DE4425694A1 - Kontinuierliches Tintennachfüllsystem für Tintenstrahlpatronen sowie Tintenstrahlpatronen und Tintenvorratsbehälter für ein solches System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft grob gesprochen Tintenstrahldrucker. Spezieller betrifft sie ein kontinuierliches Tintennachfüll­ system für Tintenstrahlpatronen, also Tintenpatronen, wie sie bei Tintenstrahldruckern verwendet werden. Außerdem be­ trifft sie eine Tintenstrahlpatrone und einen Tintenvorrats­ behälter für ein solches System.

Tintenstrahldrucker und -plotter sind wohlbekannt. Die Druckqualität dieser Drucker hängt von der konsequenten, er­ folgreichen Funktion der Tintenstrahl-Druckköpfe ab, die mit fortschreitender Zeit zu Verstopfen und Versagen neigen. Um Schwierigkeiten mit einer Verschlechterung der Tintenstrahl- Druckköpfe mit fortschreitender Zeit zu überwinden, ist es erforderlich, die Druckköpfe periodisch auszuwechseln. Frühe Lösungen zu dieser Schwierigkeit sahen vor, nur den Druck­ kopf zu ersetzen, wie z. B. im US-Patent 4,074,284 dargelegt. In jüngerer Zeit wurden wegwerfbare Tintenstrahlpatronen entwickelt, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wie z. B. in den US-Patenten 4,500,895; 4,921,811 und 4,931,812 be­ schrieben.

Wegwerfbare Tintenstrahlpatronen dieses Typs sind so be­ schaffen, daß sie für eine solche Nutzungslebensdauer arbei­ ten, daß die Kopfelemente mit sehr hoher zeitlicher Wahr­ scheinlichkeit (z. B. über 99% der Zeit) während der Lebens­ dauer der wegwerfbaren Patrone funktionieren. Um zu gewähr­ leisten, daß diese herausfordernde Zahl zur Leistungsfähig­ keit aufrechterhalten wird, weisen herkömmliche wegwerfbare Tintenstrahlpatronen eine vorgegebene Tintenmenge auf, die innerhalb der Patrone enthalten ist und die über den Druck­ kopf ausgegeben werden kann. Die maximale Tintenmenge, die in der Wegwerfpatrone enthalten ist, ist eine Funktion da­ von, wie viel Druckbetrieb die Druckkopfelemente wahrnehmen können, bevor ihre Funktion mit einer hohen prozentualen Wahrscheinlichkeit versagt. Wenn die vorgegebene Tintenmenge in der Patrone einmal verbraucht ist, wird die gesamte Tin­ tenstrahlpatrone weggeworfen.

Während die Verwendung einer Wegwerfpatrone die Druckquali­ tät von Tintenstrahldruckern wirkungsvoll mit einer Versa­ gensrate gewährleistet, die von der speziellen Wegwerfpatro­ ne abhängt, existieren viele Druckanwendungen, die eine hö­ here 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 Wegwer­ fen von Tintenstrahlpatronen, die immer noch angemessen funktionierende Druckköpfe enthalten, vergeudet Ressourcen. Darüber hinaus ist ein häufiger Austausch von Tintenstrahl­ patronen bei umfassenden Druckanwendungen zeit- und arbeits­ intensiv. Demgemäß haben viele Benutzer auf nachfüllbare Tintenstrahlpatronen zurückgegriffen, um die Nutzungslebens­ dauer der Druckköpfe zu verlängern.

Das Nachfüllen von Tintenstrahlpatronen von Hand kann ein schmutziger und möglicherweise gefährlicher Vorgang sein, der erhebliche mechanische Geschicklichkeit erfordert. Um eine Tintenstrahlpatrone von Hand nachzufüllen, muß ein Be­ nutzer auf den ursprünglichen Tintenversorgungsbehälter in der Tintenstrahlpatrone zugreifen und in diesen Zufuhrbehäl­ ter Tinte einpumpen, eingießen oder auf andere Weise einfül­ len. Das Zugreifen auf irgendwelche Tintenverbindungen setzt den Benutzer der Tinte und die Tinte einer Verunreinigung aus. Darüber hinaus kann der Benutzer unbeabsichtigt Luft­ blasen in das System einleiten, was den Tintenfluß und die Möglichkeit der Tinte, einen klaren, gleichmäßigen Druck zu erzeugen, beeinflußt.

Ein Verfahren zum Nachfüllen von Tintenstrahlpatronen ver­ wendet ein mechanisches System mit Ventilen und Pumpen, wie im US-Patent 4,680,696 beschrieben. Zusätzlich zur Kompli­ ziertheit und den Kosten eines solchen mechanischen Nach­ füllsystems besteht die Wahrscheinlichkeit, daß mechanische Anordnungen mehr zusätzliche Wartung benötigen und für ein Versagen anfälliger sind als Systeme mit wenigen oder keinen beweglichen Teilen. Endlose Nachfüllsysteme dieses Typs neigen auch zu Bakterienwachstum aufgrund des Vorhandenseins von Flüssigkeiten im System über lange Zeitspannen, was zu einer Verstopfung oder Verunreinigung des Druckers führen kann.

Ein alternatives Verfahren zum Nachfüllen einer Tinten­ strahlpatrone nutzt die Schwerkraft und verwendet ein Drei­ wegeventil, um Tinte von einem Tintenvorratsbehälter in einen Tintenzuführbehälter als Teil einer einzelnen aus­ tauschbaren Einheit zuzuführen, wie z. B. im US-Patent 4,959,667 beschrieben. Frühe Versionen solcher Tintenversor­ gungssysteme in Form einer einzelnen austauschbaren Einheit sind z. B. in den US-Patenten 4,714,937 und 4,885,595 darge­ stellt. Dieses Verfahren kann dann nützlich sein, wenn die Druckköpfe vertikal drucken und der Tintenvorratsbehälter hinter den Druckköpfen und über dem Tintenzuführbehälter angeordnet werden kann. Wenn die Druckköpfe jedoch eine große horizontale Fläche bedrucken, wäre die Leistungsfähig­ keit des Druckkopfs verringert, wenn das Gewicht und das Volumen eines großen Tintenvorratsbehälters über den Druck­ köpfen bei deren Betrieb abgestützt werden müßten.

Während die Verwendung wegwerfbarer Tintenstrahlpatronen die Druckqualität von Tintenstrahldruckern deutlich verbessert hat, ging dies auf Kosten einer deutlichen Vergeudung von Ressourcen in Form leerer Tintenstrahlpatronen, die noch lange Restlebensdauern hinsichtlich der Druckköpfe aufwei­ sen. Vorhandene Techniken zum Nachfüllen von Tintenstrahlpa­ tronen leiden unter zahlreichen Nachteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintennach­ füllsystem zu schaffen, das einfach installierbar ist, ein ausreichendes Tintenvolumen beinhaltet, wenig bewegliche Teile aufweist, die Verunreinigung der Tinte und die Aufnah­ me unerwünschter Luft im Tintenversorgungssystem minimiert und das Ressourcen einspart. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Tintenvorratsbehälter und eine Tintenstrahlpatrone für ein solches Nachfüllsystem zu schaf­ fen.

Das erfindungsgemäße System ist durch die Lehre von Anspruch 1 gegeben. Es besteht aus einer Kombination aus einer nach­ füllbaren Tintenstrahlpatrone und einem speziellen Nachfüll­ mechanismus. Die erfindungsgemäße nachfüllbare Tintenstrahl­ patrone ist durch die Lehre von Anspruch 10 gegeben, während der Tintenvorratsbehälter, wie er im Nachfüllmechanismus verwendet wird, durch die Lehre von Anspruch 9 gegeben ist.

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Tintennachfüllsystem für einen Tintenstrahldrucker verwendet wegwerfbare Tinten­ strahlpatronen mit einem ersten vorgegebenen Tintenfassungs­ vermögen. Ein Tintenvorratsbehälter, der extern in bezug auf den Druckwagen liegt, an dem die wegwerfbaren Tintenstrahl­ patronen angebracht sind, enthält ein zweites vorgegebenes Tintenfassungsvermögen, und er füllt den Tintenbehälter in­ nerhalb 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 Tintenstrahlpatrone ist austauschbar am Druckwagen anbring­ bar und es ist eine unabhängige Einheit mit einem Druckkopf und einem Tintenzuführbehälter, der auf Unterdruck gehalten wird und der dem Druckkopf die erste Tintenmenge zuführt. Der Tintenvorratsbehälter, der die zweite Menge an Tinte aufnimmt, die den Tintenzuführbehälter nachfüllt, ist volu­ menmäßig auf einige Vielfache der ersten Tintenmenge be­ grenzt, und zwar auf eine Menge, oberhalb der der Druckkopf nicht zuverlässig arbeitet. Eine Leitung verbindet den Tin­ tenzuführbehälter mit dem Tintenvorratsbehälter, um Tinte zwischen den beiden durch die Druckdifferenz zwischen den beiden zu transportieren. Ein zwischen einer offenen und ei­ ner geschlossenen Position umschaltbares Stellglied ist in der Leitung vorhanden, um die Strömung von Tinte vom Tinten­ vorratsbehälter zum Tintenzuführbehälter einzustellen, wenn es sich im offenen Zustand befindet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die zweite Menge an im Tintenvorratsbehälter gelagerter Tinte ein vor­ gegebenes Volumen auf Grundlage einer ausgewählten Funk­ tionsfähigkeit der Druckköpfe, die kleiner ist als die sehr hohe Funktionsfähigkeit, wie sie für die erste Menge an Tin­ te im Tintenbehälter gilt, der Teil der Tintenstrahlpatrone ist. Durch Auswählen des Fassungsvermögens des Tintenbehäl­ ters abhängig von dieser Bedingung kann die Nutzungslebens­ dauer der Druckköpfe auf das 8- bis 12-fache (z. B. 400 ccm) dessen erhöht werden, was andernfalls die Lebensdauer der Wegwerfpatrone (z. B. 40 ccm) wäre. Bei einem anderen Ausfüh­ rungsbeispiel kann der Benutzer zwischen verschiedenen zwei­ ten Mengen an Tinte (z. B. 200 bis 600 ccm) wählen, um wirk­ sam das Niveau der Funktionsfähigkeit für eine vorgegebene Druckanwendung zu wählen.

Der Tintenvorratsbehälter beim bevorzugten Ausführungsbei­ spiel ist im wesentlichen ein rechteckiger Behälter mit tra­ pezförmigen 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 zuzu­ führen. Die Leitung wird dabei am Innenboden des Tintenbeu­ tels 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 Ausfüh­ rungsbeispiels ist wegnehmbar am Druckwagen eines Tinten­ strahldruckers angebracht, der sich quer in bezug auf das horizontal angeordnete Druckmedium bewegt. Die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone weist ein in sich abgeschlossenes Gehäu­ se mit einem Druckkopf mit mehreren Tintenstrahlen und einem unter Unterdruck gehaltenen Tintenzuführbehälter auf, der dem Druckkopf eine erste Menge an Tinte zuführt. Die Leitung erstreckt sich durch eine Öffnung in der Oberseite des Ge­ häuses, um eine Verbindung zu einem Tintenvorratssystem her­ zustellen, das außerhalb des Druckwagens liegt und das dem Tintenzuführbehälter über die Druckdifferenz zwischen diesem und dem Tintenvorratsbehälter eine zweite Menge an Tinte zu­ führt, 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 Strömungsrate aus Druckdüsen ausstößt, die nahe dem Boden der Tintenstrahlpatrone liegen. Es hat sich herausgestellt, daß die Wirkung der Tintenstrahldüsen in den Druckköpfen Flüssigkeit entsprechend einer Höhe von ungefähr 5-7,6 Zen­ timeter (2-3 Zoll) ansaugen kann, ohne daß die Bildqualität beeinflußt wird. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Tintenbehälter in der Tintenstrahlpatrone als abgedich­ teter Behälter geschaffen und die Druckdifferenz erzeugt ei­ nen Unterdruck, der die Tinte vom Tintenvorratsbehälter aus ansaugt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Tin­ tenbehälter in der Tintenstrahlpatrone nicht abgedichtet, jedoch enthält er ein Schaumstoffelement, das über die Ka­ pillarwirkung 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 erfin­ dungsgemäßen kontinuierlichen Nachfüllsystems für wegwerfba­ re Tintenstrahlpatronen, wobei verschiedene Teile mit Durch­ sichtslinien dargestellt sind;

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des erfindungs­ gemäßen Nachfüllsystems, das an einem Tintenstrahldrucker angebracht ist;

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das an einem Tintenstrahl­ drucker angebrachte Nachfüllsystem;

Fig. 4 ist eine graphische Wiedergabe betreffend die ver­ längerte Nutzungslebensdauer einer erfindungsgemäßen weg­ werfbaren Tintenstrahlpatrone im Vergleich zur Nutzungsle­ bensdauer einer wegwerfbaren Tintenstrahlpatrone ohne das erfindungsgemäße kontinuierliche Nachfüllsystem;

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Vorratsbe­ hälters, der Teil des erfindungsgemäßen 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 Rückschlag­ ventil zur Verwendung bei der Erfindung.

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 Tinten­ nachfüllsystems 10 für einen Tintenstrahldruck grob gespro­ chen eine wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12, einen Tinten­ vorratsbehälter 14, ein Verbindungsleitungssystem 16 und ei­ ne Tintenfluß-Einstellkomponente 18.

Die wegwerfbare Tintenpatrone 12 beinhaltet grob gesprochen einen Druckkopf 22 und einen Tintenzuführbehälter 24 als Teil einer wegwerfbaren, in sich abgeschlossenen Einheit, die eine Patronen-Oberseite 26, -Unterseite 28, -Vorderseite 30, -Rückseite 32 und einander gegenüberstehende Seitenwände 34 aufweist. Wie in Verbindung mit der Beschreibung zu den Fig. 2 und 3 detaillierter beschrieben, wird die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12 dadurch in einen Tintenstrahldrucker 90 eingesetzt, daß sie in einen Druckwagen 21 eingesetzt wird, der sich quer in bezug auf ein im allgemeinen horizon­ tal ausgerichtetes Druckmedium bewegt. Der Druckkopf 22 beinhaltet mehrere Kopfelemente 36, die elektrisch mit einer (nicht dargestellten) Steuereinheit innerhalb des Tinten­ strahldruckers 90 verbunden sind. Der Tintenzuführbehälter 24 ist funktionsmäßig mit einem Druckkopf 22 verbunden. Ver­ fahren zum Verbinden des Tintenzuführbehälters 24 mit dem Druckkopf 22 sind im Stand der Technik wohlbekannt, z. B. aus den US-Patenten 4,500,895; 4,921,811 und 4,931,812. Beim be­ vorzugten Ausführungsbeispiel kann der Tintenzuführbehälter 24 mindestens 40 ccm Tinte enthalten und die wegwerfbare Tintenstrahlpatrone 12 ist eine Druckpatrone hohen Fassungs­ vermögens, wie sie von der Firma Hewlett-Packard erhältlich ist, oder eine entsprechende wegwerfbare Tintenstrahlpatro­ ne, wozu auch Tintenstrahlpatronen mit Schaumstoffeinsätzen gehören.

Gemäß den Fig. 5-10 ist der Tintenvorratsbehälter 14 ein im wesentlichen rechteckiger Kasten mit einer Vorratsbehälter- Unterseite 38, -Oberseite 40, kleiner Endseite 42, großer Endseite 44 und einander gegenüberstehenden Seitenflächen 46. Die Seitenflächen des Vorratsbehälters sind trapezför­ mig, 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 charakte­ ristische 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 cha­ rakteristischen 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 aufzu­ nehmen. Die Abmessungen hängen dabei von der Größe des Tintenbeutels 48 ab. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel be­ steht der Tintenvorratsbehälter 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 Ausführungsbeispiel besteht der Tintenbeutel 48 aus einem elastischen, biegsamen Polymer mit dem Aussehen einer Metallfolie. Der Tintenbeutel 48 verfügt über ausreichende Größe, um ein vorgegebenes Tintenvolumen aufzunehmen, das um ein Mehrfaches größer als das Tintenvolumen im Tintenzuführ­ behälter 24 ist. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die vorgegebenen Tintenvolumina solche, die ein Mehrfaches des Volumens der im Tintenzuführbehälter 24 gelagerten Tinte ausmachen, und zwar bis zu ungefähr 400 bis 600 ccm Tinte bei 40 ccm Tinte im Tintenzuführbehälter 24. Es ist ersicht­ lich, daß der Tintenbeutel 48 hauptsächlich dazu verwendet wird, irgendein Verschütten von Tinte während des Handhabens des Systems 10 durch einen Benutzer zu verhindern, und daß der Tintenbeutel 48 nicht dazu erforderlich ist, die erfor­ derliche Druckdifferenz für den Betrieb des Systems zu er­ zeugen.

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 Tintenvolumen 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 Ver­ bindungsleitungssystem 16 ein Stück oder mehrere einer flexiblen Leitung 60 beinhaltet, die sich vom Tintenzuführbe­ hälter 24 zum Tintenvorratsbehälter 14 erstreckt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die flexible Leitung 60 über eine Öffnung 27 in der Patronenoberseite 26 eingeführt und sie erstreckt sich bis zu einem Punkt, an dem das dista­ le Ende 61 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 dargestel1t, 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 64, 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 64 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 Vorratsbehälterende 72 auf. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel verfügt die Lei­ tung 60 über einen Außendurchmesser von ungefähr 0,318 cm (ungefähr 0,125 Zoll) und einen Innendurchmesser, der zu Rohranschlußstücken von ungefähr 0,16 cm (1/16 Zoll) paßt. Das Vorratsbehälterende 62 erstreckt sich über eine Öffnung 71 hinein in den Tintenbeutel 48 und es ist entlang der Bo­ deninnenfläche nahe dem großen Vorratsbehälterende 44 am Tintenbeutel 48 befestigt. Wie im Tintenzuführbehälter 24 ist das Vorratsbehälterende 72 im Tintenvorratsbehälter 14 mit einer geeigneten Zugentlastung versehen. Bei einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel wird die Zugentlastung da­ durch erstellt, daß ein Teil des Vorratsbehälterendes 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 Ende 42 nahe der Öff­ nung 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 erfindungsgemäße kontinuierliche Tintennachfüllsystem weniger anfällig für mechanisches Versagen. Die in sich abgeschlossene Struktur gemäß der Erfindung 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.

In der vorstehenden Beschreibung wurden zahlreiche Eigen­ schaften und Vorteile der Erfindung dargelegt. Es ist jedoch erkennbar, daß diese Offenbarung in vielerlei Hinsicht nur veranschaulichend ist. Änderungen können an Details vorge­ nommen werden, insbesondere hinsichtlich der Form, der Größe und Anordnung von Teilen, ohne den Schutzbereich der Er­ findung zu verlassen.

Claims (11)

1. Kontinuierliches Tintennachfüllsystem (10) für einen Tintenstrahldrucker mit einem Druckwagen (91), der sich in bezug auf ein im allgemeinen horizontal angeordnetes Druck­ medium (96) quer bewegt, gekennzeichnet durch:

• - eine wegwerfbare Tintenstrahlpatrone (12), die entfernbar am Druckwagen (91) angebracht ist und in einer in sich abge­ schlossenen Einheit einen Druckkopf (22) enthält;
• - einen Tintenzuführbehälter (24), der auf Unterdruck gehal­ ten wird und dem Druckkopf eine erste Menge an Tinte zu­ führt;
• - eine Tintenvorratseinrichtung (14) außerhalb des Druckwa­ gens, um eine zweite Menge an Tinte zu lagern, um die erste Menge an Tinte im Tintenzuführbehälter nachzufüllen; und
• - eine Leitungseinrichtung (16), die funktionsmäßig mit dem Tintenzuführbehälter und der Tintenvorratseinrichtung ver­ bunden ist, um Tinte zwischen diesen beiden zu befördern;
• - wobei
• (a) die zweite Tintenmenge auf einige Vielfache der ersten Tintenmenge beschränkt ist, über welche zweite Menge hinaus der Druckkopf nicht zuverlässig betrieben werden kann; und
• (b) die Leitungseinrichtung eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Tintenzuführbehälter und der Tintenvorratsein­ richtung bildet, wobei sie die negative Druckdifferenz zwi­ schen dem Tintenzuführbehälter und der Tintenzuführeinrich­ tung zum Fördern der Tinte verwendet.

2. Nachfüllsystem (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (18), die zwischen einer of­ fenen und einer geschlossenen Position umschaltbar ist und funktionsmäßig mit der Leitungseinrichtung (16) verbunden ist, um die Strömung von Tinte von der Tintenvorratseinrich­ tung (14) zum Tintenzuführbehälter (24) einzustellen, wie es erforderlich ist, um die erste Menge an Tinte, wie sie im Tintenzuführbehälter (24) enthalten ist, nachzufüllen, wenn sich die Einstelleinrichtung in ihrer offenen Position be­ findet.

3. Nachfüllsystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstelleinrichtung (18) einen in der Lei­ tung liegenden Absperrhahn (74) mit einem Druckrad (78) auf­ weist, um die Leitungseinrichtung (16) zuzuquetschen, wenn dieser Absperrhahn in seiner geschlossenen Position steht.

4. Nachfüllsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenvorratseinrich­ tung (14) folgendes aufweist:

• (a) einen trapezförmigen Behälter mit einem schmalen Ende (42), einem breiten Ende (44) und einem Boden, der unter ei­ nem Winkel vom breiten Ende zum schmalen Ende hochsteht; und
• (b) einen dichten Tintenbeutel (48) innerhalb des Behälters, wobei zumindest ein Teil des Tintenbeutels an der inneren Bodenfläche (38) des Behälters neben dem breiten Ende befe­ stigt ist, wobei sich die Leitungseinrichtung (16) in den Tintenbeutel hinein erstreckt und sie an der Innenbodenflä­ che desselben befestigt ist.

5. Nachfüllsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenvorratseinrich­ tung (14) einen dichten Tintenbeutel (48) aufweist, wobei sich die Leitungseinrichtung (16) in diesen hinein erstreckt und an der Innenbodenfläche desselben befestigt ist.

6. Nachfüllsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Tintenmenge nicht mehr als das 20-fache der ersten Tintenmenge ist.

7. Nachfüllsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz dadurch erzeugt und aufrechterhalten wird, daß der Tintenzuführbe­ hälter (24) so vertikal in bezug auf die Tintenvorratsein­ richtung (14) angeordnet wird, daß der Tintenzuführbehälter Tinte bis zu einer Flüssigkeitshöhe von ungefähr 5 cm (unge­ fähr 2 Zoll) ansaugen kann.

8. Nachfüllsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz durch die Kapillarwirkung eines Schaumstoffs erzeugt und auf­ rechterhalten wird, der in den Tintenzuführbehälter (24) eingesetzt ist, wobei dieser im wesentlichen auf demselben Niveau wie die Tintenvorratseinrichtung (14) gehalten wird.

9. Tintenvorratsbehälter (14) für Tintennachfüllsysteme für Tintenstrahldrucker vom Typ mit abgedichtetem Tintenbeu­ tel (48) und einer Leitungseinrichtung (16), die sich von einem Ort außerhalb des Tintenvorratsbehälters zum Tinten­ beutel erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß:

• (a) der Behälter (14) trapezförmig ist, mit einem schmalen Ende (42), einem breiten Ende (44) und einem unter einem Winkel vom breiten Ende zum schmalen Ende hochlaufenden Bo­ den;
• (b) zumindest ein Teil des Tintenbeutels (48) an der Innen­ bodenfläche des Behälters neben dem breiten Ende befestigt ist; und
• (c) die Leitungseinrichtung an der Innenbodenfläche (38) des Tintenbeutels befestigt ist und sie Tinte von innerhalb die­ ses Tintenbeutels aus dem Tintenvorratsbehälter abhängig von einer negativen Druckdifferenz heraus fördert.

10. Wegwerfbare Tintenstrahlpatrone (12), die wegnehmbar am Druckwagen (91) eines Tintenstrahldruckers befestigt ist, der sich quer in bezug auf ein im allgemeinen horizontales Druckmedium (96) bewegt, wobei die wegwerfbare Tintenstrahl­ patrone ein in sich abgeschlossenes Gehäuse aufweist und vom Typ mit einem Druckkopf (22) mit mehreren Tintenstrahlen (36) und einem Tintenzuführbehälter (24) ist, der auf Unter­ druck gehalten wird und dem Druckkopf eine erste Tintenmenge zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch eine Öffnung (71) in der Oberseite des Gehäuses eine Leitungseinrichtung (16) hindurch erstreckt, um eine Verbindung zu einem außer­ halb des Druckwagens (91) liegendes Tintenvorratssystem (14) über eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Tintenzuführ­ behälter und der Tintenvorratseinrichtung herzustellen, die dem Tintenzuführbehälter über eine negative Druckdifferenz zwischen diesem und dem Tintenvorratssystem Tinte zuführt, wobei die zweite Tintenmenge größer als die erste Tinten­ menge ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Tintenmenge so beschaf­ fen ist, daß etwa 99% von Druckköpfen, die diese erste Tin­ tenmenge ausgestoßen haben, noch ohne Versagen sind.