DE19534578C2 - Tintenpatrone - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenpatrone nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Tintenpatrone ist aus EP 0580433 A1 bekannt.

Ein bekannter Tintenstrahldrucker, bei dem eine Tinteneinheit und ein Druckkopf auf einem Schlitten angeordnet sind, wird in EP 0 581 531 A1 beschrieben. Bei diesem Drucker wird der Tintenbehälter zur Vermeidung von Ausfällen beim Drucken, die durch Variationen im Tintenlevel oder Luftblasen auftreten können, welche wiederum durch Bewegungen des vom Schlitten mitbewegten Tintenbehälters verursacht werden, in zwei Bereiche unterteilt. Ein erster, neben dem Druckkopf angeordneter Bereich des Behälters enthält ein mit Tinte getränktes, poröses Element, wie z. B. ein Schaumgummi, und ein zweiter Bereich enthält flüssige Tinte ohne ein poröses Element. Dieser Aufbau ermöglicht es, die Tinte dem Druckkopf durch das poröse Element zuzuführen, so daß das Auftreten von durch Bewegungen der Tinte im Behälter bedingten Problemen bis zu einem gewissen Grad verhindert wird.

Das poröse Element steht mit dem Druckkopf über ein vorstehendes Teil, welches durch ein im Seitenbereich des Behälters ausgebildetes Loch eingeführt wird, in permanenter Flüssigkeitsverbindung. Jedoch kann ein solcher Aufbau nicht bei einem Druckkopf angewendet werden, bei dem ein Eindringen von Luftblasen in eine Druckkammer verhindert werden muß, wie sie z. B. bei Druckköpfen vorkommt, bei denen ein piezoelektrischer Vibrator als Betätigungselement des Tintenausstosses verwendet wird.

Aus ERTURK, E. u. a.: Ink Retention in a Color Thermal Inkjet Pen. In: Hewlett-Packard-Journal, August 1988, S. 41-44, ist eine Tintenpatrone bekannt, deren Deckel mit Vorsprüngen versehen ist, die das poröse Element so gegen die Tintenzuführöffnung pressen, daß der Teil des porösen Elements im Bereich der Tintenzuführöffnung am stärksten komprimiert wird.

Weiterhin zeigt EP 0633138 A2 eine Tintenpatrone mit einem Deckel, an dessen Innenwand ein Vorsprung so angeordnet ist, daß dieser einer Tintenzuführöffnung gegenüber liegt und das poröse Element so gegen die Tintenzuführöffnung preßt, daß der Teil des porösen Elements im Bereich der Tintenzuführöffnung am stärksten komprimiert wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenpatrone zu schaffen, die eine hohe Speicherkapazität aufweist und in der Lage ist, weitgehend unabhängig von Änderungen der Umgebungsbedingungen gleichmäßig eine angemessene Menge an Tinte einem Druckkopf zuzuführen.

Diese Aufgabe wird bei einer Tintenpatrone nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Tintenpatrone für ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät hat eine Mehrzahl erster Kammern und eine Mehrzahl zweiter Kammern, wobei jede zweite Kammer an eine erste Kammer angrenzt und mit ihr verbunden ist. Jeweils zwischen den ersten und zweiten Kammern sind eine Mehrzahl von Trennwänden in der Tintenpatrone angeordnet und mit einer Verbindungsöffnung versehen. Die Verbindungsöffnung befindet sich im Bereich der Unterkante der Trennwände, wobei sie in Richtung auf die Unterkante der Trennwand gesehen nur einen Teil der Breite der Trennwand einnimmt. Zudem sind eine Mehrzahl von Tintenzuführöffnungen jeweils in einer Wand von einer der zweiten Kammern angeordnet, wobei diese Tintenzuführöffnungen Tinte von der Tintenpatrone nach außen führen. Hierbei sind alle ersten und mit diesen verbundenen zweiten Kammern als eine integrierte Einheit gestaltet.

Die Tintenpatrone hat in jeder ihrer zweiten Kammern ein poröses Element, das angeordnet ist, um seine zugehörige Tintenzuführöffnung mit Tinte zu versorgen.

Der Druck in der ersten und in der zweiten Kammer hat einen Wert unterhalb des atmosphärischen Drucks, wobei ein Druckgleichgewicht zwischen der ersten und der zweiten Kammer durch Oberflächenspannung des porösen Elements in der Umgebung der Verbindungsöffnung erhalten wird, um die Tinte in der ersten Kammer zu halten. Die erste und die zweite Kammer, die Trennwand, die Verbindungsöffnung, der Lufteinlaß und die Tintenzuführöffnung sind so angeordnet und ausgelegt, daß, sobald das Druckgleichgewicht zwischen den Kammern nicht mehr erhalten bleibt, weil die das poröse Element tränkende Tinte zumindest teilweise durch die Tintenzuführöffnung geleitet wird, Tinte von der ersten Kammer dem porösen Element in der zweiten Kammer bedarfsgerecht zugeführt wird, bis das Druckgleichgewicht zwischen der ersten und der zweiten Kammer wiederhergestellt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter "Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Tintenzuführsystem eines Tintenstrahldruckers zeigt.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Mehrfarbtintenstrahldruckerpatrone in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform, die im Vergleich zu der Ansicht von Fig. 2 um 90° gedreht ist.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Tintenpatrone von Fig. 2 und 3 bei abgenommenem Deckel zeigt.

Fig. 5 ist eine Aufsicht des Deckels von Fig. 2.

Fig. 6 ist eine Graphik, welche die Beziehung zwischen Tintenverbrauch, Druckniveau und Resttinte in einer Tintenkammer zeigt.

Fig. 7 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Tintenpatrone, die einen Übergang zwischen Tinten- und Schaumkammer zeigt.

Fig. 8 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Tintenpatrone, die einen weiteren Übergang zwischen Tinten- und Schaumkammer zeigt.

Fig. 9 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Tintenpatrone, die einen weiteren Übergang zwischen Tinten- und Schaumkammer zeigt.

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 33-33 der Fig. 9.

Fig. 11 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Tintenpatrone, die einen weiteren Übergang zwischen Tinten- und Schaumkammer zeigt.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 35-35 der Fig. 11.

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Tintenpatrone zeigt.

Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Tintenpatrone zeigt.

Ein Druckkopf kann in einem Vierfarb-Druckerplotter oder Farbbilddrucker verwendet werden und hat vier Farbtintensysteme und diesen zugeordnete Tintendüsen. Der Vierfarb-Druckerplotter setzt schwarze, rote, grüne und blaue Tinte ein und bewegt den Druckkopf oder ein Blatt Papier, oder beides, um daraufhin Tinte in einer der gewünschten Farben wie in einem konventionellen Druckkopf auf eine vorbestimmte Stelle des zu bedruckenden Papiers zu sprühen, um einen Tintenpunkt zu bilden. Gewünschte Buchstaben und Zeichnungen können somit durch Wiederholungen der obigen Sequenz aufgezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung kann auf Tintenstrahldrucker aller Arten angewendet werden, einschließlich solcher mit Druckköpfen, die Hitze mittels Widerständen oder ähnlichem erzeugen, oder auf der Verschiebung von piezoelektrischen Elementen oder Umformern beruhen, um einen Tintentropfen nach Anlegen eines Drucksignals aus einer Kammer auszustoßen. Die Tintenpatronen gemäß der vorliegenden Erfindung können den besagten Kammern Tinte durch Kapillarwege kontinuierlich zuführen.

In einem Farbbilddrucker, der Tinten in vier Farben verwendet, also in schwarz, rot, grün und blau, wird ein Blatt Papier durch einen Druckkopf in einer Richtung abgetastet, die orthogonal zur Richtung des Papiertransports liegt, um eine Punktlinie in einem Abtastdurchgang zu bilden, wobei das Papier jeweils zeilenweise weitergeführt wird, um Bilder aufzuzeichnen. In Sieben-Farbdruckern werden Tinten in vier Farben, nämlich schwarz, gelb, Magenta, und Cyan, verwendet, wobei Rot, Grün und Blau durch überlagernde Tinten in zwei der drei gewünschten Farben (außer Schwarz) auf einem Blatt Papier gebildet werden, wodurch Farbbilder in insgesamt sieben Farben aufgezeichnet werden.

Eine detaillierte Beschreibung eines Gesamtdruckers wird lediglich anhand eines einzelnen Beispiels gegeben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Tintenzuführsystem eines Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes zeigt.

Eine Druckkopfeinheit 1 vom Tintenstrahltyp ist mit einem Tintenbehälter 3 mittels eines Verbindungselements 2 verbunden. Tinte wird vom Tintenbehälter 3 dem Druckkopf 1 durch eine Kanüle 2a und einen Tintenzuführdurchgang 2b des Verbindungselements 2 zugeleitet, so daß die Druckkopfeinheit 1 Tintentropfen in Übereinstimmung mit Drucksignalen ausstoßen kann.

Das in Fig. 1 gezeigte Gerät enthält weiterhin ein außerhalb des Druckbereichs angeordnetes Kappenelement 4, welches durch einen nicht dargestellten Antriebsmechanismus anstoßend an die Düsenplatte der Druckkopfeinheit 1 angelegt wird, um die Düsenöffnungen vor dem Austrocknen zu bewahren. Das Kappenelement 4 ist durch ein Rohr 8 mit einer Saugpumpe 5 verbunden, die durch eine Steuereinheit 6 bedient wird, um Tinte von der Druckkopfeinheit 1 durch das Kappenelement 4 zu saugen. Das Gerät in der Fig. 1 ist weiterhin mit einem Ausflußtank 7 ausgestattet, der mit einer Auslaßöffnung der Saugpumpe 5 durch ein Rohr 9 verbunden ist.

Die Tintenpatrone ist so ausgelegt, daß sie mit geringem Kraftaufwand und unter Anpassung auch an gewisse Positionierabweichungen eingesetzt werden kann. Bezug wird zunächst auf Fig. 2 bis 4 genommen, die eine gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Tintenpatrone zeigen. Ein Hauptbehälter 501 ist durch Unterteilungen 502 und 503 in drei Kompartimente bzw. Einheiten 504, 505 und 506 geteilt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Jedes der drei Kompartimente 504, 505 und 506 wird durch eine zentrale Trennwand 510 in Schaumkammern 511, 511', und 511", welche je ein entsprechendes poröses Element 520, 520', und 520" beherbergen, sowie in Tintenkammern 512, 512' und 512" zur Aufnahme von flüssiger Tinte unterteilt. Die Schaumkammern 511, 511', und 511" sind so dimensioniert, daß sie ein entsprechendes poröses Element 520, 520', und 520" aufnehmen können.

Das Volumen jedes der porösen Elemente 520, 520', und 520" wird so festgelegt, daß es größer als die Kapazität der Schaumkammern 511, 511' und 511" ist, damit es vorzugsweise durch Kompression in der Schaumkammer 511, 511' und 511" zurückgehalten wird. Das Kapazitätsverhältnis der einzelnen Schaumkammern 511, 511' und 511" zu den Tintenkammern 512, 512' und 512" wird so gewählt, daß jede der Schaumkammern 511, 511' und 511" um 20 bis 30% mehr Tinte aufnehmen kann als die zugehörigen Tintenkammern 512, 512' und 512".

Wenn sich, wie z. B. in den Fig. 2 bis 4, die drei farbigen Tinten in einer Tintenpatrone befinden, kann es schwierig sein, festzustellen, ob unterschiedliche Restmengen an Tinte in den einzelnen Kammern vorliegen, was durch einen unausgeglichenen Verbrauch der verschiedenfarbigen Tinten verursacht werden kann. Wenn die Tinte einer Farbe erschöpft ist und der Anwender die Patrone wegwerfen möchte, braucht er sich keine unnötigen Sorgen um die anderen Farbtinten in der leckenden Patrone zu machen. Wenn nämlich eine erfindungsgemäße Patrone weggeworfen wird, wird ein Auslaufen aus der Patrone verhindert, indem die jeweiligen Tinten von den zugehörigen porösen Elementen absorbiert werden, so daß die Umwelt vor Leckagen der Tinten geschützt wird.

Die Tintenzuführöffnungen 513, 513' und 513" (nicht dargestellt) sind, wie beispielhaft anhand der Schaumkammer 511 für Schaumkammern 511, 511' und 511" gezeigt ist, im Hauptbehälter 501 innerhalb einer zugehörigen Schaumkammer 511, 511' und 511" ausgebildet. Jede der Tintenzuführöffnungen 513, 513' und 513" ist zur Verbindung mit einer entsprechenden Tintenzuführkanüle (nicht dargestellt) des Druckkopfes ausgelegt, die am unteren Ende jeder der Schaumkammern 511, 511' und 511" eingeführt werden.

Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, ist das obere Ende des Hauptbehälters 501 mit einem Deckel 516 verschlossen. Zwei Tintenbefüllungsöffnungen 514 und 515 sind über der Schaumkammer 511 im Deckel angeordnet. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt in gleicher Weise jede der Kammern 511, 511' und 511" zugehörige Tintenbefüllungsöffnungen 514 und 515, 514' und 515', 514" und 515". Vorsprünge 516a und 516b (Fig. 2) sind in die innere Oberfläche des Deckels 516 integriert und so in der Schaumkammer 511 angeordnet, daß sie die Befüllungsöffnungen 515 bzw. 514 umgeben. Das poröse Element 520 wird durch die Vorsprünge 516a und 516b gegen die untere Wand der Schaumkammer 511, in welcher die Tintenzuführöffnung 513 ausgebildet ist, gepreßt. In ähnlicher Weise sind die Vorsprünge 516a' und 516b', 516a" und 516b" an der Innenwand von Deckel 516 ausgebildet. Sie sind entsprechend über den Schaumkammern 511' und 511", welche die Tintenzuführöffnungen 513' und 513" enthalten, positioniert, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Die untere Spitze des Vorsprungs 516a, welcher der Tintenzuführöffnung 513 gegenüberliegt, ist tiefer angeordnet als die untere Spitze des Vorsprungs 516b, wodurch der Anteil des porösen Elements 520, der in der Umgebung der Tintenzuführöffnung 513 liegt, am stärksten komprimiert wird.

Die hervorstehenden Abschnitte 522, 522' und 522", die zusammen mit dem Deckel 516 die porösen Elemente 520, 520' und 520" komprimieren, sind jeweils am Boden jeder der Schaumkammern 511, 511' und 511" ausgebildet. Ausnehmungen 523, 523' und 523" (zusammengefaßt als 523), die Räume mit einer festgelegten Oberfläche umgrenzen, werden am oberen Ende des jeweiligen, hervorstehenden Abschnitte 522 ausgebildet. Durchgängige Löcher 524, 524' und 524" (zusammengefaßt als 524) werden jeweils in den vorstehenden Teilen 522 ausgebildet und dienen als Tintendurchgänge. Ein Ende jedes dieser durchgängigen Löcher 524 steht in Fließverbindung mit den durch die Ausnehmungen 523 definierten Räume, und das andere Ende mit den jeweiligen Dichtteilen (zusammengefaßt als 530), die im folgenden beschrieben werden. Die Ausnehmungen 523, 523' und 523" weisen bevorzugterweise eine Querschnittsfläche auf, die größer als die Querschnittsfläche der Tintendurchgänge 524 ist. Filter 525, 525' und 525" (nicht dargestellt) sind am oberen Ende der Ausnehmungen 523 angebracht.

Die Dichtteile 530, von denen nur eines dargestellt ist, sind am unteren Ende der Tintenzuführöffnungen 513, 513' und 513" in einem Bereich größerer Querschnittsfläche als der der durchgängigen Löcher 524 angeordnet und bestehen aus einem nachgiebigen Material wie etwa Gummi. Die Dichtteile 530 sind als eine trichterförmige Abdichtung mit nach oben offenem Ende ausgelegt. Die unteren Enden der röhrenförmigen Bereiche 531 sind dicker als die anderen Bereiche. Die jeweiligen oberen Randkanten 533 der Einschnürungen der Verengungen 532 der jeweiligen Dichtteile 530 berühren den Anschlag bzw. abgestuften Bereich 513a, der zwischen dem Bereich größerer Querschnittsfläche und den Löchern 524 liegt, der jeweiligen Tintenzuführöffnungen 513, 513' und 513". Jedes Dichtteil 530 wird mit Wülsten 535 ausgestattet, die in laterale Nuten 527 innerhalb der Innenwandung der Tintenzuführöffnung 513 in Eingriff kommen. Die röhrenförmigen, als Halteabschnitte dienenden Bereiche 531 und die Verengungen 532 sind miteinander durch dünne Verbindungsbereiche 534 verbunden.

Bei dieser Konstruktion sind die Dichtteile 530 mit ihren röhrenförmigen Bereichen 531 an den jeweiligen Tintenzuführöffnungen 513 fixiert bzw. gehalten. Zusätzlich wird eine Aufwärtsbewegung der oberen Randkanten 533 durch die Anschläge 513a verhindert. Somit sind, selbst wenn die zugehörige Tintenzuführkanüle eingeschoben oder herausgezogen werden, die Dichtteile 530 in geeigneter Weise mit den Tintenzuführöffnungen 513 verbunden. Da die Verengungen dazu dienen, eine hermetische Abdichtung zwischen dem Dichtteil der jeweiligen Tintenzuführöffnung und der Tintenzuführkanüle zu erreichen, können ferner die Verengungen wegen der dünnen Verbindungsbereiche 534 etwas bewegt werden, ohne sich zu deformieren. Folglich kann die luftdichte Abdichtung zwischen dem jeweiligen Dichtteil und der Tintenzuführkanüle erhalten werden, da eine relative Mißausrichtung zwischen der jeweiligen Tintenzuführkanüle und der Tintenzuführöffnung kompensiert werden kann.

Durchgänge oder Verbindungsöffnungen 519, 519' und 519" werden in der zentralen Trennwand 510 ausgebildet, welche die Schaumkammern 511, 511' und 511" von den Tintenkammern 512, 512' bzw. 512" trennt. Schlitze 519a, 519a' und 519a" sind bis zu einer bestimmten Höhe reichend in der Trennwand 510 ausgebildet, und stehen mit den Verbindungsöffnungen zum Zwecke des Gas-Flüssigkeitsaustausches in Verbindung. Die porösen Elemente 520, 520' und 520" sind so in die Schaumkammern 511, 511' und 511" eingefügt, daß jedes gegen die Verbindungsöffnung 519, 519' und 519" zwischen jedem Paar von Schaum- und Tintenkammern 511 und 512, 511' und 512', sowie 511" und 512" gedrückt wird. Auf der Rückwand 501a des Behälters 501 werden Rippen 518, 518' und 518" in jeder der Tintenkammern 512, 512' und 512" ausgebildet. Jeweils eine individuelle Verbindungsöffnung wird zwischen den Kammerpaaren 511, 512 gebildet, die sich nur über einen Anteil der dazwischen gebildeten Unterteilung 510 erstreckt.

Die Fig. 5 stellt den Deckel 516 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Tinteneinfüllöcher 514, 514' und 514" sowie 515, 515' und 515" sind in denjenigen Bereichen des Deckels 516 ausgebildet, die der Positionierung der porösen Elemente 520, 520' und 520" innerhalb des Behälters 501 entsprechen. Die Lufteingänge 541, 541' und 541" sind mit den Tinteneinfüllöchern 514, 514' und 514" durch Rillen 540, 540' und 540" verbunden. Diese Rillen 540, 540' und 540" können als mäandernde oder sich schlängelnde Rillen ausgeführt sein.

Wenn ein Siegel zur Abdeckung der Tinteneinfüllöcher 514, 514', 514", 515, 515' und 515" und der Lufteingänge 541, 541' und 541" nach Befüllung der Schaumkammern 511, 511' und 511" auf der Oberseite des Deckels 516 angebracht wird, bilden die Rillen 540, 540' und 540" Kapillarröhren mit dem Siegel.

Jede der Tintenzuführöffnungen 513, 513', und 513" wird mit einer Folie 546 (Fig. 2) als vom Dichtteil 530 separaten Siegelelement verschlossen und Tintenbefüllungskanülen werden unter Durchstoßung des Siegelelements hermetisch in die Tintenbefüllungsöffnungen 514, 514', 514", 515, 515', und 515" eingeschoben. Die Befüllungsöffnungen 514, 514' und 514" werden mit einer Evakuierungseinrichtung verbunden, während die Befüllungsöffnungen 515, 515' und 515" geschlossen werden.

Die Evakuierungseinrichtung verringert den Druck in den Schaumkammern 511, 511' und 511" sowie auch in den Tintenkammern 512, 512' und 512". Wenn sich der Druck auf einen vorbestimmten Wert verringert hat, wird der Evakuierungsvorgang beendet und die erste Befüllungsöffnung (514, 514' und 514") wird verschlossen. Danach wird die zweite Befüllungsöffnung (515, 515', 515") mit einem tintengefüllten Meßrohr verbunden. Die im Meßrohr befindliche Tinte wird in den evakuierten Behälter gezogen, daraufhin von den jeweiligen porösen Elementen 520, 520' und 520" absorbiert und schließlich über die Verbindungsöffnungen 519, 519' und 519" den Tintenkammern 512, 512' und 512" zugeführt.

Nachdem die festgelegte Tintenmenge in die vorgesehene Tintenkammer eingefüllt ist, wird das Siegel auf der äußeren Oberfläche des Deckels 516 angebracht, so daß die Tintenbefüllungsöffnungen 514, 514', 514", 515, 515', und 515", die Rillen 540, 540' und 540" sowie die Lufteingänge 541, 541' und 541" unter Unterdruck versiegelt werden. Das Siegel erhält die reduzierten Druckverhältnisse in den Schaumkammern 511, 511' und 511" und in den Tintenkammern 512, 512' und 512".

Vor der Verwendung der Patrone werden die Tintenbefüllungsöffnungen 514, 514' und 514" durch die Rillen 540, 540' und 540" mit den Lufteingängen 541, 541' und 541" in Fließverbindung gebracht. Dadurch kommunizieren auch die Schaumkammern 511, 511' und 511" mit den Lufteingängen 541, 541' und 541" und somit mit der Umgebungsluft. Es entsteht somit ein Lufteinlaß zum Einlaßen von Umgebungsluft. Durch diese Anordnung wird, während ein Verdunsten der Tinte verhindert wird, die Tintenpatrone belüftet.

Wenn von den Düsenöffnungen des Druckkopfes ein negativer Druck ausgeübt wird, fließt vom porösen Element 520 absorbierte Tinte durch die Öffnung 524 und durch die Öffnungen der Tintenzuführkanüle in den Druckkopf. Wenn Tinte vom porösen Element 520 in einer vorgegebenen Menge verbraucht worden ist und der Tintenlevel im porösen Element 520 sinkt, überschreitet der Druck in der Tintenkammer 512 die Haltekraft des porösen Elements in der Umgebung der Verbindungsöffnung 519, so daß Luftblasen durch die Verbindungsöffnung 519 in die Tintenkammer 512 eindringen. Folglich steigt der Druck in der Tintenkammer 512 und Tinte fließt in die Schaumkammer 511.

Die in die Schaumkammer 511 fließende Tinte wird vom porösen Element 520 absorbiert und erhöht damit das Tintenlevel in der Schaumkammer 511. In dem Moment, in dem die Haltekraft des porösen Elements 520 in der Nähe der Verbindungsöffnung 519 und der Druck in der Tintenkammer sich ausgleichen, versiegt der Tintenfluß von der Tintenkammer 512 zur Schaumkammer 511.

Die Graphik in Fig. 6 veranschaulicht diesen Vorgang. Hierbei kennzeichnet der Buchstabe F das Druckniveau im porösen Element 520 der Schaumkammer 511 und der Buchstabe G das Tintenniveau in der Tintenkammer 512. Wenn eine festgelegte Menge an Tinte w1, die zunächst im porösen Element enthalten war, verbraucht ist, so daß das Tintenniveau im porösen Element 520 bis auf einen vorbestimmten Wert verringert ist, bei dem der Druck der Tintenkammer 512 die Haltekraft des porösen Elements 520 in der Umgebung der Verbindungsöffnung 519 übersteigt, fließt Tinte schrittweise von der Tintenkammer 512 in die Schaumkammer 511, bis das Gleichgewicht zwischen Tintenkammerdruck und der Haltekraft des porösen Elements 520 in der Umgebung der Verbindungsöffnung 519 wiederhergestellt ist. Somit bleibt, obwohl der Tintenpegel in der Tintenkammer 512 sukzessive abnimmt, das Tintenniveau im porösen Element 520 im wesentlichen konstant, so daß Tinte durch eine gleichbleibende Druckdifferenz dem Druckkopf mit einer konstanten Rate zugeführt wird.

Nachdem eine festgelegte Menge Tinte w2 durch den Druckkopf verbraucht worden ist, bleibt keine Tinte mehr in der Tintenkammer übrig. Die Menge an Tinte, die im porösen Element enthalten ist, ist dann jedoch auf einem Niveau, das demjenigen entspricht, als Tinte noch stoßweise von der Tintenkammer 512 der Schaumkammer 511 zugeführt wurde. Somit kann der Druck unter Verwendung der im porösen Element 520 absorbierten Tinte fortgesetzt werden, obwohl keine weitere Tinte zur Ergänzung der Tintenzuführung im porösen Element 520 in der Tintenkammer 512 zur Verfügung steht. Nachdem eine vorgegebene Menge an Tinte w3 während des Drucks verbraucht worden ist, wird die Tinte in dem porösen Element erschöpft, so daß kein weiterer Druck mehr möglich ist.

Während der gesamten Druckoperation von dann, wenn die gesamte Tinte der Tintenkammer 512 vom porösen Element 520 absorbiert worden ist, bis die Tinte verbraucht ist, wird dem Druckkopf ein konstanter Betrag an Tinte zugeführt. Die Erschöpfung der Tinte in der Tintenkammer 512 zeigt die bevorstehende Erschöpfung der Tinte in der gesamten Tintenpatrone an. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine frische Tintenpatrone eingesetzt wird, ist die Sicherstellung einer kontinuierlichen, unterbrechungsfreien Tintenversorgung zum Druckkopf möglich.

Wie oben beschrieben, muß der Innenraum der Tintenpatrone gemäß der vorliegenden Erfindung während des Druckvorgangs unter negativem Druck gehalten werden. Zusätzlich zu der Bereitstellung des oben beschriebenen hermetischen Verschlusses muß die Übertragung der Tinte von der Tintenkammer 512 zur Schaumkammer 511 richtig durchgeführt werden, um einen konstanten Tintenfluß zum Druckkopf zu gewährleisten. Im folgenden wird die Struktur zum Steuern der Tintenzufuhr von der Tintenkammer 512 zur Schaumkammer 511 beschrieben.

Die Fig. 7 stellt die Grenze zwischen Schaumkammer 511 und Tintenkammer 512 in einer zweiten Ausführungsform dar. Identische Bezugszeichen werden hierbei verwendet, um vergleichbare Merkmale zu kennzeichnen, wobei der Hauptunterschied zwischen dieser und der ersten Ausführungsform in einem, in der Öffnung 519 ausgebildeten, Stufenbereich liegt.

Der Stufenbereich 560 ist in der Verbindungsöffnung 519 angeordnet. Ein Anteil 563 des Bodens der Tintenkammer 512 ist höher als der von Schaumkammer 511, wobei der Stufenbereich 560 den Übergang bildet. Eine Rille 561, welche die Schaum- und Tintenkammern verbindet, wird im unteren Teil des Stufenbereichs gebildet.

Das poröse Element 520 steht in Kontakt mit der Verbindungsöffnung 519 und wird vom Stufenbereich 560 aufgenommen, so daß sein in der Umgebung der Verbindungsöffnung 519 gelegener Anteil komprimiert wird, wodurch die erforderliche Druckdifferenz zwischen Tintenkammer 512 und Schaumkammer 511 durch die Verbindungsöffnung 519 erreicht werden kann. Wenn der Tintenspiegel in der Tintenkammer 512 auf ein niedriges Niveau absinkt, ermöglicht die Rille 561, Tinte von der Tintenkammer 511 zu sammeln, die dann vom porösen Element 520 in der Schaumkammer 511 aufgenommen wird. Demzufolge kann die gesamte Tinte in der Tintenkammer 512 dem Druckkopf verlustfrei zugeführt werden.

Die Fig. 8 stellt eine Tintenpatrone gemäß einer dritten Ausführungsform dar. Auch hier sollen gleiche Bezugszeichen vergleichbare Strukturen kennzeichnen. Der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform und der ersten Ausführungsform liegt in den unterschiedlichen Niveaus der beiden Kammern.

Die Bodenseite 564 der Tintenkammer 512 ist höher als die Bodenseite 567 der Schaumkammer 511, wodurch eine Stufe 562 ausgebildet wird. Die Stufe 562 empfängt das untere Ende des porösen Elements 520, so daß dieses in der Umgebung der Verbindungsöffnung 519 komprimiert wird. Wenn gewünscht, kann eine Schräge 563 die von der Tintenkammer 512 zur Schaumkammer 511 abfällt, zur Unterstützung der Tintenzufuhr ausgebildet sein. Da die Schräge 563 einen leichteren Fluß der Tinte in der Tintenkammer 512 zur Schaumkammer 511 hin erlaubt, kann dem Druckkopf konstant Tinte zugeführt werden.

Die Fig. 9 und 10 stellen eine Tintenpatrone gemäß einer vierten Ausführungsform dar. Auch hier sollen gleiche Bezugszeichen vergleichbare Strukturen kennzeichnen. Der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform und der ersten Ausführungsform liegt in der Bereitstellung einer Durchgangsöffnung. Diese Ausführungsform entspricht übrigens der in der Fig. 4 dargestellten.

Eine Rille 519a (vgl. Fig. 4) wird in der Front der die Tintenkammer 512 und die Schaumkammer 511 trennenden zentralen Trennwand ausgebildet und steht in Verbindung mit dem oberen Bereich der Verbindungsöffnung 519 der zentralen Trennwand. Um den Luftdurchtritt von Tintenkammer 512 zur Schaumkammer 511 zu ermöglichen und die Fließverbindung zwischen diesen beiden Kammern zu erhalten, wird eine Durchgangsöffnung 519b am unteren Ende der Rille 519a ausgebildet. Dadurch wird der obere Bereich des porösen Elements 520, der nur eine relativ kleine Kapillarkraft aufweist, mit der Verbindungsöffnung 519 über den von der dünnen Rille 519a gebildeten Raum in Fließverbindung gehalten.

Somit kann Tinte reibungslos durch Luft ersetzt werden, so daß die Tinte in der Tintenkammer 512 kontinuierlich in die Schaumkammer 511 einfließen kann, wodurch verhindert wird, daß entweder zuviel oder zuwenig Tinte geliefert wird.

Die Fig. 11 und 12 stellen eine Tintenpatrone gemäß einer fünften Ausführungsform dar. Auch hier sollen gleiche Bezugszeichen vergleichbare Strukturen kennzeichnen. Der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform und der ersten Ausführungsform liegt in der Bereitstellung eines in die Schaumkammer 511 ragenden Vorsprungs.

Der hufeisenförmige Vorsprung 565 wird am Boden der Schaumkammer ausgebildet (vgl. Fig. 12). Der Vorsprung 565 gewährleistet einen Raum in der Umgebung der Verbindungsöffnung 519, so daß Tinte problemlos aus der Tintenkammer 512 in die Schaumkammer 511 einfließen kann. Der Vorsprung kann jedoch auch andere geeignete Formen haben. Er kann ebenfalls auf der zentralen Trennwand 510 liegen.

Wie oben beschrieben, sind Schaum- und Tintenkammer durch eine einzelne zentrale Trennwand 510 voneinander geteilt. In einer in den Fig. 13 und 14 gezeigten, sechsten bzw. siebenten Ausführungsformen einer Einfarb-Tintenpatrone kann eine Tintenkammer 571 so ausgebildet sein, daß sie zwei oder drei Seiten der Schaumkammer 570 umgibt, wobei zumindest eine Verbindungsöffnung 573 in zumindest einer der die Schaum- und die Tintenkammer trennenden Wände 572 ausgebildet sein kann. Eine Austrittsöffnung bzw. Tintenzuführöffnung 574 ist in der Schaumkammer 570 angeordnet. Eine Tintenpatrone mit solchen Aufbau kann eine vergleichsweise große Menge Tinte bezüglich des Gesamtvolumens der Patrone haben. Weiterhin kann ein Anwender aufgrund der Anordnung der Kammern einfach erkennen, ob ein erschöpfungsbedingter Austausch der Patrone notwendig ist.

Claims (13)

1. Tintenpatrone für ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, mit:

• 1. einer Mehrzahl erster Kammern (512)
• 2. einer Mehrzahl zweiter Kammern (511), wobei jede zweite Kammer (511) an eine erste Kammer (512) angrenzt und mit ihr verbunden ist;
• 3. einer Mehrzahl von Trennwänden (510), die in der Tintenpatrone jeweils zwischen den ersten (512) und zweiten (511) Kammern angeordnet und mit einer Verbindungsöffnung (519) versehen sind, welche sich im Bereich der Unterkante der Trennwand (510) befindet und in Richtung auf die Unterkante der Trennwand (510) gesehen nur einen Teil der Breite der Trennwand (510) einnimmt; und
• 4. einer Mehrzahl von Tintenzuführöffnungen (513), die jeweils in einer Wand von einer der zweiten Kammern (511) angeordnet sind und Tinte von der Tintenpatrone nach außen führen, wobei
• 5. alle der ersten und verbundenen zweiten Kammern als eine integrierte Einheit gestaltet sind und
• 6. jede der zweiten Kammern (511) ein poröses Element (520) beinhaltet und einen Lufteinlaß (541) hat, der die jeweilige zweite Kammer (511) mit der Außenseite der Tintenpatrone an einer von den Tintenzuführöffnungen (513) und der Verbindungsöffnung (519) beabstandeten Stelle verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Vorsprünge (516a, 516b) an einer der Tintenzuführöffnung (513) gegenüberliegenden Wand in jeder der zweiten Kammern (511) ausgebildet sind, wobei die untere Spitze des ersten Vorsprungs (516a) der Tintenzuführöffnung (513) gegenüber liegt und tiefer angeordnet ist, als die untere Spitze des zweiten Vorsprungs (516b), welcher der Trennwand (510) benachbart ist, und die untere Spitze des ersten Vorsprungs (516a) das poröse Element gegen die Tintenzuführöffnung (513) so preßt, daß der Teil des porösen Elements im Bereich der Tintenzuführöffnung am stärksten komprimiert wird.

2. Tintenpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der porösen Elemente (520) in seiner zugehörigen zweiten Kammer (511) und seine zugehörige erste Kammer (512) jeweils eine Tinte enthalten, die anders ist als die Tinte in den anderen ersten und zweiten Kammern (512, 511).

3. Tintenpatrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
im unteren Teil jeder der Verbindungsöffnungen (519) ein zugehöriger Stufenbereich ausgeformt ist, und
unterhalb des zugehörigen Stufenbereichs eine Rille, welche die zugehörige erste und zweite Kammer miteinander verbindet, vorgesehen ist.

4. Tintenpatrone nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Stufenbereich, der unterhalb jeder der Verbindungsöffnungen (519) in der Trennwand (510) ausgeformt ist.

5. Tintenpatrone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Stufenbereichs, der an die zugehörige erste Kammer (512) grenzt, höher ist als jener Teil, der an die zugehörige zweite Kammer (511) grenzt.

6. Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorsprung auf einer inneren Oberfläche der Trennwand (510) in jeder der zweiten Kammern (511), wobei der Vorsprung jeweils einen Freiraum um die zugehörige Verbindungsöffnung (519) schafft, um den Tintenfluß durch die Verbindungsöffnung (519) zu fördern.

7. Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rille (519a), die in jeder der Trennwände (510) auf der Seite der zweiten Kammer (511) von der Verbindungsöffnung (519) aus senkrecht nach oben verläuft, wobei die Rille (519a) mit der Verbindungsöffnung (519) in Fließverbindung steht, um den Fluß von Luft und Tinte zwischen der ersten und den zugehörigen ersten und zweiten Kammern zu erleichtern.

8. Tintenpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Lufteingänge (541) zum Teil als eine Rille auf einer äußeren Oberfläche einer Wand der zweiten Kammer (511) ausgeformt sind.

9. Tintenpatrone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche die Oberfläche eines Deckels (516) ist.

10. Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Teilungswand (5117), die ausgehend von jeder Trennwand (510), die erste Kammer (512) in eine Mehrzahl solcher erster Kammern unterteilt, wobei die Verbindung zwischen solchen ersten Kammern (512) und den zugehörigen zweiten Kammern (511) mittels der zugehörigen Verbindungsöffnungen (519) ermöglicht ist.

11. Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tintenzuführöffnung (513) einen ihren Eingang beinhaltenden Vorsprung (522) aufweist, der in die zweite Kammer (511) hineinragt.

12. Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen jedes der porösen Elemente (520) vor der Plazierung in der zugehörigen zweiten Kammer (511) größer ist als das Volumen der zugehörigen zweiten Kammer (511), in der das Element aufgenommen wird.

13. Tintenpatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine senkrecht verlaufende Rippe (518), die auf einer Innenfläche der ersten Kammer (512) ausgeformt ist, um den Tintenfluß zu unterstützen.