Druckvorrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung 1 mit einem Druckkopf 2, welcher Mittel 3 zum Aufbringen einer Tinte 4 auf ein Substrat aufweist, wobei die Mittel 3 zum Aufbringen der Tinte 4 Tintendüsen 5 umfassen, mit Mitteln 6 zum Verfahren des Druckkopfes 2 aus einer Ruheposition A in einen Arbeitsbereich B und zurück, und mit einem Tintenabfallbehälter 7, welcher in der Ruheposition A des Druckkopfes 2 und den Tintendüsen 5 in der Ruheposition A des Druckkopfes 2 unmittelbar gegenüber liegend angeordnet ist, wobei der Tintenabfallbehälter 7 ein offenpöriges Absorbermaterial 8 enthält. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das Absor-bermaterial 8 auf seinen inneren und/oder äußeren Oberflächen ein hygroskopisches Material trägt, aufweist.

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung mit einem Druckkopf, welcher Mittel zum Aufbringen einer Tinte auf ein Substrat aufweist, wobei die Mittel zum Aufbringen der Tinte Tintendüsen umfassen, mit Mitteln zum Verfahren des Druckkopfes aus einer Ruheposition in einen Arbeitsbereich und zurück, und mit einem Tintenabfallbehälter, welcher in der Ruheposition des Druckkopfes und den Tintendüsen in der Ruheposition des Druckkopfes unmittelbar gegenüber liegend angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Frankiermaschine mit einer solchen Druckvorrichtung, die Verwendung einer solchen Druckvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Druckvorrichtung.

Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung

[0002] Unter Druckvorrichtungen des eingangs genannten Types fallen insbesondere Tintenstrahldrucker. Hierbei wird aus den Tintendüsen Tinte nach Maßgabe eines elektrischen Steuersignals auf das Substrat, beispielsweise. Papier, gespritzt. Hierbei sind typischerweise eine Mehrzahl von Tintendüsen in Erstreckung orthogonal zur Verfahrensrichtung des Druckkopfes angeordnet. Somit lässt sich im Zuge des Verfahrens des Druckkopfes eine Zeile von beispielsweise Schriftzeichen oder sonstigen Zeichen auf das Papier aufbringen.

[0003] Ein stetes Problem bei Tintenstrahldruckern ist die Gefahr des Eintrocknens von Tinte im Bereich der Tintendüsen. Denn dies kann zum Verstopfen der Tintendüsen und folglich dem Ausfall einzelner Tintendüsen führen mit dem Ergebnis eines unvollständigen bzw. fehlerhaften Druckbildes im weiteren Betrieb.

[0004] Im Falle von Tintenstrahldruckern, wie sie in Frankiermaschinen eingerichtet sind, ist das Substrat, beispielsweise ein Briefumschlag, oft im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, i. e. der Druckkopf weist mit seinen Tintendüsen in vertikale Richtung nach unten. Die Beherrschung des Problems der Eintrocknung von Tinte an den Tintendüsen wird dann in der Regel dadurch erreicht, dass der Druckkopf in eine Ruheposition fährt, wenn keine elektrischen Signale zur Ansteuerung eines Druckes anliegen. In dieser Ruheposition kann vorgesehen sein, dass beispielsweise durch eine Abstreiflippe der Bereich der Tintendüsen gereinigt wird. Unabhängig hiervon ist in der Regel vorgesehen, dass (beispielsweise unmittelbar vor Überstreichen der Abstreiflippe) eine bestimmte Menge Tinte aus den Düsen ausgestoßen wird. Dies dient gleichsam dem "Freiblasen" der Tintendüsen. Im Ergebnis fällt im Bereich der Ruheposition Abfalltinte an. Diese wird in einem Tintenabfallbehälter aufgefangen. Der Tintenabfallbehälter wird entweder regelmäßig ausgetauscht oder ausgeleert.

[0005] Aus der Praxis ist es bekannt, den Tintenabfallbehälter mit einem offenporigen Absorbermaterial, beispielsweise einem polymeren Schaumstoff, auszufüllen. Durch diesen Schaumstoff wird die Abfalltinte aufgesaugt und im Inneren der Poren des Schaumstoffmaterials festgehalten. Hierdurch ist gewährleistet, dass aus dem Tintenabfallbehälter nicht ohne weiteres Abfalltinte wieder austreten kann, was insbesondere bei Transport der Druckvorrichtung ansonsten geschehen könnte.

[0006] In Hinblick auf möglichst lange Wartungsintervalle ist es wünschenswert, wenn das Absorbermaterial des Tintenabfallbehälters eine möglichst hohe Menge Abfalltinte aufnehmen kann. Hierbei ist problematisch, dass die aufgenommene Menge an Abfalltinte regelmäßig deutlich unterhalb der theoretischen Aufnahmekapazität des Absorbermaterials liegt. Theoretische Aufnahmekapazitäten liegen meist im Bereich von 90 Vol.-% bis nahezu 100 Vol.-% Tinte, bezogen auf das Volumen des Absorbermaterials, i.e. 1 ml Absorbermaterial kann bis zu knapp 1 ml Tinte aufnehmen, was einer nahzu 100 Vol.-%igen Aufnahme entspricht. In der Praxis werden jedoch meist weniger als 50 Vol.-%, oft sogar weniger als 30 Vol.-% erreicht. Der Grund hierfür ist, dass Abfalltinte im Bereich der Außenoberfläche des Absorbermaterials und einer oberflächennahen Randschicht im Absorbermaterial eintrocknen kann und folglich nachfolgende Abfalltinte nur erschwert die eingetrocknete Abfalltintenschicht penetriert. Die obersten bzw. äußeren Poren des Absorbermaterials werden gleichsam verstopft bzw. verklebt. Im Ergebnis müssen relativ kurze Wartungsintervalle vorgesehen werden. Alternativ könnte ein überdimensionierter Tintenabfallbehälter vorgesehen werden. Ersteres ist aus Kostengründen und Gründen der Bequemlichkeit störend. Letzteres stört in Hinblick auf die stete Anforderung der Miniaturisierung von Druckvorrichtungen.

[0007] Technisches Problem der Erfindung Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Druckvorrichtung anzugeben, deren Tintenabfallbehälter große Mengen an Abfalltinte aufnehmen kann und zugleich klein baut.

Grundzüge der Erfindung und Ausführungsformen

[0008] Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, dass das Absorbermaterial auf seinen inneren und/oder äußeren Oberflächen ein hygroskopisches Material trägt.

[0009] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, ohne an die Theorie gebunden zu sein, dass das hygroskopische Material aus der Umgebungsluft und/oder der Abfalltinte Wasser aufnimmt und zu einer Lösung verschwimmt, deren Wasserdampfdruck gegenüber jenem von reinem Wasser bzw. gegenüber jenem der Tinte beachtlich erhöht ist. Die Folge ist, dass ein Verdunstungsprozess nicht mehr bzw. erheblich langsamer stattfindet und auf das Absorbermaterial auftreffende Abfalltinte in dieser Lösung aufgenommen und so letztendlich vor dem Eintrocknen bewahrt wird. Zumindest wird das Eintrocknen beachtlich verlangsamt. Im Ergebnis findet keine Verstopfung oberflächennaher Poren des Absorbermaterials statt und Abfalltinte kann praktisch im gesamten Volumen des Absorbermaterials aufgenommen werden.

[0010] Als äußere Oberflächen des Absorbermaterials sind solche Oberlächen bezeichnet, die bei normaler Betrachtung sichtbar sind. Die inneren Oberflächen werden durch die Innenflächen der Poren gebildet.

[0011] Hygroskopische Materialien haben die Eigenschaft, bei längerer Lagerung an gewöhnlicher Luft, die stets Wasserdampf enthält, Luftfeuchtigkeit an sich zu ziehen und sich dabei allmählich zu verdünnen bzw. soweit es sich um feste Stoffe handelt, zu zerfließen oder zu verklumpen. Hygroskopizität zeigen vor allem Salze, die sich sehr leicht in Wasser lösen. Ihre gesättigten Lösungen haben wegen der hohen Salzkonzentration nur einen sehr geringen Wasserdampfdruck. Somit kondensiert Wasserdampf auf dem betreffenden Salz unter Bildung einer gesättigten Lösung; das Salz zerfließt also. Entsprechendes gilt, wenn eine wässrige Abfalltinte auf das Salz trifft. Im Falle der Abfalltinte wird letztlich eine Tintenlösung geschaffen, welche mit dem hygroskopischen Material gesättigt oder nahezu gesättigt ist und folglich einen erhöhten Wasserdampfdruck aufweist. Die Eintrocknung ist letztendlich bei einer definierten Temperatur, beispielsweise 20 °C, erheblich verlangsamt.

[0012] Bevorzugterweise ist das hygroskopische Material eine anorganische Verbindung. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Hydroxid, Halogenid (beispielsweise Fluorid, Chlorid oder Bromid), Sulfat, Carbonat oder Oxid eines Elements der Gruppen 1a, 1b, 2a und 2b des Periodensystems handeln. Beispiele solcher Elemente sind Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Barium, Kupfer und Zink. Die weiteren Elemente der vorstehend genannten Gruppen des Periodensystems sind zwar grundsätzlich ebenfalls geeignet, dürften jedoch aus Kostengründen weniger bevorzugt sein. Das anorganische Salz, ggf. hydratisiert, kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus LiOH, NaOH, KOH, CaCl₂, CaCl₂*2H₂O, K₂CO₃, MgSO₄, CaSO₄, CaBr₂, ZnCl₂, ZnBr₂, und Mischungen von 2 oder mehr solcher Substanzen.

[0013] Bevorzugt ist der Einsatz von CaCl₂, insbesondere in der Form des Dihydrats. Neben solchen anorganischen Verbindungen kommen aber auch hygroskopische organische Salze, beispielsweise Acetate oder Lactate, oder organische Verbindungen in Frage. Beispiele hierfür sind Lithiumacetat, Natriumacetat, Lithiumlactat und Natriumlactat. Ebenso ist beispielsweise Glycerin geeignet.

[0014] Das Absorbermaterial kann grundsätzlich ein beliebiges, im Bereich der Technologie der Tintenstrahldrucker übliches Absorbermaterial sein. Hier kommen insbesondere Polymerschaumstoffe in Frage oder Vliese mit synthetischen und/oder natürlichen organischen Vliesfasern. Bevorzugt ist es, wenn der Polymerschaumstoff ein PU- oder Viskoseschaum ist. Als Vlies ist ein Zellstoffvlies bevorzugt. In Frage kommen beispielsweise die folgenden handelsüblichen Absorbermaterialien: Spontex® Blue (erhältlich von Spontex GmbH, Deutschland), Dimer® A120 (erhältlich von W. Dimer GmbH, Deutschland), und O-Cel-O® (erhältlich von 3M, Deutschland. Das konkret verwendete Absorbermaterial ist im Rahmen der Erfindung jedoch unkritisch.

[0015] Das Verhältnis des Gewichtes des hygroskopischen Materials im getrockneten, i.e. entwässerten, Zustand zum Volumen des Absorbermaterials liegt vorzugsweise im Bereich von 0,005 g/ml bis 0,5 g/ml, insbesondere im Bereich von 0,05 g/ml bis 0,25 g/ml.

[0016] Mit der Erfindung wird im Übrigen ein beachtlicher synergistischer Effekt erhalten. Einerseits kann die Abfalltinte das Absorbermaterial ungehindert durchdringen und nahezu das gesamte Porenvolumen ausfüllen mit der Folge, dass die Abmessungen des Tintenabfallbehälters bei gleichzeitig hoher Aufnahmekapazität sehr klein ausfallen können. Zum anderen werden an sich brennbare Absorbermaterialien mit einer Brandschutzausstattung versehen. Denn insbesondere hygroskopische Salze haben zugleich die Eigenschaft, die Entflammbarkeit bzw. Brennbarkeit von an sich brennbaren Materialien zu hemmen. Auch dies hängt damit zusammen, dass aufgrund der Hygroskopizität Wasser gebunden und gehalten wird, welches im Brandfall und den damit verbundenen vergleichsweise sehr hohen Temperaturen auf Grund der Dampfdruckerniedrigung retardiert wieder freigesetzt wird und somit brandhemmend wirkt. Letztendlich wird also neben der verbesserten Aufnahmekapazität im Betrieb auch eine erhöhte Sicherheit erreicht.

[0017] Die Erfindung betrifft des Weiteres eine Frankiermaschine mit einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung sowie die Verwendung einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung oder einer solchen Frankiermaschine zum Bedrucken von Gegenständen. Als Gegenstände kommen im Falle der Frankiermaschine insbesondere Poststücke, wie beispielsweise Briefumschlage, und/oder Aufkleber für Poststücke, wie beispielsweise Päckchen oder Packete, in Frage.

[0018] Eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung lässt sich herstellen, indem das Absorbermaterial mit einer Lösung des hygroskopischen Materials getränkt wird. Hiernach kann das getränkte Absorbermaterial einer Auspressverfahrensstufe und/oder einer Trocknungsverfahrensstufe unterworfen werden. Dadurch wird der größte Teil des Porenvolumens des Absorbermaterials wieder zur Aufnahme der Abfalltinte zur Verfügung gestellt. Im Falle der Auspressverfahrensstufe können 10 - 99 Vol.-%, insbesondere 80 - 97 Vol.-%, des beim Tränken aufgenommenen bzw. aufgesaugten Volumens an Lösung wieder ausgepresst werden. Die Trocknung kann bei 30°C bis 100°C, insbesondere 50°C bis 80°C, erfolgen. Das hygroskopische Material befindet sich letztendlich lediglich noch als dünner Film oder dünne Schicht auf den inneren und/oder äußeren Oberflächen des Absorbermaterials. Hiernach wird das Absorbermaterial in den Tintenabfallbehälter der Druckvorrichtung eingesetzt. Hieran schließen sich ggf. die üblichen Montageschritte zur Fertigstellung bzw. Inbetriebnahme der Druckvorrichtung an.

[0019] Im Falle des Einsatzes eines anorganischen Salzes als hygroskopisches Material kann es sich bei der Lösung um eine 1 bis 50 Gew-%ige wässrige Salzlösung handeln. Bevorzugt ist der Einsatz einer 5 bis 12 Gew-%igen CaCl₂-Lösung, wobei das Dihydrat eingesetzt wird. Bevorzugt als Absorbermaterial ist hierbei ein Zellstoffvlies. Ansonsten gelten grundsätzlich alle Ausführungen, wie vorstehend zur Druckvorrichtung angebracht, für das erfindungsgemäße Verfahren analog.

[0020] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich eine Ausführungsform darstellenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1: Aufbau einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung

[0021] In der Figur 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung 1 dargestellt. Die Druckvorrichtung 1 weist einen Druckkopf 2 auf, welcher mit Mitteln 3 zum Aufbringen einer Tinte 4 auf das Substrat ausgestattet ist. Die Mittel 2 zum Aufbringen einer Tinte 4 umfassen Tintenstrahldüsen 5. Man erkennt des Weiteren Mittel 6 zum Verfahren des Druckkopfes 2 aus einer Ruheposition A in einen Arbeitsbereich B und zurück. In der Ruheposition A des Druckkopfes 2 ist ein Tintenabfallbehälter 7 angeordnet. Dieser ist den Tintendüsen 5 in der Ruheposition A des Druckkopfes 2 unmittelbar gegenüberliegend. Der Tintenabfallbehälter 7 weist ein offenporiges Absorbermaterial 8 auf. Das Absorbermaterial 8 ist auf seinen inneren und äußeren Oberflächen mit einem hygroskopischen Material ausgestattet, welches in den folgenden Beispielen näher erläutert ist.

Beispiel 2: Ausstattung des Absorbermaterials mit einem hygroskopischen Material

[0022] Als Absorbermaterial wurde ein filzartiges Zellstoffvlies mit der Handelsbezeichnung Dimer® A120 eingesetzt. Als Alternative wurde ein Viskoseschaum mit der Handelsbezeichnung Spontex*® Blue verwendet.

[0023] Beide Absorbermaterialien wurden mit einer wässrigen Lösung von CaCl₂*2H₂O in 10%-iger Konzentration getränkt, wobei nahezu ein Volumen an Lösung aufgenommen wurde, welches dem aus den geometrischen Außenabmessungen des Absorbermaterials berechneten Volumen entspricht. Hierauf wurde das Absorbermaterial einer Trocknung bei 60 °C über 100 Stunden unterzogen.

Beispiel 3: Versuche zur Aufnahmekapazität

[0024] Die beiden behandelten Absorbermaterialien aus Beispiel 2 wurden in die Druckvorrichtungen handelsüblicher Frankiermaschinen gleichen Typs eingesetzt. Die in den Frankiermaschinen verwendete Tinte ist von der Firma Hewlett Packard und trägt die Handelsbezeichnung Spot Blue 6170. Die Frankiermaschinen wurde jeweils in gleichen, sich stetig wiederholenden Normzyklen betrieben, bis der Austritt von Tinte aus dem Tintenabfallbehälter zu beobachten war.

[0025] Zum Vergleich wurde mit den gleichen Absorbermaterialien, jedoch ohne Ausstattung mit dem hygroskopischen Material bei ansonsten unveränderten Bedingungen das entsprechende Prüfverfahren nochmals durchgeführt.

[0026] Im Falle der erfindungsgemäß ausgestatteten Absorbermaterialien lag die Anzahl der bis zum Austritt von Tinte aus dem Tintenabfallbehälter ausführbaren Zyklen ca. 80 % höher als für die Absorbermaterialien ohne Ausstattung mit hygroskopischem Material. Zwischen den beiden Absorbermaterialien ergaben sich keine signifikanten Unterschiede, die Verbesserung war bei beiden etwa gleich hoch. Im Ergebnis kann bei gleichem Tintenabfallbehältervolumen eine Frankiermaschine nahezu doppelt so lang betrieben werden. Umgekehrt kann bei einer vorgegebenen Gesamttintenmenge bis zum Auswechseln eines Tintenbehälters sowie eines Tintenabfallbehälters der Tintenabfallbehälter nahezu halb so groß ausfallen, wie ohne erfindungsgemäßes Absorbermaterial.

Ansprüche

1. Druckvorrichtung (1)
mit einem Druckkopf (2), welcher Mittel (3) zum Aufbringen einer Tinte (4) auf ein Substrat aufweist, wobei die Mittel (3) zum Aufbringen der Tinte (4) Tintendüsen (5) umfassen,
mit Mitteln (6) zum Verfahren des Druckkopfes (2) aus einer Ruheposition (A) in einen Arbeitsbereich (B) und zurück, und
mit einem Tintenabfallbehälter (7), welcher in der Ruheposition (A) des Druckkopfes (2) und den Tintendüsen (5) in der Ruheposition (A) des Druckkopfes (2) gegenüberliegend angeordnet ist,
wobei der Tintenabfallbehälter (7) ein offenporiges Absorbermaterial (8) enthält,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Absorbermaterial (8) auf seinen inneren und/oder äußeren Oberflächen ein hygroskopisches Material trägt.

2. Druckvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hygroskopische Material (8) eine anorganische Verbindung ist.

3. Druckvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Verbindung ein Halogenid, Sulfat, Carbonat, Hydroxid oder Oxid eines Elementes der Gruppe 1a, 1b, 2a oder 2b des periodischen Systems ist.

4. Druckvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Salz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus "LiOH, NaOH, KOH, CaCl₂, CaCl₂, K₂CO₃, MgSO₄, CaSO₄, CaBr₂, ZnCl₂, ZnBr₂, Hydrate vorstehender Salze, und Mischungen von 2 oder mehr solcher Substanzen".

5. Druckvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Gewichtes des hygroskopischen Materials im getrockneten Zustand zum Volumen des Absorbermaterials im Bereich von 0,005 g/ml bis 1,0 g/ml, insbesondere 0,05 g/ml bis 0,25 g/ml, liegt.

6. Druckvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbermaterial ein Polymerschaumstoff oder ein Vlies mit synthetischen und/oder natürlichen organischen Vliesfasern ist.

7. Druckvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerschaumstoff ein PU- oder Viskoseschaum ist.

8. Druckvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Zellstoffvlies ist.

9. Frankiermaschine mit einer Druckvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verwendung einer Druckvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder einer Frankiermaschine nach Anspruch 9 zum Bedrucken von Gegenständen.

11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei die Gegenstände Poststücke und/oder Aufkleber für Poststücke sind.

12. Verfahren zur Herstellung einer Druckvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Absorbermaterial mit einer Lösung des hygroskpischen Materials getränkt wird,
wobei das getränkte Absorbermaterial einer Trocknungsverfahrensstufe und/oder einer Auspressverfahrensstufe unterzogen wird, und
wobei das Absorbermaterial anschließend in den Tintenabfallbehälter eingesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Lösung eine wässrige Lösung eines anorganischen Salzes ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Lösung eine 1 bis 50 Gew-%ige wässrige CaCl₂-Lösung ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Absorbermaterial ein Zellstoffvlies ist.

Zeichnung