DE69710841T2

DE69710841T2 - Verbindungselement für eine Patrone in einem Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE69710841T2
Application number: DE69710841T
Authority: DE
Inventors: Winthrop D. Childers; Carrie E. Harris; Brian J. Keefe; Pawlowski; Michael E. Peterschmidt
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JP4185578B2; JPH10157156A; EP0839660B1; US6273560B1; EP0839660A1; DE69710841D1

Description

Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part-Anmeldung der U. S.-Patentanmeldung, Seriennummer 08/706,121, eingereicht am 30. August 1996, mit dem Titel "Inkjet Printing System with Off-Axis Ink Supply Having Ink Path Wich Does Not Extend above Print Cartridge" von Norman Pawlowski, Jr. u. a., Anwaltdokument Nr. 10960734, die eine Continuationin-part-Anmeldung der U. S.-Patentanmeldung, Seriennummer 08/550,902, eingereicht am 31. Oktober 1995, mit dem Titel "Apparatus for Providing Ink to an Ink-Jet Print Head and for Compensating for Entrapped Air" von Norman Pawlowski, Jr., u. a., ist, die eine Continuation-in-part-Anmeldung der U. S.-Patentanmeldung, Serienummer 08/518,847, eingereicht am 24. August 1995 mit dem Titel "Pressure Regulated Free-Ink-Jet Pen," von Norman Pawlowski, Jr., u. a., ist, die eine Continuation-in-part-Anmeldung der U. S.- Patentanmeldung, Seriennummer 08/331,453, eingereicht am 31. Oktober 1994, von Norman Pawlowski, Jr., u. a. ist. Die vorhergehenden Patente und Patentanmeldungen sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen.

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucker und insbesondere auf einen Tintenstrahldrucker mit einem sich bewegenden Druckkopf mit einem stationären Tintenvorrat.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Thermische Tintenstrahldruckkopiergeräte, wie z. B. Drucker, graphische Plotter, Faksimilemaschinen und Kopierer sind mittlerweile weit verbreitet. Diese Druckkopiegeräte sind von W. J. Lloyd und H. T. Taub in "Ink Jet Devices", Kapitel 13 aus Output Hardcopy Devices (Ed. R. C. Durbeck und S. Sherr, San Diego: Academic Press, 1988) und in den U. S.- Patenten 4,490,728 und 4,313,684 beschrieben. Die Grundlagen dieser Technologie sind ferner in verschiedenen Artikeln mehrerer Ausgaben des Hewlett-Packard Journals [Bd. 36, Nr. 5 (Mai 1985), Bd. 39, Nr. 4 (August 1988), Bd. 39, Nr. 5 (Oktober 1988), Bd. 43, Nr. 4 (August 1992), Bd. 43, Nr. 6 (Dezember 1992) und Bd. 45, Nr. 1 (Februar 1994)] beschrieben, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Tintenstrahldruckkopiegeräte erzeugen qualitativ hochwertigen Druck, sind kompakt und tragbar, und drucken schnell und leise, weil nur Tinte auf das Papier trifft.
Ein Tintenstrahldrucker bildet ein gedrucktes Bild durch Drucken einer Struktur von einzelnen Punkten an speziellen Orten eines Arrays, die für das Druckmedium definiert sind. Die Orte werden herkömmerlicherweise als kleine Punkte in einem geradlinigen Array visualisiert. Die Orte heißen manchmal "Punktorte", "Punktpositionen", oder "Pixel". Folglich kann der Druckvorgang als das Füllen einer Struktur von Punktorten mit Tintenpunkten gesehen werden.
Tintenstrahldruckkopiegeräte drucken Punkte durch Ausstoßen sehr kleiner Tintentropfen auf das Druckmedium und umfassen typischerweise einen beweglichen Wagen, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, die jeder tintenausstoßende Düsen umfassen. Der Wagen überquert die Oberfläche des Druckmediums, und die Düsen sind gesteuert, um Tintentropfen an geeigneten Zeitpunkten gemäß dem Befehl eines Mikrocomputers oder einer anderen Steuerungseinrichtung auszustoßen, wobei die Zeitsteuerung des Auftragens der Tintentropfen der Struktur von Pixeln des zu druckenden Bildes entsprechen soll.
Der typische Tintenstrahldruckkopf (d. h. das Siliziumsubstrat, Strukturen, die auf dem Substrat gebildet sind und Verbindungen zu dem Substrat) verwendet flüssige Tinte (d. h. aufgelöste Farbstoffe oder Pigmente, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind). Er umfaßt ein Array von exakt gebildeten Öffnungen oder Düsen, die an einem Druckkopfsubstrat befestigt sind, das ein Array von Tintenausstoßkammern enthält, die die flüssige Tinte von dem Tintenreservoir aufnehmen. Jede Kammer ist gegenüber der Düse angeordnet, so daß sich Tinte zwischen derselben und der Düse sammeln kann. Das Ausstoßen von Tintentröpfchen wird typischerweise von einem Mikroprozessor gesteuert, dessen Signale über elektrische Leiterbahnen zu den Widerstandelementen übertragen werden. Wenn elektrische Druckimpulse den Tintenstrahlabfeuerungskammerwiderstand erwärmen, verdampft eine kleine Menge der Tinte nahe desselben und stößt einen Tintentropfen von dem Druckkopf aus. Richtig angeordnete Düsen bilden eine Punktmatrixstruktur. Richtiges Aneinanderreihen des Betriebs jeder Düse bewirkt, daß Zeichen oder Bilder auf das Papier gedruckt werden, während sich der Druckkopf über das Papier bewegt.
Die Tintenkassette, die die Düsen enthält, wird wiederholt über die Breite des Mediums, auf das gedruckt werden soll, bewegt. An jeder einer bestimmten Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium wird jede der Düsen veranlaßt, entweder Tinte auszustoßen oder keine Tinte auszustoßen, gemäß dem Programmausgangssignal des steuernden Mikroprozessors. Jede abgeschlossene Bewegung über das Medium kann ein Band drucken, das etwa so breit ist wie die Anzahl von Düsen, die in einer Spalte der Tintenkassette angeordnet sind, multipliziert mit dem Abstand zwischen den Düsenmittelpunkten. Nach jeder solchen abgeschlossenen Bewegung oder jedem solchen abgeschlossenen Band wird das Medium um die Breite des Bands vorbewegt, und die Tintenkassette beginnt das nächste Band. Durch die richtige Auswahl und Zeitsteuerung der Signale wird der gewünschte Druck auf dem Medium erhalten.
Farbtintenstrahldruckkopiegerät verwenden normalerweise eine Mehrzahl von Druckkassetten, normalerweise entweder zwei oder vier, die in dem Druckerwagen befestigt sind, um ein volles Farbspektrum zu erzeugen. Bei einem Drucker mit vier Kassetten enthält jede Druckkassette eine andersfarbige Tinte, mit den normalerweise verwendeten Basisfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Bei einem Drucker mit zwei Kassetten enthält eine Kassette normalerweise schwarze Tinte, wobei die andere Kassette eine Kassette mit drei Abteilungen ist, die Tinten der Basisfarben Cyan, Magenta und Gelb enthalten. Die Basisfarben werden durch Auftragen eines Tropfens der erforderlichen Farbe auf einen Punktort auf dem Medium erzeugt, während Sekundärfarben oder schattierte Farben durch Auftragen mehrerer Tropfen von unterschiedlichen Basisfarbtinten auf den gleichen Punktort gebildet werden, wobei das Überdrucken von zwei oder mehr Basisfarben gemäß allgemein feststehender optischer Prinzipien die Sekundärfarben erzeugt.
Bei vielen Anwendungen, wie z. B. Personalcomputerdruckern und Faxmaschinen, wurde das Tintenreservoir in den Stiftkörper eingebaut, so daß, wenn der Stift keine Tinte mehr umfaßt, der gesamte Stift einschließlich des Druckkopfs ausgetauscht wird.
Bei anderen Druckkopieanwendungen, wie z. B. Großformataufzeichnung von Konstruktionszeichnungen, Farbpostern und dergleichen, besteht jedoch die Erfordernis für die Verwendung von viel größeren Tintenmengen, die innerhalb der austauschbaren Stifte enthalten sein kann. Daher wurden in jüngster Zeit verschiedene Off-Board-Tintenreservoirsysteme entwickelt, die einen externen stationären Tintenvorrat liefern, der über eine Röhre mit der sich bewegenden Kassette verbunden ist. Der externe Tintenvorrat wird typischerweise als ein "Außerachsen"-, "Off-Board"-, oder "Außerhalb-Des-Wagens"-Tintenvorrat bezeichnet. Obwohl sie erhöhte Tintenkapazität liefern, schaffen diese Außerhalbdes-Wagens-Systeme außerdem eine Anzahl von Problemen. Die Platzerfordernisse für die Außerhalb-des-Wagens-Reservoire und Röhren beeinträchtigen die Größe des Druckers, was Kostenerhöhungen nach sich zieht.
Diese verschiedenen Probleme umfassen unerwünschte Schwankungen beim Tintendruck in der Druckkassette, eine unzuverlässige und komplexe Fluidabdichtung zwischen der Druckkassette und dem externen Tintenvorrat, erhöhte Druckergröße aufgrund der Verbindung des externen Tintenvorrats mit der Druckkassette, Blockierung in dem Tintenzuführsystem, Luftansammlung in den Röhren, die zu der Druckkassette führen, Auslaufen der Tinte, hohe Kosten und Komplexität.
Was noch wichtiger ist, die neuen Außerachsen-Gestaltung- Druckkassetten umfassen in ihren Reservoirs nur sehr wenig innere Tintenkapazität. Jedesmal, wenn eine neue Kassette hergestellt wird, muß sie durch einen automatischen Druckqualitätstester laufen (APQT = automated print quality tester). Dies ermöglicht es dem Hersteller, Kassetten auszusondern, die die minimalen Qualitätsstandards nicht erfüllen. Dieses Testen erfordert die Verwendung von Tinte. Zusätzliche Produktionskettenprozesse, die Tinten verwenden, können eine Düsenspülung, Naßfeuern und Neudrucken umfassen. Bei neuen Außerachsen-Wagengestaltungen kann die Tintenmenge, die innen zu Verfügung steht, nicht ausreichen, um es durch den APQT-Test und andere Verwendungen von Tinte zu schaffen.
Vor der Druckerinstallation befindet sich die Kassette im Transport und im Lager. Daher gibt es außerdem den Bedarf, eine Einrichtung zum Schmieren und Schützen des Einlaßtors zu schaffen. Insbesondere sollte das Tor vor Trocknen, auslaufender Tinte und Luftaufnahme geschützt werden.
Was benötigt wird, ist eine Fluidkopplung, die das Einlaßtor einer Druckkassette für eine Tintenauffüllung lösbar und fluidisch verbindet, um eine Druckkassettenabdichtung von der Außenatmosphäre, Nachgiebigkeit und eine Hilfstintenquelle für die Druckkassette zu schaffen.
Die GB-A-2 298 616 beschreibt eine Tintenstrahlaufnahmevorrichtung, die einen voneinander abtrennbaren Aufnahmekopf und eine Tintentankkassette umfaßt, die mit einem Ventilmechanismus versehen sind, der Tintenfluß von der Kassette zu dem Kopf erlaubt, wenn sie verbunden sind, aber Tintenauslaufen verhindert, wenn sie getrennt sind.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, schafft eine Fluidkopplung, die lösbar und fluidisch zu dem Einlaßtor einer Druckkassette verbindet. Die Fluidkopplung wirkt als eine Abdichtung für die Druckkassette und als eine Einrichtung zum Schmieren und Schützen des Einlaßtors vor Trocknen, Auslaufen der Tinte und Luftaufnahme, während sich die Druckkassette im Transport und im Lager befindet. Die Fluidkopplung liefert außerdem ein Hilfstintenreservoir für die Druckkassette. Die Fluidkopplung schafft außerdem eine Tintenleitung zu dem Druckkopf von einem externen Tintenvorrat.
Der Fluidadapter der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise bei einem Tintenstrahldrucker verwendet, der eine austauschbare Druckkassette umfaßt, die in einen sich bewegenden Wagen eingefügt wird. Eine Fluidverbindung auf der Druckkassette verbindet zu einer Fluidverbindung auf dem Wagen, wenn die Druckkassette in den Wagen eingefügt wird, um die Fluidverbindung zwischen dem externen Tintenvorrat und der Druckkassette zu vervollständigen. Die Fluidverbindung wird einfach durch Plazieren der Druckkassette in ein Abteil in dem sich bewegenden Wagen zwischen der Druckkassette und der Tintenröhre gebildet. Ein Druckregler, der in oder außerhalb der Druckkassette sein kann, regelt den Tintenfluß von dem externen Tintenvorrat zu der Druckkassette. Der externe Tintenvorrat kann unter Druck stehen oder nicht unter Druck stehen.
Die vorliegende Erfindung ist ein Drucksystem mit einer Druckkassette mit einem Druckkopf zum Ausstoßen von Tinte auf ein Medium in einer Ausstoßrichtung, wobei die Druckkassette ein Tinteneinlaßtor umfaßt, das ausgerichtet ist, um Fluidfluß in einer Richtung zu erlauben, die im wesentlichen entgegengesetzt ist zu der Ausstoßrichtung, und umfaßt einen sich bewegenden Wagen zum Tragen der Druckkassette und zum Bewegen über das Medium, eine Fluidkopplung, die angepaßt ist, um fluidisch mit dem Einlaßtor zu koppeln, so daß Tinte von der Fluidkopplung in einer Richtung fließen kann, die im wesentlichen entgegengesetzt zu der Ausstoßrichtung ist, eine Fluidleitung, die in Fluidkommunikation mit der Fluidkopplung ist, wobei die Fluidleitung Tinte von einer Tintenquelle empfängt, und eine Tintenquelle.
Die Erfindung umfaßt außerdem einen Fluidadapter für eine Tintenstrahldruckkassette mit Düsen zum Ausstoßen von Tinte in einer Ausstoßrichtung und einem Tinteneinlaßtor, das ausgerichtet ist, um Tinte in einer Richtung aufzunehmen, die im wesentlichen entgegengesetzt ist zu der Tröpfchenausstoßrichtung, derselbe umfaßt einen Körper mit einer äußeren Hülle und einem ersten und einem zweiten Endabschnitt, die eine innere Kammer definieren, wobei die innere Kammer eine innere Fluidleitung für Tinte zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Körpers liefert, und eine Fluidkopplung, die an dem ersten Ende des Körpers befestigt ist und in Fluidkommunikation mit der inneren Kammer ist. Optional gibt es eine zweite Fluidkopplung, die an dem zweiten Ende des Körpers befestigt ist und in Fluidkommunikation mit der inneren Kammer ist, die erste Fluidkopplung ist angepaßt, um lösbar zu dem Einlaßtor der Druckkassette abzudichten, um Fluidkommunikation zwischen der inneren Fluidleitung und dem Einlaßtor des Druckwagens zu ermöglichen, damit es der Tinte ermöglicht wird, durch die Fluidleitung zu der ersten Fluidkopplung zu fließen, durch die erste Fluidkopplung und in das Einlaßtor der Druckkassette in einer Richtung, die der Tröpfchenausstoßrichtung im wesentlichen entgegengesetzt ist, und die zweite Fluidkopplung ist angepaßt, um lösbar zu einem Auslaßtor von einem Tintenvorrat abzudichten, um Fluidkommunikation zwischen der inneren Fluidleitung und dem Auslaßtor des Tintenvorrats zu ermöglichen, um es Tinte zu ermöglichen, von dem Tintenvorrat durch die zweite Fluidkopplung und in die innere Fluidleitung zu fließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Tintenstrahldruckers, der die vorliegende Erfindung umfaßt.
Fig. 1B ist eine Draufsicht eines weiteren Tintenstrahldruckers, der die vorliegende Erfindung umfaßt.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Tintenzuführsystems und Wagens eines anderen Ausführungsbeispiels eines Tintenstrahldruckers, der die vorliegende Erfindung umfaßt.
Fig. 3A stellt den bevorzugten Wagen mit einem Ausführungsbeispiel der Druckkassette im Querschnitt dar.
Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Wagen, bei dem eine Druckkassette installiert ist.
Fig. 3C stellt die Verwendung einer flexiblen Röhre dar, die mit einem festen Winkelbauglied und einem Verteiler verbunden ist.
Fig. 3D ist eine Draufsicht eines Wagens, der die flexible Röhre von Fig. 3C umfaßt.
Fig. 3E ist eine Draufsicht eines Wagens ohne einen Verteiler, der die flexible Röhre umfaßt, die mit einem festen Winkelbauglied verbunden ist.
Fig. 3F ist eine perspektivische Ansicht eines Wagens ohne einen Verteiler, der eine flexible Röhre umfaßt, die mit einem festen Winkelbauglied verbunden ist.
Fig. 4 ist eine detaillierte Ansicht der Schnittstelle zwischen den flexiblen Röhren, die mit dem externen Tintenvorrat und der Fluidverbindung verbunden sind, die sich auf dem Wagen befindet.
Fig. 5A ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Druckkassette und der Fluidverbindung des Wagens.
Fig. 5B ist eine weitere perspektivische Ansicht der bevorzugten Druckkassette und der Fluidverbindung des Wagens.
Fig. 5C ist eine Querschnittsansicht der Druckkassette der Fig. 5B, die nun mit der Fluidverbindung auf dem Wagen verbunden ist.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Fluidkopplung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Fluidkopplung von Fig. 6, die in einer Druckkassette installiert ist.
Fig. 8 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Druckkassette von Fig. 8, wobei die Fluidkopplung von Fig. 6 mit der Fluidverbindung auf der Druckkassette verbunden ist.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht der Fluidkopplung von Fig. 6, mit einer inneren Kammer die mit Schaumstoff gefüllt ist.
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der Fluidkopplung von Fig. 6 mit einer Blase in der inneren Kammer.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Fluidkopplung von Fig. 6 mit einem Federbeutel in der inneren Kammer.
Fig. 12A sind teilweise Querschnittsansichten der Druck- und 12B kassette von Fig. 8 mit einem alternativen Ausführungsbeispiel der Fluidkopplung, die mit der Fluidverbindung auf der Druckkassette verbunden ist.
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht des Fluidadapters der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 ist eine vereinfachte Vorderansicht der Druckkopffanordnung auf einer bevorzugten Druckkassette.
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht der Rückseite der Druckkopfanordnung.
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht des Abschnitts der Druckkassette, die die Druckkopfanordnung enthält, und zeigt den Tintenfluß zu den Tintenausstoßkammern in dem Druckkopf.
Fig. 17 ist eine Tintenvorratstation, in der Tintenvorratskassetten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung installiert sind.
Fig. 18 ist eine Seitenansicht im Teilquerschnitt der Tintenvorratstation in Fig. 16.
Fig. 19 ist eine Explosionsansicht einer nicht unter Druck stehenden Tintenvorratskassette.
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht einer Faksimilemaschine, die ein Ausführungsbeispiel des Tintenzuführsystems in gestricheltem Umriß zeigt.
Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht eines Kopierers, der eine kombinierte Faksimilemaschine und Drucker sein kann, die ein Ausführungsbeispiel des Tintenzuführsystems in gestricheltem Umriß zeigt.
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht eines Großformattintenstrahldruckers, die ein Ausführungsbeispiel des Tintenzuführsystems zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVOZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Tintenstrahldruckers 10, dessen Abdeckung entfernt ist, der verschiedene erfindungsgemäß Merkmale umfaßt. Allgemein umfaßt ein Drucker 10 eine Ablage 12 zum Halten von unbenutztem Papier. Wenn eine Druckoperation ausgelöst wird, wird ein Blatt Papier von der Ablage 12 unter Verwendung einer Blattzuführeinrichtung in den Drucker 10 zugeführt, dann in einer U-Richtung umgeleitet, um nun in der entgegengesetzten Richtung zu der Ablage 12 zu verlaufen. Das Blatt wird in einer Druckzone 14 angehalten, und ein sich bewegender Wagen 16, der eine oder mehrere Druckkassetten 18 umfaßt, wird dann über das Blatt hin- und herbewegt, um auf demselben ein Band von Tinte zu drucken.
Nach einer einzigen Bewegung (Scan) oder mehreren Bewegungen (Scans) wird das Blatt dann inkremental unter Verwendung eines herkömmlichen Schrittmotors und Transportrollen 20 an eine nächste Position innerhalb der Druckzone 14 geschoben, und der Wagen 16 bewegt sich wieder über das Blatt zum Drucken eines nächsten Bandes von Tinte. Wenn das Drucken auf dem Blatt abgeschlossen ist, wird das Blatt zu einer Position oberhalb der Ablage 12 vorgeschoben, in dieser Position gehalten, um sicherzugehen, daß die Tinte trocken ist, und dann losgelassen.
Alternative Ausführungsbeispiele von Druckern umfassen diejenigen mit einer Ausgabeablage, die an der Rückseite des Druckers 10 angeordnet ist, bei denen das Blatt Papier durch die Druckzone 14 geführt wird, ohne in einer U- Richtung zurückgeführt zu werden.
Der Bewegungsmechanismus des Wagens 16 kann herkömmlich sein und umfaßt im allgemeinen eine Schiebestange 22, zusammen mit Schiebern des Wagens 16 und einem codierten Streifen 24, der durch einen Photodetektor in dem Wagen 16 zum genauen Positionieren des Wagens 16 optisch erfaßt wird. Ein Schrittmotor (nicht gezeigt), der mit dem Wagen 16 unter Verwendung einer herkömmlichen Treibriemen und Scheibenanordnung verbunden ist, wird zum Transportieren des Wagens 16 über die Druckzone 14 verwendet.
Die neuartigen Merkmale des Tintenstrahldruckers 10 und der anderen Tintenstrahldrucker, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, beziehen sich auf das Tintenzuführsystem zum Liefern von Tinte zu den Druckkassetten 18 und letztendlich zu den Tintenausstoßkammern in den Druckköpfen. Dieses Tintenzuführsystem umfaßt eine Außerachsen- Tintenvorratsstation 30, die austauschbare Tintenvorratskassetten 31, 32, 33 und 34 umfaßt, die unter Druck stehen können oder auf atmosphärischem Druck sein können. Für Farbdrucker gibt es Typischerweise eine getrennte Tintenvorratkassette für schwarze Tinte, gelbe Tinte, Magenta- Tinte und Cyan-Tinte.
Vier Röhren 36 führen Tinte von den vier austauschbaren Tintenvorratkassetten 31-34 zu den vier Druckkassetten 18.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des Außerachsen- Tintenvorrats, des sich bewegenden Wagens und der Druckkassetten werden hierin beschrieben.
Fig. 1B ist eine Draufsicht eines weiteren Druckers 10, der dem in Fig. 1A gezeigten sehr ähnlich ist, bei dem aber die Papierablage entfernt ist. Ein elektrischer Verbinder 37 ist gezeigt, der zwischen dem Drucker 10 und einem Personalcomputer verbunden ist. Die Elemente in den verschiedenen Figuren, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, können identisch sein.
Fig. 2 stellt das Tintenzuführsystem eines Druckers 40 eines alternativen Ausführungsbeispiels dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier austauschbare Tintenvorratskassetten 42-45 gezeigt, die in einer festen Station 46 über einem sich bewegenden Wagen 48 installiert sind. Diese spezielle Position der Station 46 und die horizontale Anordnung der Tintenvorratskassetten 42-45 führt zu einer effizienten Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes innerhalb des Druckers 40. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Station praktisch überall in dem Drucker 40 positioniert sein.
Eine einzige Druckkassette 50 ist gezeigt, die in dem Wagen 48 installiert ist. Vier Röhren 36, die jede mit einer Tintenvorratskassette 42-45 verbunden sind, sind in Fluidverbindung mit einer Gummitrennwand 52 für jedes der vier Abteile in dem Wagen 48. Eine hohle Nadel 60 (Fig. 3A), die als Teil jeder Druckkassette 50 gebildet ist, wird durch die Gummitrennwand 52 eingeführt, wenn die Druckkassette 50 in ihr zugeordnetes Abteil innerhalb des Wagens 48 gedrückt wird, so daß ein Fluidkommunikationsweg zwischen einer speziellen Tintenvorratskassette 42-45 und einer speziellen Druckkassette 50 zum Zuführen eines Tintenvorrats zu der Druckkassette 50 besteht.
Ein Blatt Papier dringt durch den Bodenabschnitt des Druckers 40 in die Richtung des Pfeils 53 ein, wird dann in einer U-Richtung zurückgeführt und durch die Druckzone 14 in der Richtung des Pfeils 54 transportiert. Der Wagen 48 bewegt sich dann zum Drucken auf dem Blatt über der Druckzone 14. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel dringt ein Blatt Papier in der Richtung des Pfeils 53 in die Druckzone 14 ein.
Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht, die den Wagen 48 von unten zeigt, und die Druckkassette 50 und die Trennwand 52 im Querschnitt zeigt. Dieser Querschnitt zeigt kein Regelventil innerhalb der Druckkassette 50, das den Druck durch Öffnen und Schließen eines Lochs 65 regelt. Eine Öffnung im Boden des Wagens 48 legt die Druckkopfposition 58 jeder Druckkassette 50 frei. Wagenelektroden 49 liegen Kontaktanschlußflächen gegenüber, die auf der Druckkassette 50 positioniert sind.
Wenn das vorher erwähnte Regelventil geöffnet wird, ist eine hohle Nadel 60 in Fluidkommunikation mit einer Tintenkammer 61 in der Druckkassette 50. Die hohle Nadel 60 erstreckt sich durch einen selbstabdichtenden Schlitz, der durch die Mitte der Trennwand 52 gebildet ist. Dieser selbstabdichtende Schlitz wird automatisch durch die Elastizität der Gummitrennwand 52 abgedichtet, wenn die Nadel 60 entfernt wird.
Eine Kunststofftintenleitung 62 führt von der Nadel 60 über das Loch 65 zu der Tintenkammer 61. Die Leitung 62 kann ebenfalls in den Druckkassettenkörper integriert sein. Die Leitung 62 kann angeklebt, wärmegefügt, ultraschallgeschweißt oder anderweitig an dem Druckkassettenkörper befestigt sein.
Durch Röhren 36, die mit einem Kunststoffverteiler 66 verbunden sind, wird Tinte zu dem Wagen 48 geliefert. Die Röhren 36 können aus Polyvinylchlorid (PVDC), wie z. B. SaranTM, oder einem anderen geeigneten Kunststoff gebildet sein. Die Röhren 36 können außerdem aus einem sehr flexiblen Polymermaterial gebildet sein, und zum Reduzieren der Luftdiffusion durch die Röhren in PVDC getunkt sein. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die nicht unter Druck stehenden Tintenröhren 36 einen inneren Durchmesser von etwa 1,5-2,5 mm auf, während unter Druck stehende Tintenröhren 36 einen inneren Durchmesser von etwa 1 - 1,5 mm aufweisen. Der Verteiler 66 liefert mehrere 90º- Umleitungen von Tintenfluß. Ein solcher Verteiler 66 kann überflüssig sein, falls die Röhren 36 ausreichend schmal sind und ohne Knicken gebogen werden können. Ein unter Druck stehender Außerachsen-Tintenvorrat (der später beschrieben wird) kann solche schmalen Röhren verwenden. Eine Alternative zu dem Verteiler 66 ist eine Reihe von Winkeln, die aus hitzegebildeten Röhren geformt oder gebildet sind.
Ein Trennwandwinkel 71 leitet Tinte von dem Verteiler 66 zu der Trennwand 52 und trägt die Trennwand 52. Die Trennwand 52 ist unter Verwendung einer Quetschkappe 73 an dem Winkel 71 befestigt.
Für jedes einzelne Abteil 68 ist ein Balg 67 (im Querschnitt gezeigt) vorgesehen, um einen Grad einer x-, y-, und z-Bewegung der Trennwand 52 zu ermöglichen, wenn die Nadel 60 in die Trennwand 52 eingeführt wird, um die x-, y- und z-Belastung auf der Nadel 60 zu minimieren und um eine fluiddichte und luftdichte Abdichtung um die Nadel 60 sicherzustellen. Der Balg 67 kann aus Butylgummi, Hoch-ACN- Nitril oder einem anderen flexiblen Material mit niedrigen Verdampfungs- und Luftübertragungseigenschaften gebildet sein. Der Balg 67 kann eine beliebige Länge aufweisen und kann sogar eine flexible Membran sein.
Eine Feder 70 drückt die Trennwand 52 nach oben. Dies ermöglicht es der Trennwand 52, z-Toleranzen aufzunehmen, minimiert die Belastung auf die Nadel 60 und stellt eine dichte Abdichtung um die Nadel 60 sicher.
Vertiefungen 72, die auf jedem der Abteile 68 in dem Wagen 48 gebildet sind, sind mit Vorsprüngen auf jeder Druckkassette 50 ausgerichtet, um die Bewegung der Druckkassette 50 innerhalb des Abteils 68 zu begrenzen.
Ein Luftauslaß 74, der in dem Deckel der Druckkassette 50 gebildet ist, wird durch einen Druckregler in der Druckkassette 50 verwendet, der später beschrieben wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein getrennter Regler zwischen dem Außerachsen-Tintenvorrat und jeder Druckkassette 50 verbunden sein.
Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht des Wagens 48 von oben und zeigt eine installierte Druckkassette 50.
Bei anderen Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 3C - 3F gezeigt sind, ist der Balg 67 durch eine U-förmige, runde, oder gerade flexible Röhre ersetzt.
Fig. 3C stellt eine runde, flexible Röhre 63 dar, die zwischen dem Winkel 71 und dem Verteiler 66 verbunden ist.
Fig. 3D ist eine Draufsicht des Wagens 16, der die Röhre 63 umfaßt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3E gezeigt ist, ist der Verteiler 66 ausgelassen und die Röhren 63 sind verbunden mit (oder sind Teil von) der Röhre 36. Eine Kunststofführung 64 kann verwendet werden, um die Röhren 63 zu führen.
In Fig. 3F sind die Röhren 36 direkt mit dem festen Kunststoffwinkel 71 verbunden, der die Trennwand 52 trägt, ohne gewickelt zu werden.
Falls gewünscht, können die Druckkassetten durch einzelne Arretierungen innerhalb des sich bewegenden Wagens befestigt werden, die manuell betrieben oder federgeladen sein können, wobei die Arretierungen nach unten auf einen Vorsprung oder eine Kante der Druckkassette drücken. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hält eine einzige Arretierung, wie z. B. eine gelenkig verbundene Stange, alle vier Kassetten an ihrem Platz in dem Wagen.
Fig. 4 ist eine detaillierte Ansicht des Verteilers 66, der Röhren 36, der Quetschkappe 73, der Trennwand 52, des Trennwandwinkels 71, der Feder 70 und des Balgs 67, die hinsichtlich Fig. 3A beschrieben sind. Ein Spannungsentlaster 77 für die Röhren 36 ist ebenfalls gezeigt.
Fig. 5A ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Druckkassette 50. Eine Ummantelung 76 (ebenfalls in Fig. 3B gezeigt) umgibt die Nadel 60 (verdeckt durch Ummantelung 76), um unbeabsichtigten Kontakt mit der Nadel 60 zu verhindern, und um außerdem dazu beizutragen, die Trennwand 52 (Fig. 3A) mit der Nadel 60 auszurichten, wenn die Druckkassette 50 in den Wagen 48 installiert wird.
Codierte Vorsprünge 79 sind mit den codierten Vertiefungen in den Wagenabteilen 68 ausgerichtet, um sicherzustellen, daß die richtige Farbdruckkassette 50 in das richtige Abteil 68 plaziert wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die codierten Vorsprünge 79 auf der Ummantelung 76 positioniert.
Ein flexibles Band 80, das Kontaktanschlußflächen 86 enthält und zu dem Druckkopfsubstrat führt, ist an der Druckkassette 50 befestigt. Diese Kontaktanschlußflächen 86 sind ausgerichtet und in elektrischem Kontakt mit Elektroden 49 (Fig. 3A) auf dem Wagen 48. Vorzugsweise sind die Elektroden auf dem Wagen 48 zu der Druckkassette 50 federnd vorgespannt, um einen verläßlichen Kontakt herzustellen. Solche Wagenelektroden finden sich in dem U. S.-Patent Nr. 5,408,746 mit dem Titel "Datum Formation for Improved Alignment of Multiple Nozzle Members in a Printer" von Jeffrey Thoman u. a., das dem Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeteilt ist und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Das Druckkopfdüsenarray befindet sich an der Position 58. Ein integrierter Schaltungschip 78 liefert Rückmeldung an den Drucker bezüglich bestimmter Parameter der Druckkassette 50.
Fig. 5B stellt die Unterseite der Druckkassette 50 dar. Zwei parallele Reihen von versetzten Düsen 82 sind laserablatiert durch das Band 80 gezeigt. Ein Tintenfülloch 81 wird verwendet, um die Druckkassette 50 anfänglich mit Tinte zu füllen. Ein Verschluß (nicht gezeigt) soll das Loch 81 nach dem ersten Füllen dauerhaft abdichten.
Fig. 5C ist eine Querschnittsansicht der Druckkassette 50 ohne das Band 80 entlang der Linie 5C-5C in Fig. 5A. Die Ummantelung 76 ist mit einem inneren konischen oder spitz zulaufenden Abschnitt 75 gezeigt, um die Trennwand 52 aufzunehmen und die Trennwand 52 hinsichtlich der Nadel 60 zu zentrieren. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Nadel 60 Teil einer getrennten Teilanordnung, und die Ummantelung 76 ist eine getrennte Teilanordnung, um die Herstellung zu erleichtern und Farbschlüsseländerungen durch Ändern der Ummantelung zu ermöglichen, angenommen die Farbschlüsselvorsprünge sind auf der Ummantelung positioniert.
Die oben beschriebenen Druckkassetten und Tintenzuführverbindungen sind Abwärts-Verbindungstypen, bei denen die Tintenverbindung hergestellt wird, wenn die Druckkassette nach unten in den Wagen gedrückt wird. Dies ermöglicht, daß ein resultierender Drucker ein sehr niedriges Profil hat, da sich der Tintenweg nicht über die Druckkassette erstreckt. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen, bei denen sich die Nadel von der Druckkassette erstreckt, kann die Nadel durch eine Trennwand ersetzt werden, und die Trennwand auf dem sich bewegenden Wagen kann durch eine hohle Nadel ersetzt werden.
Während der Verwendung bei dem Drucker 10 sind die Druckkassetten 50 in Fluidkommunikation mit einem Außerhalb-des- Wagens-Tintenvorrat 31-34, der lösbar in einer Tintenvorratsstation 30 befestigt ist. Ohne diese Fluidkommunikation weisen die neuen Außerachsen-Gestaltung-Druckkassetten in ihren Reservoirs sehr wenig innere Tintenkapazität auf, und diese Druckkassetten 50 können nur etwa 1 cm³ an Tinte ausstoßen. Wenn jedoch eine neue Kassette 50 hergestellt wird, muß diese durch einen automatischen Druckqualitätstester laufen. Dies ermöglicht es dem Hersteller, Kassetten auszusondern, die dem minimalen Qualitätsstandard nicht entsprechen. Zusätzliche Produktionskettenprozesse, die Tinte verwenden, können eine Düsenspülung, Naßfeuern und Neudrucken umfassen. Dieses Testen erfordert die Verwendung von Tinte. Bei den neuen Außerachsen-Kassettengestaltungen kann es sein, daß die Tintenmenge, die innen zur Verfügung steht, nicht ausreicht, um es durch den automatischen Druckqualitätstester und die anderen Verwendungen von Tinte, die oben beschrieben wurden zu schaffen.
Darüber hinaus befindet sich die Kassette vor der Druckerinstallation durch den Benutzer im Transport und im Lager. Daher gibt es außerdem den Bedarf, eine Einrichtung zum Schmieren und Schützen der hohlen Nadel 60 und des Einlaßtors auf der Druckkassette 50 zu schaffen. Insbesondere sollten die hohle Nadel 60 und das Einlaßtor vor Trocknen, Auslaufen der Tinte und Luftaufnahme geschützt werden.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Fluidkopplung oder einem Fluidadapter 200 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Fluidkopplung bzw. der Fluidadapter 200 weist einen Mittel- oder Körperabschnitt 202 und jeweils einen ersten und zweiten Schulterabschnitt 204, 206 auf. Die erste Schulter 204 umfaßt an ihrem Ende eine Trennwand 208, um mit der hohlen Nadel 60 und dem Einlaßtor auf der Druckkassette eine Schnittstelle zu bilden. Eine zweite Trennwand (nicht gezeigt) ist an dem Ende der zweiten Schulter 206 enthalten, zum Verbinden mit einer Nadel auf der Produktionskettentintenversorgung. Die Fluidkopplung oder der Fluidadapter 200 umfaßt Führungen 212 zum Führen und Ausrichten der Fluidkopplung 200, wenn die Kopplung in die Druckkassette eingeführt wird. Außerdem ist ein Griff 214 gezeigt, der an dem Körper 202 der Fluidkopplung 200 befestigt ist.
Fig. 7 zeigt die Fluidkopplung oder den Fluidadapter 200 in eine Druckkassette 220 eingebaut. Die Druckkassette 220 weist eine Ummantelung 222 auf, die die hohle Nadel umgibt und schützt (nicht gezeigt). Die Druckkassette 220 umfaßt eine Öffnung 224 in der Ummantelung 222, zum Aufnehmen des Griffs 214 der Fluidkopplung oder des Fluidadapters 200. Die Ummantelung 222 weist eine innere Abschrägung auf, die sich mit einer entsprechender Abschrägung auf der Schulter 204 und Führungen 212 verbindet, um eine Fluidkopplung oder einen Fluidadapter 200 aufzunehmen und hinsichtlich einer Nadel 16 mittig auszurichten, und um die Fluidkopplung oder den Fluidadapter 200 durch Reibung zu halten, wenn er nach oben in die Ummantelung 222 eingefügt wird. Es wird offensichtlich sein, daß jeder Typ von Arretierungsverfahren verwendet werden könnte, um die Kopplung 200 an dem Druckkopf zu befestigen. Das Druckkopfdüsenarray 216, das am Boden der Druckkassette 220 positioniert ist, stößt Tinte nach unten in der Richtung 218 aus.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht der Druckkassette 220 entlang der Linie A-A in Fig. 7. Fig. 8 zeigt die hohle Nadel 60, die durch die Trennwand 208 in die innere Kammer 230 verläuft, die innerhalb des Körpers 202 der Fluidkopplung oder des Fluidadapters 200 positioniert ist. Bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die innere Kammer 230 hohl und wirkt als Fluidleitung für Tinten, die von einer Nadel (nicht gezeigt) zugeführt wird, die durch die Trennwand 210 eingeführt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fluidkopplung oder des Fluidadapters 200 ist in Fig. 9 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die innere Kammer 230 Schaumstoff 231, der mit Tinte gesättigt ist. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die innere Kammer eine Blase 232. Die Wände 234 der Blase 232 bestehen aus einem elastischen Material. In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem sich ein Federbeutel 236 in der inneren Kammer 230 befindet. Die Federbeutelwände 238 bestehen aus einem Material, wie z. B. einem flexiblen Film, wie z. B. Mylar oder EVA, einem Mehrschichtfilm mit Schichten von Polyethylen mit niedriger Dichte, Haftmittel und metallisiertes Polyethylenterephthalat, oder dem Neun-Schicht- Film, der in dem U. S.-Patent Nr. 5,450,112, beschrieben ist, das an den Bevollmächtigten der Erfindung übertragen ist und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Enden der Tintenblase oder des Tintenbeutels können an die Fluidkopplung 200 wärmegefügt oder ultraschallgeschweißt sein, um die Bewegung einzuschränken. Der Federbeutel 236 wird durch eine Feder 242 offen vorgespannt, die auf die Seitenplatten 240 drückt, die auf der inneren Oberfläche der Beutelwände 238 positioniert ist.
Bei den in Fig. 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispielen wirken die Blase 232 und der Federbeutel 236 als ein nachgebendes Bauglied. Während Tinte von der Blase oder dem Federbeutel entzogen wird, fallen diese in der Kammer 230 zusammen. Diese Nachgiebigkeit erzeugt Rückdruck in der Blase oder dem Federbeutel, der sich erhöht, während die Blase oder der Federbeutel zusammenfällt. Siehe beispielsweise U. S.-Patent Nr. 4,500,895 (Ink bladder type reservoir) und U. S.-Patent Nr. 5,359,353 (spring-bag type reservoir), die alle an den Bevollmächtigten der vorliegende Erfindung übertragen sind und hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispiele liefern zusätzlich zu den oben angezeigten Funktionen ein Tintenreservoir, das sich während der Herstellung mit der Kassette fortbewegen kann, wodurch der Bedarf zum Auffüllen der Druckkassette eliminiert wird. Wie offensichtlich ist, können die Größe dieses Reservoirs eingestellt sein, um zwischen 0,5 bis 50 cm³ Tinte zu halten. Folglich könnte es sogar ein On-Carriage-Hilfsreservoir liefern, wodurch der Bedarf nach einem Außerachsen-Tintenvorrat eliminiert wird.
In den Fig. 12A und 12B sind unterschiedliche Formen für die Fluidkopplung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es ist zu erkennen, daß andere Formvariationen möglich sind und innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
Die Ausführungsbeispiele der Fluidkopplung und des Fluidadapters, der in den Fig. 6-11 gezeigt ist, haben die folgenden Funktionen: (1) Verhinderung von Tintenauslaufen von der Nadel und dem Einlaßtor auf der Druckkassette, (2) Verhinderung, daß Luft in der Druckkassette aufgenommen wird, (3) Liefern eines On-Board-Hilfstintenreservoirs, und (4) Liefern eines Einlasses und einer Fluidkopplung von einer weiteren Tintenvorratsquelle, wie z. B. auf der Druckkassettenproduktionskette.
In Fig. 13 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, das die oben beschriebenen Funktionen 1 - 3, aber keine Fluidkopplung zu einem anderen Tintenvorrat liefert. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es nur eine Trennwand 208 zum Bilden einer Schnittstelle mit der Nadel 60 auf der Druckkassette 50. Unterhalb des mit Tinte gesättigten Schaumstoffs 230 befindet sich ungesättigter Schaumstoff. Lüftungslöcher 252 sind vorgesehen, um den Eintritt von Luft zu ermöglichen, während Tinte abgezogen wird. Optional kann ein Material, wie z. B. Gortex, das den Durchlaß von Luft aber nicht von Flüssigkeit erlaubt, an der Schnittstelle des gesättigten Schaumstoffs verwendet werden. Während das in Fig. 12 gezeigte Ausführungsbeispiel eine mit Schaumstoff gefüllte innere Kammer aufweist, könnten die Blasen- und Federbeutelausführungsbeispiele, die oben beschrieben wurden, ebenfalls verwendet werden.
Bei den oben gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Form des Körpers 202 und der Schultern 204, 206 der Fluidkopplung 200 zylindrisch, aber jede andere Form könnte verwendet werden. Darüber hinaus muß die Form des Körpers 202 und der Schultern 204, 206 nicht gleich sein. Die einzige Einschränkung ist die Fähigkeit, die Schulter 204 der Fluidkopplung 200 mit der Nadel 60 und der Ummantelung 222 zu verbinden, um eine Abdichtung zwischen der Fluidkopplung 200 und dem Einlaßtor der Druckkassette 220 zu bewirken.
Bei den oben gezeigten Ausführungsbeispielen, bei denen sich die hohle Nadel von der Druckkassette erstreckt, kann die Nadel mit einer Trennwand ersetzt werden, und die Trennwand auf der Fluidkopplung kann mit einer hohlen Nadel ersetzt werden. Dies gilt ebenfalls für die Trennwand, die zu einem Hilfstintenvorrat verbindet.
Die Fig. 14, 15 und 16 stellen die Grundprinzipien der Druckkopfanordnung 83 dar. Die Druckkopfanordnung 83 ist vorzugsweise ein flexibles Polymerband 80 (Fig. 5B) mit Düsen 82, die durch Laserablation darin gebildet sind. Leiter 84 (Fig. 15) sind auf der Rückseite des Bands 80 gebildet, und enden in Kontaktanschlußflächen 86 zum Kontaktieren von Elektroden auf dem Wagen 48. Die anderen Enden der Leiter 84 sind durch die Fenster 87 mit Anschlüssen eines Substrats 88 (Fig. 15) verbunden, auf dem die verschiedenen Tintenausstoßkammern und Tintenausstoßelemente gebildet sind. Die Tintenausstoßelemente können Heizelementwiderstände oder piezoelektrische Elemente sein. Die Druckkopfanordnung kann ähnlich sein wie diejenige, die in dem U. S.- Patent Nr. 5,278,584 von Brian Keefe, u. a., mit dem Titel "Ink Delivery System for an Inkjet Printhead", beschrieben ist, das dem Bevollmächtigtem der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hierin durch Bezugnahme aufgenommen. Bei einer solchen Druckkopfanordnung fließt Tinte innerhalb der Druckkassette 50 um die Kanten des rechteckigen Substrats 88 und in Tintenkanäle 90, die zu jeder der Tintenausstoßkammern führen.
Fig. 16 stellt den Tintenfluß 92 von der Tintenkammer 61 in der Druckkassette 50 zu den Tintenausstoßkammern 94 dar. Die Erregung der Tintenausstoßelemente 96 und 98 bewirkt, daß ein Tintentröpfchen 101, 102 durch die zugehörigen Düsen 82 ausgestoßen wird. Eine Photoresistbarrierenschicht 104 definiert die Tintenkanäle und -kammern, und eine Haftmittelschicht 106 befestigt das flexible Band 80 an der Barrierenschicht 104. Ein weiteres Haftmittel 108 liefert eine Abdichtung zwischen dem Band 80 und dem Kunststoffdruckkassettenkörper 110. Bei einem Ausführungsbeispiel trennt eine Wand 112 die Tintenflußwege um die beiden Kanten des Substrats 88 und eine unterschiedliche Tintenfarbe wird an jeder Seite der Wand 112 zugeführt.
Der Leiterabschnitt des flexiblen Bands 80 ist an den Druckkassettenkörper 110 geklebt oder wärmegefügt.
Ein Demultiplexer auf dem Substrat 88 demultipliziert die ankommenden elektrischen Signale, die an die Kontaktanschlußflächen 86 angelegt werden, und erregt selektiv die verschiedenen Tintenausstoßelemente, um Tintentröpfchen von den Düsen 82 auszustoßen, während sich der Druckkopf 79 über die Druckzone bewegt. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Bildpunkt-pro-Zoll- (dpi = dots per inch) Auflösung 300 dpi, und es gibt 300 Düsen 82. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel druckt zumindest die schwarze Tintenkassette mit einer Auflösung von 600 dpi.
Weitere Ausführungsbeispiele von sich bewegenden Wagen und Druckkassetten sind in der U. S.-Patentanmeldung, Seriennummer, eingereicht am 30. August 1969 mit dem Titel "Inkjet Printing System with Off-Axis Ink Supply Having Ink Path Which Does Not Extend above Print Cartridge", Anwaltdokument Nr. 10960734, beschrieben, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die Tinte in jeder der Außerachsen-Tintenvorratskassetten 31-34 kann auf atmosphärischem Druck sein, wodurch Tinte durch einen negativen Druck, der durch einen Regler in jeder Druckkassette innerhalb jeder Druckkassette bestimmt wird, in jede der Druckkassetten 18, 50, 220 gezogen wird. Alternativ können die Außerachsen-Tintenvorratskassetten unter Druck stehen. Sowohl in dem nicht unter Druck stehenden als auch in dem unter Druck stehenden Tintenzuführausführungsbeispiel wird in der Druckkassette ein Druckregler zum Regeln des Drucks innerhalb der Druckkassette verwendet. Folglich kann der Druck in dem Außerachsen- Tintenvorratssystem ungeregelt sein. Der Regler bewirkt, daß die Tintenkammer in der Druckkassette einen leichten, aber im wesentlichen konstanten negativen Druck aufweist (z. B. -2 bis -7 Zoll Wassersäule), um zu verhindern, daß die Tinte von den Düsen des Druckkopfs trieft. Falls das Außerachsen-Tintenzuführsystem auf atmosphärischem Druck ist, wirkt dieser leicht negative Druck in der Druckkassette, um Tinte von dem Außerachsen-Tintenvorratssystem zu ziehen, selbst wenn die Position des Tintenvorratssystems leicht unterhalb der Druckkassette liegt. Der Regler ermöglicht außerdem die Verwendung von unter Druck stehenden Außerachsen-Tintenvorräten, während der gewünschte negative Druck innerhalb der Tintenkammer in der Druckkassette gehalten wird. Der Regler kann entwickelt sein, um einen großen Bereich von negativem Druck (oder Rückdruck) von 0 bis -50 Zoll Wassersäule zu liefern, abhängig von dem Entwurf des Druckkopfs. Ein Ausführungsbeispiel eines Druckreglers ist in U. S.-Patentanmeldung, Seriennummer, eingereicht am 30. August 1996 mit dem Titel "Inkjet Printing System with Off-Axis Ink Supply Having Ink Path Which Does Not Extend above Print Cartridge", Anwaltsdokument Nr. 10960734, beschrieben, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Außerachsen-Tintenvorratsstation 128. Die Röhren 36 von einer Außerachsen- Tintenvorratsstation 128 liefern Tinte zu den Druckkassetten (nicht gezeigt). Bei dem in Fig. 17 gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel sind nur drei der vier Farbtintenvorratskassetten 136-139 in der Tintenvorratsstation 128 installiert. Eine hohle Nadel 142, die sich von einem Abteil in der Tintenvorratsstation 128 erstreckt, die später hinsichtlich Fig. 18 detaillierter beschrieben wird, ist in Fluidkommunikation mit einer der Röhren 36. Die Tinte in jeder der Tintenvorratskassetten 136-139 ist auf atmosphärischen Druck und Tinte wird durch einen negativen Druck innerhalb jeder Druckkassette 122-125, der durch einen Regler in jeder Druckkassette bestimmt wird, in jede der Druckkassetten 122-125 gezogen.
Fig. 19 ist eine Explosionsansicht einer nicht unter Druck stehenden Tintenvorratskassette 300, wie sie in den Fig. 2, 16 und 17 gezeigt ist. Eine solche Tintenvorratkassette 300 wird einfach von der Tintenvorratstrageeinrichtung (z. B. Träger 144 in Fig. 18) entfernt und entsorgt, sobald ihr Tintenvorrat geleert ist. Die Verbindung einer solchen Tintenvorratskassette 300 zu der Fluidverbindung wurde hinsichtlich Fig. 18 beschrieben.
Die nicht unter Druck stehende Tintenvorratskassette 300 besteht aus einem zusammenfallfähigen Tintenbeutel 302 und zwei festen Kunststoffgehäusebaugliedern 303 und 304. Der Tintenbeutel 302 kann aus einem flexiblen Film, wie z. B. Mylar oder EVA, einem Mehrschichtfilm mit Schichten von Polyethylen mit niedriger Dichte, Haftmittel und metallisiertem Polyethylenterephthalat oder dem Neun-Schicht-Film gebildet sein, der in dem U. S.-Patent Nr. 5,450,112 beschrieben ist, das dem Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Enden des Tintenbeutels 302 können an das Gehäusebauglied 302 oder 304 wärmegefügt oder ultraschallgeschweißt sein, um die Bewegung des Beutels 302 einzuschränken.
Codierte Vorsprünge 305 sind mit Vertiefungen ausgerichtet, die in der Tintenvorratstrageeinrichtung gebildet sind, um sicherzustellen, daß die richtige Farbtintenvorratskassette in das richtige Abteil der Tintenvorratstrageeinrichtung eingefügt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel arretiert die Tintenvorratstrageeinrichtung ebenfalls auf den Vorsprung 305 unter Verwendung einer federgeladenen Arretierung, um die Kassette 300 zu sichern und um dem Nutzer fühlbare Rückmeldung zu geben, daß die Kassette 300 richtig installiert ist.
Ein Kunststofftintenbeutelanschlußstück 306 wird teilweise durch eine Öffnung 307 in den Tintenbeutel 302 eingefügt und hinsichtlich der Öffnung 307 durch Klebstoff oder Wärmefügung abgedichtet. Ein Tellerventil 308 erstreckt sich von dem Anschlußstück 306. Das Beutelanschlußstück 306 wird durch eine Vertiefung 307, die in den Kunststoffgehäusebaugliedern 303 und 304 gebildet ist, fest an seiner Position gehalten.
Eine Tellerventilfeder 309 wird durch ein Loch 310 in das Tellerventil 308 eingefügt, gefolgt von einer Tellerventilkugel 311. Die Kugel 311 kann aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff sein.
Ein Ende 312 einer Gummitrennwand 313 wird dann in ein Loch 310 in dem Tellerventil 308 eingeführt. Die Trennwand 313 wird dann gequetscht und unter Verwendung einer Quetschkappe 314 an dem Tellerventil 308 befestigt.
Die Trennwand 313 weist einen Schlitz 315 auf, der durch die Mitte derselben gebildet ist, durch den eine hohle Nadel 142 (Fig. 18) angefügt wird, die wie in Fig. 18 gezeigt, in Fluidverbindung mit einer Druckkassette ist. Der Schlitz 315 in der Trennwand 313 wird durch die Elastizität der Trennwand 313 automatisch geschlossen, wenn die Nadel entfernt wird.
Die Tellerventilfeder 309 und die Tellerventilkugel 311 dienen dazu, zusätzlich Sicherheit zu liefern, daß keine Tinte durch den Schlitz 315 in der Trennwand 313 fließt. Wenn keine Nadel durch den Schlitz 315 eingeführt ist, zwingt die Tellerventilfeder 309 die Tellerventilkugel 311 gegen den geschlossenen Schlitz 315, so daß die Kugel 311 in Verbindung mit dem Schließen des Schlitzes 315 eine Abdichtung gegen Tintenauslaufen liefert.
Es ist möglich, die Fluidverbindung so zu gestalten, daß sie eine Trennwand ohne das Tellerventil verwendet, oder ein Tellerventil ohne die Trennwand. Eine Trennwand ohne das Tellerventil wird mit einer radialen Abdichtung zuverlässig um eine Nadel abdichten. Wenn jedoch der Tintenvorrat mit einer Trennwand für lange Zeit in dem Drucker installiert war, tendiert die Trennwand dazu, eine Kompressionseinstellung anzunehmen. Bei der Entfernung kann es sein, daß sich die Trennwand nicht vollständig neu abdichtet. Falls sich der Vorrat neigt oder fallengelassen wird, kann Tinte auslaufen. Ein Tellerventil (selbst) hat den Vorteil (bezüglich einer Trennwand) der Selbstabdichtung ohne den Kompressionseinstellungspunkt. Es ist jedoch weniger zuverlässig, weil es nicht um die Nadel abdichtet. Folglich muß eine Art von Flächenabdichtung gebildet werden, um eine ausfließdichte Fluidverbindung mit der Kassette zu schaffen. Zusätzlich variieren Tellerventile in der Zuverlässigkeit, wenn die Oberfläche, gegen die sie abdichten, harter Kunststoff ist - kleine Defekte in der Abdichtungsoberfläche tendieren dazu, zu Lecks zu führen. Die Kombination von Trennwand/Tellerventil überwindet diese Einschränkungen durch Verwenden der Vorteile von beiden: die sehr gute Abdichtung der Trennwand um die Nadel, während die kompresionseingestellte Ausgabe eliminiert wird. Zusätzlich liefert die Innenoberfläche der Trennwand eine nachgebende Abdichtungsoberfläche für das Tellerventil, die weniger empfindlich gegenüber Defekten ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein integrierter Schaltungssensor/Speicher 316 dauerhaft an der Tintenvorratskassette 300 befestigt. Diese Schaltung liefert eine Anzahl von Funktionen, einschließlich Bestätigen der Einfügung des Tintenvorrats, Liefern einer Anzeige der verbleibenden Tinte in dem Vorrat, und Liefern eines Codes, um die Vereinbarkeit des Tintenvorrats mit dem Rest des Systems sicherzustellen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Tintenbeutel 302 mit einem positiven Druck versehen. Dies ermöglicht, daß die Röhren, die den Tintenvorrat mit der Druckkassette verbinden, dünner sind, und ermöglicht es außerdem, daß die Tintenvorratsstation weit unterhalb der Druckkassetten angeordnet sein kann. Durch Versehen des Tintenbeutels 302 mit festen Seitenplatten 318, um die Federkraft zu verteilen, kann eine Feder verwendet werden, um die Seiten des Tintenbeutels 302 zusammenzuzwingen, um einen positiven inneren Druck zu erzeugen. Bogenfedern, Spiralfedern, Schaumstoff, ein Gas oder andere elastische Elemente können die Federkraft liefern. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Tintenbeutel 302 durch eine intermittierende Druckquelle, wie z. B. ein Gas, unter Druck gesetzt werden. Alternativ kann eine Pumpe in dem Tintenvorrat verwendet werden, wie es in der U. S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer, eingereicht am 30. August 1996 mit dem Titel "Inkjet Printing System with Off-Axis Ink Supply Having Ink Path Which Does Not Extend above Print Cartridge", Anwaltsdokument Nr. 10960734, beschrieben ist, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Bei Entleerung der Tinte von dem Reservoir 324 oder aus einem anderen Grund kann die Tintenvorrat 320 mühelos von dem Andockfach 338 entfernt werden. Bei der Entfernung ist der Fluidauslaß 328 und der Fluideinlaß 342 geschlossen, um dazu beizutragen, verbleibende Tinte davon abzuhalten, in den Drucker oder auf den Benutzer zu laufen. Der Tintenvorrat kann dann entsorgt werden oder für die Neuinstallation zu einem späteren Zeitpunkt gelagert werden. Auf diese Weise liefert der vorliegende Tintenvorrat 320 einem Benutzer eines Tintenstrahldruckers einen einfachen, wirtschaftlichen Weg zum Liefern eines zuverlässigen und leicht austauschbaren Tintenvorrats für einen Tintenstrahldrucker.
Die dargestellte Kunststofflage ist flexibel, um es dem Volumen des Reservoirs zu ermöglichen, zu variieren, während Tinte von dem Reservoir entleert wird. Dies trägt dazu bei, das Entziehen und die Verwendung der gesamten Tinte in dem Reservoir zu unterstützen, durch Reduzieren der Menge an Rückdruck, der erzeugt wird, während Tinte von dem Reservoir entleert wird.
Die hierin beschriebenen Druckkassetten, Wagen und Außerachsen-Tintenzuführsysteme können in verschiedenen Kombinationen verwendet werden, um Tinte an die Düsen der Druckköpfe in den Druckkassetten zu liefern. Als ein Beispiel kann jede der beschriebenen Druckkassetten entweder mit den unter Druck stehenden oder den nicht unter Druck stehenden Tintenvorratskassetten verwendet werden. Die Tintenvorratskassetten können in einem Drucker angeordnet sein für bequemen Zugriff, leichte Verwendung, maximale Ausnutzung des Platzes und für das Ermöglichen des erforderlichen, gelieferten Tintenvolumens. Der Druckregler, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einstückig ist mit der Druckkassette, ermöglicht es, daß die Druckkopfleistung von der relativen Höhe der Tintenversorgung und des Druckkopfs unabhängig ist.
Das kostengünstigste System wird typischerweise eines mit nicht unter Druck stehenden Vorräten sein. Die Unterdrucksetzung kann jedoch für einige Situationen erforderlich sein. Dies ist am besten ersichtlich durch Bedenken von Ursachen für dynamische und statische Druckänderung. Der statische Druck in dem Druckkopf ist definiert als der, der vorliegt, wenn der Druckkopf ruhig gestellt ist und nicht in Betrieb ist, und ist typischerweise durch die Feder in dem Regler optimalerweise auf -2 bis -6 Zoll Wassersäule eingestellt. Falls jedoch die Tintenvorräte mehr als 6 Zoll unterhalb des Druckkopfs positioniert sind, wird der Regler immer offen sein (wenn man von dem oben eingestellten Punktbereich ausgeht), und der statische Druck wird immer der Höhenunterschied sein. Um die Sache noch zu verschlimmern, ist der betreffende Druck dynamisch, und definiert als der Druck, den der Druckkopf während des Betriebs erfährt. Folglich wird der tatsächliche dynamische Druck eine noch größere negative Zahl haben und außerhalb des Reglerbereichs liegen.
Das unter Druck setzen des Tintenvorrats wird dieses Problem lösen. Dies kann durch das vorher erwähnte Verfahren oder durch Verwenden von Federn durchgeführt werden, um konstanten Tintenvorratsdruck zu liefern. Dies kann durchgeführt werden, um den relativen Höhen und anderen Faktoren, die den dynamischen Druckabfall beeinflussen, entgegenzuwirken. Die Faktoren, die den dynamischen Druckabfall erhöhen, umfassen die Rate der Tintenverwendung durch den Druckkopf, sich verringernde Röhrendurchmesser, wachsende Röhrenlänge und zunehmende Tintenviskosität. Die Unterdrucksetzung muß erhöht werden, bis der Druck vollständig durch den Regler in die von der Druckqualität gegebene Druckspezifikation gesteuert ist.
Als Folge dieser Gestaltungsoptionen bietet der integrierte Druckregler einen weiten Bereich von Produktimplementierungen außer denen, die in den Fig. 1A und 1B dargestellt sind. Beispielsweise können solche Tintenzuführsysteme in einem Tintenstrahldrucker eingebaut sein, der wie in Fig. 20 gezeigt, in einer Faksimilemaschine 500 verwendet wird, bei dem eine sich bewegende Kassette 502 und ein Außerachsen-Tintenzuführsystem 504, das über eine Röhre 506 verbunden ist, mit gestricheltem Umriß gezeigt sind.
Fig. 21 stellt eine Kopiermaschine 510 dar, die außerdem eine kombinierte Faksimile/Kopiermaschine sein kann, die ein hierin beschriebenes Tintenzuführsystem umfaßt. Die sich bewegenden Druckkassetten 502 und ein Außerachsen- Tintenvorrat 504, die über eine Röhre 506 verbunden ist, sind in gestricheltem Umriß gezeigt.
Fig. 22 stellt einen Großformatdrucker 516 dar, der auf einer breiten fortlaufenden Papierrolle druckt, die durch eine Ablage 518 getragen wird. Es ist gezeigt, daß die sich bewegenden Druckkassetten 502 über die Röhre 506 mit dem Außerachsen-Tintenvorrat 504 verbunden sind.
Faksimilemaschinen, Kopiermaschinen und Großformatmaschinen werden tendenziell gemeinschaftlich verwendet und stark belastet. Sie werden häufig unbeaufsichtigt verwendet und für große Anzahlen von Kopien. Folglich werden für diese Maschinen Tintenvorräte mit großer Kapazität (50-500 Kubikzentimeter) tendenziell bevorzugt. Im Gegensatz dazu wäre ein Heimdrucker oder tragbarer Drucker am besten mit Vorräten mit niedriger Kapazität, um die Produktgröße und die Produktkosten zu minimieren. Folglich sind die in den Fig. 1A und 1B gezeigten Produktlayouts am geeignetsten für solche Anwendungen mit kleinerem Formfaktor oder kostengünstigeren Anwendungen.
Obwohl spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dieser Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen, und daher sollen die angehängten Ansprüche innerhalb ihres Schutzbereichs alle solchen Änderungen und Modifikationen umfassen, die innerhalb der wahren Wesensart und dem Schutzbereich dieser Erfindung liegen.

Claims

1. Ein Fluidadapter (200) für eine Tintenstrahldruckkassette (220) mit Düsen (216) zum Ausstoßen von Tinte in einer Ausstoßrichtung (218) und mit einem Tinteneinlaßtor (224), das ausgerichtet ist, um Tinte in einer Richtung aufzunehmen, die der Tröpfchenausstoßrichtung (218) im wesentlichen entgegengesetzt ist, wobei der Adapter (200) folgende Merkmale umfaßt:

einen Körper (202) mit einer äußeren Hülle und einem ersten und einem zweiten Endabschnitt (204, 206), die eine innere Kammer (230) definieren, wobei die innere Kammer (230) eine innere Fluidleitung für Tinte zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (204, 206) des Körpers (202) liefert;

eine erste Fluidkopplung (208), die an dem ersten Ende (204) des Körpers (202) befestigt und in Fluidkommunikation mit der inneren Kammer (230) ist;

eine zweite Fluidkopplung, die an dem zweiten Ende (206) des Körpers (202) befestigt und in Fluidkommunikation mit der inneren Kammer (230) ist;

wobei die erste Fluidkopplung (208) eine lösbare Abdichtung aufweist, die eine Fluidkommunikation zwischen der inneren Fluidleitung und der ersten Fluidkopplung (208) ermoglicht, um einen Tintenfluß durch die Fluidleitung zu der ersten Fluidkopplung (208), durch die erste Fluidkopplung (208) in einer Richtung zu ermöglichen, die der Tröpfchenausstoßrichtung (218) im wesentlichen entgegengesetzt ist; und

wobei die zweite Fluidkopplung eine lösbare Abdichtung aufweist, die eine Fluidkommunikation zwischen der inneren Fluidleitung und der zweiten Fluidkopplung ermöglicht, um einen Tintenfluß von einem Tintenvorrat durch die zweite Fluidkopplung und in die innere Fluidleitung zu ermöglichen.

2. Ein Fluidadapter (200) gemäß Anspruch 1, bei dem die innere Kammer (230) ferner ein Tintenreservoir umfaßt.

3. Ein Fluidadapter (200) gemäß Anspruch 2, bei dem das Tintenreservoir Schaumstoff (231) zum Enthalten von Tinte umfaßt.

4. Ein Fluidadapter (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Einlaßtor (224) der Druckkassette (220) eine hohle Nadel (60) ist.

5. Ein Fluidadapter (200) gemäß Anspruch 4, bei dem die erste Fluidkopplung ein elastisches Material (208) umfaßt, das angepaßt ist, um die Einlaßnadel (60) aufzunehmen.

6. Ein Fluidadapter (200) gemäß Anspruch 5. bei dem das elastische Material (208) ferner ein selbstabdichtendes Loch umfaßt, das angepaßt ist, um die Einlaßnadel (60) aufzunehmen.

7. Ein Fluidadapter (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Fluidkopplung ein elastisches Material umfaßt, das angepaßt ist, um eine Nadel aufzunehmen.

8. Ein Fluidadapter (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die äußere Oberfläche des Körpers (202) Eingriff nimmt mit einer inneren Oberfläche einer Ummantelung (222), die sich von der Druckkassette (220) in eine Richtung erstreckt, die im wesentlichen parallel zu der Ausstoßrichtung (218) ist, und die im wesentlichen das Einlaßtor (224) umgibt, um eine Ausrichtung zwischen der ersten Fluidkopplung (208) und dem Einlaßtor (224) der Druckkassette (220) sicherzustellen.

9. Ein Fluidadapter (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Tintenfluß durch die erste Fluidkopplung (208) eine erste Richtung definiert und der Tintenfluß in die zweite Fluidkopplung eine zweite Richtung definiert, die einen Winkel von 0-90º mit der ersten Richtung bildet.