Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenversorgungstank für einen Tintenstrahldruckkopf, der feststehend in einem Tintenstrahldrucker anbringbar ist, mit einem Tintenvorratsbehälter, der an eine zum Tintenstrahldruckkopf führende Tintenversorgungsleitung anschliessbar ist, und mit einer Tintenabgabevorrichtung, die von aussen zugängliche Betätigungselemente aufweist, welche mit korrespondierenden, motorisch antreibbaren Antriebselementen des Tintenstrahldruckers in Wirkeingriff bringbar sind, wobei die Tintenabgabevorrichtung bei Betätigung der Betätigungselemente Tinte mit Überdruck in die Tintenversorgungsleitung einspeist, und die Tintenabgabevorrichtung eine auf den Tintenvorratsbehälter wirkende Druckerzeugungsvorrichtung aufweist, die mit den Betätigungselementen gekoppelt ist, die beim Antrieb der Betätigungselemente den Tintenvorratsbehälter mit Überdruck beaufschlagt und die einen Druckstempel aufweist, der mit den Betätigungselementen gekoppelt ist und bei deren Betätigung den Tintenvorratsbehälter zusammenpresst.
Ein zentraler Bestandteil eines Tintenstrahldruckers ist der Tintenstrahldnrckkopf, der mit einer entsprechenden Mechanik relativ zur bedruckbaren Fläche positionierbar ist und durch kontrollierten Austritt von Tinte aus einer Vielzahl von feinen Druckdüsen das Druckbild erzeugt. Die kontinuierliche Versorgung des Druckkopfs mit Tinte erfolgt aus einem Tintenvorratsbehälter, der ein grösseres Tintenreservoir aufnimmt. Bei einfachen schwarz/weiss-Tintenstrahldruckern ist der Tintenstrahldruckkopf zusammen mit dem Tintenvorratsbehälter als einteilige, austauschbare Einheit ausgebildet. Durch den Trend zu immer höheren Druckgeschwindigkeiten und der dazu erforderlichen schnellen Beschleunigung des Druckkopfes hat sich wegen der Verringerung der bewegten Massen eine Bauform durchgesetzt, bei welcher der Tintenbehälter nunmehr in einem separaten, austauschbaren, dabei fest im Drucker installierten Tintenversorgungstank unterzubringen, der über eine flexible Tintenversorgungsleitung mit dem bewegten Tintenstrahldruckkopf verbunden ist. Ein weiterer Grund für diese Entwicklung ist die zunehmende Verbreitung von Vierfarb-Druckern, die entsprechend vier Tintenvorratsbehälter erfordern.
Ein separat vom Druckkopf ausgestalteter Tintentank mit den eingangs erwähnten Merkmalen ist beispielsweise in der US-PS 5 777 646 beschrieben. Dieser weist neben einem Tintenvorratsbehälter eine daran angeschlossene, aktive Tintenabgabevorrichtung auf, die dazu dient, die Tintenversorgungsleitungen mit Druck zu beaufschlagen. Dies ist erforderlich, um einen kontinuierlichen Tintenfluss bei sämtlichen praktisch auftretenden Beschleunigungszuständen zu gewährleisten. Im einzelnen ist diese Tintenabgabevorrichtung in Form einer kleinen Pumpe ausgebildet, die als Betätigungselement einen von aussen zugänglichen, flexiblen Pumpenbalg aufweist, der von motorisch bewegbaren Antriebsnocken am Drucker jedesmal betätigt, das heisst zusammengepresst wird, wenn ein Druckauftrag ansteht. Diese aktive Betätigung der Pumpvorrichtung hat den Vorteil, dass unabhängig vom Füllstand in dem Tintenvorratsbehälter über die gesamte Lebensdauer des Tintenversorgungstanks bei jedem Druckauftrag ein ausreichender Tinten-Betriebsdruck aufgebaut wird, der in der Grtissenordnung von etwa 0,2 bis 0,3 bar liegt.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Tintenversorgungstanks mit aktiver Tintenabgabe ist jedoch, dass der Pumpmechanismus zur Tintenabgabe aus einer Vielzahl von einzelnen Bauteilen besteht. So ist beispielsweise eine separate Pumpkammer erforderlich, die über ein Rückschlagventil am Tintenvorratsbehälter angeschlossen ist. An der Pumpkammer müssen weiterhin als Betätigungselemente Kolben oder balgartige Membranen angebracht sein, die auf die Antriebselemente, beispielsweise die Betätigungsnocken am Drucker abgestimmt sind. Im Stand der Technik geht der dazu bislang erforderliche mechanische Aufwand beispielsweise aus der US-PS 5 784 087, US-PS 5 825 387, US-PS 5 844 579 sowie EP 0 870 618 A2 eindrucksvoll hervor.
Aus der US-A-4162501 ist ein Tintenversorgungstank mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt. Dieser ist feststehend in einem Tintenstrahldrucker anbringbar und hat einen Tintenvorratsbehälter, der an eine zum Tintenstrahldruckkopf führende Tintenversorgungsleitung anschliessbar ist. Eine Tintenabgabevorrichtung zur aktiven Tintenabgabe weist einen von aussen durch eine Öffnung im Gehäuse zugänglichen Druckstempel auf, welcher als im Gehäuse verschieblich gelagerter Kolben ausgebildet ist. Der Druckstempel kann gegen eine folienartige, flexible Wand eines Tintenvorratsbehälters angedrückt werden, der sich von innen gegen das Gehäuse abstützt. Durch die Öffnung kann ein Zapfen des Tintenstrahldruckers eingeführt werden. Der Zapfen ist federbelastet, wodurch der beutelartige Tintenvorratsbehälter mit der Federkraft zusammengepresst wird und die in dem Tintenvorratsbehälter befindliche Tinte mit Überdruck in die Tintenversorgungsleitung eingespeist wird.
Ein Problem bei diesem bekannten Tintenversorgungstank ist, daß die Kraft, die vom Betätigungselement des Druckers auf den Druckstempel ausgeübt wird, immer nur gleich groß ist wie die vom Druckstempel auf den Tintenvorratsbehälter wirkende Druckkraft.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftübersetzungsgetriebe eingesetzt, welches beispielsweise als Hebelgetriebe ausgebildet sein kann. Dieses enthält beispielsweise Einfach- oder Doppelhebel und kann dazu dienen, die vom Antriebselement, das heisst dem Antriebsnocken des Druckers, ausgeübte Betätigungskraft in eine grössere Presskraft des Druckstempels umzusetzen. Damit ist es möglich, den gegebenen Hub und die Betätigungskraft optimal auf die Presskraft des Druckstempels abzustimmen, so dass auf jeden Fall der erforderliche Tintenüberdruck aufgebaut wird.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die Erfindung ausgehend von einem Tintenversorgungstank mit den eingangs erwähnten Merkmalen vor, dass die Betätigungselemente ein auf den Druckstempel wirkendes, kraftverstärkendes Getriebe aufweisen.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftübersetzungsgetriebe eingesetzt, welches beispielsweise als Hebelgetriebe ausgebildet sein kann. Dieses enthält beispielsweise Einfach- oder Doppelhebel und kann dazu dienen, die vom Antriebselement, das heisst dem Antriebsnocken des Druckers, ausgeübte Betätigungskraft in eine grössere Presskraft des Druckstempels umzusetzen. Damit ist es möglich, den gegebenen Hub und die Betätigungskraft optimal auf die Presskraft des Druckstempels abzustimmen, so dass auf jeden Fall der erforderliche Tintenüberdruck aufgebaut wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass der Tintenvorratsbehälter mechanisch zusammenpressbar ausgestaltet ist und dass die Druckerzeugungsvorrichtung einen Druckstempel aufweist, der mit den Betätigungselementen gekoppelt ist und bei deren Betätigung den Tintenvorratsbehälter zusammenpresst. Der Tintenvorratsbehälter ist dabei ganz oder teilweise aus flexiblem, verformbarem Material aufgebaut. Wenn durch die Antriebselemente des Druckers eine Kraft auf die Betätigungselemente ausgeübt wird, presst der Druckstempel auf den verformbaren Tintenvorratsbehälter, so dass in dessen Volumen, das heisst in der im wesentlichen inkompressiblen Tinte, ein entsprechender Überdruck aufgebaut wird, der auf die Tintenversorgungsleitung übertragen wird.
Der zusammenpressbare Tintenvomatsbehälter kann balgartig ausgestaltet sein, beispielsweise mit eingeformten Sicken oder Falten, so dass er in einer Richtung zusammenpressbar ist. Alternativ kann er als Folienbeutel ausgestaltet sein, mit zumindest einer flexiblen Seitenwandung. Hierbei ist es sowohl denkbar, den Behälter vollständig als Folienbeutel bzw. -blase auszubilden, oder einen mehr oder weniger starren, umlaufenden Rahmen anzubringen, dessen Rahmenöffnungen dicht mit darauf angebrachter, verformbarer Folie verschlossen sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Betätigungselemente Federelemente aufweisen, die den Tintenvorratsbehälter federvorgespannt zusammenpressen. Diese Federelemente sind beispielsweise so ausgestaltet, dass sie beim Einsetzen des erfindungsgemässen Tintenversorgungstanks in die korrespondierende Aufnahme im Drucker gegen ein dort angeordnetes Widerlager gepresst werden. Dadurch üben sie eine vorgegebene Druckspannung auf den Tintenvorratsbehälter aus, was bereits zur Erzeugung eines Mindest-Tintenüberdrucks in den Tintenversorgungsleitungen führt. Zur Erzeugung des Betriebsüberdrucks ist dann lediglich die Ausübung einer Zusatzkraft durch die aktiv angesteuerten Antriebselemente des Druckers erforderlich. Dies kommt einer vollständigen Ausnutzung des Tintenvolumens und einen jederzeit ausreichenden Tintendruck besonders entgegen.
Alternativ können die Betätigungselemente Rast- und Sperrelemente aufweisen, die den Druckstempel im angepressten Zustand einrasten und entgegen der Anpressrichtung sperren. Das zugrundeliegende Funktionsprinzip ist beispielsweise von mechanischen Hebezeugen oder Pressen bekannt: Bei einem Betätigungshub wird der Druckstempel eine Rastposition weiter in Anpressrichtung verschoben und dort durch die Rast- und Sperrklinken gehalten. Bei einem darauf folgenden Betätigungshub wird der Druckstempel entweder wiederum eine Raste weiter in Anpressrichtung verschoben - oder - verbleibt in der Raststellung, wenn der mechanische Widerstand des Tintenvorratsbehälters aufgrund des in ihm herrschenden Überdrucks so gross ist, dass durch die Bewegung des Antriebselements momentan keine weitere Druckerhöhung bewirkt werden kann.
Vorzugsweise ist bezüglich des Druckstempels hinter dem Folienbeutel ein festes Widerlager angeordnet, welches mit dem Druckstempel korrespondierend ausgeformt ist. Damit ist gemeint, dass der Druckstempel beispielsweise gewölbtkonvex und das Widerlager entsprechend konkav ausgeformt ist, so dass beim Anpressen des Druckstempels gegen das Widerlager die in dem dazwischen befindlichen Folienbeutel enthaltene Tinte restlos verdrängt, das heisst in die Tintenversorgungsleitungen gepresst wird. Auf diese Weise erhält man praktisch eine restlose Verwertung der in dem Tintenbeutel enthaltenen Tinte.
Eine praktische, besonders einfache Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Druckstempel und das Betätigungselement einstückig als fedemder, drehbar in einem Gehäuse des Tintenversorgungstanks gelagerter Doppelhebel aus federndem Material-ausgebildet sind. Der Doppelhebel kann beispielsweise in Form eines Federstahlbügels verwirklicht werden, der zugleich für eine Kraftübersetzung der vom Antriebselement ausgeübten Betätigungskraft dient und für die Federvorspannung des Druckstempels sorgt. Zweckmässigerweise ist der Bügel gebogen ausgeformt und korrespondiert mit einem entsprechenden Widerlager. Eine Rast- und Sperreinrichtung kann ebenfalls vorhanden sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Druckerzeugungsvorrichtung eine an die Betätigungselemente gekoppelte Druckpumpe aufweist, bei deren Betätigung der Innenraum des Tintenvorratsbehälters mit Überdruck beaufschlagt wird. Dies kann beispielsweise eine einfache, kleine Membran-Luftpumpe sein, die entweder direkt den Tintenbehälter mit Luftdruck beaufschlagt - oder - einen Verdrängerkörper oder - ballon mit Überdruck befüllt.
Selbstverständlich kann bei der letztgenannten Ausführung ebenfalls ein kraftverstärkendes Getriebe in Form von Hebeln oder dergleichen, eine Vorrichtung zur Federvorspannung sowie Rast- und Sperrelemente vorhanden sein.
Eine alternative Ausführung sieht vor, dass der Tintenversorgungstank über ein Steuerventil an einen Druckspeicher angeschlossen ist, welches mit den Betätigungselementen gekoppelt ist und bei deren Betätigung geöffnet wird. Dadurch wird praktisch eine servo-gesteuerte Druckerzeugungsvorrichtung gebildet. Als Druckspeicher kann eine Hochdruck-Gaspatrone, die beispielsweise Kohlendioxyd, Flüssiggas oder dergleichen enthält, vorhanden sein. Bei einer Bewegung der Betätigungselemente durch die Antriebselemente des Druckers wird das Steuerventil geöffnet, welches das hoch vorgespannte Druckmedium dieses Druckspeichers entweder unmittelbar in den Tintenvorratsbehälter leitet oder aber einen Verdränger oder eine sonstige Druckübertragungsvorrichtung, wie ein Druckstempel oder dergleichen, beaufschlagt.
Zweckmässigerweise sind der Tintenvorratsbehälter und die Tintenabgabevorrichtung in einem Gehäuse angeordnet, welches lösbar in eine korrespondierende Aufnahmevorrichtung des Tintenstrahldruckers einsetzbar ist. Die Betätigungselemente sind bevorzugt in einer Ausnehmung bzw. Öffnung dieses Gehäuses anzubringen, in welche ein linear verschiebbares Antriebselement des Tintenstrahldruckers einführbar ist, beispielsweise ein Antriebsnocken bzw. -stempel.
Um bei einem in den Versorgungstank mit den eingangs genannten Merkmalen Aufschluss darüber zu erhalten, wieviel Tinte noch in dem Tintenvorratsbehälter enthalten ist, besteht eine besonders vorteilhafte Möglichkeit darin, dass der Tintenvorratsbehälter zusammenpressbar ist und mindestens ein Messelement daran angeordnet ist, welches sich beim Zusammenpressen des Tintenvorratsbehälters relativ zu einem zweiten Messelement bewegt. Diese technisch besonders einfache Massnahme ist grundsätzlich dann anwendbar, wenn der Tintenvorratsbehälter etwa als Folienbeutel oder als Balg ausgebildet ist, der sich beim Abfliessen der Tinte zwangsläufig deformiert, d.h. zusammenzieht. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird dabei einfach ein Messelement mit der beweglichen Behälterwandung gekoppelt. Ein zweites Messelement ist beispielsweise im Gehäuse feststehend installiert, so dass sich der Abstand der beiden Messelemente bei einer Leerung des Tintenvorratsbehälters und dem damit verbundenen Zusammenziehen bzw. -pressen deren Abstand voneinander verändert, der als Messwert erfassbar ist und einen Anhaltspunkt für den Füllzustand des Tintenvorratsbehälters angibt.
Grundsätzlich bestehen verschiedene, gleichwertige Alternativen, die Messelemente anzuordnen. So kann beispielsweise ein Messelement unmittelbar am Tintenvorratsbehälter, beispielsweise der Wandung eines Folienbeutels angebracht sein, oder auch an einem Druckstempel, der gegen den Tintenvorratsbehälter anpressbar ist und dessen Bewegungsweg ebenfalls mit dem Tintenfüllstand korreliert ist. Zweckmässigerweise wird ein Messelement fest am Gehäuse des Tintenversorgungstanks angebracht, so dass der Abstand zum zweiten Sensor - je nach Anordnung - sich bei der Leerung des Tintenvorratsbehälters entweder vergrössert oder verkleinert.
Im einfachsten Fall können die Messelemente Schaltkontakte aufweisen, die beispielsweise einen Stromkreis schliessen, wenn der Tintenvorratsbehälter bei Leerung kollabiert bzw. zusammengepresst wird. Die Verwendung von induktiven oder kapazititven oder optischen Sensoren oder dergleichen hat den Vorteil, dass eine kontinuierliche Erfassung des Tintenfüllstands mit geringem Aufwand durchführbar ist. Sämtliche Ausführungsformen haben dabei den Vorteil, dass mit relativ geringem Aufwand eine zuverlässige Füllstandsanzeige realisierbar ist. Dies gilt insbesondere für solche Ausführungsformen, bei denen über einen aktiv betätigten Druckstempel der Tintenvorratsbehälter zusammengepresst wird, ist jedoch nicht auf eine derartige Ausführungsform beschränkt, d.h. kann auch bei konventionellen Tintenversorgungstanks mit unbelastetem oder federvorbelastetem Tintenvorratsbehälter umgesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
In der schematischen Querschnittsdarstellung gemäss Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein erfindungsgemässer Tintenversorgungstank bezeichnet. Dieser ist in den korrespondierenden Aufnahmeschacht eines nur andeutungsweise dargestellten Tintenstrahldruckers 2 eingesetzt.
Der Tintenversorgungstank 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein vollständig mit Tinte gefüllter Tintenvorratsbehälter 4 angeordnet ist. Dieser Tintenvorratsbehälter 4 ist als balgartiger, in Richtung des weissen Pfeils zusammenpressbarer Folienbeutel ausgebildet. Sein Innenraum ist über einen Verbindungsschlauch mit einem von aussen zugänglichen Anschlussmittel, beispielsweise einem Septum oder einem Anschlussventil, verbunden. An dieses Anschlussmittel 6 ist eine zum Tintenstrahldruckkopf des Druckers 2 führende Tintenversorgungsleitung 7 anschliessbar, wie dies dargestellt ist.
Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein Antriebselement des Druckers 2 bezeichnet, welches in Ruhestellung eingezeichnet ist und durch einen motorischen Antrieb in Pfeilrichtung verschiebbar ist. Durch eine Öffnung in dem Gehäuse 3 ist dieses Antriebselement 8 gegen ein Betätigungselement in Form eines Betätigungshebels 9 bewegbar, der um ein Lager 10 in dem Gehäuse 3 drehbar gelagert ist. Bei Betätigung durch das Antriebselement 8 wird dieser Betätigungshebel 9 um das Lager 10 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, wie dies unten mit dem Pfeil dargestellt ist.
Einstückig in Form eines Doppelhebels mit dem Betätigungshebel 9 verbunden ist ein Druckstempel 11. Bei Betätigung des Betätigungshebels 9 durch das Antriebselement 8 in Pfeilrichtung wird dieser in Richtung des weissen Pfeils verschwenkt.
Auf der dem Druckstempel 11 gegenüberliegenden Seite liegt der Tintenvorratsbehälter 4 an einem Widerlager 12 an der Wandung des Gehäuses an.
Der dargestellte Tintenversorgungstank 1 funktioniert wie folgt: Empfängt der Drucker 2 einen Druckauftrag, wird über einen nicht dargestellten motorischen Antrieb das Antriebselement 8 in Pfeilrichtung bewegt und wirkt dabei auf den Betätigungshebel 9. Die Bewegung des Betätigungshebels 9 führt über das Lager 10 zu einer Verschwenkung des Druckstempels 11. Dieser presst dabei den zusammenpressbaren Tintenvorratsbehälter 4 gegen das Widerlager 12 zusammen. Damit wird die in seinem Inneren befindliche Tinte mit Druck beaufschlagt. Über den Verbindungsschlauch 5 und das Anschlussmittel 6 pflanzt sich der Tintenüberdruck in die Tintenversorgungsleitung 7 fort. Auf diese Weise wird bei jedem eingehenden Druckauftrag ein hinreichender Betriebsdruck für den Druckkopf in der Tintenversorgungsleitung 7 aufgebaut.
Die Kraftübersetzung des Betätigungshebels 9, die Ausbildung des Tintenvorratsbehälters 4 sowie des Gehäuses 3 werden den jeweiligen Erfordernissen angepasst. So ist es beispielsweise möglich, den Druckstempel 11 und den Betätigungshebel 9 einstückig aus federndem Material, beispielsweise Federstahlblech, auszubilden, der im eingesetzten Zustand ohne Betätigung des Antriebselements 8 bereits den Tintenvorratsbehälter 4 mit Federdruck beaufschlagt und damit bereits einen gewissen Tintenmindestdruck erzeugt.
Mit den Bezugszeichen 13a, 13b und 13c sind schematisch elektrische bzw. elektronische Messelemente bezeichnet, welche beispielsweise kapazitive, induktive oder optische Sensoren umfassen, wie etwa Messspulen, Hall-Sensoren, Kondensatorplatten, optische Sende- und Empfangsbauteile oder dergleichen. Dabei ist das Messelement 13a auf der beweglichen Wandung des Tintenvorratsbehälters 4 bzw. dem daran anliegenden Druckstempel 11 angebracht. Ein Messelement 13b oder alternativ dazu 13c ist fest in dem Gehäuse 3 installiert.
Verringert sich der Inhalt des Tintenvorratsbehälters 4, bewegt sich die in der Zeichnung rechts liegende Wandung zusammen mit dem Druckstempel 11 in Pfeilrichtung, so dass sich der Abstand zwischen den Messelementen 13 und 13b verringert bzw. zwischen 13a und 13c vergrössert. Diese Abstandsveränderung ist ein unmittelbares Mass für den Füllstand des Tintenvorratsbehälters 4 und kann über eine entsprechende, im einzelnen nicht dargestellte elektronische Abstandsmesseinrichtung zwischen jeweils einem Paar von Sensoren 13 mit geringem Aufwand erfasst werden.
Anhand der Abbildungen ist bereits erkennbar, dass der erfindungsgemässe Tintenversorgungstank 1 besonders simpel aufgebaut werden kann und entsprechend wenig Aufwand bei der Herstellung erfordert. Zugleich ist durch diesen Aufbau eine besonders hohe Betriebssicherheit gewährleistet.