EP1433613A1 - Tintenbehälter mit Tintenspeicher aus thermoplastischem Fasermaterial - Google Patents

Tintenbehälter mit Tintenspeicher aus thermoplastischem Fasermaterial Download PDF

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EP1433613A1
EP1433613A1 EP03029695A EP03029695A EP1433613A1 EP 1433613 A1 EP1433613 A1 EP 1433613A1 EP 03029695 A EP03029695 A EP 03029695A EP 03029695 A EP03029695 A EP 03029695A EP 1433613 A1 EP1433613 A1 EP 1433613A1
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EP
European Patent Office
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ink
ink reservoir
reservoir
container according
thermoplastic
Prior art date
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EP03029695A
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English (en)
French (fr)
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EP1433613B1 (de
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Joachim Kretschmer
Roland Steiner
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Pelikan Hardcopy Production AG
Original Assignee
Pelikan Hardcopy Production AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B41J2/17513—Inner structure

Definitions

  • the invention relates to an ink container according to the preamble of claim 1 an ink reservoir made of thermoplastic fiber material, in particular a cartridge for an inkjet printer. Furthermore, the invention relates to a method according to the The preamble of claim 12 for the production of such an ink container and the Use of such an ink container for inkjet printing.
  • Ink containers such as ink cartridges for inkjet pens or inkjet printers, often contain ink absorbers for capillary storage of the ink.
  • the Ink absorbents serve to cap one of the in the ink tank by capillary forces Extraction of ink to produce opposing negative pressure and the ink at a Mechanically dampen acceleration of the ink tank.
  • ink absorbers provided ink containers also allow for a traveling Arrangement of ink cartridges on a printer carriage as well as a reliable supply the printhead with ink. It also prevents the generated by the capillary forces Negative pressure a leakage of the ink from the ink print head.
  • ink reservoirs made from these materials have various disadvantages.
  • polyurethane foam takes aqueous ink poorly what makes a complex vacuum filling necessary.
  • Melamine foam is in this More suitable in terms of this, however, there is the problem of resistance to hydrolysis.
  • the structure of melamine foam is very brittle, which creates particles that cause problems in the nozzle structures of the printhead.
  • the mechanical properties of a material are also suitable for use as Ink storage is crucial. For example, glide plays a role when the ink reservoir is inserted into the plastic housing of the ink cartridge. So that Ink storage can perform its function, it is necessary that the ink storage the ink chamber of the container is substantially complete and uniform fills out and has no folds or bent corners. Such assembly errors can lead to undesirable ink inclusions or air channels and thereby the Ink yield of the ink cartridges and the print quality negatively affect.
  • the mechanical dimensional stability of the ink storage material is also important, since the Automation of the assembly process is affected. A soft material, the one has poor dimensional stability, can only be done at considerable expense Process special assembly devices automatically.
  • the polyurethane sponge previously used as a material for ink storage has furthermore the disadvantage that, due to sponge inhomogeneities (pore size, Wetting properties), the ink absorbed in a vacuum filling process can no longer be removed from individual sponge areas, whereby the Ink storage yield also drops. It also affects an inhomogeneous Pore size distribution in the ink storage material negatively affects the ink flow Printhead off. This causes the specific flow resistance that the material opposite the flow of the ink liquid, within a production series is also subject to fluctuations. Accurate reproducibility of the specific Flow resistance of the ink storage material is, however, of high quality for producing Inkjet printing is necessary because this is the only way to get the optimal amount of ink from the Ink storage reaches the printhead.
  • EP 1 205 594 A1 describes a method for producing an ink reservoir Known fiber material, In this process, the fiber material is pretreated hydrophilically and then formed into a strand of fibers. The fiber strand will eventually open up Length cut into individual fiber strand elements.
  • US 2002/0113853 A1 discloses an ink cartridge with a fiber ink storage.
  • the fiber material used is compressed before it is inserted into the ink cartridge and then cut into shape so that the fiber material after insertion in the ink cartridge lies as evenly as possible on the inner wall of the ink cartridge.
  • thermoplastic fiber material can also be used Manufacture with higher densities, but there has been no need for such materials.
  • Initial tests with such high-density fiber materials have shown that that the specific flow resistance that the material opposes to the flow of the ink rises sharply. This makes the materials in terms of use as Ink storage little suitable.
  • the high density fiber materials in relation to the flow resistance that the Oppose the flow of the ink behave strongly anisotropically. This means that the specific flow resistance depending on the direction of the ink flow through the Fiber material varies. This property is when using the materials as an ink reservoir usually disadvantageous because there is a dependency on the specific flow resistance the orientation with which the fiber material is used as an ink reservoir, leads.
  • the present invention therefore has for its object to provide an ink container in which a Ink storage is used, which does not have the disadvantages described above.
  • the ink reservoir inserted into the ink container is said to be mechanically stable be, have good sliding properties compared to the plastic housing and itself due to sufficient capillarity, a suitable specific flow resistance good absorption capacity for aqueous ink, the most complete release possible Characterize ink and a chemically inert behavior towards aqueous ink.
  • this object is achieved by an ink container with the features Claim 1 solved. Furthermore, the object is achieved by a method according to claim 12 solved for the manufacture of an ink tank.
  • FIG. 1 shows an electron micrograph of the surface of a non-reworked fiber material made of nylon fibers ("bonded nylon fibers" from Filtrona with a density of 0.180 g / cm 3 ). It can be clearly seen that a large number of fiber loops appear on the surface and the above-mentioned skin is thereby formed on the surface.
  • Fig. 2 shows the same material in electron micrograph, the Interior of the material after the manufacturing process by cutting off the surface has been exposed. Here you can clearly see that the material is facing outwards Has fiber ends.
  • the surface of the material is intended for the purposes of the present invention Area of material to be understood that differs from the extreme limit of the Material extends to about 1 mm inside the material.
  • an ink storage medium can be obtained that the one hand desired ink storage properties, especially with regard to sufficient Capillarity and the associated high retention force for the ink and the desired ones has mechanical properties, and on the other hand the disadvantage of too high specific flow resistance when ink liquid flows through the storage material overcomes.
  • the specific flow resistance is intended in the sense of the invention the flow resistance can be understood in relation to the distance traveled.
  • FIG. 3 shows a pressure diagram in which the negative pressure is plotted, which a fiber material made of nylon fibers ("bonded nylon fibers" from Filtrona with a density of 0.180 g / cm 3 ) opposes the flow of an aqueous ink.
  • the step shape of the graphs results from the fact that a changing volume flow was used.
  • the upper graph, shown in bold, shows the pressure profile for a non-reworked fiber material, while the bottom graph, not shown in bold type, shows the pressure profile for a fiber material reworked by cutting off the surfaces.
  • the step height ⁇ X is a relative measure of the flow resistance that the material opposes to the flow of the ink liquid. It can be clearly seen here that the post-processed material has a lower flow resistance than the non-post-processed material.
  • the post-processing of the fiber material can be done by various processes.
  • the fiber material can be used after the actual manufacturing process mechanical processing, such as punching, cutting and / or grinding, reworked in this way be that on one, on several or on all of its sub-surfaces has externally directed fiber ends.
  • thermoplastic fiber material is preferably a material which is made of polyamide fibers. Particularly good results are obtained when using a thermoplastic fiber material made of nylon fibers, which immediately after the extrusion in a compression process and thus in the Means are aligned in parallel.
  • thermoplastic fiber materials which are predominantly characterized by heterogeneous alignment of the fibers to each other are characterized. In such There is no predominant parallel orientation of the fiber materials to one another, rather, the fibers lie in the form of a largely disordered three-dimensional Tangle before, resulting in good dimensional stability and advantageous mechanical Properties leads.
  • the properties of the fiber material can in the sense of present invention can be further improved by using fiber material is in which the thermoplastic fibers with each other at their points of contact are at least partially bound. This bond between the fibers can can be achieved in particular in that the fibers by a thermal action melted together at their points of contact and thus bound together become.
  • the thermal treatment can, for example, already during the manufacturing process of the fiber material and before its post-processing in the sense of the present Invention.
  • the ink stores used according to the invention are formed from a thermoplastic fiber material which has an average density of approximately 0.155 to 0.300 g / cm 3 . It has been shown that fiber materials with a density of less than about 0.15 g / cm 3 have a retention force which is too low for many ink container shapes when using aqueous inks. With such materials, the capillarity is too low to achieve a good printing result. There is also a risk of ink leakage from a print cartridge. On the other hand, in the case of fiber materials with an average density of greater than approximately 0.300 g / cm 3, the absorption capacity of the material for ink is too low to be used as an ink storage medium. In addition, densities above 0.300 g / cm 3 lead to fiber materials with changed mechanical properties, which lead to a deterioration in the suitability of the fiber materials as an ink reservoir.
  • the post-processing of the fiber material described can furthermore achieve that the material in terms of specific flow resistance, the flow rate opposed to a liquid is isotropic. This means that the specific Flow resistance is independent of the direction in which the liquid moves the material flows.
  • thermoplastic fiber material is typically produced in one continuous process.
  • US 3 313,665 describes processes in a first step using fibers or filaments constant feed in a chamber closed on one side. There are these first evenly distributed with compressed air. The distribution of the fibers can be directional or be confused.
  • the next part of the chamber is constructed so that the two-dimensional Cross-sectional shape of the ink storage material due to a gradual conical narrowing is achieved. So that this shape can be stabilized, steam is injected with the effect of which the individual fibers are bonded. So that will the three-dimensional shape stabilized.
  • At the end of the chamber is an extractor which is coupled to the feed device. By setting the speed difference these two devices can control the dynamic pressure in the chamber become.
  • the density of the ink storage material is the back pressure and the input mentioned compressed air set.
  • the invention further relates to a method for producing an ink container, which is characterized by the properties mentioned above.
  • the process includes at least the steps of providing a container with at least one Ink chamber and at least one ink reservoir made of thermoplastic fiber material, which is treated on at least one of its surfaces so that the original External surface is removed in such a way that the treated surface to the outside has directed fiber ends, and the insertion of one or more ink storage into the ink chamber (s) of the container.
  • the further advantage is that due to the good mechanical properties of the Fiber materials in the sense of the invention the automation of the assembly process is facilitated and the manufacturing costs for the ink tank decrease.
  • thermoplastic is used as the ink reservoir Material used on the surfaces, when used as intended not parallel or on average normal to the direction of flow of the ink, the original External surface is removed. Particularly good results are achieved if a thermoplastic material is used in which the on all surfaces original outer surfaces are removed.
  • the removal of the original outer surfaces of the ink reservoirs can be repeated all suitable procedures. Removal by is particularly preferred Cutting, punching and / or grinding. As a rule, these are particularly good ones Results achieved when removing the original surface to a depth of at least about 1 mm. In special cases, however, ablation can also take place down to a depth of less than 1 mm because this controls the Flow resistance that the treated surface opposes to the flow of ink, becomes possible.
  • thermoplastic fibers By treating the material made of thermoplastic fibers according to the invention becomes, as already explained, a reduction in the specific flow resistance reached that the material opposes the flow of an ink liquid.
  • This Reduction in flow resistance makes the materials for use as ink storage suitable at all.
  • it can also be beneficial to a surface of the material first by removing the original External surface was treated, then a thermal treatment undergo, which leads to a defined increase in flow resistance.
  • the method was preferably such that an ink storage device is used, the Shape and size essentially the shape and size of the respective ink chamber corresponds in which the ink storage is inserted. In other cases, however, it can also be advantageous to use an ink storage device, the shape and size of which Shape and size of the interior of the respective ink chamber deviates, in which the Ink storage is used.
  • the method for producing the ink container is preferably carried out in such a way that that the ink chamber is filled with ink after the ink storage is inserted and is then closed.
  • Another object of the invention is the use of the ink tank for inkjet printing, especially in the form of a printer cartridge.
  • the ink containers according to the invention are compared to those in the prior art known ink containers have the advantage that, in addition to chemical inertness of the Ink storage compared to the common ink liquids, which leads to a long shelf life the ink tank leads to the property of a high capacity for Ink with a good ink retention force that prevents leakage, as well as good and even flow properties of the ink within the fiber storage combine.
  • the use of thermoplastic fiber materials as ink storage leads moreover to economic advantages. Through this combination of properties an ink container, in particular in the form of a printer cartridge, is provided, which in the balance of its properties is superior to previous ink containers.

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)
  • Pens And Brushes (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Tintenbehälter, umfassend mindestens eine Tintenkammer, in welche mindestens ein Tintenspeicher eingesetzt ist, der aus thermoplastischem Fasermaterial gebildet ist, wobei der Tintenspeicher eine mittlere Dichte von etwa 0,155 bis 0,300 g/cm<3> aufweist und an einer oder mehrerer seiner Oberflächen durch Abtragen der ursprünglichen Außenoberfläche derart behandelt worden ist, dass die behandelte Teiloberfläche nach außen gerichtete Faserenden aufweist. Des weiteren ist auch ein Verfahren zur Herstellung des Tintenbehälters sowie dessen Verwendung für den Tintenstrahldruck Gegenstand der Erfindung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenbehälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Tintenspeicher aus thermoplastischem Fasermaterial, insbesondere eine Patrone für einen Tintenstrahldrucker. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 zur Herstellung eines derartigen Tintenbehälters sowie die Verwendung eines derartigen Tintenbehälters für den Tintenstrahldruck.
Tintenbehälter, wie Tintenpatronen für Tintenstrahlschreibgeräte oder Tintenstrahldrukker, enthalten häufig Tintenabsorptionsmittel zur kapillarischen Speicherung der Tinte. Die Tintenabsorptionsmittel dienen dazu, im Tintenbehälter durch Kapillarkräfte einen der Entnahme von Tinte entgegenstehenden Unterdruck zu erzeugen und die Tinte bei einer Beschleunigung des Tintenbehälters mechanisch zu dämpfen. Mit solchen Tintenabsorptionsmitteln versehene Tintenbehälter ermöglichen dadurch auch eine mitfahrenden Anordnung von Tintenpatronen auf einem Druckerwagen sowie eine zuverlässige Versorgung des Druckkopfes mit Tinte. Zudem verhindert der durch die Kapillarkräfte erzeugte Unterdruck ein Auslaufen der Tinte aus dem Tintendruckkopf.
Als Tintenabsorptionsmittel werden häufig Schwammaterialien aus Polyurethan oder Melamin eingesetzt. Aus diesen Materialien hergestellte Tintenspeicher weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. So nimmt Polyurethanschaum wässerige Tinte nur schlecht an, was eine aufwendige Vakuumbefüllung notwendig macht. Melaminschaum ist in dieser Hinsicht besser geeignet, jedoch besteht hier das Problem der Hydrolysebeständigkeit. Außerdem ist die Struktur von Melaminschaum sehr spröde, wodurch Partikel erzeugt werden, die in den Düsenstrukturen des Druckkopfes Probleme bereiten.
Auch die mechanischen Eigenschaften eines Materials sind für die Verwendbarkeit als Tintenspeicher entscheidend. So spielt beispielsweise die Gleitfähigkeit eine Rolle, wenn der Tintenspeicher in das Plastikgehäuse der Tintenpatrone eingesetzt wird. Damit der Tintenspeicher seine Funktion erfüllen kann, ist es nämlich notwendig, dass der Tintenspeicher die Tintenkammer des Behälters im wesentlichen vollständig und gleichmäßig ausfüllt und keine Falten oder umgebogenen Ecken aufweist. Derartige Montagefehler können zu unerwünschten Tinteneinschlüssen oder Luftkanälen führen und dadurch die Tintenergiebigkeit der Tintenpatronen sowie die Druckqualität negativ beeinflussen.
Um solche Montagefehler, deren primäre Ursache ein großer Reibungskoeffizient zwischen dem Tintenspeicher und der Tintenbehälterwandung beim Einbringen in die Tintenkammer ist, zu vermeiden, sind aufwendige Montagevorrichtungen und/oder komplizierte Verfahrensschritte erforderlich. Erschwert wird die Montage des Tintenspeichers im übrigen auch durch die häufig komplexen Tintenbehältergeometrien, die sich nach den konstruktiven Vorgaben des Druckers richten und denen die Geometrie des Tintenspeichers angepasst werden muss.
Auch die mechanische Formstabilität des Tintenspeichermaterials ist wichtig, da davon die Automatisierbarkeit des Montageprozesses beeinflußt wird. Ein weiches Material, das eine schlechte Formstabilität aufweist, läßt sich nur unter Aufwendung erheblicher Kosten für spezielle Montagevorrichtungen automatisiert verarbeiten.
Der bisher als Material für Tintenspeicher häufig eingesetzte Polyurethanschwamm weist darüber hinaus den Nachteil auf, dass, aufgrund von Schwamminhomogenitäten (Porengrösse, Benetzungseigenschaften), die in einem Vakuumfüllprozeß aufgenommene Tinte aus einzelnen Schwammbereichen nicht mehr entnommen werden kann, wodurch die Ergiebigkeit des Tintenspeichers ebenfalls sinkt. Darüber hinaus wirkt sich eine inhomogene Porengrössenverteilung im Tintenspeichermaterial negativ auf den Tintenfluß zum Druckkopf aus. Dies führt dazu, dass der spezifische Flusswiderstand, den das Material dem Durchfluss der Tintenflüssigkeit entgegengesetzt, innerhalb einer Produktionsserie ebenfalls Schwankungen unterworfen ist. Eine genaue Reproduzierbarkeit des spezifischen Flusswiderstandes des Tintenspeichermaterials ist jedoch zum Erzeugen hochwertiger Tintenstrahldrucke notwendig, da nur so die jeweils optimale Menge an Tinte aus dem Tintenspeicher zu dem Druckkopf gelangt.
Eine Alternative zu den oben genannten Schwammaterialien könnte in der Verwendung von Formkörpern aus Fasermaterialien bestehen. Solche Formkörper aus Fasermaterialien, wie sie beispielsweise in der US 3 313 665 beschrieben sind, werden unter anderem zur Herstellung von Dochten verwendet. Versuche, solche Formkörper aus Fasermaterialien als Tintenspeicher einzusetzen, haben jedoch ergeben, dass bei Formkörpern mit den für dieses Material typischen relativ niedrigen Dichten von bis zu etwa 0,15 g/cm3 die von dem Material ausgeübte Kapillarkraft zu gering ist. Dies kann zu einer unkontrollierten Abgabe der Tinte, insbesondere auch zu einem Auslaufen der Tinte aus Druckerpatronen, führen.
Aus der EP 1 205 594 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenspeichers aus Fasermaterial bekannt, Bei diesem Verfahren wird das Fasermaterial hydrophil vorbehandelt und anschließend zu einem Faserstrang geformt. Der Faserstrang wird schließlich auf Länge in einzelne Faserstrangelemente geschnitten.
Die US 2002/0113853 A1 offenbart eine Tintenpatrone mit einem Fasertintenspeicher. Das verwendete Fasermaterial wird vor dem Einsetzen in die Tintenpatrone komprimiert und anschließend so in Form geschnitten, dass das Fasermaterial nach dem Einsetzen in die Tintenpatrone möglichst gleichmäßig an der Innenwand des Tintenpatrone anliegt.
Aus der DE 100 59 130 A1 und der WO 01/32431 A1 ist jeweils eine Tintenpatrone mit einem Fasertintenspeicher bekannt.
Prinzipiell lassen sich solche Formkörper aus thermoplastischem Fasermaterial zwar auch mit höheren Dichten herstellen, an solchen Materialien bestand jedoch bisher kein Bedarf. Bei ersten Versuchen mit solchen Fasermaterialien hoher Dichte hat sich dann gezeigt, dass der spezifische Flusswiderstand, den das Material dem Durchfluss der Tinte entgegensetzt, stark ansteigt. Dies macht die Materialien in Bezug auf die Verwendung als Tintenspeicher wenig geeignet. Darüber hinaus wurde bei Versuchen gefunden, dass sich die Fasermaterialien hoher Dichte in Bezug auf den Flusswiderstand, den diese dem Durchfluss der Tinte entgegensetzen, stark anisotrop verhalten. Dies bedeutet, dass der spezifische Flusswiderstand in Abhängigkeit von der Richtung des Tintenflusses durch das Fasermaterial variiert. Diese Eigenschaft ist bei Verwendung der Materialien als Tintenspeicher in der Regel nachteilig, da es zu einer Abhängigkeit des spezifischen Flusswiderstandes von der Orientierung, mit dem das Fasermaterial als Tintenspeicher eingesetzt ist, führt.
Vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Standes der Technik lag der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Tintenbehälter bereitzustellen, in dem ein Tintenspeicher eingesetzt ist, der die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll der in den Tintenbehälter eingesetzte Tintenspeicher mechanisch stabil sein, gute Gleiteigenschaften gegenüber dem Kunststoffgehäuse aufweisen sowie sich durch eine ausreichende Kapillarität, einen geeigneten spezifischen Flusswiderstand, ein gutes Aufnahmevermögen für wässerige Tinte, eine möglichst vollständige Abgabe der Tinte und ein chemisch inertes Verhalten gegenüber wässeriger Tinte auszeichnen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Tintenbehälter mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Des weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 zur Herstellung eines Tintenbehälters gelöst.
Im Verlauf von Arbeiten, die sich mit der Verwendbarkeit von Formkörpern aus Fasermaterial als Tintenspeichermedium befaßten, wurde durch elektronenmikroskopische Untersuchungen überraschend gefunden, dass diese Materialien, bedingt durch das Herstellungsverfahren, eine Art "Haut" auf ihrer Oberfläche bilden. Diese Haut besteht aus einer großen Anzahl von Faserschleifen, die sich auf der Oberfläche des Materials befinden und die zu einer starken Erhöhung des spezifischen Flusswiderstandes führen, der dem Tintenfluss durch eine solche Oberfläche entgegengesetzt wird. Die Ausbildung dieser Haut tritt offensichtlich bei den Fasermaterialien ungewöhnlich hoher Dichten, wie sie für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, in besonders hohem Umfang auf. Nur bei diesen hohen Dichten ist jedoch die Rückhaltekraft des Materials groß genug, dass es als Tintenspeichermedium in Tintenbehältern in Betracht gezogen werden kann.
Fig. 1 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche eines nicht nachbearbeiteten Fasermaterials aus Nylonfasern ("bonded nylon fibres" von Filtrona mit einer Dichte von 0,180 g/cm3). Es ist deutlich zu erkennen, dass eine große Anzahl von Fasernschleifen auf der Oberfläche auftreten und dadurch die oben genannte Haut auf der Oberfläche gebildet wird.
Fig. 2 zeigt das gleiche Material in elektronenmikroskopischer Aufnahme, wobei das Innere des Materials nach dem Herstellungsprozess durch Abschneiden der Oberfläche freigelegt wurde. Hier ist deutlich zu erkennen, dass das Material nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
Unter Oberfläche des Materials soll für die Zwecke der vorliegenden Erfindung derjenige Bereich des Materials verstanden werden, der sich von der äußersten Begrenzung des Materials bis etwa 1 mm in das Innere des Materials erstreckt.
Es hat sich somit überraschend gezeigt, dass durch eine Nachbearbeitung von Fasermaterialien hoher Dichte ein Tintenspeichermedium erhalten werden kann, das einerseits die gewünschten Tintenspeichereigenschaften, insbesondere in Bezug auf ausreichende Kapillarität und damit verbunden hohe Rückhaltekraft für die Tinte sowie die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist, und andererseits den Nachteil eines zu hohen spezifischen Flusswiderstandes beim Durchfluss von Tintenflüssigkeit durch das Speichermaterial überwindet. Unter dem spezifischen Flusswiderstand soll im Sinne der Erfindung der Flusswiderstand bezogen auf die durchflossene Strecke verstanden werden.
Fig. 3 zeigt ein Druckdiagramm, in dem der Unterdruck aufgetragen ist, den ein Fasermaterial aus Nylonfasern ("bonded nylon fibres" von Filtrona mit einer Dichte von 0,180 g/cm3) dem Durchfluss einer wässrigen Tinte entgegensetzt. Die Stufenform der Graphen resultiert daraus, dass mit einem wechselnden Volumenstrom gearbeitet wurde. Der in Fettdruck ausgeführte obere Graph zeigt dabei den Druckverlauf für ein nicht nachbearbeitetes Fasermaterial während der nicht in Fettdruck ausgeführte untere Graph den Druckverlauf für ein durch Abschneiden der Oberflächen nachbearbeitetes Fasermaterial zeigt. Die Stufenhöhe ΔX ist dabei ein relatives Maß für den Flusswiderstand, den das Material dem Durchfluss der Tintenflüssigkeit entgegensetzt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass das nachbearbeitete Material einen niedrigeren Flusswiderstand aufweist, als das nicht nachbearbeitete Material.
Die Nachbearbeitung des Fasermaterials kann durch verschiedene Prozesse erfolgen. Beispielsweise kann das Fasermaterial nach dem eigentlichen Herstellungsprozess durch mechanische Bearbeitung, wie durch Stanzen, Schneiden und/oder Schleifen, so nachbearbeitet werden, dass es an einer, an mehreren oder an allen seiner Teiloberflächen nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass Oberflächen des Fasermaterials, die nach außen gerichtete Faserenden aufweisen, dem Durchfluss von Tinte einen niedrigeren Flusswiderstand entgegensetzen, als Oberflächen mit nach außen weisenden Faserschleifen, die zwangsläufig aus dem Herstellungsprozess der Fasermaterialien resultieren. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn diejenigen Oberflächen des Tintenspeichers, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch nicht parallel oder im Mittel normal zur Flußrichtung der Tinte liegen, nach außen gerichtete Fasern aufweisen. Bei den Oberflächen des Tintenspeichers, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch parallel zur Flußrichtung der Tinte liegen, ist das Vorliegen der speziellen Oberflächenbeschaffenheit, die in nach außen gerichteten Faserenden besteht, unter Umständen weniger bedeutsam, da diese Oberflächen nicht von Tinte durchflossen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen jedoch alle Oberflächen des Tintenspeichers nach außen gerichtete Faserenden auf.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem thermoplastischen Fasermaterial um ein Material, das aus Polyamidfasern gebildet ist. Besonders gute Ergebnisse werden bei Einsatz eines thermoplastischen Fasermaterials erzielt, das aus Nylonfasern hergestellt ist, welche unmittelbar nach der Extrusion in einem Stauchprozeß gefaltet werden und somit im Mittel parallel ausgerichtet sind.
Es lassen sich auch thermoplastische Fasermaterialien einsetzen, die durch eine überwiegend heterogene Ausrichtung der Fasern zueinander gekennzeichnet sind. Bei solchen Fasermaterialien herrscht keine vorherrschende parallele Orientierung der Fasern zueinander, vielmehr liegen die Fasern in Form eines weitgehend ungeordneten dreidimensionalen Fasergewirrs vor, was zu guter dimensionaler Stabilität und vorteilhaften mechanischen Eigenschaften führt. Die Eigenschaften des Fasermaterials können im Sinne der vorliegenden Erfindung dadurch weiter verbessert werden, dass Fasermaterial eingesetzt wird, bei dem die thermoplastischen Fasern untereinander an ihren Berührungspunkten zumindest teilweise gebunden sind. Diese Bindung der Fasern untereinander kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die Fasern durch eine thermische Einwirkung an ihren Berührungspunkten zusammengeschmolzen und somit aneinander gebunden werden. Die thermische Behandlung kann beispielsweise schon während des Herstellungsprozesses des Fasermaterials und vor dessen Nachbearbeitung im Sinne der vorliegenden Erfindung erfolgen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Tintenspeicher werden aus einem thermoplastischen Fasermaterial gebildet, das eine mittlere Dichte von etwa 0,155 bis 0,300 g/cm3 aufweist. Es hat sich gezeigt, dass Fasermaterialien mit einer Dichte von unter etwa 0,15 g/cm3 eine für viele Tintenbehälterformen zu geringe Rückhaltekraft bei Verwendung von wässerigen Tinten aufweisen. Bei solchen Materialien ist die Kapillarität zu gering, um ein gutes Druckergebnis zu erzielen. Darüber hinaus besteht die Gefahr eines Auslaufens der Tinte aus einer Druckerpatrone. Andererseits ist bei Fasermaterialien einer mittleren Dichte von größer als etwa 0,300 g/cm3 die Aufnahmefähigkeit des Materials für Tinte zu gering, um als Tintenspeichermedium Verwendung zu finden. Darüber hinaus führen Dichten oberhalb von 0,300 g/cm3 zu Fasermaterialien mit veränderten mechanischen Eigenschaften, die zu einer Verschlechterung der Eignung der Fasermaterialien als Tintenspeicher führen.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine mittlere Dichte des Materials von etwa 0,155 g/cm3 bis 0,250 g/cm3, insbesondere 0,160 g/cm3 bis 0,200 g/cm3, erwiesen. Eine Dichte von 0,180 g/cm3 führte zu besonders guten Ergebnissen.
Durch die beschriebene Nachbearbeitung des Fasermaterials kann ferner erreicht werden, dass das Material in Bezug auf den spezifischen Flusswiderstand, der dem Durchfluss einer Flüssigkeit entgegengesetzt wird, isotrop ist. Dies bedeutet, dass der spezifische Flusswiderstand unabhängig ist von der Richtung, mit der die Flüssigkeit das Material durchfließt.
Die Herstellung des thermoplastischen Fasermaterials erfolgt typischerweise in einem kontinuierlichen Prozeß. Beispielsweise werden nach dem in der bereits erwähnten US 3 313 665 beschrieben Verfahren in einem ersten Schritt Fasern oder Filamente mit konstantem Vorschub in eine einseitig geschlossene Kammer gedrückt. Dort werden diese zuerst mit Druckluft gleichmäßig verteilt. Die Verteilung der Fasern kann gerichtet oder wirr sein. Der nächste Teil der Kammer ist so aufgebaut, dass die zweidimensionale Querschnittsform des Tintenspeichermaterials durch eine graduelle konische Verengung erreicht wird. Damit diese Form stabilisiert werden kann, wird Dampf eingespritzt, mit dessen Einwirkung die einzelnen Fasern zusammengeklebt (bonded) werden. Damit wird die dreidimensionale Form stabilisiert. Am Ende der Kammer ist eine Abzugsvorrichtung, die mit der Vorschubeinrichtung gekoppelt ist. Durch die Einstellung der Geschwindigkeitsdifferenz dieser beiden Einrichtungen kann der Staudruck in der Kammer gesteuert werden. Die Dichte des Tintenspeichermaterials wird mit dem Staudruck und der eingangs erwähnten Druckluft eingestellt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenbehälters, der durch die oben genannten Eigenschaften charakterisiert ist. Das Verfahren umfasst dabei mindestens die Schritte des Bereitstellens eines Behälters mit mindestens einer Tintenkammer sowie mindestens eines Tintenspeichers aus thermoplastischem Fasermaterial, der an mindestens einer seiner Oberflächen so behandelt wird, dass die ursprüngliche Außenfläche derart abgetragen wird, dass die behandelte Oberfläche nach außen gerichtete Faserenden aufweist, und des Einführens eines oder mehrerer Tintenspeicher in die Tintenkammer(n) des Behälters.
Durch Verwendung der oben beschriebenen Fasermaterialien als Tintenspeicher ergibt sich der weitere Vorteil, dass bedingt durch die guten mechanischen Eigenschaften der Fasermaterialien im Sinne der Erfindung die Automatisierbarkeit des Montageprozesses erleichtert wird und die Herstellkosten für den Tintenbehälter sinken.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Tintenspeicher ein thermoplastisches Material verwendet, bei dem an den Oberflächen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch nicht parallel oder im Mittel normal zur Flussrichtung der Tinte liegen, die ursprüngliche Außenfläche abgetragen wird. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn ein thermoplastisches Material verwendet wird, bei dem an allen Oberflächen die ursprüngliche Außenflächen abgetragen werden.
Das Abtragen der ursprünglichen Außenflächen der Tintenspeicher kann prinzipiell nach allen geeigneten Verfahren erfolgen. Besonders bevorzugt ist dabei das Abtragen durch Schneiden, Stanzen und/oder Schleifen. Dabei werden in der Regel besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn das Abtragen der ursprünglichen Oberfläche bis zu einer Tiefe von mindestens etwa 1 mm erfolgt. In besonderen Fällen kann jedoch auch ein Abtragen bis zu einer Tiefe von weniger als 1 mm gewählt werden, da dadurch eine Steuerung der Flusswiderstandes, den die behandelte Fläche dem Durchfluss von Tinte entgegensetzt, möglich wird.
Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Materials aus thermoplastischen Fasern wird, wie bereits ausgeführt, eine Verringerung des spezifischen Flusswiderstandes erreicht, den das Material dem Durchfluss einer Tintenflüssigkeit entgegensetzt. Diese Verringerung des Flusswiderstandes macht die Materialien zur Verwendung als Tintenspeicher überhaupt erst geeignet. In einigen besonderen Fällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, eine Oberfläche des Materials, die zunächst durch Abtragen der ursprünglichen Außenfläche behandelt wurde, anschließend einer thermischen Behandlung zu unterziehen, die zu einer definierten Erhöhung des Flusswiderstandes führt.
Vorzugsweise erfolgte das Verfahren so, dass ein Tintenspeicher eingesetzt wird, dessen Form und Größe im wesentlichen der Form und Größe der jeweiligen Tintenkammer entspricht, in die der Tintenspeicher eingesetzt wird. In anderen Fällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, einen Tintenspeicher einzusetzen, dessen Form und Größe von der Form und Größe des Innenraums der jeweiligen Tintenkammer abweicht, in die der Tintenspeicher eingesetzt wird.
Vorzugsweise wird das Verfahren zur Herstellung des Tintenbehälters so durchgeführt, dass die Tintenkammer nach Einführung des Tintenspeichers mit Tinte befüllt und anschließend verschlossen wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Verwendung des Tintenbehälters für den Tintenstrahldruck, insbesondere in Form einer Druckerpatrone.
Die erfindungsgemäßen Tintenbehälter weisen gegenüber den im Stand der Technik bekannten Tintenbehältern den Vorteil auf, dass sie neben chemischer Inertheit des Tintenspeichers gegenüber den gängigen Tintenflüssigkeiten, die zu einer langen Lagerfähigkeit der Tintenbehälter führt, die Eigenschaft einer hohen Aufnahmefähigkeit für Tinte mit der einer guten Rückhaltekraft für die Tinte, die ein Auslaufen verhindert, sowie guten und gleichmäßigen Fließeigenschaften der Tinte innerhalb des Faserspeichers kombinieren. Der Einsatz der thermoplastischen Fasermaterialien als Tintenspeicher führt darüber hinaus zu wirtschaftlichen Vorteilen. Durch diese Kombination von Eigenschaften wird ein Tintenbehälter, insbesondere in Form einer Druckerpatrone, bereitgestellt, der in der Ausgewogenheit seiner Eigenschaften bisherigen Tintenbehältern überlegen ist.

Claims (21)

  1. Tintenbehälter, umfassend mindestens eine Tintenkammer, in welche mindestens ein Tintenspeicher eingesetzt ist, der aus thermoplastischem Fasermaterial gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher eine mittlere Dichte von etwa 0,155 bis 0,300 g/cm3 aufweist und dass der Tintenspeicher an einer, an mehreren oder an allen seiner Teiloberflächen durch Abtragen der ursprünglichen Außenoberfläche derart behandelt worden ist, dass die behandelte Teiloberfläche nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
  2. Tintenbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher an den Oberflächen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch nicht parallel zur Flussrichtung der Tinte liegen, nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
  3. Tintenbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher an den Oberflächen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch im Mittel normal zur Flussrichtung der Tinte liegen, nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
  4. Tintenbehälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher an allen Oberflächen nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
  5. Tintenbehälter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Fasermaterial aus Polyamidfasern gebildet ist.
  6. Tintenbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Fasermaterial aus Nylonfasern gebildet ist.
  7. Tintenbehälter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher aus thermoplastischen Fasern gebildet ist, die in überwiegend heterogener Ausrichtung zueinander verwoben sind, ohne dass eine vorherrschende longitudinale Orientierung der Fasern besteht.
  8. Tintenbehälter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher solchermaßen aus thermoplastischen Fasern gebildet ist, dass die thermoplastischen Fasern untereinander an ihren Berührungspunkten zumindest teilweise gebunden sind.
  9. Tintenbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Fasern durch thermische Einwirkung untereinander gebunden sind.
  10. Tintenbehälter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher eine mittlere Dichte von etwa 0,160 g/cm3 bis 0,200 g/cm3 aufweist.
  11. Tintenbehälter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenspeicher in Bezug auf den spezifischen Flusswiderstand, der dem Durchfluss einer Flüssigkeit entgegengesetzt wird, isotrop ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Tintenbehälters, aufweisend mindestens die folgenden Verfahrensschritte:
    Bereitstellen eines Behälters mit mindestens einer Tintenkammer,
    Bereitstellen mindestens eines Tintenspeichers, und
    Einführen eines oder mehrerer dieser Tintenspeicher in die Tintenkammer(n) des Behälters,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Tintenspeicher ein thermoplastisches Fasermaterial verwendet wird, bei dem an mindestens einer seiner Oberflächen die ursprüngliche Außenfläche der Oberfläche derart abgetragen wird, dass die behandelte Oberfläche nach außen gerichtete Faserenden aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Tintenspeicher ein thermoplastisches Fasermaterial verwendet wird, bei dem an den Oberflächen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch nicht parallel zur Flussrichtung der Tinte liegen, die ursprüngliche Außenfläche abgetragen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Tintenspeicher ein thermoplastisches Fasermaterial verwendet wird, bei dem an den Oberflächen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch im Mittel normal zur Flussrichtung der Tinte liegen, die ursprüngliche Außenfläche abgetragen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Tintenspeicher ein thermoplastisches Fasermaterial verwendet wird, bei dem an allen Oberflächen die ursprüngliche Außenfläche abgetragen wird.
  16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen der ursprünglichen Außenfläche durch Schneiden, Stanzen und/oder Schleifen erfolgt.
  17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der durch Abtragen der ursprünglichen Außenflächen behandelten Oberflächen des Tintenspeichers vor dem Einsetzen in die Tintenkammer zur gezielten Erhöhung des Flusswiderstandes, den diese Oberfläche dem Durchfluss einer Flüssigkeit entgegensetzt, thermisch behandelt wird.
  18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tintenspeicher eingesetzt wird, dessen Form und Größe im wesentlichen der Form und Größe des Innenraums der jeweiligen Tintenkammer entspricht, in die der Tintenspeicher eingesetzt wird.
  19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tintenspeicher eingesetzt wird, dessen Form und Größe von der Form und Größe des Innenraums der jeweiligen Tintenkammer abweicht, in die der Tintenspeicher eingesetzt wird.
  20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenkammer, in die der Tintenspeicher eingesetzt wird, anschließend mit Tinte befüllt und verschlossen wird.
  21. Verwendung des Tintenbehälters nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 für den Tintenstrahldruck.
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