Verfahren zur Herstellung einer Tintenkartusche für einen Tintenstrahldrucker

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mit Tinte gefüllten Tintenkartusche für einen Tintenstrahldrucker, die zur Tintenentnahme einen rohrförmigen, an den Tintenraum angeschlossenen Dom aufweist, deren äußeres Ende mit einer durchstechbaren, luftdichten, elastischen Membran verschlossen ist und dessen inneres Ende mit einem feinmaschigen Filtersieb abgedeckt ist, mit den Verfahrensschritten

• Evakuieren des Tintenraums auf Füllvakuum,
• Einfüllen der Tinte in den Tintenraum,
• Belüften des Tintenraums,
• Evakuieren des Tintenraums auf Transportvakuum,
• Verschließen des Tintenraums.

Um die beim Befüllen im Dom (3) eingeschlossene Luftmenge (8) weitestgehend zu reduzieren, schlägt die Erfindung vor, daß vor dem Evakuieren auf Transportvakuum von außen vor der Membran (5) unter Einschluß eines definierten Luftvolumens (7) eine steife Abdeckung (6) dicht angebracht wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mit Tinte gefüllten Tintenkartusche für einen Tintenstrahldrucker, die zur Tintenentnahme einen rohrförmigen, an den Tintenraum angeschlossen Dom aufweist, dessen äußeres Ende mit einer durchstechbaren, luftdichten, elastischen Membran verschlossen ist und dessen inneres Ende mit einem feinmaschigen Filtersieb abgedeckt ist, mit den Verfahrensschritten

• Evakuieren des Tintenraums auf Füllvakuum,
• Einfüllen der Tinte in den Tintenraum,
• Belüften des Tintenraums,
• Evakuieren des Tintenraums auf Transportvakuum,
• Verschließen des Tintenraums.

[0002] Tintenkartuschen, die als Einweg-Tintenvorratsbehälter für Tintenstrahldrucker und -plotter dienen, haben einen Tintenraum, der bei der Herstellung möglichst gasfrei mit Tinte gefüllt wird. Die Tintenversorgung eines daran angeschlossenen Druckers erfolgt über eine Hohlnadel, die beim Einsetzen der Tintenkartusche axial in einen eigens dafür ausgebildeten Dom in Form eines Rohrabschnitts eingestochen wird, der mit dem eigentlichen Tintenraum in Verbindung steht, so daß vom Drucker über die Hohlnadel Tinte abgesaugt werden kann.

[0003] Es existieren solche Tintenkartuschen, deren Tintenraum mit einem die Tinte speichernden, offenporigen Schaum ausgefüllt ist, und solche, bei denen sich die Tinte freifließend im Tintenraum befindet. Bei beiden Ausführungsformen ist der Dom nach innen mit einem feinen Sieb verschlossen, welches als Filter dient, und verhindern soll, daß größere Partikel über die Hohlnadel in das Drucksystem gelangen und dort zu Störungen führen. Das äußere Ende des Dorns ist zur abgedichteten Aufnahme der Hohlnadel des Druckers ausgebildet. Hierzu ist entweder eine Dichtung mit einer vorgeformten Öffnung zur Aufnahme der Hohlnadel vorgesehen, oder eine luftdichte Membran, die nach Art eines Septums von der Hohlnadel durchstechbar ist. Diese Ausführung hat den besonderen Vorteil, daß vor der Inbetriebnahme keine Luft von außen durch den Dom in den Tintenraum gelangen kann.

[0004] Von ausschlaggebender Bedeutung für die Funktionssicherheit einer Tintenkartusche ist, daß bei der Befüllung mit Tinte keine Luft in den Tintenraum gelangt und dort eingeschlossen wird. Luftblasen können nämlich ab einer bestimmten Größe insbesondere dann zu Funktionsstörungen im Drucksystem führen, wenn sie im Dom, d. h. unterhalb des Filtersiebs eingeschlossen sind, so daß sie von der Hohlnadel angesaugt werden können.

[0005] Um die eingeschlossene Luftmenge möglichst gering zu halten, sind in der EP 0 703 083 A2 und der EP 0 864 428 A2 bereits Vakuum-Befüllverfahren beschrieben worden, bei denen der Tintenraum zunächst mit einem relativ hohen Füllvakuum (mehr als 95%) beaufschlagt wird, anschließend Tinte injiziert wird und vor dem endgültigen, gasdichten Verschluß der Tintenraum nochmals auf Transportvakuum gebracht wird, welches bei etwa 50% iegt. Durch dieses Transportvakuum wird sichergestellt, daß, wenn die Tintenkartusche unter niedrigerem Atmosphärendruck oder höheren Temperaturen als bei der Abfüllung in Betrieb genommen wird, keine Tinte nach außen gepreßt wird.

[0006] In der zuletzt genannten EP 0 864 428 A2 wird zur Vermeidung von Luftblasen im Dom vorgeschlagen, die Austrittsöffnung mit einer luftdurchlässigen Folie zu verschließen, so daß beim nachfolgenden Verpacken der Tintenkartusche in einem Vakuumbeutel im Dom enthaltene Luft entweichen kann. Die Verwendung dieser luftdurchlässigen Verschlußfolie bringt jedoch denknotwendigerweise den Nachteil mit sich, daß wiederum Luft von außen in den Dom eintreten kann, sobald die Tintenkartusche aus der schützenden Vakuumverpackung entnommen wird. Dies ist insofern unbefriedigend, als daß eine versehentlich ausgepackte Tintenkartusche bereits nach kurzer Zeit unbrauchbar ist. Unter Umständen können dadurch bereits Funktionsstörungen entstehen, wenn mit den Einsetzen der Tintenkartusche in den Drucker zu lange gewartet wird.

[0007] Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht in der Lösung der vorgenannten Problematik, nämlich ein Verfahren anzugeben, welches eine dauerhafte Minimierung der Luftmenge im Dom ermöglicht, und zwar auch dann, wenn sich die Tintenkartusche nicht mehr in einer schützenden Vakuumverpackung befindet.

[0008] Zur Lösung der vorgenannten Problematik schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß vor dem Evakuieren auf Transportvakuum von außen vor der Membran unter Einschluß eines definierten Luftvolumens eine steife Abdeckung dicht angebracht wird.

[0009] Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß durch die elastische Membran des Septums mit der starren, unelastischen Abdeckung und dem dazwischen eingeschlossenen Gasvolumen ein auf den Innenraum des Doms wirkender Gas-Federpuffer gebildet wird. Dieser ermöglicht eine nahezu vollständige Entfernung von Luftblasen aus dem Dom, und zwar unabhängig von den atmosphärischen Umgebungsbedingungen, wie im folgenden erläutert wird.

[0010] Beim Einspritzen der Tinte in den mit dem Befüllvakuum beaufschlagten Tintenraum läßt sich der Einschluß einer gewissen Restluftmenge nicht vermeiden. Bei einem dabei herrschenden Unterdruck von etwa 95-97% verbleiben nämlich entsprechend 5-3% Restluft, die als Luftblasen in dem eingefüllten Tintenvolumen verbleiben, und zwar bevorzugt unter dem Filtersieb im Dom, wo sie besonders schädlich sind. Dank der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die Membran unter elastischer Verformung durch den im Tintenraum herrschenden Unterdruck in das Innere des Doms eingeformt, sobald der Tintenraum mit dem Transportvakuum von etwa 50% des Atmosphärendrucks beaufschlagt wird. Durch den Unterdruck bei dieser Evakuierung werden nämlich durch die Ausdehnung des eingeschlosenen Luftvolumens eventuell im Dom eingeschlossene Luftblasen durch das Filtersieb in den Tintenraum gepreßt. Vor dem luftdichten Verschließen werden sie dann entweder durch die Entlüftungsöffnung vollkommen abgesaugt oder verbleiben oberhalb des Filtersiebs im Tintenraum, wo sie für die einwandfreie Funktion der Tintenkartusche unschädlich sind.

[0011] Von besonderer praktischer Bedeutung ist bei der Erfindung, daß die Nachgiebigkeit der Membran und dabei das Maß der Einformung in den Dom während der Evakuierung des Tintenraums durch das zwischen der Membran und der erfindungsgemäßen Abdeckung eingeschlossene Luftvolumen einstellbar ist. Unabhängig von den umgebenden atmosphärischen Bedingungen wird die elastische Einformung der Membran um so geringer, je kleiner das eingeschlossene Luftvolumen ist. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, daß die beim Evakuieren von außen auf die Membran wirkende Kraft zu groß wird und die Membran entweder von außen in den Dom hineingedrückt wird oder beschädigt wird, wodurch die Tintenkartusche gleichermaßen unbrauchbar würde. Die Membran selbst nämlich entsprechend steif bzw. widerstandsfähig auszugestalten, würde nämlich der geforderten, leichten Durchstechbarkeit beim Einsetzen auf die Hohlnadel des Druckers entgegenwirken und scheidet deswegen von vornherein aus. Durch die Erfindung wird dieser Zielkonflikt gelöst, so daß die Membran weiterhin relativ dünn und damit leicht durchstechbar ausgebildet sein kann, so daß die im Betrieb geforderten Funktionseigenschaften nicht nachteilig beeinflußt werden.

[0012] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist darauf zu achten, daß die Abdeckung der Membran erfolgt, bevor der Tintenraum mit dem Transportvakuum beaufschlagt wird. Aus verfahrenstechnischen Gründen kann es unter Umständen vorteilhaft sein, daß die Abdeckung bereits vor dem Evakuieren auf Füllvakuum angebracht wird. Die erfindungsgemäße Funktion ist damit ebenfalls voll gewährleistet.

[0013] Vorzugsweise wird als Abdeckung eine unelastische Folie auf der Membran angebracht. Diese kann beispielsweise vor der Öffnung an der Wandung des Doms befestigt sein oder mit den abgestützten Randbereichen der Membran verbunden sein. Vorzugsweise wird diese Folie angeklebt oder angeschweißt.

[0014] Vorzugsweise weist die Membran von außen gesehen eine konkave Einformung auf. Dadurch, daß diese Einformung von einer ebenen Abdeckung, beispielsweise einer gespannten unelastischen Folie, geschlossen wird, entsteht ein eingeschlossenes Luftvolumen definierter Größe.

[0015] Die Abdeckung, beispielsweise die vorgenannte unelastische Folie, wird bevorzugt lösbar angebracht. Dadurch kann diese vor dem Einsetzen in den Tintenstrahldrucker leicht von Hand entfernt werden.

[0016] Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, daß das Evakuieren und das Befüllen des Tintenraums durch eine einzige Einfüllöffnung erfolgt. Dadurch ist lediglich der dichte Verschluß einer einzigen Öffnung erforderlich, wodurch der Arbeitsaufwand bei der Fertigung entsprechend geringer ausfällt.

[0017] Bezogen auf die Umgebungsatmosphäre wird ein Füllvakuum von mindestens 95%, vorzugsweise 97% gewählt. Für das Transportvakuum ist ein Unterdruck von 50% oder weniger ausreichend.

[0018] Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert, welche die einzelnen Verfahrensschritte schematisch wiedergeben. Diese zeigen im einzelnen:

Fig. 1:

eine Schnittansicht des Doms nach dem Befüllen mit Tinte und dem Belüften;

Fig. 2:

eine Ansicht wie in Fig. 1 beim Evakuieren auf Transportvakuum;

Fig. 3:

eine Ansicht wie in Fig. 2 des Endzustandes nach der Befüllung.

[0019] Fig. 1, 2 und 3 zeigen Phasenansichten bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

[0020] In den Zeichnungen ist eine teilweise Schnittansicht durch den Bodenbereich einer Tintenkartusche 1 dargestellt, deren Innenraum den Tintenraum 2 darstellt. Dieser ist vollständig mit Tinte gefüllt. Im Boden der Kartusche 1 ist der Dom 3 in Form eines senkrecht stehenden Rohrabschnitts ausgebildet. Auf dessen oberen Ende, welches in den Tintenraum 2 gerichtet ist, ist ein feinporiges Filtersieb 4, beispielsweise ein feinmaschiges Edelstahlsieb angebracht. Unten, auf dem äußeren Ende ist der Dom 3 mit einer durchstechbaren Membran 5 aus luftundurchlässigem, elastischem Material, beispielsweise thermoplastischem Elastomer, verschlossen. Außen auf dieser Membran 5 ist eine steife Abdeckung 6, die vorzugsweise aus unelastischer Folie gebildet wird, dicht angebracht, beispielsweise verschweißt oder verklebt. Zwischen der Membran 5, die auf ihrer Unterseite eine konkave Einformung hat, und der unelastischen Folie 6 ist ein linsenförmiges Luftvolumen 7 eingeschlossen, welches zur Verdeutlichung der Erfindung überproportional vergrößert dargestellt ist.

[0021] Fig. 1 zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Tintenraum 2 vorab unter einem Befüllvakuum von etwa 97% mit Tinte befüllt und anschließend belüftet worden ist. Die dabei verbleibenden 3% Restluft haben sich im Inneren des Doms 3 unter dem Filtersieb 4 in Form von Luftblasen 8 gesammelt. Aufgrund ihrer Oberflächenspannung sind diese Luftblasen 8 daran gehindert, durch das Filtersieb 4 nach oben in den Tintenraum 2 zu gelangen. Es besteht daher die Gefahr, daß sie im Betriebszustand von einer - hier gestrichelt eingezeichneten - Hohlnadel 9 angesaugt würden und zu Beeinträchtigungen beim Drucken führen könnten.

[0022] Fig. 2 zeigt eine Momentaufnahme bei der Beaufschlagung des Tintenraums 2 mit dem Transportvakuum. Aufgrund des Unterdrucks dehnt sich das Luftvolumen 7 aus, wobei die Membran 5 ins Innere des Doms 3 ausgeformt wird. Die starre Abdeckung 6 bleibt währenddessen im wesentlichen unverformt. Durch die bei der Einformung der Membran 5 im Dom 3 entstehende Flüssigkeitsverdrängung wird die darin eingeschlossene Tinte verdrängt. Die Luftblasen 8 werden dabei durch das Filtersieb 4 in den Tintenraum 2 gepreßt. Dort steigen sie auf und sammeln sich oben im Tintenraum 2, wo sie abgesaugt werden oder verbleiben.

[0023] Nach der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt sich der in Fig. 3 dargestellte Endzustand ein, bei dem - wie dargestellt - keine Restluft im Dom 3 verbleibt, oder diese doch zumindest auf einen Rest reduziert wird, welcher für den einwandfreien Betrieb eines angeschlossen Tintenstrahldruckers unschädlich ist.

[0024] Zum Anschluß an die Hohlnadel 9 eines Tintenstrahldruckers wird zunächst wieder der Tintenraum 2 belüftet und anschließend die Abdeckung 6 entfernt. Aufgrund des dabei vorab erfolgenden Druckausgleichs besteht kein Risiko, daß sich die Membran 5 übermäßig nach innen ausdehnt. Anschließend kann wie gewohnt die Hohlnadel 9 durch die Membran 5 in den - dank des erfindungsgemäßen Verfahrens - vollständig mit Tinte gefüllten Dom 3 eingestochen werden. Wegen der geringen Restluftmenge ist auf jeden Fall ein einwandfreier Betrieb eines angeschlossenen Drucksystems gegeben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer mit Tinte gefüllten Tintenkartusche für einen Tintenstrahldrucker, die zur Tintenentnahme einen rohrförmigen, an den Tintenraum angeschlossenen Dom aufweist, dessen äußeres Ende mit einer durchstechbaren, luftdichten, elastischen Membran verschlossen ist und dessen inneres Ende mit einem feinmaschigen Filtersieb abgedeckt ist, mit den Verfahrensschritten

- Evakuieren des Tintenraums auf Füllvakuum,

- Einfüllen der Tinte in den Tintenraum,

- Belüften des Tintenraums,

- Evakuieren des Tintenraums auf Transportvakuum,

- Verschließen des Tintenraums,

gekennzeichnet dadurch,
daß vor dem Evakuieren auf Transportvakuum von außen vor der Membran (5) unter Einschluß eines definierten Luftvolumens (7) eine steife Abdeckung (6) dicht angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (6) vor dem Evakuieren auf Füllvakuum angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdeckung eine unelastische Folie (6) auf der Membran (5) angebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) eine konkave Einformung aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (6) lösbar angebracht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Evakuieren, Belüften und Befüllen des Tintenraums (2) durch eine einzige Einfüllöffnung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllvakuum mindestens 95% Unterdruck bezogen auf Umgebungsatmosphäre beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportvakuum ca. 50% Unterdruck bezogen auf Umgebungsatmosphäre beim Befüllen beträgt.

Zeichnung