht auf den Vorratsbehälter von Fig. 5;

Fig. 10 ist eine Unteransicht des Vorratsbehälters von Fig. 5;

Fig. 11 ist ein seitlicher Querschnitt durch ein Rück­ schlagventil zur Verwendung beim Nachfüllsystem.

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen in allen verschiedenen Darstellungen gleiche Elemente bezeichnen. Gemäß Fig. 1 beinhaltet das be­ vorzugte Ausführungsbeispiel eines kontinuierlichen Tin­ tenachfüllsystems 10 für einen Tintenstrahldruck grob gespro­ chen eine wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12, einen Tinten­ vorratsbehälter 14, ein Verbindungsleitungssystem 16 und eine Tintenfluß-Einstellkomponente 18.

Die wegwerfbare Tintenpatrone 12 beinhaltet grob gespro­ chen einen Druckkopf 22 und einen Tintenzuführbehälter 24 als Teil einer wegwerfbaren, in sich abgeschlosenenen Ein­ heit, die eine Patronen-Oberseite 26, -Unterseite 28, -Vor­ derseite 30, -Rückseite 32 und einander gegenüberstehende Seitenwände 34 aufweist. Wie in Verbindung mit der Beschrei­ bung zu den Fig. 2 und 3 detaillierter beschrieben, wird die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12 dadurch in einen Tinten­ strahldrucker 90 eingesetzt, daß sie in einen Druckwagen 91 eingesetzt wird, der sich quer in bezug auf ein im allgemei­ nen horizontal ausgerichtetes Druckmedium bewegt. Der Druck­ kopf 22 beinhaltet mehrere Kopfelemente 36, die elektrisch mit einer (nicht dargestellten) Steuereinheit innerhalb des Tintenstrahldruckers 90 verbunden sind. Der Tintenzuführbe­ hälter 24 ist funktionsmäßig mit einem Druckkopf 22 verbun­ den. Verfahren zum Verbinden des Tintenzuführbehälters 24 mit dem Druckkopf 22 sind im Stand der Technik wohlbekannt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Tintenzuführbehälter 24 mindestens 40 ccm Tinte enthalten und die wegwerfbare Tin­ tenstrahlpatrone 12 ist eine Druckpatrone hohen Fassungsver­ mögens oder eine entsprechende wegwerfbare Tintenstrahlpatro­ ne, wozu auch Tintenstrahlpatronen mit Schaumstoffeinsätzen gehören.

Gemäß den Fig. 5 bis 10 ist der Tintenvorratsbehälter 14 ein im wesentlichen rechteckiger Kasten mit einer Vorratsbe­ hälter-Unterseite 38, -Oberseite 40, kleiner Endseite 42, großer Entseite 44 und einander gegenüberstehenden Seitenflä­ chen 46. Die Seitenflächen des Vorratsbehälters sind trapez­ förmig, da die Vorratsbehälter-Unterseite 38 unter einem Win­ kel vom großen Ende 44 zum schmalen Ende 42 hin hochsteht. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel steht die Unterseite 38 mit einem Winkel von 5 bis 15 Grad bezogen auf die Horizon­ tale an. Der Tintenvorratsbehälter 14 weist eine charakteri­ stische Länge von ungefähr 13 bis 18 cm (ungefähr 5-7 Zoll), eine charakteristische Breite von ungefähr 5 cm bis 10 cm (ungefähr 2-4 Zoll), ein schmales Ende mit einer charakteri­ stischen Höhe von ungefähr 1,3 bis 6,4 cm (ungefähr 0,5-2,5 Zoll), ein großes Ende mit einer charakteristischen Höhe von ungefähr 3,8 cm bis 8,9 cm (ungefähr 1,5-3,5 Zoll) auf. Er hat eine Struktur, die einen Raum mit einem Volumen festlegt, das dazu ausreicht, einen Tintenbeutel 48 aufzunehmen. Die Abmessungen hängen dabei von der Größe des Tintenbeutels 48 ab. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Tinten­ voratsbehälter 14 aus steifem, schwerem Karton, der fest zur erwünschten Form verklebt ist.

Der Tintenbeutel 48 ist eine flexible, gefaltete Hülle, die durch Kleber am Innenboden der Vorratsbehälter-Unterseite 38 angrenzend an das große Ende 44 befestigt ist. Beim bevor­ zugten Aufführungsbeispiel besteht der Tintenbeutel 48 aus einem elastischen, biegsamen Polymer mit einer Metallfolien­ schicht. Der Tintenbeutel 48 verfügt über ausreichende Größe, um ein vorgegebenes Tintenvolumen aufzunehmen, das um ein Mehrfaches größer als das Tintenvolumen im Tintenzuführbehäl­ ter 24 ist. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die vorgegebenen Tintenvolumina solche, die ein Mehrfaches des Volumens der im Tintenzuführbehälter 24 gelagerten Tinte aus­ machen, und zwar bis zu ungefähr 400 bis 600 ccm Tinte bei 40 ccm Tinte im Tintenzuführbehälter 24. Es ist ersichtlich, daß der Tintenbeutel 48 hauptsächlich dazu verwendet wird, ein Verschütten von Tinte während des Handhabens des Systems 10 durch einen Benutzer zu verhindern, und nicht dazu, die erfor­ derliche Druckdifferenz für den Betrieb des Systems zu erzeu­ gen.

Vorgegebene Tintenvolumina, wie sie im Tintenbeutel 48 ein­ zulagern sind, können unter Bezugnahme auf das Diagramm 50 von Fig. 4 berechnet werden. Dieses Diagramm 50 zeigt die Änderung der wirksamen Leistungsfähigkeit der Kopfelemente 36 (y-Achse 52) bezogen auf das Tintenvolumen, das über den Druckkopf 22 ausgegeben wurde (x-Achse 54), wie durch die Kurve 56 dargestellt. Die obere gestrichelte Linie 58 zeigt eine effektive Funktionsfähigkeit der Kopfelemente 36 von 99% an, was bedeutet, daß 99% der Kopfelemente 36 während der Lebensdauer einer wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone mit einer ersten Tintenmenge im Tintenzuführbehälter 24 von z. B. 40 ccm nicht ausfallen. Die untere gestrichelte Linie 59 zeigt ein effektives Funktionsvermögen der Kopfelemente 36 von ungefähr 85% an. Durch die Kurve 56 ist das effektive Funktionsvermögen der Kopfelemente 36 bezogen auf das Tin­ tenvolumen aufgetragen, das über den Druckkopf 22 ausgegeben wurde. Anders gesagt, zeigt die Kurve 56 den Prozentsatz von Kopfelementen 36, die nicht ausfallen, wenn einmal ein vorgegebenes Tintenvolumen über sie ausgegeben wurde. Genau­ er gesagt, zeigt die Kurve 56, daß die Kopfelemente 36 eine effektive Funktionsfähigkeit von zumindest ungefähr 85% bis zumindest zum Zehnfachen des Tintenvolumens im Tintenzuführ­ behälter 24 zeigen, oder anders gesagt, bei acht Nachfüllun­ gen des Tintenzuführbehälters 24. Demgemäß kann für Druckan­ wendungen die kein effektives Funktionsvermögen der Kopfele­ mente 36 von 99% oder mehr erfordern die Nutzungslebensdau­ er der Tintenstrahlpatrone 22 über diejenige hinaus verlän­ gert werden, die durch das Volumen der Tinte im Tintenzu­ führbehälter 24 gegeben ist, und zwar durch Nachfüllen des Tintenzuführbehälters 24 mit Tinte vom Tintenvorratsbehälter 14. Es ist ersichtlich, daß die Kurve 56 die Funktionsfähig­ keit einer speziellen Tintenstrahlpatrone und eines speziel­ len Druckkopfes repräsentiert und das für verschiedene Typen von Patronen und Druckköpfen verschiedene Kurven 56 erhalten werden können. Es hat sich herausgestellt, daß ein Bereich von ungefähr plus oder minus 10% um die Funktionsfähigkeit von 85% herum, wie bei 59 dargestellt, den Bereich für das effektive Funktionsvermögen abdeckt, wie er bei der Erfin­ dung und der aktuellen Tintenstrahl-Druckkopftechnologie verwendet werden kann, ohne das Gesamtfunktionsvermögen des Druckers wesentlich zu beeinträchtigen. Ferner ist erkenn­ bar, daß für die speziellen in Fig. 4 dargestellten Köpfe der Vorteil weiterer Nachfüllungen drastisch unter ein Ni­ veau von ungefähr 75% abnimmt, wenn nach diesem Punkt Kopf­ versagensvorgänge häufiger aufzutreten beginnen.

Es wird erneut auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß der das Verbindungsleitungssystem 16 ein Stück oder mehrere Stücke einer flexiblen Leitung 60 beinhaltet, die sich vom Tintenzu­ führbehälter 24 zum Tintenvorratsbehälter 14 erstreckt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die flexibel Lei­ tung 60 über eine Öffnung 27 in der Patronenoberseite 26 eingeführt und sie erstreckt sich bis zu einem Punkt, an dem das distale Ende der flexiblen Leitung 60 ungefähr am Boden der Patrone 24 liegt. Die flexible Leitung 60 ist mit der Öff­ nung 27 verklebt, wodurch die Patrone 24 abgedichtet ist und für eine Spannungsentlastung an der flexiblen Leitung 60 ge­ sorgt ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel beinhaltet, wie in Fig. 1 dargestellt, das Verbindungsleitungssystem 16 ein verformbares, aber dennoch steifes Rohr 62, die flexible Leitung 60 und eine Abdichtung 66. Das steife Rohr 62 ist über die Patronenoberseite 26 neben der Patronenrückseite 32 und einer der einander gegenüberstehenden Seitenflächen 34 der Patrone in den Tintenzuführbehälter 24 eingesetzt und es erstreckt sich in diesen hinein nach unten. Das steife Rohr 62 ist mit einer luftdichten Abdichtung mit der Patronen­ oberseite 26 verbunden und es sorgt für geeignete Zugentla­ stung; es beinhaltet einen oberen Teil der sich über der Patronenoberseite 26 nach oben und im wesentlichen horizon­ tal erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lei­ tung 60 über die Dichtung 66 funktionsmäßig mit dem oberen Teil des steifen Rohrs 62 verbunden. Die Abdichtung 66 ist ein hohler Zylinder mit geringfügig größerem Durchmesser als ihn das Rohr 62 und die Leitung 60 aufweisen, wodurch er die Enden des Rohrs 62 und der Leitung 60 umschließt und überlappt, um eine dauerhafte luftdichte Abdichtung zu bil­ den.

Die flexible Leitung 60 weist ein Leitungsende 72 auf. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel verfügt die Lei­ tung 60 über einen Außendurchmesser von ungefähr 0,318 cm (ungefähr 1,125 Zoll) und einen Innendurchmesser, der zu Rohranschlußstücken von ungefähr 0,16 cm (1/16 Zoll) paßt. Das Leitungsende 72 erstreckt sich über eine Öffnung 71 hin­ ein in den Tintenbeutel 48 und es ist entlang der Bodeninnen­ fläche nahe dem breiten Endabschnitt 44 des Vorratsbehälters am Tintenbeutel 48 befestigt. Wie im Tintenzuführbehälter 24 ist das Leitungsende 72 im Tintenvorratshälter 14 mit einer geeigneten Zugentlastung versehen. Bei einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel wird die Zugentlastung da­ durch erstellt, daß ein Teil des Leitungsendes 72 um den Umfang einer kleinen Scheibe 73 herumgeführt wird, die einen größeren Durchmesser als die Öffnung 71 aufweist und die innerhalb des Tintenvorratsbehälters 14 jedoch außerhalb des Tintenbeutels 48 z. B. am schmalen Endabschnitt 42 nahe der Öffnung 71 liegt.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Tintenfluß-Ein­ stellkomponente 18 ein Absperrhahn 74. Wie es für den Fach­ mann erkennbar ist, kann der Absperrhahn 74 von einem belie­ bigen Typ sein, der zwischen einer offenen und einer ge­ schlossenen Position verstellbar ist, so daß Tinte durch das Leitungssystem 16 fließen kann, wenn der Absperrhahn 74 in seiner offenen Position steht, dagegen keine Tinte fließen kann, wenn er sich in seiner geschlossenen Position befin­ det, wie dies bei einem herkömmlichen Absperrhahn mit Kugel­ ventil mit Viertelumdrehung der Fall ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet der Absperrhahn 74 eine Struktur, die einen Leitungskanal 76 festlegt, sowie ein Druckrad 78. Der Leitungskanal 76 beinhaltet einen schrägen Kanalboden 80 und einander gegenüberstehende Sei­ tenwände 82. Der Kanalboden 80 steht unter einem Winkel von einem ersten Ende 84 des Kanals 76 zum entgegengesetzten zweiten Ende 86 hoch. Der Kanal 76 weist am ersten Ende 84 ausreichende Breite und Tiefe auf, um die Leitung 60 und zumindest die Hälfte des Druckrads 78 aufzunehmen. Am zwei­ ten Ende 86 ist die Tiefe des Kanals 76 kleiner als am ersten Ende 84 und sie reicht zum Aufnehmen des Druckrads 78 in solcher Weise aus, daß dieses die Leitung 60 gegen den Kanalboden 80 quetscht, um zu verhindern, daß Tinte durch die Leitung 60 fließt. Ein Vorteil des Absperrhahns 74 gegenüber anderen Typen von Absperrhahnen ist, daß dieser es nicht erfordert, daß die Leitung 60 zerschnitten wird um den Absperrhahn anzubringen.

In Fig. 11 ist ein wahlweises Rückschlagventil 90 zur Ver­ wendung mit dem Tintenvorratsbehälter 14 dargestellt. Das Rückschlagventil 90 ist für das Einführen in eine Leitung mit einem Außendurchmesser von ungefähr 0,318 cm (ungefähr 0,125 Zoll) ausgebildet und es ist aus einer oberen Hälfte 92 und einer unteren Hälfte 94 hergestellt, zwischen denen sich eine Kugel 96 in einer Innenkammer 98 frei bewegen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Kugel 96 einen Durchmesser von ungefähr 0,318 cm (ungefähr 0,125 Zoll) und sie besteht aus Polypropylen, so daß der Druck, der zum Be­ tätigen des Rückschlagventils 90 erforderlich ist, sehr klein ist. Beim normalen Betrieb schwimmt die Kugel 96 zum Sitz in der oberen Hälfte 92 und wird durch die Tintenströ­ mung auf eine Druckänderung hin nach unten gedrückt, wie sie z. B. durch den Betrieb der Druckköpfe hervorgerufen wird. Wenn dieser Tintenvorratsbehälter leer wird, dringt eine Luftblase in die Leitung 16 ein, die Kugel 96 sinkt auf den Sitz in der Bodenhälfte 94 und sie verhindert das Eindringen von Luft in die Tintenstrahlpatrone 12. Das Rückschlagventil 92 kann entweder innen im Tintenvorratsbehälter 14 oder außerhalb desselben angeordnet sein, jedoch muß es vor dem Absperrhahn 74 liegen. Bei einem alternativen Ausführungs­ beispiel dichtet der Sitz der Bodenhälfte 94 nicht ab und durch das Rückschlagventil wird keine Vorwärtsströmung der Tinte verhindert. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß der Tintenbeutel 48 selbst abgedichtet sein, um einen Druckver­ lust innerhalb der Patrone 12 zu verhindern.

Im Betrieb wird das kontinuierliche Tintennachfüllsystem 10 dadurch zum Ansaugen gebracht, daß die Tintenfluß-Einstell­ komponente 18 in ihre offene Position gestellt wird und der Tintenbeutel 48 über eine externe Quelle aufgefüllt wird. Danach wird alle Luft aus dem Leitungssystem 26 ausgespült. Danach wird die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12 vertikal auf ein Niveau angehoben, das zumindest ungefähr fünf bis acht Zentimeter (ungefähr zwei bis drei Zoll) über dem Ni­ veau der Tinte im Tintenbeutel 48 liegt, um es zu ermögli­ chen, daß sich in der wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone ein Unterdruck aufbaut, um das Auslecken von Tinte zu verhin­ dern. Die Flußeinstellkomponente 18 wird dann in ihre ge­ schlossene Position gestellt. Dadurch, daß das kontinuierli­ che Tintennachfüllsystem 10 zum Ansaugen gebracht wird, wird das Vorhandensein unerwünschter Luft in ihm minimiert und es erfolgt eine Abdichtung gegen Verunreinigung. Ein Benutzer erhält das kontinuierliche Tintennachfüllsystem 10 fertig vorbereitet für die Installation in einem Tintenstrahldruc­ ker 90.

Gemäß den Fig. 2 und 3 beinhaltet ein Tintenstrahldrucker 90 einen Druckwagen 91 mit mehreren Patronenhaltern 92, einen Halter 94 für einen Vorratsbehälter, ein Tintenleitungsge­ häuse 95 und eine Druckplatte 96. Eine wegwerfbare Tinten­ strahlpatrone 12 ist in einem Patronenhalter 92 angebracht und zu anderen ähnlichen wegwerfbaren Tintenstrahlpatronen 12 so ausgerichtet, daß jeder Druckkopf 22 über einer Druck­ walze 96 benachbart zu dieser positioniert ist und mit allen anderen Druckköpfen 22 ausgerichtet ist. Der Tintenvorrats­ behälter 14 für die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12 ist in einer entsprechenden Kammer im Halter 94 für den Vorrats­ behälter angeordnet. Das Leitungssystem 60 erstreckt sich zwischen dem Tintenzuführbehälter 24 der wegwerfbaren Tin­ tenstrahlpatrone 12 und dem Tintenvorratsbehälter 14 über das Tintenleitungsgehäuse 95. Der Drucktisch oder die Druck­ walze 96 hält ein (nicht dargestelltes) Papier oder ein an­ deres Druckmedium, auf das ein vorgegebenes Muster gesteuert durch eine (ebenfalls nicht dargestellte) Steuereinheit auf­ zudrucken ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Halter 94 für den Vor­ ratsbehälter so positioniert, daß der Boden des Tintenvor­ ratsbehälters 14 ungefähr 5 bis 7,6 cm (ungefähr 2 bis 3 Zoll) unter dem Boden des Tintenzuführbehälters 24 in der wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone 12 liegt. Dies hält auf wirksame Weise denselben Unterdruck aufrecht, den das System 10 beim ursprünglichen Laden hatte. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei dem Kapillarwirkung dazu verwendet wird, die Druckdifferenz zwischen dem Tintenvorratsbehälter 14 und dem Tintenzuführbehälter 24 zu schaffen, würde der Halter für den Vorratsbehälter so positioniert werden, daß der Boden des Tintenvorratsbehälters 14 im wesentlichen auf demselben Niveau wie der Boden des Tintenzuführbehälters 24 in der wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone 12 liegt. Dies er­ folgt, da die Druckdifferenz aus der Kapillarwirkung keine Tinte entgegen irgendeiner wesentlichen Druckdifferenz her­ ausziehen kann, die durch eine Heberwirkung zwischen dem Tintenvorratsbehälter 14 und dem Tintenzuführbehälter 24 er­ zeugt wird. Bei beiden Ausführungsbeispielen wird jedoch ei­ ne Unterdruckdifferenz verwendet, um Tinte ohne jede mecha­ nische Unterstützung in Form von Pumpen usw. vom Tintenvor­ ratsbehälter 14 zum Tintenzuführbehälter 24 zu fördern.

Um die Strömung von Tinte vom Tintenvorratsbehälter 14 durch das Leitungssystem 16 zum Tintenzuführbehälter 24 zu star­ ten, stellt der Benutzer die Tintenfluß-Einstellkomponente 18 in ihre offene Position. Dann fließt Tinte aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Tintenzuführbehälter 24 und dem Tintenvorratsbehälter 14 vom letzteren zum ersteren. Dabei wird im Leitungssystem 16 Unterdruck durch den ursprünglich vorgenommenen Ansaugprozeß errichtet. Beim bevorzugten Aus­ führungsbeispiel verläßt die Tinte das kontinuierliche Tin­ tennachfüllsystem 10 über die Druckkopfelemente 36, wenn sie auf im Stand der Technik wohlbekannte Weise aktiviert wer­ den. Die in sich abgeschlossene, flüssigkeitsdichte, gas­ dichte Struktur des Tintennachfüllsystems 10 hält das konti­ nuierliche Ersetzen von Tinte aufrecht, solange sich die Tintenfluß-Einstellkomponente 18 in ihrer offenen Stellung befindet. Der abgewinkelte Vorratsbehälterboden 38 des Tin­ tenvorratsbehälters 14 nutzt die Schwerkraft, um die Tinte in Kontakt mit dem Vorratsbehälterende 72 der Leitung 60 zu halten, wenn sich der Tintenbeutel 48 leert.

Das Fehlen beweglicher mechanischer Komponenten wie einer Pumpe oder mechanischer Ventile macht das kontinuierliche Tintennachfüllsystem weniger anfällig für mechanisches Versagen. Die in sich abgeschlossene Struktur erleichtert es, das kontinuierliche Tin­ tennachfüllsystem 10 zu verwenden und zu installieren, und sie minimiert die Möglichkeit von Verschmutzungen durch Tin­ te oder einer Verunreinigung der Tinte selbst. Das konti­ nuierliche Tintennachfüllsystem 10 sorgt für einen konstan­ ten und zuverlässigen Tintenfluß zum Druckkopf 22, so daß sich die Nutzungslebensdauer herkömmlicher wegwerfbarer Tin­ tenstrahlpatronen 12 über den zunächst vorgesehenen Ablauf hinaus verlängert.

Claims (10)

1. Kontinuierliches Tintennachfüllsystem (10) für einen Tintenstrahldrucker, der einen quer zu einem generell hori­ zontalen Druckmedium (96) bewegbaren Druckwagen (91) auf­ weist, umfassend
eine an dem Druckwagen (91) auswechselbar angebrachte Einweg-Tintenstrahlpatrone (12), die in einer in sich abge­ schlossenen Einheit einen Druckkopf (22) und einen auf Unter­ druck gehaltenen Tintenzuführbehälter (24) zur Versorgung des Druckkopfes mit einer ersten Tintenmenge enthält,
eine außerhalb des Druckwagens (91) befindliche Tinten­ vorratseinrichtung (14) zum Nachfüllen des Tintenzuführbehäl­ ters (24) mit einer zweiten Tintenmenge, und
eine mit dem Tintenzuführbehälter (24) und der Tinten­ vorratseinrichtung (14) funktionsmäßig verbundene Leitungs­ einrichtung (16),
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Gesamtvolumen des Tintenzuführbehälters (24) und der Tintenvorratseinrichtung (14) derart bemessen ist, daß die darin aufgenommene Tintenmenge der Lebensdauer des Druckkopfes im wesentlichen entspricht, und
• b) der Tintenzuführbehälter (24), die Tintenvorratseinrich­ tung (14) und die Leitungseinrichtung (16) abgedichtet verbunden, insgesamt als Einheit auswechselbar sind.

2. Tintennachfüllsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (18), die zwischen einer offe­ nen und einer geschlossenen Position umschaltbar und mit der Leitungseinrichtung (16) verbunden ist, um die Strömung von Tinte von der Tintenvorratseinrichtung (14) zum Tintenzuführ­ behälter (24) einzustellen, wobei der Tintenzuführbehälter (24) mit Tinte nachgefüllt wird, wenn sich die Einstellein­ richtung in ihrer offenen Position befindet.

3. Tintennachfüllsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstelleinrichtung (18) einen in der Lei­ tung liegenden Absperrhahn (74) mit einem Druckrad (78) auf­ weist, wobei die Leitungseinrichtung (16) zugequetscht ist, wenn das Druckrad (78) in einer vorbestimmten Position steht.

4. Tintennachfüllsystem nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenvorratseinrichtung (14) einen dichten Tintenbeutel (48) aufweist, wobei sich die Leitungseinrichtung (16) in diesen hinein erstreckt und an der Innenbodenfläche desselben befestigt ist.

5. Tintennachfüllsystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tintenvorratseinrichtung (14) einen recht­ eckigen Behälter mit trapezförmigen Seitenwänden aufweist, dessen Stirnseiten einen schmalen Endabschnitt (42) und einen breiten Endabschnitt (44) bilden, und dessen Boden mit der Horizontalen einen spitzen Winkel einschließt, wobei der dichte Tintenbeutel (48) innerhalb des Behälters angeordnet und zumindest zum Teil an der inneren Bodenfläche (38) des Behälters nahe dem breiten Endabschnitt befestigt ist, wobei die Leitungseinrichtung (16) an der Innenbodenfläche des Tin­ tenbeutels (48) nahe dem breiten Endabschnitt (44) befestigt ist.

6. Tintennachfüllsystem nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Tintenmenge nicht mehr als das 20-fache der ersten Tintenmenge ist.

7. Tintennachfüllsystem nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung und Aufrecht­ erhaltung der Druckdifferenz der Boden des Tintenzuführbehäl­ ters (24) oberhalb des Bodens der Tintenvorratseinrichtung angeordnet ist.

8. Tintennachfüllsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung und Aufrecht­ erhaltung der Druckdifferenz ein Schaumstoff mit Kapillarwir­ kung in den Tintenzuführbehälter (24) eingesetzt ist, wobei sich dieser im wesentlichen auf demselben Niveau wie die Tin­ tenvorratseinrichtung (14) befindet.

9. Tintennachfüllsystem nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Tintenmenge so be­ messen ist, daß im Durchschnitt 99% von Druckkopfelementen (36), die diese erste Tintenmenge ausgestoßen haben, noch oh­ ne Versagen sind.

10. Verfahren zum kontinuierlichen Nachfüllen von Tinte bei einem Tintenstrahldrucker mit einem Tintennachfüllsystem ge­ mäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) als Gesamtmenge an Tinte im Tintenzuführbehälter (24) und in der Tintenvorratseinrichtung (14) eine Menge verwendet wird, die im wesentlichen der Lebensdauer des Druckkopfes entspricht, und daß
• b) der Tintenzuführbehälter (24), die Tintenvorratseinrich­ tung (14) und die Leitungseinrichtung (16) zu einer ab­ gedichteten baulichen Einheit verbunden werden, wobei die negative Druckdifferenz zwischen dem Tintenzuführbehälter (24) und der Tintenvorratseinrichtung (14) zum Fördern der Tinte verwendet wird.