EP1273450A2 - Verfahren zur Herstellung eines inhomogenen Schwammes und danach hergestellter Schwamm - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines inhomogenen Schwammes und danach hergestellter Schwamm Download PDF

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EP1273450A2
EP1273450A2 EP02013438A EP02013438A EP1273450A2 EP 1273450 A2 EP1273450 A2 EP 1273450A2 EP 02013438 A EP02013438 A EP 02013438A EP 02013438 A EP02013438 A EP 02013438A EP 1273450 A2 EP1273450 A2 EP 1273450A2
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EP
European Patent Office
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sponge
plates
ink
pressing device
pore
Prior art date
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EP02013438A
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English (en)
French (fr)
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EP1273450B1 (de
EP1273450A3 (de
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Joachim Kretschmer
René Butty
Luzius Betschon
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Pelikan Hardcopy Production AG
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Pelikan Hardcopy Production AG
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17503—Ink cartridges
    • B41J2/17559—Cartridge manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17503—Ink cartridges
    • B41J2/17513—Inner structure

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an inhomogeneous sponge, in particular for use as an ink storage, and one made by the process Sponge.
  • Sponges used as ink storage in inkjet printers or so-called “inkjet systems” are used are known from the prior art. They consist of one large number of open pores (capillaries). These pores are when used with ink filled. The ink is stored in the sponge and is only by using the the wetting of the pore generated capillary force again. In this way it is created negative pressure in the ink system by using a sponge as an ink reservoir, which results from the capillary action of the individual sponge pores. Insist If only sponged from pores of a defined size, the vacuum would be during the ink removal from the sponge, apart from the hydrostatic pressure of the ink column, constant.
  • the pore sizes or pore volumes are distributed statistically, i.e. their frequency can be approximated by a Gaussian distribution.
  • a Gaussian distribution of the pore size is shown in FIG.
  • the pore size distribution plays an important role.
  • the contact angle between the sponge material and the ink is greater or less than 90 °
  • the large ones first Pores are emptied because they generate the smallest capillary force, i.e. at the slightest negative pressure can be emptied.
  • the inhomogeneous pore distribution becomes towards the ink outlet in that the sponge locally through a nozzle protruding into the container space is compressed. This will create the desired capillary hierarchy (smaller pores at the ink outlet) stamped on the homogeneous sponge inside the cartridge.
  • the sponge is made by external Forced kept in this partially compressed state.
  • sponge material can have a constant, high pressure on cartridge walls and cartridge cover are exercised. It is also such a compression process not reliably reproducible.
  • the materials involved differ when assembling the sponge Sponge shapes and thus capillary distributions.
  • Another disadvantage of this method is that it compresses the Sponge can cause wrinkles. This has undesirable small sponge pores inside the sponge, which often cannot be emptied because of penetrating Air this volume of ink is cut off from the ink flow.
  • a disadvantage of this cartridge design is finally the nozzle protruding into the container space. This takes up a part of the container volume and thus reduces the maximum storable Amount of ink and thus user benefit.
  • the object of the invention is to use a method for producing a sponge specify as ink storage in ink cartridges, with the disadvantages described can be largely avoided.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • a method according to claim 1 is a body made of a porous thermoplastic material between at least two plates of a pressing device arranged and compressed under the action of heat and thermoplastic deformed, creating an inhomogeneous and irreversible density distribution is formed, or one or more density gradients.
  • the process is carried out so that different areas of the porous body have different pore densities.
  • the sponge material creates a sponge with the mean pore volume inside of the sponge body varies. 1, this means the distribution of the pore size can have a positive or negative excess, it can be asymmetrical, flat or steep or it can be two or more peaks.
  • the advantage of this method is in particular in that the different pore volumes within the body also after the Keep cool.
  • the sponge can therefore be cut or shaped in this way be that it can be inserted into a corresponding ink cartridge. Since the Sponge inside the ink cartridge no longer needs to be compressed are cartridge walls and the cartridge cover are not exposed to constant pressure. There is also no need for an inner nozzle to close areas of different pore volumes produce. The entire space inside the cartridge is therefore used for ink storage to disposal.
  • the inhomogeneous distribution of the pore density or pore sizes or pore volumes becomes achieved according to the process by the different degrees of compression of individual areas of the porous sponge material under the influence of heat, i.e. through thermoplastic deformation of the sponge material.
  • the different parts of the porous body be heated to different degrees. In areas of higher temperature the sponge structure softer than in areas with lower temperatures, and therefore under pressure deformed more thermoplastic, thus reducing the pore volume. By cooling of the sponge becomes this changed pore size distribution within the sponge body "Frozen". With different heating of different areas of the It must be ensured that the temperature of the sponge body is never at any point Melting point of the sponge material used, otherwise the entire pore structure can be destroyed.
  • a temperature gradient inside the body during the method according to the invention can also be generated in that the shutter speed of the pressing device is relatively short is chosen. That is, the pressing process is ended before a homogeneous sponge body Temperature distribution has set.
  • the choice of the respective shutter speed is also depending on how thick the sponge material is.
  • the local compression factor i.e. the compression factor in a certain range of the sponge, plays a role in setting a density gradient within the Body.
  • the compression factor is the ratio of unpressed to pressed Understand volume of the sponge.
  • the sponge material is compressed more in some places than in others, i.e. the local compression factor varies within the body. For example can also be achieved in that the thickness of the sponge is not uniform is above its footprint.
  • Another option is to put the sponge in the Arrange press device so that it is only partially covered by the press plates and thus a part of the sponge body is compressed and heated. Beyond that it is also possible to make the pressing surface of the plates inconsistent. That the bottom can have elevations and / or depressions. This option is described below be discussed in more detail. These are just a few examples of how a density gradient is to be trained within the body.
  • the method according to the invention differs from previously used methods of Thermocompression as z. B. in JP 04357046, characterized in that the process is aimed at training a density gradient. While so far thermocompression has been used to achieve pores that are sized not be produced by the foaming process, the known method according to the invention modified so that permanent inhomogeneous sponge structures arise.
  • the sponge materials known in the prior art can be used as sponge bodies for Ink sponges are used.
  • the porous material of the sponge body can in particular contain one or more of the following: polyurethane polyether; Polyurethane-polyester; Melamine.
  • the usual for these sponges can be used as required Additives are added.
  • the porosity of these materials is determined by the usual Foaming process generated.
  • the heat is preferably exerted on the body by at least one of the plates. This means that the plate (s) will be heated before the compression process starts. During the compression process, heat is transferred to the porous body over the side surfaces of the same, which are connected to the plate (s) stand. In this case, the heat penetrates from these side surfaces into the interior of the porous body. This creates a temperature gradient during the pressing process inside the porous body, which results in a density gradient.
  • the plate temperature is between approximately 100 ° C and 250 ° C. As already mentioned, care must be taken that the temperature of the porous The body never reaches the melting temperature of the sponge material.
  • the compression process takes about 10 to 90 minutes.
  • the cooling of the Body preferably takes place after the end of the compression process.
  • a value in the range between 1.5 and. is suitably used as the local compression factor 10 selected.
  • the pore volumes of the original porous material can be based on this Partially reduced by a multiple.
  • a generally known pressing device is used to carry out the method according to the invention used, between their stamps in the form of two plane-parallel plates
  • the body is introduced from porous material and through which the body is avoided is subjected to pressure by transverse forces.
  • both or all of the plates can also be heated, but to different degrees Temperatures. Also in this case there will be a temperature gradient inside the porous Train your body.
  • the embodiment is particularly advantageous when the existing pore volume of the porous body as a whole, but with different Degree to be reduced.
  • plates can be used in the method according to the invention be, which have a flat surface on their side facing the body.
  • a density gradient can also be achieved in that the one used Sponge body three-dimensional on its sides facing the plates structured, in particular corrugated or serrated, surface.
  • the body may have a non-uniform thickness over its base area. The thicker ones Areas of the body are then compressed more, i.e. the local compression factor is bigger in these places. Accordingly, the pore volume decreases at these points.
  • plates are selected which are based on the Body-facing side a three-dimensionally structured, especially wavy or serrated Have surface.
  • the press plates act like an embossing stamp under the influence of which the local compression factor is varied, since the sponge material in those places where the plates bulge away from the sponge body there is a weaker compression.
  • a similar effect can, for example can also be achieved in that several printing plates are used, each of which exert different pressures.
  • a sponge body is used in the method according to the invention cuboid body used.
  • This variant is particularly related to structured press plates advantageous.
  • the compressed sponge body After the compressed sponge body has cooled, it can, preferably by Cut up, divided into several units. This can also be used for a special Cartridge necessary shape of the sponge can be made.
  • the sponge produced by the method according to the invention is characterized in that that its average pore volume or its pore distribution within the sponge varied.
  • the sponge formed has one Area of minimal mean pore volume in an edge area of the sponge. That the average pore volume, starting from this edge area, increases towards the inside of the Sponge body towards. This edge area becomes contiguous when the sponge is used arranged on an ink outlet of the cartridge, so that the anisotropy of the Capillary forces run in the desired direction.
  • the sponge according to the invention can be designed so that its average pore volume decreases continuously from one side to the other.
  • the characteristic sponge curve is significantly smoothed in an advantageous manner compared to FIG.
  • Figure 1 shows the relative distribution of the pore size or the pore volume, as in a conventional ink sponge.
  • the associated pressure curve Figure 2 shows the removal of ink from such a sponge.
  • FIG 3 are the flow conditions of the ink within the ink storage sponge an ink cartridge shown.
  • the ink When the ink is removed through the designated ink removal opening, or the outlet, the removed ink must pass through continuously flowing ink can be replaced from other sponge areas.
  • This ink shift within the sponge, or this afterflow of ink is characterized by a Sponge with an inhomogeneous pore distribution supports when the pores to the ink outlet are getting finer and finer.
  • FIG. One way to achieve this capillary gradient due to decreasing pore diameter towards the outlet is shown in FIG.
  • FIGS. 5a to 5c The principle of thermal sponge compression is shown in FIGS. 5a to 5c: A body 1 made of a porous material is here between two plates 2, 3 Press device arranged and under the action of pressure and heat to a fraction compressed to its original volume. After compression, it is replaced by the Plates exerted pressure, the porous body taking its compressed form maintains. The homogeneous reduction of the pore volume compared to the process The initial state, and thus the increase in capillary action, takes place here in particular towards normal to the plates.
  • thermocompression process is carried out inhomogeneously, like this is shown in Figures 6a to 6c.
  • the plates 2, 3 are heated to the supply heat to the porous body 1 during the compression process.
  • the Shutter speed kept so short that there is no uniform temperature over the whole porous body 1 can adjust.
  • different, different strengths compressed areas within the porous body 1 arise. So are the edge areas 1a more compressed and therefore have a lower average pore volume than that central area 1b. As the sponge cools, this changes the pore size distribution frozen.
  • FIGS. 7a to 7c show a further possibility of generating an inhomogeneous pore distribution shown in the sponge body 1.
  • the top plate 2 is on a heated to a higher temperature than the lower plate 3.
  • the sponge structure becomes softer due to the increased heat in the upper area, than is the case in the lower area of the sponge and is therefore more compressed. It this results in a one-dimensional anisotropy of the pore distribution in the sponge.
  • Figures 8a and 8b represent a third way of carrying out the invention Process there.
  • no plane-parallel, i.e. H. cuboid, sponge plate used as is the case in the previous examples, but a sponge plate with three-dimensional surface structure.
  • This sponge plate structured in this way compressed you get again a plane-parallel plate, but with an inhomogeneous pore distribution.
  • the inhomogeneous pore distribution results from the fact that the areas 1a larger thickness can be compressed more.
  • By cutting out the individual Sponges from the entire plate create an inhomogeneous sponge for each cartridge defined pore distribution. Examples of cut edges for subdivision into single sponge areas are represented by lines 4.
  • the different pore distribution can Example serve the hydrostatic pressure component when ink is removed to compensate for slanted sponge cartridges.
  • this example works therefore, by shaping the original sponge during the forming process to be plane-parallel Sponge plate to create a defined inhomogeneous pore distribution.
  • FIGS. 9a to 9c A last example of a method according to the invention is shown in FIGS. 9a to 9c.
  • the plates 2, 3 of the pressing device in this case designed as a stamp. This creates Sponge zones 1a, which are characterized by stronger compression than sponge zones 1b are. It can also be used to adapt the sponge to a specified one Ink tank geometry done.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schwammes, welcher insbesondere zur Verwendung als Tintenspeicher geeignet ist. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper (1) aus einem porösen thermoplastischen Material zwischen mindestens zwei Platten (2,3) einer Presseinrichtung angeordnet wird und unter Druck- und Wärmeeinwirkung eine inhomogene Porendichteverteilung im Körper erzeugt wird. Hierbei wird der Körper, nachdem er abgekühlt ist, durch einen Schnittvorgang in mehrere Einheiten zerteilt. Innerhalb des Schwammes stellt sich auf diese Weise eine Variation des mittleren Porenvolumens ein. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines inhomogenen Schwammes, insbesondere zur Verwendung als Tintenspeicher, sowie einen nach dem Verfahren hergestellten Schwamm.
Schwämme, die als Tintenspeicher in Tintenstrahldruckern bzw. sogenannten "Inkjet-Systemen" eingesetzt werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen aus einer großen Anzahl offener Poren (Kapillaren). Diese Poren werden bei der Verwendung mit Tinte gefüllt. Die Tinte wird in dem Schwamm gespeichert und ist nur unter Aufwendung der durch die Benetzung der Pore erzeugten Kapillarkraft wieder zu entnehmen. Auf diese Weise entsteht durch Verwendung eines Schwammes als Tintenspeicher ein Unterdruck im Tintensystem, der aus der Kapillarwirkung der einzelnen Schwammporen resultiert. Bestünde ein Schwamm nur aus Poren einer definierten Größe, wäre der Unterdruck während der Tintenentnahme aus dem Schwamm, abgesehen vom hydrostatischen Druck der Tintenflüssigkeitssäule, konstant.
Bei den gegenwärtig hergestellten Schwämmen sind die Porengrößen bzw. Porenvolumina etwa statistisch verteilt, d.h., ihre Häufigkeit kann durch eine Gaußverteilung angenähert werden. In Fig. 1 is eine solche Gaußverteilung der Porengröße dargestellt. Wird ein Schwamm mit Tinte befüllt, spielt die Porengrößenverteilung eine wichtige Rolle. Abhängig davon, ob der Randwinkel zwischen Schwammmaterial und Tinte größer oder kleiner 90° ist, werden zunächst die großen bzw. die kleinen Poren gefüllt, bis der gesamte Schwamm Tinte aufgenommen hat. Bei der Entnahme von Tinte aus dem Schwamm werden zunächst die großen Poren entleert, da diese die kleinste Kapillarkraft erzeugen, d.h. beim geringsten Unterdruck entleert werden können. Sind alle großen Poren entleert, wird nach und nach auch Tinte aus kleineren Poren verwendet, für die jedoch ein entsprechend stärkerer Unterdruck aufgebracht werden muß. Dieses Verhalten verursacht die sogenannte "Schwamm-Kurve", welche in Fig. 2 dargestellt ist. Wie daran zu erkennen ist, steigt im ersten Teil der Kurve der Unterdruck im System, da nach und nach immer kleinere Poren entleert werden müssen. Im mittleren Teil der Kurve wird die Tinte aus dem Hauptanteil der Poren definierter ähnlicher Größe entnommen. Die in diesem Bereich nahezu vorliegende Gerade ist die Folge des bei Tintenentnahme abnehmenden hydrostatischen Druckes der Tintensäule. Im hinteren Teil der Kurve müssen immer kleinere Kapillaren des Schwammes verwendet werden, was sich wiederum in einer Kurvenkrümmung bemerkbar macht. Schließlich ist das Tintenende erreicht, was sich in einem starken Anstieg ausdrückt.
Hierbei ist zu beachten, daß die Entleerung einer Pore nur dann möglich ist, wenn die Pore belüftet werden kann. D.h., das entnommene Tintenvolumen muß durch ein entsprechendes Luftvolumen ausgeglichen werden können. Dies hat zur Folge, daß der Schwamm von außen nach innen entleert wird (außen bedeutet in diesem Zusammenhang die unmittelbar belüftete Schwammseite).
Gemäß den obigen Ausführungen bewirken unterschiedliche Porengrößen und damit Kapillarkräfte eine dementsprechende Verteilung der Tinte im Schwamm. Benetzt die Tinte den Schwamm gut, dann wird sich die Tinte im Schwamm so verteilen, daß möglichst alle kleinen Kapillaren gefüllt sind, während die großen Kapillaren erst zum Einsatz kommen, wenn eine entsprechende Tintenmenge im Schwamm gespeichert werden muß. Eine entsprechende Umverteilung der Tinte im Schwamm findet auch während der Tintenentnahme statt. Sofern die oben erwähnte Belüftung der großen Kapillaren möglich ist, wird die Tinte zu den kleineren Kapillaren hin verlagert. Dieser Prozeß wird nach dem Stand der Technik ausgenutzt, um die Tinte in eine gewünschte Richtung zu transportieren. Es wird demzufolge versucht, eine inhomogene Porenverteilung zu erzielen.
Gemäß dem Stand der Technik wird die inhomogene Porenverteilung zum Tintenauslaß hin dadurch erzeugt, daß der Schwamm durch einen in den Behälterraum ragenden Stutzen lokal komprimiert wird. Dadurch wird die gewünschte Kapillarhierarchie (kleinere Poren am Tintenauslaß) dem homogenen Schwamm innerhalb der Patrone aufgeprägt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der US 6.086.193 bekannt. Hierbei wird der Schwamm durch äußeren Zwang in diesem teilweise komprimierten Zustand gehalten. Je nach Elastizität des Schwammmaterials kann dadurch ein konstant wirkender großer Druck auf Patronenwandungen und Patronendeckel ausgeübt werden. Außerdem ist ein derartiger Komprimierungsprozeß nicht zuverlässig reproduzierbar. Abhängig von Schwamm- und Behältergeometrie sowie den beteiligten Materialien ergeben sich bei der Montage des Schwammes unterschiedliche Schwammformen und damit Kapillarverteilungen.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es beim Kompressionsvorgang des Schwammes zu Faltenbildung kommen kann. Dies hat ungewünschte kleine Schwammporen im Inneren des Schwammes zur Folge, die häufig nicht entleert werden können, da durch eindringende Luft dieses Tintenvolumen vom Tintenfluß abgeschnitten wird. Von Nachteil bei dieser Patronenausführung ist schließlich auch der in den Behälterraum ragende Stutzen. Dieser beansprucht einen Teil des Behältervolumens und reduziert damit die maximal speicherbare Tintenmenge und somit den Benutzernutzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Schwammes zur Verwendung als Tintenspeicher in Tintenpatronen anzugeben, mit dem die geschilderten Nachteile weitestgehend vermieden werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Gemäß diesem Verfahren wird ein Körper aus einem porösen thermoplastischen Material zwischen mindestens zwei Platten einer Preßeinrichtung angeordnet und unter Wärmeeinwirkung komprimiert und thermoplastisch verformt, wodurch im Inneren des Körpers eine inhomogene und irreversible Dichteverteilung ausgebildet wird, bzw. ein oder mehrere Dichtegradienten. Mit anderen Worten wird das Verfahren so geführt, daß verschiedene Bereiche des porösen Körpers unterschiedliche Porendichten aufweisen.
Nach der Abkühlung des Schwammes behält dieser seine inhomogene Porendichteverteilung bei. Aufgrund der während des Verfahrens herrschenden unterschiedlich starken Kompression des Schwammmaterials entsteht ein Schwamm, bei dem das mittlere Porenvolumen innerhalb des Schwammkörpers variiert. Bezogen auf Fig. 1 heißt das, die Verteilung der Porengröße kann einen positiven oder negativen Exzeß aufweisen, sie kann asymmetrisch, flach oder steil sein, oder sie kann zwei oder mehrgipflig sein. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt insbesondere darin, daß die unterschiedlichen Porenvolumina innerhalb des Körpers auch nach dem Auskühlen erhalten bleiben. Der Schwamm kann deshalb so ausgeschnitten bzw. geformt werden, daß er passgenau in eine entsprechende Tintenpatrone eingesetzt werden kann. Da der Schwamm innerhalb der Tintenpatrone nicht mehr komprimiert werden muß, sind Patronenwandungen und Patronendeckel auch keinem konstant wirkenden großen Druck ausgesetzt. Auch bedarf es keines inneren Stutzens, um Bereiche unterschiedlicher Porenvolumina zu erzeugen. Der gesamte Raum innerhalb der Patrone steht deshalb für die Tintenspeicherung zur Verfügung.
Die inhomogene Verteilung der Porendichte bzw. Porengrößen bzw. Porenvolumina wird verfahrensgemäß erreicht durch die unterschiedlich starke Kompression einzelner Bereiche des porösen Schwammmaterials unter Wärmeeinwirkung, d.h. durch thermoplastische Verformung des Schwammmaterials.
Dies kann beispielsweise durch geeignete Wahl des Schwammaterials, der Prozeßtemperatur, des Kompressionsfaktors, der Geometrie des Körpers und der Kompressionsdauer erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die unterschiedlichen Teile des porösen Körpers verschieden stark erwärmt werden. In Bereichen höherer Temperatur wird die Schwammstruktur weicher als in Bereichen niedrigerer Temperatur, und damit unter Druckeinwirkung stärker thermoplastisch verformt, mithin die Porenvolumina reduziert. Durch die Abkühlung des Schwammes wird diese so geänderte Porengrößenverteilung innerhalb des Schwammkörpers "eingefroren". Bei der unterschiedlichen Erwärmung verschiedener Bereiche des Schwammkörpers muß darauf geachtet werden, daß die Temperatur an keiner Stelle den Schmelzpunkt des verwendeten Schwammmaterials übersteigt, da ansonsten die gesamte Porenstruktur zerstört werden kann.
Ein Temperaturgradient im Inneren des Körpers während des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Verschlußzeit der Preßeinrichtung relativ kurz gewählt wird. D.h., der Preßvorgang wird beendet, bevor sich im Schwammkörper eine homogene Temperaturverteilung eingestellt hat. Die Wahl der jeweiligen Verschlußzeit ist auch davon abhängig zu machen, wie dick das eingesetzte Schwammmaterial ist.
Der lokale Kompressionsfaktor, d.h. der Kompressionsfaktor in einem bestimmten Bereich des Schwammes, spielt eine Rolle bei der Einstellung eines Dichtegradienten innerhalb des Körpers. Unter Kompressionsfaktor ist dabei das Verhältnis aus ungepresstem zu gepresstem Volumen des Schwammes zu verstehen. Zur Erzeugung eines Dichtegradienten im Inneren des Körpers wird das Schwammmaterial an einigen Stellen stärker komprimiert als an anderen, d.h., daß der lokale Kompressionsfaktor innerhalb des Körpers variiert. Dies kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, daß die Dicke des Schwammes nicht einheitlich über seiner Grundfläche ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Schwamm in der Presseinrichtung so anzuordnen, daß dieser nur teilweise von den Preßplatten erfaßt wird und somit ein Teil des Schwammkörpers komprimiert und erwärmt wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Preßfläche der Platten uneinheitlich auszugestalten. D.h. die Unterseite kann Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Auf diese Möglichkeit wird nachfolgend noch näher eingegangen werden. Dies sind nur einige Beispiele dafür, wie ein Dichtegradient innerhalb des Körpers auszubilden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von bisher eingesetzten Methoden der Thermokompression, wie sie z. B. in der JP 04357046 angegeben sind, dadurch, daß die Verfahrensführung auf die Ausbildung eines Dichtegradienten ausgerichtet ist. Während bislang die Thermokompression deshalb eingesetzt wurde, um Poren einer Größe zu erzielen, die sich durch den Schäumungsprozess nicht herstellen lassen, wird das bekannte Verfahren erfindungsgemäß so abgewandelt, daß permanente inhomogene Schwammstrukturen entstehen.
Als Schwammkörper können die im Stand der Technik bekannten Schwammmaterialien für Tintenschwämme eingesetzt werden. Das poröse Material des Schwammkörpers kann insbesondere einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten: Polyurethan-Polyether; Polyurethan-Polyester; Melamin. Daneben können, je nach Bedarf, die für diese Schwämme üblichen Additive zugefügt werden. Die Porosität dieser Materialien wird durch den üblichen Schäumungsprozess erzeugt.
Vorzugsweise erfolgt die Wärmeeinwirkung auf den Körper durch mindestens eine der Platten. Dies bedeutet, daß die Platte(n) aufgeheizt wird (werden), bevor der Kompressionsvorgang beginnt. Während der Kompression findet die Wärmeübertragung auf den porösen Körper über diejenigen Seitenflächen desselben statt, welche mit der (den) Platte(n) in Verbindung stehen. In diesem Fall dringt die Wärme, von diesen Seitenflächen ausgehend, ins Innere des porösen Körpers vor. Hierdurch entsteht während des Preßvorgangs ein Temperaturgradient im Inneren des porösen Körpers, welcher einen Dichtegradienten zur Folge hat.
Es können aber beispielsweise auch zwei Platten verwendet werden, welche beide erhitzt werden. In diesem Fall wird das Zentrum des porösen Körpers am wenigsten stark erwärmt, so daß dort die ursprünglichen Porenvolumina erhalten bleiben oder nur geringfügig verkleinert werden (dies setzt natürlich voraus, daß die Verschlußzeit der Preßeinrichtung so gering gehalten wird, daß sich keine einheitliche Temperaturverteilung im Körper einstellen kann). Die Seitenbereiche des porösen Körpers, die mit den Preßplatten in Berührung kommen, werden demgegenüber stärker erhitzt und somit weicher. Diese Teile werden deshalb stärker komprimiert, und die Porenvolumina entsprechend verkleinert. Da in Tintenpatronen vorzugsweise das kleinste Porenvolumen des porösen Körpers nur an einer bestimmten Stelle vorgesehen wird, nämlich angrenzend an den Tintenauslassstutzen, kann der Schwammkörper in diesem Fall nach seinem Abkühlen entsprechend zugeschnitten werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird nur eine der Platten erhitzt. In diesem Fall wird das Porenvolumen, ausgehend von derjenigen Seite, die beim Kompressionsvorgang an die erhitzte Platte grenzt, durch die Dicke des Körpers hindurch stetig zunehmen. Somit kann bei dieser Ausführungsform möglicherweise auf ein anschließendes Zuschneiden des porösen Körpers verzichtet werden, da der Bereich minimaler mittlerer Porengröße nur auf einer Seite des porösen Körpers liegt.
Je nach gewähltem Schwammmaterial beträgt die Plattentemperatur zwischen etwa 100°C und 250°C. Wie bereits erwähnt, muß darauf geachtet werden, daß die Temperatur des porösen Körpers an keiner Stelle die Schmelztemperatur des Schwammmaterials erreicht.
Die Dauer des Kompressionsvorgangs beträgt etwa 10 bis 90 Minuten. Die Abkühlung des Körpers erfolgt vorzugsweise nach dem Ende des Kompressionsprozesses.
Als lokaler Kompressionsfaktor wird geeigneterweise ein Wert im Bereich zwischen 1,5 und 10 ausgewählt. Die Porenvolumina des ursprünglichen porösen Materials können auf diese Weise partiell um ein Vielfaches reduziert werden.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine allgemein bekannte Presseinrichtung verwendet, zwischen deren Pressstempel in Form zweier planparalleler Platten der Körper aus porösem Material eingebracht wird und durch die der Körper unter Vermeidung von Querkräften mit Druck beaufschlagt wird.
Wie bereits erwähnt wurde, ist es auch möglich, nur eine der beiden Platten aufzuheizen. Weiter können aber auch beide, bzw. alle, Platten aufgeheizt werden, jedoch auf verschiedene Temperaturen. Auch in diesem Fall wird sich ein Temperaturgradient im Inneren des porösen Körpers ausbilden. Die Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft anzuwenden, wenn das bestehende Porenvolumen des porösen Körpers insgesamt, jedoch mit unterschiedlichem Grad, verkleinert werden soll.
Gemäß einer Ausführungsform können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Platten verwendet werden, welche auf ihre dem Körper zugewandten Seite eine ebene Oberfläche aufweisen. Ein Dichtegradient läßt sich in diesem Fall auch dadurch verwirklichen, daß der verwendete Schwammkörper auf seinen den Platten zugewandten Seiten eine dreidimensional strukturierte, insbesondere gewellte oder gezackte, Oberfläche aufweist. Mit anderen Worten kann der Körper über seine Grundfläche eine uneinheitliche Dicke aufweisen. Die dickeren Bereiche des Körpers werden dann stärker komprimiert, d.h. der lokale Kompressionsfaktor ist an diesen Stellen größer. Dementsprechend nimmt das Porenvolumen an diesen Stellen ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Platten ausgewählt, welche auf ihrer dem Körper zugewandten Seite eine dreidimensional strukturierte, insbesondere gewellte oder gezackte Oberfläche aufweisen. Die Preßplatten wirken in diesem Fall wie ein Prägestempel unter dessen Einwirkung der lokale Kompressionsfaktor variiert wird, da das Schwammmaterial an denjenigen Stellen, an denen eine Ausbuchtung der Platten vom Schwammkörper weg vorliegt, eine schwächere Kompression erfolgt. Eine ähnliche Wirkung kann beispielsweise auch dadurch erzielt werden, daß mehrere Druckplatten eingesetzt werden, welche jeweils verschieden starke Drücke ausüben.
Gemäß einer Variante wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Schwammkörper ein quaderförmiger Körper eingesetzt. Diese Variante ist insbesondere im Zusammenhang mit strukturierten Preßplatten vorteilhaft.
Nach der Abkühlung des komprimierten Schwammkörpers kann dieser, vorzugsweise durch Zerschneiden, in mehrere Einheiten zerteilt werden. Hierdurch kann auch die für eine spezielle Patrone notwendige Form des Schwammes hergestellt werden.
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Schwamm ist dadurch gekennzeichnet, daß sein mittleres Porenvolumen bzw. seine Porenverteilung innerhalb des Schwammes variiert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der entstandene Schwamm einen Bereich minimalen mittleren Porenvolumens in einem Randbereich des Schwammes auf. D.h. das mittlere Porenvolumen nimmt, ausgehend von diesem Randbereich, zum Inneren des Schwammkörpers hin zu. Dieser Randbereich wird bei der Verwendung des Schwammes angrenzend an einen Tintenauslassstutzen der Patrone angeordnet, so daß die Anisotropie der Kapillarkräfte in die gewünschte Richtung verläuft.
Der erfindungsgemäße Schwamm kann so ausgebildet sein, daß sein mittleres Porenvolumen von einer Seite zur anderen kontinuierlich abnimmt. Die dafür charakteristische Schwammkurve ist gegenüber Figur 2 in vorteilhafter Weise deutlich geglättet.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
  • Fig. 1 eine Verteilung der Porengröße in einem herkömmlichen Tintenschwamm;
  • Fig. 2 den Unterdruckverlauf bei kontinuierlicher Entnahme von Tinte aus einem Schwamm;
  • Fig. 3 ein Beispiel des Strömungsverlaufes von Tinte in einer Patrone;
  • Fig. 4 ein Beispiel eines in eine Patrone eingesetzten Schwammes nach dem Stand der Technik;
  • Fig. 5a bis 5c den Vorgang einer homogenen Schwammkompression unter Druck- und Wärmeeinwirkung;
  • Fig. 6a bis 6c eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 7a bis 7c eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 8a und 8b eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • Fig. 9a bis 9c eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • Figur 1 zeigt die relative Verteilung der Porengröße, bzw. des Porenvolumens, wie sie bei einem herkömmlichen Tintenschwamm vorliegt. Die dazugehörige Druckverlaufskennlinie für die Entnahme von Tinte aus einem solchen Schwamm gibt Figur 2 wieder.
    In Figur 3 sind die Strömungsverhältnisse der Tinte innerhalb des Tintenspeicherschwammes einer Tintenpatrone dargestellt. Bei Entnahme der Tinte durch die dafür vorgesehene Tintenentnahmeöffnung, bzw. den Auslass, muss die entnommene Tinte kontinuierlich durch nachströmende Tinte aus anderen Schwammbereichen ersetzt werden. Diese Tintenverlagerung innerhalb des Schwammes, bzw. dieses Nachströmen von Tinte, wird durch einen Schwamm mit einer inhomogenen Porenverteilung unterstützt, wenn die Poren zum Tintenauslass hin immer feiner werden.
    Eine Möglichkeit zur Erzielung dieses Kapillargefälles infolge abnehmender Porendurchmesser zum Auslass hin ist in Figur 4 dargestellt. Hier wird durch den in die Patrone hinein ragenden Stutzen, zusätzlich unterstützt durch Rippen am Behälterdeckel, der Schwamm lokal am Auslass komprimiert und so das Porenvolumen reduziert.
    In den Figuren 5a bis 5c ist das Prinzip der thermischen Schwammkompression dargestellt: Ein Körper 1 aus einem porösen Material wird hier zwischen zwei Platten 2, 3 einer Presseinrichtung angeordnet und unter Druck- und Wärmeeinwirkung auf einen Bruchteil seines ursprünglichen Volumens komprimiert. Nach der Kompression wird der durch die Platten ausgeübte Druck abgenommen, wobei der poröse Körper seine komprimierte Form beibehält. Die verfahrensgemäß bewirkte homogene Reduzierung des Porenvolumens gegenüber dem Ausgangszustand, und damit die Erhöhung der Kapillarwirkung, erfolgt hierbei insbesondere in Richtung normal zu den Platten.
    Dieser Thermokompressionsprozess wird erfindungsgemäß inhomogen durchgeführt, wie dies in den Figuren 6a bis 6c dargestellt ist. In diesem Fall werden die Platten 2, 3 erhitzt, um dem porösen Körper 1 während des Kompressionsvorgangs Wärme zuzuführen. Dabei wird die Verschlußzeit so kurz gehalten, dass sich keine einheitliche Temperatur über den gesamten porösen Körper 1 einstellen kann. Dies hat zur Folge, dass verschiedene, unterschiedlich stark komprimierte Bereiche innerhalb des porösen Körpers 1 entstehen. So sind die Randbereiche 1a stärker komprimiert und weisen deshalb ein geringeres mittleres Porenvolumen auf als der zentrale Bereich 1b. Durch die Abkühlung des Schwammes wird diese geänderte Porengrößenverteilung eingefroren. Spaltet man einen solchen Schwamm in der Mitte, wie dies in Figur 6b gezeigt ist, erhält man einen Schwamm mit inhomogener Porenverteilung, bei dem die Porengröße von oben nach unten abnimmt, wie dies in Figur 6c gezeigt ist. Beim Einsatz eines solchen Schwammes in einer Tintenpatrone, der mit seinem verdichteten Ende dem Tintenauslass zugeordnet ist, strömt die Tinte dann zum Tintenauslass, ohne dass eine entsprechende Kompression des Schwammes in der Patrone stattfinden muss.
    In den Figuren 7a bis 7c ist eine weitere Möglichkeit der Erzeugung einer inhomogenen Porenverteilung im Schwammkörper 1 gezeigt. In diesem Fall wird die obere Platte 2 auf eine höhere Temperatur aufgeheizt als die untere Platte 3. Während des Kompressionsvorganges wird die Schwammstruktur durch die erhöhte Wärmeeinwirkung im oberen Bereich weicher, als dies im unteren Bereich des Schwammes der Fall ist und damit stärker komprimiert. Es resultiert eine eindimensionale Anisotropie der Porenverteilung im Schwamm.
    Die Figuren 8a und 8b stellen eine dritte Möglichkeit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens da. In diesem Fall wird keine planparallele, d. h. quaderförmige, Schwammplatte verwendet, wie dies in den vorherigen Beispielen der Fall ist, sondern eine Schwammplatte mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur. Wird diese so strukturierte Schwammplatte komprimiert, erhält man wiederum eine planparallele Platte, jedoch mit inhomogener Porenverteilung. Die inhomogene Porenverteilung resultiert in diesem Fall daraus, dass die Bereiche 1a größerer Dicke stärker komprimiert werden. Durch Ausschneiden der einzelnen Schwämme aus der Gesamtplatte entsteht für jede Patrone ein inhomogener Schwamm mit definierter Porenverteilung. Beispiele für Schnittkanten zur Unterteilung in Einzelschwammbereiche sind durch die Linien 4 dargestellt. Die unterschiedliche Porenverteilung kann zum Beispiel dazu dienen, die hydrostatische Druckkomponente bei der Tintenentnahme einer schräg gestellten Schwammpatrone zu kompensieren. Generell geht es bei diesem Beispiel darum, durch eine Formgebung des Ausgangsschwammes beim Umformprozess zur planparallelen Schwammplatte eine definierte inhomogene Porenverteilung zu erzeugen.
    Ein letztes Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Figuren 9a bis 9c dargestellt. Zur Erzeugung eines Schwammes mit inhomogener Porenverteilung sind die Platten 2, 3 der Presseinrichtung in diesem Fall als Formstempel ausgebildet. Hierdurch entstehen Schwammzonen 1a, die gegenüber Schwammzonen 1b durch eine stärkere Kompression gekennzeichnet sind. Außerdem kann so auch eine Anpassung des Schwammes an eine vorgegebene Tintenbehältergeometrie erfolgen.
    Die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, bei der Kompression eines strukturierten Schwammes unterschiedliche Plattentemperaturen einzusetzen.

    Claims (15)

    1. Verfahren zur Herstellung eines Schwammes, welcher insbesondere zur Verwendung als Tintenspeicher geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper (1) aus einem porösen thermoplastischen Material zwischen mindestens zwei Platten (2; 3) einer Presseinrichtung angeordnet wird und unter Druck- und Wärmeeinwirkung eine inhomogene Porendichteverteilung im Körper (1) erzeugt wird, wobei der Körper (1), nachdem er abgekühlt ist, durch einen Schnittvorgang in mehrere Einheiten zerteilt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material mindestens einen der folgenden Bestandteile enthält: Polyurethan-Polyether, Polyurethan-Polyester, Melamin.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinwirkung auf den Körper durch mindestens eine der Platten (2; 3) erfolgt.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der mindestens einen Platte zwischen etwa 100°C und 250°C liegt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Kompressionsvorgangs etwa 10 bis 90 Minuten beträgt.
    6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lokale Kompressionsfaktor etwa 1,5 bis 10 beträgt.
    7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus porösem Material zwischen zwei Platten (2; 3) der Presseinrichtung eingebracht wird, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2; 3) der Presseinrichtung auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt werden.
    9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Presseinrichtung Platten (2; 3) ausgewählt werden, welche auf ihrer dem Körper (1) zugewandten Seite eine ebene Oberfläche aufweisen.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Presseinrichtung Platten (2; 3) ausgewählt werden, welche auf ihrer dem Körper (1) zugewandten Seite eine dreidimensional strukturierte, insbesondere gewellte oder gezackte, Oberfläche aufweisen.
    11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Körper (1) ein quaderförmiger Körper eingesetzt wird.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Körper (1) ein Körper eingesetzt wird, welcher auf seiner den Platten (2; 3) zugewandten Seiten eine dreidimensional strukturierte, insbesondere gewellte oder gezackte, Oberfläche aufweist.
    13. Schwamm, insbesondere zur Verwendung als Tintenspeicher, welcher gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei das mittlere Porenvolumen innerhalb des Schwammes variiert.
    14. Schwamm nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich minimalen mittleren Porenvolumens angrenzend an einen Randbereich des Schwammes vorhanden ist.
    15. Schwamm nach einem der vorstehenden Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sein mittleres Porenvolumen von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite kontinuierlich abnimmt.
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