DE10059130A1 - Tintenspeicher-Material für Tinten-Patronen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Tintenspeicher-Material für Tine sowie das Einsetzen von Tintenspeicher-Fasern in eine mit einem Druckkopf versehene Tinten-Patrone. Bei dieser Anwendung wird nicht nur das Problem des Ausleckens von Tinte aus der Tinten-Patrone vermieden, sondern es wird auch die Menge an Tinte erhöht, die in einer Tinten-Patrone gleichen Volumens gespeichert werden kann. Außerdem kann die Tintenspeicher-Faser zu starren Körpern verschiedener Größen und Formen geschnitten werden, die dem Innenraum der Tinten-Patrone entsprechen, ohne daß irgendeine Vorbereitung oder Behandlung erforderlich ist. Dadurch wird die Verarbeitung und die automatische Herstellung erleichtert, so daß die Produktivität und die Produktionsmenge erhöht werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Tintenspeicher- Material für Tintenstrahldrucker-Patronen und insbesondere eine Tintenspeicher-Faser, die in die mit einem Druckkopf versehene Tintenstrahldrucker-Patrone eingesetzt werden kann.

Die graphische Ausgabe von Computern erfolgt normalerweise durch Bilder auf dem Bildschirm eines Monitors oder über Aus­ drucke, die mit Hilfe von Druckern erzeugt werden. Da Tinten­ strahldrucker sehr preiswert sind und eine gute Druckqualität bieten, haben sie sich zu einem wichtigen Computer-Peripherie­ gerät entwickelt. Bei Tintenstrahldruckern werden die Tinten­ tropfen, durch die das Druckbild erzeugt wird, entweder ther­ misch oder piezoelektrisch generiert.

Allgemein wird bei Tintenstrahldruckern flüssige Tinte als Druckmaterial verwendet. Diese Tintenflüssigkeit hat jedoch verschiedene Nachteile, wie zum Beispiel die nicht vorhandene Steifigkeit der Flüssigkeit, das schlechte Fließverhalten der Flüssigkeit, in der Flüssigkeit eingeschlossene Luftblasen und die schlechte Steuerbarkeit der Fließrichtung wegen der geringen Viskosität, was zu Problemen führt, die sich nachteilig auf die Druckqualität auswirken.

Gemäß dem Stand der Technik wird die Tinte direkt in die Tintenstrahldrucker-Patrone gefüllt, so daß die Patrone aus­ schließlich Tinte enthält. Wegen der häufigen Druckdifferenzen zwischen dem Innendruck der Patrone und dem Druck der Tinten­ flüssigkeit ist jedoch der Tintenfluß oft nicht steuerbar und führt zu einem Auslecken von Tinte oder zu einem intermittieren­ den Tintenfluß. Obwohl verschiedene Verbesserungen vorgenommen wurden, um einen Ausgleich des Innendrucks der Tinten-Patrone zu erreichen, sind bisher keine wesentlichen Verbesserungen erzielt worden. Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, die Tinten-Patrone mit einem absorbierenden Material (wie zum Beispiel Schaumstoff) zu befüllen, um die Tinte darin zu spei­ chern. So offenbart zum Beispiel das U.S.-Patent Nr. 4,771,295 die Verwendung von "retikuliertem Polyurethan-Schaumstoff" ("PU-Schaumstoff") als Tinte absorbierendes Material in der Tinten-Patrone, um die Tinte zu absorbieren und zu speichern. Obwohl durch diesen Vorschlag das Problem des Druckungleich­ gewichts gelöst wird, das dann entsteht, wenn die Patrone ausschließlich mit Tinte gefüllt wird, können durch das die Blasen erzeugende Mittel, das dem Schaumstoff zugefügt ist, um eine Vielzahl innerer Hohlräume zu bilden, in dem Schaumstoff Reststoffe entstehen, was auf die Qualität der Tinte negative Auswirkungen hat. Außerdem muß der Schaumstoff auf die inneren Abmessungen der Tinten-Patrone zugeschnitten werden, wodurch Schnittreste erzeugt werden. Wenn der Schaumstoff anschließend als Tintenspeicher-Material verwendet wird, können die körnigen Schnittreste die Öffnungen des Druckkopfes verstopfen, wodurch die Druckqualität vermindert wird. Wenn PU-Schaumstoff in die Patrone gefüllt wird, dann muß der Schaumstoff einer Quetsch- Behandlung unterworfen werden, um die kapillare Wirkung des Schaumstoffs zu verbessern, um dadurch eine größere Menge an Tinte absorbieren zu können. Wenn in die Tinten-Patrone Schaum­ stoff gefüllt wird und dieser die erforderliche vorhergehende Heiß-Quetsch-Behandlung durchläuft, dann ist jedoch die Menge an Tinte, die in die Tinten-Patrone gefüllt werden kann, wesentlich geringer, was dazu führt, daß die Ausnutzung des Innenvolumens der Patrone äußerst unwirtschaftlich wird.

Außerdem beschreibt das U.S.-Patent Nr. 5,467,117, daß der Schaumstoff vor seiner Verwendung als Tintenspeicher-Material eine Vorbehandlung durchlaufen muß. Er muß nämlich wiederholt mit einem Polymer-Lösungsmittel (wie z. B. n-Proponal) gewaschen werden, um sein Absorptionsvermögen zu erhöhen, um die Menge an zu speichernder Tinte zu maximieren.

Weiterhin ist der intermittierende Tintenfluß ebenfalls ein Problem, das beim Stand der Technik auftritt. Da Schaumstoff nicht nur absorbierend ist, sondern auch eine lockere Struktur hat, kann sowohl Tinte als auch Luft darin eingebunden sein. Wenn daher Tinte gespeichert ist, sind ebenfalls zahlreiche Luftblasen im Inneren des Schaumstoffs eingebunden, so daß dann, wenn diese Luftblasen nicht vorher entfernt wurden, durch diese während des Druckens ein zeitweise unterbrochener Tintenfluß verursacht wird, was zu einer verminderten Qualität durch unter­ brochenes Drucken oder zu einer ungleichmäßigen Druckfarbe führt.

Obwohl das Problem des Ausleckens von Tinte bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren gelöst wurde, hat es beträchtliche Nachteile bezüglich der unwirtschaftlichen Aus­ nutzung des Innenvolumens der Tinten-Patrone, eine schlechtere Druckqualität und sehr komplizierte Herstellungsschritte. Daher stellt es keine praktische Lösung zur Verfügung.

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß bei dem Stand der Technik das Problem auftritt, daß entweder Tinte ungewollt austreten kann oder das Innenvolumen der Tinten-Patrone nicht wirtschaftlich genutzt wird, was zu einer Verminderung der zu speichernden Tinte führt, oder eine schlechte Druckqualität erreicht wird, was aus dem komplizierten Herstellungsprozeß resultiert, der keine einfache Qualitätssteuerung ermöglicht.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese bekannten Probleme zu lösen, die Druckqualität zu verbessern und die Herstellungskosten für Tinten-Patronen zu vermindern, um auf dem Markt konkurrenzfähiger zu sein.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Material mit Faser- Eigenschaften als das Tintenspeicher-Material für die Tinten- Patrone verwendet. Da das Fasermaterial eine starre Struktur hat, kann es auf die Form und die Größe des Patronen-Gehäuses zugeschnitten werden, wobei keine Quetsch-Behandlung erforder­ lich ist, wenn dieses Material in die Tinten-Patrone eingesetzt wird. Dadurch wird nicht nur das Innenvolumen der Tinten-Patrone vollständig ausgenutzt, wodurch die Menge an zu speichernder Tinte wesentlich erhöht wird, sondern auch der vorbereitende Behandlungsprozeß für das Fasermaterial vermieden, so daß keine chemischen Reststoffe verbleiben, durch die die Tintenqualität negativ beeinflußt wird. Außerdem ermöglicht der Herstellungs­ prozeß eine einfache Qualitätskontrolle, wodurch eine hohe Produktivität und Produktionsmenge erreicht und die Produktions­ kosten gesenkt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich­ nung beschrieben, wobei in Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Tinten-Patrone gezeigt ist.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Tinten-Patrone gezeigt, wobei diese Tinten-Patrone dazu ausgestaltet ist, um in einen Tintenstrahldrucker eingesetzt zu werden, um die Tinte zur Verfügung zu stellen, die beim Drucken benötigt wird. Die Tinten-Patrone enthält ein Gehäuse 1, Tintenspeicher-Faser 2 und einen oberen Deckel 3. Das Gehäuse 1 ist eine hohle Patrone, um darin Tinte und Tintenspeicher-Faser 2 aufzunehmen. An einer Seite des Gehäuses 1 ist ein Druckkopf 11 ausgebildet, der eine Vielzahl von Öffnungen (nicht gezeigt) aufweist, die daran ausgebildet sind. Die Tinte wird in Reaktion auf Steuersignale durch die Öffnungen ausgegeben, um so ein Medium (wie beispielsweise Papier) zu bedrucken.

Nachdem die Tintenspeicher-Faser 2 in das Gehäuse 1 einge­ setzt und die Tinten-Patrone mit Hilfe des oberen Deckels 3 geschlossen ist, wird Tinte durch eine Tinteneinlaßöffnung 31 eingefüllt.

Die Tintenspeicher-Faser 2 der vorliegenden Erfindung kann in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel "Nylonfaser" sein. Durch die chemische Struktur der Nylonfaser wird eine engmaschige, retikulierte Struktur geschaffen, so daß in der Gewebestruktur eine große kapillare Anziehungswirkung für die Diffusion von Tinte stattfindet. Die eingefüllte Tinte kann vollständig durch die Nylonfaser aufgrund deren kapillarer Wirkung absorbiert werden, so daß kein Auslecken von Tinte stattfindet.

Auf der Basis verschiedener chemischer Zusammensetzungen können Nylonfasern als Nylon-6, Nylon-6,6, Nylon-11, Nylon-12, etc. klassifiziert werden. Sie alle haben stabile chemische Eigenschaften, so daß sie in herkömmlichen Lösungsmitteln nicht leicht gelöst werden können, und auch nicht leicht mit anderen Materialien reagieren. Daher kann Nylonfaser zur Speicherung von Tinte mit verschiedenen Farben verwendet werden. Außerdem bindet sich die Tinte nicht an Nylon, so daß die restliche Tinte, die in der Tinten-Patrone verbleibt, auf ein Minimum reduziert wird. Der Schmelzpunkt liegt bei einer hohen Temperatur von zwischen 212 bis 220°C, so daß die Nylonfaser nicht durch die Umgebungs­ temperatur oder durch die Betriebstemperatur negativ beeinträch­ tigt wird. Außerdem ist die Struktur der Nylonfaser robust und starr, so daß sie direkt in verschiedene Formen geschnitten werden kann, ohne daß körnige Reste entstehen. Daher tritt beim Einsetzen der Nylonfaser in die Tinten-Patrone nicht das Problem auf, daß der Druckkopf 11 durch körnige Reststoffe verstopft wird.

Die Tintenspeicher-Faser 2 der vorliegenden Erfindung wird folgendermaßen bearbeitet: Zunächst wird das Fasermaterial auf die Abmessungen des Innenraumes des Gehäuses 1 zugeschnitten. Dieses Fasermaterial 2 wird dann direkt ohne Quetsch-Behandlung oder irgendeine andere Vorbereitung in das Gehäuse 1 eingesetzt. Das ist deshalb möglich, weil die Faser eine starrere Struktur und eine größere Kapillarwirkung hat als der Schaumstoff, der im Stand der Technik verwendet wird, und so ist es möglich, den Raum innerhalb des Patronengehäuses 1 vollständig zu füllen, und zwar auch ohne eine Heiß-Quetsch-Behandlung. Dann wird der obere Deckel 3 auf das Gehäuse 1 aufgesetzt und damit versiegelt. Die Tinte wird durch die in dem oberen Deckel 3 ausgebildete Tinten­ einfüllöffnung 31 in das Innere der Tinten-Patrone eingefüllt. Durch die Kapillarwirkung der Tintenspeicher-Faser wird die Tinte so in der Tintenspeicher-Faser gehalten, daß keine Tinte auslecken kann. Wenn die Drucksignale für den Tintenstrahl­ drucker den Druckkopf 11 erreichen, wird dieser entweder lokal aufgeheizt, oder auf die Tinte wird ein Druck aufgebracht, so daß die Tinte in kleinen Tropfen aus dem Druckkopf austritt.

Testreihen haben gezeigt, daß dann, wenn zwei Tinten- Patronen mit identischem Volumen verwendet werden, von denen eine gemäß Stand der Technik mit Schaumstoff und die andere gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Tintenspeicher-Faser gefüllt ist, und dann beide Tinten-Patronen mit Tinte gefüllt werden, die tatsächliche Menge an verbrauchbarer Tinte (d. h. die Differenz der Menge an Tinte, die in die Patronen eingefüllt werden kann, und der Menge an Rest-Tinte, die in der Patrone verbleibt), die in der Patrone mit der Tintenspeicher-Faser der vorliegenden Erfindung enthalten ist, zwei Kubikzentimeter größer ist als in der Patrone, die mit herkömmlichem Schaumstoff gefüllt ist.

Beim Farbdrucken ist das Gehäuse der Tintenstrahl-Patrone in mehrere Kammern unterteilt, die jeweils Tinte mit verschiedener Farbe enthalten. Die Tintenspeicher-Faser 2 der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls in verschiedene Formen geschnitten werden, die dem jeweiligen Innenraum der verschiedenen Kammern entsprechen, und dann in diese eingesetzt werden. Außerdem kann die Tintenspeicher-Faser 2 in wiederauffüllbaren Tinten-Patronen verwendet werden. Das ist möglich, weil die Tintenspeicher-Faser relativ stabil ist, d. h., daß sich die chemischen und physikali­ schen Eigenschaften der Tintenspeicher-Faser kaum verändern, so daß sie wiederholt verwendet werden kann, um einen Verbrauch an Rohstoffen zu vermeiden.

Die Tintenspeicher-Faser 2 ist natürlich nicht auf Nylon­ fasern beschränkt. Polymerverbindungen, die eine starre Struktur und stabile chemische Eigenschaften haben, können ebenfalls als Tintenspeicher-Material verwendet werden.

Mit der Tintenspeicher-Faser der vorliegenden Erfindung, die bei Tinten-Patronen mit Druckköpfen verwendet wird, können die Nachteile und die Komplexität überwunden werden, die mit dem Stand der Technik in Beziehung stehen. Außerdem kann das Volumen der enthaltenen Tinte wesentlich erhöht werden. Desweiteren kann die Tintenspeicher-Faser bei geringeren Produktionskosten leicht verarbeitet werden, so daß große wirtschaftliche Vorteile und eine bessere Druckqualität bei Tintenstrahldruckern erreicht werden können. Auf diese Weise hat dieses Produkt eine bessere Verwendbarkeit und Praktikabilität.

Claims (2)

1. Tintenspeicher-Material für eine mit einem Druckkopf (11) versehene Tinten-Patrone zur Verwendung bei Tintenstrahl­ druckern, mit:
einem Gehäuse (1) und einer Tintenspeicher-Faser (2),
wobei die Tintenspeicher-Faser (2) zur Speicherung von Tinte vollständig in das Innere des Gehäuses (1) eingesetzt ist,
wobei der Druckkopf, der eine Vielzahl von Öffnungen zur Ausgabe von Tinte in Tropfenform aufweist, an dem Gehäuse ausgebildet ist und auf die Tinte einen Druck aufbringen oder die Tinte aufheizen kann, um diese in Reaktion auf Drucksignale des Tintenstrahldruckers in Tropfenform auf das Druckmedium auszugeben, und
wobei die Tintenspeicher-Faser Nylonfaser (Nylon-6, Nylon-6,6, Nylon-11 oder Nylon-12) sein kann.

2. Verfahren zum Verarbeiten von Tintenspeicher-Faser für eine Tinten-Patrone mit einem Druckkopf zur Verwendung bei einem Tintenstrahldrucker, mit:
Zuschneiden von Tintenspeicher-Faser zu einem starren Körper, der eine Form und eine Größe hat, die dem Innenraum der Tinten-Patrone entspricht, und
Einsetzen des starren Körpers aus Tintenspeicher-Faser direkt in das Gehäuse der Tinten-Patrone,
wobei die Tintenspeicher-Faser Nylonfaser (Nylon-6, Nylon-6,6, Nylon-11 oder Nylon-12) sein kann.