DE10043244A1 - Tintenkartusche und Schaumkörper zur Tintenspeicherung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tintenkartusche (6) für einen Tintenstrahldrucker, mit einem Gehäuse (5), welches einen Tintenauslaß (8) aufweist und in welches ein poröser, einstückiger Schaumkörper (4) eingesetzt ist, in dem Tinte unter der Kapillarwirkung der Poren speicherbar ist, wobei dieser Schaumkörper (4) mindestens einen Teilbereich (2) mit einer verringerten mittleren Porengröße aufweist. Um die Herstellung zu vereinfachen und die Einhaltung eines vorgegebenen Kapillaritätsgradienten zu gewährleisten, schlägt die Erfindung vor, daß der mindestens eine Teilbereich (2) des Schaumkörpers (4) als dauerhaft formstabil vorgeformte Verdichtung (2) des Schaumkörpers (4) ausgebildet ist. Weiterhin ist dieser Schaumkörper (4) sowie seine Herstellung und die Herstellung der Tintenkartusche (6) Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ebenfalls ein derartiger Schaumkörper (4) sowie ein Verfahren zur Herstellung der Tintenkartusche (6) des Schaumkörpers (4).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenkartusche für einen Tintenstrahldrucker, mit einem Gehäuse, welches einen Tintenauslaß aufweist und in welches ein poröser, einstückiger Schaumkörper eingesetzt ist, in dem Tinte unter der Kapillarwirkung der Poren speicherbar ist, wobei dieser Schaumkörper mindestens einen Teilbereich mit einer verringerten mittleren Porengröße aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Ausbildung des Schaumkörpers aus porösem Schaumstoff sowie auf die Herstellung der Tintenkartusche sowie des Schaumkörpers.

Eine oder mehrere derartige Tintenkartuschen dienen als Tintenversorgungstanks für Tintenstrahldrucker, womit nicht nur Tintenstrahl-Matrixdrucker, sondern auch Plotter und dergleichen gemeint sind. Für die unterschiedlichen Typen von Tintenstrahl-Aufzeichnungssystemen sind die unterschiedlichsten Ausführungen von Tintenkartuschen bekannt, beispielsweise mit integriertem Druckkopf, mit einer oder mehreren Tintenkammern zur Aufnahme von schwarzer und/oder farbiger Tinte, und zwar jeweils angepaßt an die einzelnen bekannten Drucksysteme, beispielsweise zur feststehenden Installation im Druckergehäuse oder auch auf den zeilenweise bewegbaren Druckkopf. Sämtlichen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß sie ein Gehäuse haben, in dem eine oder mehrere Kammern ausgebildet sind, welche die Tinte enthalten, welche über einen Tintenauslaß an das Tintenstrahl-Drucksystem abgegeben werden kann.

Damit die Tinte nicht unkontrolliert aus dem Tintenauslaß austreten kann, sind in der Regel selbsttätig wirkende Mittel zur Erzeugung eines vorgegebenen Unterdrucks in dem Gehäuse untergebracht. Dies kann wirkungsvoll dadurch erreicht werden, daß die Tintenkammer ganz oder teilweise mit einem porösen Schaumkörper ausgefüllt ist, beispielsweise aus offenporigem Schaumstoff. Dieser dient praktisch als tintenspeichernder Schwamm, welcher die in ihm gespeicherte Tinte aufgrund der Kapillarwirkung der Schaumstoff-Poren zurückhält, wobei der erreichbare negative Druck mit abnehmender Kapillargröße durch die damit zunehmende Kapillarkraft ansteigt.

Damit die gespeicherte Tinte möglichst unterbrechungsfrei durch den Tintenauslaß aus den Schaumkörper entnommen werden kann, ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, daß der Schaumkörper im Bereich der Tintenauslaßöffnung eine geringere Porengröße erhält. Dadurch wird ein Kapillaritätsgefälle in Richtung des Tintenauslasses erzeugt, welches dafür sorgt, daß sich die verbleibende gespeicherte Tinte durch die wirkenden Kapillarkräfte in dem Schaumkörper vor dem Tintenauslaß sammelt. Im einzelnen kann die lokale Verringerung der Porengröße durch eine lokale Komprimierung des nachgiebigen Schaumkörpers erreicht werden, beispielsweise durch einen in das Gehäuse ragenden Entnahmestutzen am Tintenauslaß, dem sogenannten Dom, der sich beim Einstecken des Schaumkörpers in diesen eindrückt, wie beispielsweise in der US-PS 5 488 401 beschrieben. Dieser Effekt, daß die Porengröße durch Zusammendrücken des Schaumkörpers verringert werden kann, ist in der EP 0 139 508 B1 ebenfalls aufgegriffen worden. Darin wird vorgeschlagen, dem elastisch nachgiebigen Schaumstoffkörper in Teilbereichen größere Abmessungen zu geben, als den Innenabmessungen des Gehäuses, so daß er beim Einsetzen in das Gehäuse in Teilbereichen zusammengedrückt wird. Durch einen keilförmigen Schaumkörper, der quaderförmig zusammengequetscht wird, läßt sich auf diese Weise ein kontinuierlicher Kapillaritätsgradient erzeugen.

In der letztgenannten Druckschrift ist alternativ ebenfalls beschrieben, mehrere Schaumkörper mit unterschiedlicher Porengröße zu verwenden. Diese theoretische Möglichkeit ist jedoch praktisch relativ aufwendig. Vorliegend wird daher von einem einstückigen Schaumkörper ausgegangen.

Durch das elastische Zusammenpressen des Schaumkörpers beim Einsetzen in das Gehäuse läßt sich zwar ein Porengrößengradient erzeugen. Nachteilig ist jedoch, daß der Schaumkörper während des Einsetzens in das Gehäuse zusammengepreßt und unter elastischer Vorspannung in das Gehäuse eingeführt werden muß. Dabei erfordert es apparativen bzw. manuellen Aufwand, um sicher zu stellen, daß der elastisch vorgespannte Schaumkörper einwandfrei in dem Gehäuse sitzt, d. h. sich beim Einsetzen nicht verkeilt oder verklemmt, so daß unter Umständen undefinierte und damit unerwünschte Verformungen unter Beeinträchtigung des angestrebten Kapillaritätsgradienten auftreten können. Schließlich ist die Überprüfung, ob die definierte Verringerung der Porengröße tatsächlich erfolgt in der Praxis problematisch, da sie erst beim Zusammenwirken von Gehäuse und Schaumkörper in eingesetztem Zustand auftritt.

Angesichts dessen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Tintenkartusche sowie einen Schaumkörper anzugeben, wodurch die vorgenannten Probleme vermieden werden, d. h. daß das Einsetzen des Schaumkörpers erleichtert wird zur vereinfachten Herstellung der Tintenkartusche und dadurch besser definierte Kapillaritätsverhältnisse gewährleistet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die vorliegende Erfindung bei einer Tintenkartusche der eingangs erwähnten Art vor, daß der mindestens eine Teilbereich mit verringerter Porengröße als dauerhaft formstabil vorgeformte Verdichtung des Schaumkörpers ausgebildet ist.

Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf einen derartigen Schaumkörper aus porösem Schaumstoff, welcher erfindungsgemäß mindestens einen dauerhaft formstabil vorgeformten, verdichteten Teilbereich mit verringerter Porengröße aufweist.

Die wesentliche Neuerung besteht bei der Erfindung darin, daß der einstückige, d. h. aus einem einzigen Schaumstoffstück bestehende Schaumkörper nicht wie im Stand der Technik erst beim Einsetzen in das Gehäuse elastisch zusammengedrückt wird, sondern als vorgefertigtes Bauteil bereits vor der Montage zumindest in Teilbereichen bleibend plastisch deformiert, d. h. vorgeformt ist. Mithin hat dieser vorgeformte Schaumkörper bereits vor dem Einsetzen in das Gehäuse einen definierten Porositätsgradienten.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Tintenkartusche bzw. des Schaumkörpers ist, daß das Kapillaritätsgefälle unabhängig davon vorliegt, ob der Schaumkörper zwischen den Gehäusewandungen in der Tintenkammer zusammengequetscht ist oder nicht. Folglich muß der Schaumkörper auch beim Einsetzen nicht zusammengepreßt werden, wodurch das Einführen wesentlich erleichtert wird und gleichzeitig die Neigung zum Verkeilen oder Verklemmen innerhalb der Tintenkammer reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß praktisch unabhängig von der tatsächlichen Form des Gehäuseinnenraums ein Schaumkörper mit quasi maßgeschneiderten, genau vorgegebenen Kapillaritätseigenschaften zur Verfügung gestellt werden kann. Die bisherigen Unzulänglichkeiten von unter Umständen undefinierbaren Verformungen des Schaumkörpers beim Einsetzen in das Gehäuse werden damit weitgehend reduziert.

Für eine gleichbleibend hohe Produktqualität der Tintenkartusche ist es weiterhin vorteilhaft, daß die Kapillaritätseigenschaften, d. h. der tatsächliche Verlauf der Porengröße bereits anhand des Schaumkörpers im freien, d. h. nicht eingesetzten Zustand analysiert und bei der Produktion einer laufenden Qualitätskontrolle unterzogen werden kann.

Dadurch, daß der erfindungsgemäß vorgeformte Schaumkörper in Form und Abmessungen an den Innenraum des Gehäuses angepaßt ist, so daß er darin ohne wesentliche zusätzliche Verformung aufnehmbar ist, wird die Fertigung der Tintenkartusche wesentlich erleichtert. Dies gilt sowohl für einen manuellen Zusammenbau, als auch für eine automatisierte Montage, die mit deutlich geringerem Aufwand realisierbar ist.

Bezüglich der Ausbildung des erfindungsgemäßen Schaumkörpers ist es sowohl denkbar, daß dieser im Bereich der vorgeformten Verdichtung, d. h. dem verdichteten Teilbereich eine im wesentliche gleichbleibende mittlere Porengröße hat, als auch, daß in mindestens einer Richtung eine kontinuierlich abnehmende mittlere Porengröße ausgebildet ist. Dadurch kann das Strömungsverhalten der Tinte durch Modellierung des Porengrößengradienten weitgehend frei vorgegeben werden.

Die vorgeformte Verdichtung ist bevorzugt in dem Bereich des Schaumkörpers ausgebildet, welcher in dem Gehäuse der Tintenkartusche an den Tintenauslaß angrenzt. Dadurch ist gewährleistet, daß sich die verbleibende Tintenmenge am Tintenauslaß ansammelt. Dank der Erfindung ist es hierzu im einzelnen nicht erforderlich, Vorsprünge oder Einformungen vorzusehen, um den Tintenschaum zu komprimieren. Hierdurch ergibt sich die zusätzliche Möglichkeit, daß Füllvolumen der Kartusche bei ansonsten gleichbleibenden äußeren Abmessungen zu erhöhen.

Der Schaumkörper besteht, wie dies im Stand der Technik bereits bekannt ist, vorzugsweise aus aufgeschäumten Kunststoff, beispielsweise aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff, wie etwa Polyurethan, Polypropylen, Polyethylen oder dergleichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaumkörpers sieht vor, daß ein Teilbereich des Schaumkörpers dauerhaft formstabil verdichtet wird. Dabei ist es sowohl möglich, zunächst den Schaumstoff zuzuschneiden und dann in der erfindungsgemäßen Weise plastisch zu verformen, d. h. lokal bleibend zu komprimieren, als auch den Schaumstoff zuerst in Teilbereichen zu verdichten, um anschließend daraus passende Zuschnitte in den gewünschten Abmessungen des Schaumkörpers herzustellen.

Um die erfindungsgemäß bleibende Vorformung des Schaumkörpers zu erreichen, kann der Teilbereich erwärmt und dabei komprimiert werden. Die Erwärmung des zu verdichtenden Teilbereichs erfolgt bis über die plastische Verformungstemperatur des Schaumstoffs. Dadurch verbleibt der Schaumstoff in dem komprimierten, durch das lokale Zusammenpressen erzeugten verdichteten Zustand, und zwar auch, nachdem keine Druckkraft mehr ausgeübt wird und der Schaumstoff wieder abgekühlt ist. Nach der Durchführung dieser Vorverformung hat der Schaumkörper in den verdichteten Teilbereichen die erfindungsgemäß verringerte Porengröße. Die sonstigen Eigenschaften des Kunststoffschaums, wie beispielsweise Speichervermögen, elastische Verformbarkeit und dergleichen bleiben im wesentlichen erhalten.

Vorzugsweise wird der Schaumkörper zur Durchführung der Vorverformung durchgehend erwärmt. Die gleichmäßige Durchwärmung, d. h. die Einkopplung der Verfahrenswärme ins Innere des Schaumkörpers kann beispielsweise erfolgen durch elektro-thermische Verfahren wie Mikrowellen, kapazitive Erwärmung oder auch Lichtbestrahlung, Ultraschall oder dergleichen. Bei einer gleichmäßigen Erwärmung des Schaumkörpers ergibt sich beim Komprimieren eine gleichmäßige Verringerung der Porengröße. Durch Erzeugung eines vorbestimmten Wärmegradienten ist es gleichfalls möglich, den bleibenden Verformungsgrad beim Zusammendrücken zu beeinflussen, so daß auch auf diese Weise bestimmte Kapillaritätsgradienten erzeugt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Tintenkartusche sieht vor, einen erfindungsgemäß vorgeformten Schaumkörper zur Verfügung zu stellen, und diesen anschließend in das Gehäuse der Tintenkartusche einzusetzen. Dadurch werden die vorangehend ausführlich erläuterten Vorteile umgesetzt.

Bei der Herstellung einer Tintenkartusche ist es im weiteren vorteilhaft, daß der erfindungsgemäß formstabil vorgeformte Schaumkörper im wesentlichen ohne weitere Komprimierung in das Gehäuse eingesetzt wird. Dadurch wird die Montage in besonderem Maße vereinfacht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1, 2, 3 die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaumkörpers;

Fig. 4 die Herstellung einer erfindungsgemäßen Tintenkartusche;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Tintenkartusche;

Fig. 6, 7, 8 die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaumkörpers in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Tintenkartusche in einer zweiten Ausführungsform.

In den Abbildungen von Fig. 1 bis 3 ist schematisch die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaumkörpers in einzelnen Phasen dargestellt, und zwar im Querschnitt. Fig. 1 zeigt hierzu zunächst einen quaderförmigen Schaumstoffzuschnitt 1 aus offenporigem Kunststoffschaum. Dieser hat eine durchgehend gleichmäßig mittlere Porengröße, was mit der Punktschraffierung angedeutet ist. Dieser Schaumstoffzuschnitt 1 besteht aus thermoplastisch verformbarem Kunststoff.

In Fig. 2 ist in derselben Querschnittsdarstellung gezeigt, wie der untere Teilbereich 2 des Schaumstoffzuschnitts 1 durch von beiden Seiten zusammenfahrende Druckstempel 3 zusammengedrückt wird, d. h. verdichtet wird. Dadurch erhält der Teilbereich 2 eine kleinere mittlere Porengröße, was mit der verdichteten Punktschraffierung dargestellt ist. Gleichzeitig wird in diesen Teilbereich 2 Wärme eingekoppelt, beispielsweise elektro-thermisch oder per Ultraschall, beispielsweise über die Druckstempel 3, was mit den Schlangenlinien angedeutet ist.

Aufgrund der Erwärmung mit den gleichzeitigem Zusammenpressen durch die Druckstempel 3 wird der Zuschnitt 1 in seinem unteren Teilbereich dauerhaft plastisch verformt, d. h. verdichtet. In Fig. 3 ist die endgültige Form des nunmehr fertigen Schaumkörpers dargestellt, der darin mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist. Dieser hat nunmehr eine dauerhaft formstabile Verdichtung 2, d. h. einen Teilbereich mit verringerter Porengröße.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie dieser Schaumkörper hier in das oben offene Gehäuse 5 einer Tintenkartusche eingesetzt wird. Dabei fällt auf, daß der Schaumkörper mit seiner Verdichtung 2 voran besonders einfach eingesetzt werden kann, ohne daß er während des Einsetzens elastisch zusammengedrückt werden müßte. Die Abmessungen des vorverformten Schaumkörpers 4 sind nämlich so an die Innenabmessungen des Gehäuses 5 angepaßt, daß das Einsetzen im wesentlichen ohne weitere Komprimierung erfolgen kann.

In Fig. 5 ist die fertige Tintenkartusche 6 in zusammengesetztem Zustand dargestellt, wobei das Gehäuse 5 mit einem auf die Öffnung aufgeschweißten Deckel 7 verschlossen ist.

In Fig. 5 ist deutlich erkennbar, wie der Teilbereich 2 des Schaumkörpers 4 vor einer Tintenauslaßöffnung 8 in dem Gehäuse 5 der Tintenkartusche 6 liegt.

Durch die erfindungsgemäße Vorverformung des Schaumkörpers 4 ist sichergestellt, daß er sich bei der Montage, d. h. dem Einsetzen in das Gehäuse 5 der Tintenkartusche 6 nicht verkanten bzw. verklemmen kann und auch nicht undefiniert verformt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß der durch die Vorverformung vorgegebene Kapillaritätsgradient auch tatsächlich in der fertig montierten Tintenkartusche 6 vorliegt, so daß sich die darin verbleibende Tinte durch die wirkenden Kapillarkräfte zuverlässig vor der Tintenauslaßöffnung 8 sammelt und somit ein sicherer und unterbrechungsfreier Tintenfluß zu dem an die Tintenkartusche 6 angeschlossenen Tintendrucksystem erfolgt.

Die Fig. 6, 7 und 8 entsprechen den Fig. 1, 2 und 3 und zeigen ebenfalls das Herstellungsverfahren für einen Schaumkörper 4. Im Unterschied zu Fig. 1 ist der Schaumstoffzuschnitt 1 zunächst trapezförmig zugeschnitten und wird beim gleichzeitigen Erwärmen und Verdichten, wie in Fig. 7 dargestellt, in eine Quaderform, wie in Fig. 8 dargestellt, vorgeformt. Da die Verdichtung des Teilbereichs 2 im unteren Bereich am größten ist und nach oben hin kontinuierlich abnimmt, wird ein durchgehend ansteigender Kapillaritätsgradient realisiert. Dabei nimmt die Porengröße über den gesamten Querschnitt des Schaumkörpers 4 von oben nach unten kontinuierlich ab.

Die Montage erfolgt analog zu Fig. 4 und ist im einzelnen nicht dargestellt. Aus Fig. 9 ergibt sich wiederum die Tintenkartusche 6 mit dem Schaumkörper 4 gemäß Fig. 8 in zusammengesetztem Zustand. Daraus geht deutlich hervor, wie der Teilbereich 2 mit der kleinsten Porengröße vor der Tintenauslaßöffnung 8 des Gehäuses 5 der Tintenkartusche 6 liegt. Bezüglich der Herstellung der Tintenkartusche 6 ergeben sich ebenfalls die vorangehend bereits ausführlich erläuterten Vorteile.

Claims (15)

1. Tintenkartusche für einen Tintenstrahldrucker, mit einem Gehäuse, welches einen Tintenauslaß aufweist und in welches ein poröser, einstückiger Schaumkörper eingesetzt ist, in dem Tinte unter der Kapillarwirkung der Poren speicherbar ist, wobei dieser Schaumkörper (4) mindestens einen Teilbereich mit einer verringerten mittleren Porengröße aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Teilbereich (2) mit verringerter Porengröße als dauerhaft formstabil vorgeformte Verdichtung des Schaumkörpers (4) ausgebildet ist.

2. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeformte Schaumkörper (4) in Form und Abmessungen an den Innenraum des Gehäuses (5) angepaßt ist, so daß er darin ohne wesentliche zusätzliche Verformung aufnehmbar ist.

3. Tintenkartusche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der vorgeformten Verdichtung (2) eine im wesentlichen gleichbleibende mittlere Porengröße ausgebildet ist.

4. Tintenkartusche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der vorgeformten Verdichtung (2) eine kontinuierlich abnehmende mittlere Porengröße ausgebildet ist.

5. Tintenkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformte Verdichtung (2) in dem Teilbereich (2) des Schaumkörpers (4) ausgebildet ist, der an den Tintenauslaß (8) angrenzt.

6. Tintenkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumkörper (4) aus aufgeschäumtem Kunststoff besteht.

7. Schaumkörper aus porösem Schaumstoff, in dem Tinte unter der Kapillarwirkung der Poren speicherbar ist, und der in das Gehäuse einer Tintenkartusche einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumkörper (4) mindestens einen dauerhaft formstabil vorgeformten, verdichteten Teilbereich (2) mit verringerter Porengröße aufweist.

8. Schaumkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße in dem vorgeformten Teilbereich (2) im wesentlichen gleichbleibend ist.

9. Schaumkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße in dem verdichteten Teilbereich (2) in mindestens einer Richtung kontinuierlich abnimmt.

10. Schaumkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er aus thermoplastisch verformbaren Kunststoffschaum besteht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Schaumkörpers aus porösem Schaumstoff, als Tintenspeicherelement für eine Tintenkartusche, aus einem Schaumstoffzuschnitt, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teilbereich (2) des Schaumkörpers (4) dauerhaft formstabil verdichtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (2) des Schaumkörpers (4) erwärmt und dabei komprimiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (2) des Schaumstoffkörpers (4) durchgehend erwärmt wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Tintenkartusche, bei dem in ein Gehäuse der Tintenkartusche als Tintenspeicherelement ein Schaumkörper aus porösem Schaumstoff eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Schaumkörper (4) mit einem dauerhaft formstabil vorgeformten Teilbereich (2) versehen wird und anschließend in das Gehäuse (5) eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der formstabil vorgeformte Formkörper (4) im wesentlichen ohne weitere Komprimierung in das Gehäuse (5) eingesetzt wird.