DE69531885T2

DE69531885T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung der Druckqualität von Tinte mit änderbarem Phasenzustand

Info

Publication number: DE69531885T2
Application number: DE69531885T
Authority: DE
Inventors: Larry E. Woodburn Hindman; Randy C. Milwaukie Karambelas; Barry D. Lake Oswego Reeves
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2015-06-09
Also published as: US5614933A; EP0694388B1; EP0694388A3; DE69531885D1; EP0694388A2

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen das Tintenstrahldrucken mit Phasenänderungstinte und betrifft insbesondere ein Drucksystem und einen Prozess, wobei eine optimale Bildqualität erreicht wird, ohne dass eine Bildnachbearbeitung oder eine Fixierung erforderlich ist.
Es sind Tintenstrahldrucksysteme bekannt, wobei Transferzwischenoberflächen verwendet werden, etwa wie dies im US-Patent 4,538,156, das am 27. August 1985 erteilt wurde, für einen Tintenstrahldrucker beschrieben ist, wobei eine Zwischentransfertrommel mit einem Druckkopf verwendet wird. Eine endgültige Aufnahmeoberfläche aus Papier wird mit der Zwischentransfertrommel in Kontakt gebracht, nachdem das Bild darauf mittels Düsen in dem Druckkopf aufgebracht wurde. Das Bild wird dann auf die endgültige Aufnahmeoberfläche übertragen. Da die Düsen eine flüssige bzw. wässrige Tinte auswerten, verflachen sich die Tintentropfen und dehnen sich aus, wenn diese auf der Zwischentransfertrommel auftreffen. Beim wasserhaltigen Drucken dehnen sich die Tintentropfen zusätzlich während des Übertragens auf die endgültige Aufnahmeoberfläche aus, wodurch es schwierig ist, die Bildqualität zu steuern.
US-Patent 5,099,256, das am 24. März 1992 erteilt wurde und einen Tintenstrahldrucker mit Zwischentrommel betrifft, beschreibt eine Zwischentrommel mit einer Oberfläche, die Tintentröpfchen aus einem Druckkopf aufnimmt. Die Oberfläche der Zwischentrommel ist thermisch leitend und ist aus einem geeigneten filmbildenden Silikonpolymer hergestellt, das eine hohe Oberflächenenergie und ein hohes Maß an Oberflächenrauhigkeit aufweisen soll, um die Bewegung der Tintentröpfchen nach der Aufbringung durch die Druckkopfdüsen zu verhindern. Andere Abbildungspatente, etwa die US-Patente 4,731,647, erteilt am 15. März 1988, und 4,833,530, erteilt am 23. Mai 1989, beschreiben ein Lösungsmittel, das auf einem Farbstoff abgeschieden wird, um den Farbstoff aufzulösen und einen übertragbaren Tropfen für ein Aufzeichnungsmedium zu bilden. Die Farbstoffe werden direkt auf dem Papier oder auf farbigen Plastiktransferschichten abgeschieden. Die übertragbaren Tropfen werden dann durch Kontakt mit dem endgültigen Empfangsoberflächenmedium, etwa Papier, übertragen. Derartige Drucksysteme sind jedoch relativ komplex.
EP 0530627 beschreibt eine Transferdruckeinrichtung, in der ein aufzuzeichnendes Bild durch Tintentropfen aufgezeichnet wird, die von einem Tintenstrahldruckkopf auf eine Transfertrommel ausgeworfen werden, die eine wasserabsorbierende Schicht als eine Oberflächenschicht aufweist. Das aufzuzeichnende Bild wird auf ein Aufnahmemedium übertragen, nachdem Wasser in den Tintentropfen durch die hohe absorbierende Eigenschaft der wasserabsorbierenden Schicht absorbiert ist.
US-Patent 4,673,303, vom 16. Juni 1987 mit dem Titel Offset-Tintenstrahldrucken beschreibt ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung, in der eine tintenspeisende Rolle Tinte auf ein erstes Gebiet einer Farbplatte aufträgt. Ein schmierendes hydrophiles Öl wird auf die äußere Oberfläche der Drucktrommel oder Walze aufgebracht, um die exakte Übertragung des Bildes von der Trommel oder Walze auf die Aufnahmeoberfläche zu erleichtern. Die Bildqualität ist nur schwer kontrollierbar, da eine wässrige Tinte verwendet wird.
Ferner wird bei allen oben beschriebenen Vorgängen keine vollständige Übertragung des Bildes von der Transferzwischenoberfläche erreicht und daher ist ein separater Reinigungsschritt erforderlich, um Tintenreste von der Zwischenaufnahmeoberfläche zu entfernen. Die Integrierung einer Reinigungsvorrichtung kann sowohl teuer als auch zeitaufwendig in einer Farbdruckanlage sein. Bekannte Zwischentransferoberflächen waren auch nicht erneuerbar.
Die bekannten Prozesse sind ferner hinsichtlich des Maßes an Bildqualität beschränkt, die auf unterschiedlichen Arten von endgültigen Aufnahmeoberflächen oder Printmedien erreichbar ist. Da die Tinten Flüssigkeiten sind, unterliegen diese einem unkontrollierten Ausfransen auf porösen Medien, etwa Papier und einer unkontrollierten Ausdehnung auf transparenten Filmen oder hochglanzbeschichtetem Papier.
Die zuvor beschriebenen Probleme werden durch Verfahren und Vorrichtungen angesprochen, die in der Anmeldung der Anmelderin 953022289.4 (entsprechende US-Anmeldenummer 08/223,265), Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Phasenänderungstinte während eines Transfervorgangs beim Drucken beschrieben sind. Es wird ein Transferdrucker beschrieben, in welchem eine Phasenänderungstinte verwendet ist, wobei eine flüssige Zwischentransferoberfläche vorgesehen ist, die ein Bild aus Phasenänderungstinte auf einer Trommel empfängt. Das Bild wird dann von der Trommel mit mindestens einem Teil der Zwischentransferoberfläche auf ein endgültiges Aufnahmemedium, etwa Papier oder einen lichtdurchlässigen Film übertragen.
Insbesondere beginnt der Transferdruckvorgang mit der Phasenänderungstinte damit, dass zunächst eine dünne flüssige Zwischentransferoberfläche auf die Trommel aufgebracht wird. Danach scheidet ein Tintenstrahldruckkopf geschmolzene Tinte auf der Trommel ab, auf der diese sich verfestigt und auf ungefähr Trommeltemperatur abkühlt. Nach dem Abscheiden des Bildes wird das Druckmedium erhitzt, indem es durch einen Vorheizer und in einen Walzenspalt eingeführt wird, der zwischen der Trommel und einer elastomeren Transferrolle gebildet ist, die auch beheizbar ist. Wenn sich die Trommel dreht, wird das erhitzte Druckmedium durch den Spalt gezogen und wird gegen das abgeschiedene Bild gedrückt, wodurch die Tinte auf das erwärmte Druckmedium übertragen wird. Während der Zeit im Walzenspalt erhitzt die Wärme von dem vorgeheizten Druckmedium die Tinte, wodurch die Tinte ausreichend weich und klebrig gemacht wird, so dass diese auf dem Druckmedium haftet. Wenn das Druckmedium den Walzenspalt verlässt, lösen es Abstreiffinger von der Walze ab und lenken es in einen Mediumaustrittpfad.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass ein Transferdruckvorgang zumindest die folgenden Kriterien aufweisen sollte, um akzeptable Ausdrucke zu erzeugen. Um die Bildauflösung zu optimieren, sollten sich die übertragenen Tintentropfen so ausdehnen, um einen vorbestimmten Flächenbereich abzudecken, jedoch nicht so weit, dass die Bildauflösung beeinträchtigt wird. Die Tintentropfen sollten während des Transfervorganges nicht schmelzen. Um die Haltbarkeit des gedruckten Bildes zu optimieren, sollten die Tintentropfen mit ausreichend Druck in das Papier gepresst werden, um eine nicht gewollte Entfernung durch Abrieb zu vermeiden. Schließlich sollten die Bildtransferbedingungen so sein, dass nahezu alle Tintentropfen von der Trommel auf das Druckmedium übertragen werden.
Unglücklicherweise hängen geeignete Bildübertragungsbedingungen von einem durch Komplexe Wechselwirkungen geprägten Satz von Größen, d. h. dem Druck, der Temperatur, der Zeitdauer, den Tintenparametern und den Druckmediumeigenschaften, ab, wobei dies bislang noch nicht gut verstanden ist, wodurch es verhindert wird, dass das Transferdrucken mit Phasenänderungstinte zur raschen Erzeugung hoch qualitativer Ausdrucke vollständig ausgereift ist.
Das Tintenstrahldrucken mit Phasenänderungstinte auf lichtdurchlässigen Filmen ruft noch ein weiteres Problem hervor: den nicht geradlinigen Lichtdurchgang. Wenn einzelne Tintentropfen auf den lichtdurchlässigen Film aufgebracht werden, verfestigen sich diese in einer linsenförmigen Art mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von 4 : 1, wodurch durchgehende Lichtstrahlen zerstreut werden und somit ein sehr dunkles projiziertes Bild hervorgerufen wird. Diese Problem wird im Allgemeinen gelöst durch eine Nachbearbeitung des Bildes mit einer gewissen Kombination aus Temperatur und Druck, wodurch die Tintentropfen verflacht werden. Das US-Patent 4,889,761, das am 26. Dezember 1989 erteilt wurde, mit dem Titel „Substrate mit einer darauf gedruckten lichtdurchlässigen Phasenänderungstinte und Verfahren zur Herstellung dergleichen" von der Anmelderin dieser Anmeldung beschreibt das Durchführen eines Druckmediums durch einen Walzenspalt, der zwischen zwei Rollen gebildet ist, mit einem Spaltdruck von ungefähr 2,41 × 10⁷ Pa (3,500 Pound/Inch²; „psi"), um die Tintentropfen zu verflachen und diese in den Poren und Fasern des Druckmediums zu fixieren. Der gesteuerte Druck in dem Walzenspalt verflacht die Tintentropfen in eine Pfannkuchenform, um eine lichtdurchlässigere Form bereitzustellen und um ein Maß an Tropfenausdehnung zu erreichen, das für die Druckerauflösung geeignet ist. Die Rollenoberflächen können strukturiert sein, um ein gewünschtes reflektierendes Muster in das fixierte Bild einzuprägen. Unvorteilhafteniweise sind derartige Rollen teuer, voluminös, bieten einen ungleichförmigen Fixierungsdruck und können Deformationen des Druckmediums hervorrufen.
Es wird daher ein Druckprozess mit Phasenänderungstinte und eine Vorrichtung benötigt, wobei die Flachheit der Tintentropfen und deren Ausbreitung gesteuert wird, um in konsistenter Weise hoch qualitative Ausdrucke für eine große Bandbreite von Druckmedien einschließlich von lichtdurchlässigen Filmen, zu erreichen, wodurch idealer Weise keine Nachbearbeitung oder Fixierung an dem Druckmedium erforderlich ist.
Daher stellt diese Erfindung eine Transferdruckvorrichtung mit Phasenänderungstinte und einen Prozess bereit, der mit dem Auftragen einer dünnen Schicht einer flüssigen (oder anderen) Zwischentransferoberfläche auf eine aufgeheizte Aufnahmeoberfläche, etwa eine Trommel, beginnt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischentransferoberfläche eine dünne flüssige Schicht und die geschmolzenen Tintentropfen treffen auf diese auf, verflachen sich und dehnen sich aus, bevor sie abkühlen und sich verfestigen bei Raum- oder Umgebungstemperatur oder der Trommeltemperatur, falls diese unterschiedlich ist. Nachdem das Bild abgeschieden ist, wird ein Druckmedium mittels eines Vorheizers auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und in einen Walzenspalt eingeführt, der zwischen der aufgeheizten Trommel und einer elastischen Transferrolle gebildet ist, die in Richtung der Trommel vorgespannt ist, um einen Spaltdruck zu erzeugen, der ungefähr zweimal so groß ist als die Dehnungsgrenze der Tinte in dem abgeschiedenen Bild. Wenn sich die Trommel dreht, wird das aufgeheizte Druckmedium durch den Spalt mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gezogen, um das Tintenbild auf das Druckmedium zu übertragen und darauf zu fixieren. Im Walzenspalt addieren sich die Wärme von der Trommel und des Druckmediums, so dass die Tinte gemäß einem Prozessfenster erhitzt wird, wodurch die Tinte ausreichend weich und klebrig gemacht wird, so dass diese auf dem Druckmedium aber nicht auf der Walze haftet. Wenn das Druckmedium den Walzenspalt verlässt, lösen Abstreiffinger dieses von der Trommel ab und lenken es auf einen Mediumausgang. Es ist keine Bildnachbearbeitung oder Fixierung erforderlich, um einen hoch qualitativen Ausdruck zu erhalten.
Ein Vorteil dieser Erfindung besteht folglich darin, dass eine Tintenstrahldruckvorrichtung mit Phasenänderungstinte und ein Verfahren bereitgestellt werden, um Ausdrucke erzeugen, die für Projektion mit lichtdurchlässigen Filmen geeignet sind, ohne eine Bildnachbearbeitung oder Fixierung zu erfordern.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Tintenstrahldruckvorrichtung mit Phasenänderungstinte und ein Verfahren bereitzustellen, wodurch hoch qualitative Ausdrucke erzeugt werden, die sich dadurch auszeichnen, dass diese eine gleichförmige Tintentropfenausdehnung und eine Flächenfüllung über einen gesamten Druckmediumsbereich zeigen.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen kontrollierbar verflachter Tintentropfen bei Tintenstrahldruckern mit Phasenänderungstinte für Transferdrucken und direktes Drucken bereitzustellen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1 eine schematische Ansicht, wobei eine Transferdruckvorrichtung gezeigt ist mit einer Trägeroberfläche benachbart zu einem Flüssigschichtapplikator und einem Druckkopf, der das zu übertragende Bild auf die flüssige Schicht aufbringt;
2 eine vergrößerte schematische Ansicht, wobei die flüssige Schicht als eine Zwischentransferoberfläche dient, die die Tinte trägt;
3 eine vergrößerte schematische Ansicht, wobei das Übertragen des Tintenbildes von der flüssigen Zwischentransferoberfläche zu einer endgültigen Empfangs- oder Aufnahmeoberfläche gezeigt ist;
4 einen Graphen, der den Lagerungsmodul als eine Funktion der Temperatur für eine zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignete Phasenänderungstinte zeigt;
5 einen Graphen, der die Dehnungsbelastung als eine Funktion der Temperatur für eine zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Phasenänderungstinte zeigt;
6 einen Graphen, der den Fixierungsgrad als eine Funktion der Temperatur des Mediumsvorheizers und der Trommel zeigt, wobei der Fixierungsgrad aus einer Anzahl von Testausdrücken bestimmt sind, die hergestellt wurden, um ein Prozessfenster gemäß dieser Erfindung zu bestimmen;
7 einen Graphen, der den Pixelübertragungsprozentsatz bzw. Pixelakzeptanzanteil als eine Funktion der Temperatur des Mediumsvorheizers und der Trommel zeigt, wobei dies aus einer Anzahl von Testausdrücken zur Pixelübertragung ermittelt wurde, die zum Bestimmen eines Prozessfensters gemäß dieser Erfindung hergestellt wurden;
8 einen Graphen, der Punktausdehnungsgruppen in Abhängigkeit der Temperatur des Mediumsvorheizers und der Trommel für eine Anzahl von Testausdrücken hinsichtlich der Tropfenausdehnung zeigt, die zur Bestimmung eines Prozessfensters gemäß dieser Erfindung hergestellt wurden;
9 einen Graphen, der die obere Temperaturgrenze als Funktion der Temperatur des Mediumvorheizers und der Trommel gemäß einer Reihe von Testausdrücken zur Bestimmung von Tintenkohäsionsfehlern, die gemacht wurden, um ein Prozessfenster gemäß dieser Erfindung zu bestimmen;
10 einen Graphen, der ein Prozessfenster für einen Transferdruckvorgang mit Phasenänderungstinte für eine spezifizierte Tintenzusammensetzung zeigt, wobei das Prozessfenster durch Parametergrenzen definiert ist, die in den 6 bis 9 gezeigt sind;
11 eine isometrische schematische Ansicht, die einen Mediumsvorheizer, eine Rolle, ein Druckmedium, eine Trommel, einen Trommelheizer, ein Gebläse und eine Temperatursteuerung dieser Erfindung zeigt, wobei die gezeigte Trommel teilweise ausgeschnitten ist, um darin enthaltenen Kühlrippen zu zeigen;
12a, 12b und 12c schematische Ansichten einer Seitendarstellung von Photographien eines Rasterelektronenmikroskops („SEM"), wobei verflachte Tintentropfen gemäß dieser Erfindung gezeigt sind; und
13 eine schematische Aufrissansicht, wobei ein Transferdruckprozess mit Phasenänderungstinte dargestellt ist, wobei eine elektrostatische Anziehung gemäß einer alternativen Ausführungsform dieser Erfindung angewendet ist.
1 zeigt eine Abbildungsvorrichtung 10, die in diesem Prozess zum Übertragen eines Tintenbildes von einer Zwischentransferoberfläche zu einer endgültigen Aufnahmeoberfläche verwendet wird. Ein Druckkopf 11 wird von einem geeigneten Gehäuse und Halteelementen (nicht gezeigt) für stationäre oder bewegbare Anwendung getragen, um eine Tinte im flüssigen oder geschmolzenen Zustand auf eine Zwischentransferträgeroberfläche 12 aufzubringen, die auf eine Trägeroberfläche 14 aufgebracht wird. Die Zwischentransferoberfläche 12 ist eine flüssige Schicht, die auf die Trägeroberfläche 14, etwa eine Trommel, ein Gewebe, eine Platte oder eine andere geeignete Form, durch Kontakt mit einem Applikator, etwa einer Dosierklinge, einer Rolle, einem Gewebe oder einem Dochtkissen 15, das in dem Applikator enthalten ist, oder einer Klingendosieranordnung 16 aufgebracht wird.
Die Trägeroberfläche 14 (im Weiteren als „Trommel 14" bezeichnet) kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein oder mit diesem beschichtet sein, etwa Metalle mit, ohne einschränkend zu sein, Aluminium oder Nickel, Elastomeren mit, ohne einschränkend zu sein, Fluoroelastomeren, Perfluroelastomeren, Silikongummi, und Polybutadien, Plastikmaterialien mit, ohne einschränkend zu sein, Polyphenylensulfid mit Polytetrafluorethylen, thermoplastische Materialien, etwa Azetal, Polyethylen, Nylon und FEP, thermohärtende Materialien und Keramiken. Das bevorzugte Material ist anodisiertes Aluminium.
Die Applikatoranordnung 16 enthält optional ein Reservoir 18 für die Flüssigkeit und enthält höchst vorzugsweise ein Gewebe und einen Gewebeantriebsmechanismus (beides nicht gezeigt), um periodisch neues Gewebes für die Kontaktierung der Trommel 14 bereitzustellen.
Das Dochtkissen 15 oder das Gewebe sind synthetische Textilien. Vorzugsweise ist das Dochtkissen 15 ein vernähter Filz und das Gewebe ist ein geeignetes Vliesstoffsynthetikstoff mit einer relativ glatten Oberfläche. In einer alternativen Konfiguration wird ein glattes Dochtkissen 15 verwendet, das auf einem porösen Trägermaterial, etwa Polyesterfilz, befestigt ist. Beide Materialien sind von BMP Corporation als BMP-Produkt-Nr. 90 und PE 1100-UL erhältlich.
Die Applikatorvorrichtung 16 ist so montiert, dass diese eine Vor- und Zurückbewegung ausführen kann, wobei diese in der Aufwärtsbewegung mit der Oberfläche der Trommel 14 in Kontakt ist und bei der Abwärtsbewegung mit der Oberfläche der Trommel 14 und deren Zwischentransferoberfläche 12 nicht in Kontakt ist, wobei ein geeigneter Mechanismus, eine entsprechend geformte Welle, ein Luftdruckzylinder oder ein elektrisch betätigbarer Elektromagnet verwendet ist.
Eine Führung für das entgültige Substrat 20 führt ein endgültiges Aufnahmesubstrat 21, etwa Papier, von einer Positivzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) durch einen Spalt 22, der zwischen den gegenüberliegenden gebogenen Oberflächen einer Rolle 23 und der Zwischentransferoberfläche 12, die von der Trommel 14 getragen wird, gebildet ist. Abstreiffinger 24 (von denen lediglich einer gezeigt ist) können drehbar an der Abbildungsvorrichtung 10 angebracht sein, um beim Entfernen des endgültigen Aufnahmesubstrats 21 von der Zwischentransferoberfläche 12 unterstützend zu wirken. Die Rolle 23 besitzt einen Metallkern, vorzugsweise aus Stahl, mit einer elastischen Abdeckung mit einer Shore-D-Härte von 40 bis 45. Zu geeigneten elastomeren Abdeckmaterialien gehören Silikone, Urethane, Nitrile, EPDM und andere geeignete elastische Materialien. Die elastische Abdeckung auf der Rolle 23 kontaktiert das endgültige Aufnahmesubstrat 21 von der Rückseite her, auf die ein Tintenbild 26 von der Zwischentransferoberfläche 12 übertragen wird. Dies verfestigt oder fixiert das Tintenbild 26 an der endgültigen Aufnahmeoberfläche 21, so dass das übertragene Tintenbild ausgebreitet, verflacht und haftend angebracht wird.
Die in dem Prozess und dem System dieser Erfindung verwendete Tinte ist vorzugsweise zunächst in fester Form und wird dann in einen geschmolzenen Zustand durch Anwenden von Wärmeenergie, um die Temperatur auf ungefähr 85°C bis ungefähr 150°C zu erhöhen, übergeführt. Temperaturen, die über diesem Bereich liegen, können eine Beeinträchtigung der Tinte oder eine chemische Veränderung der Tinte bewirken. Geschmolzene Tintentropfen werden dann aus den Tintenstrahldüsen in dem Druckkopf 11 auf die Zwischentransferoberfläche 12 ausgeworfen, auf der diese sich bei Berührung in eine im Wesentlichen verflachte Form deformieren. Die geschmolzenen Tintentropfen kühlen sich auf eine Zwischentemperatur ab und verfestigen sich in einen verformbaren Zustand, in welchem diese als Tintenbild 26 zu der endgültigen Aufnahmeoberfläche 21 mittels Kontaktübertragung durch Eindringen in den Walzenspalt 22 zwischen der Rolle 23 und der Zwischentransferoberfläche 12 auf der Trommel 14 übertragen werden. Die Zwischentemperatur, bei der die Tintentropfen in dem verformbaren Zustand gehalten werden, liegt zwischen ungefähr 20°C bis ungefähr 60°C und vorzugsweise bei ungefähr 50°C.
Sobald das Tintenbild 26 in den Walzenspalt 22 eintritt, wird es erneut in seine endgültige Bildkonfiguration verformt und haftet an dem endgültigen Aufnahmesubstrat 21 oder ist darauf fixiert mittels einer Kombination des Druckes des Spaltes 22, der durch die Rolle 23 ausgeübt wird, und der Wärme, die von einem Mediumsvorheizer 27 und einer Trommelheizung 28 bereitgestellt wird. Der Mediumsvorheizer 27 ist vorzugsweise in integraler Weise mit einer unteren Oberfläche der Substratführung 20 ausgebildet. Die Trommelheizung 28 ist vorzugsweise eine Leuchten/Reflektoranordnung, die so orientiert ist, um der Oberfläche der Trommel 14 Strahlungswärme zuzuführen. Alternativ kann ein zylindrischer Heizer axial in der Trommel 14 so montiert sein, dass darin erzeugte Wärme direkt abgestrahlt und zu dem Substrat 21 geleitet wird.
Der in dem Spalt 22 durch die Rolle 23 auf das Tintenbild 26 ausgeübte Druck liegt zwischen ungefähr 6.89 × 10⁴ Pa (100 psi) bis ungefähr 6.89 × 10⁶ Pa (1000 psi), noch besser bei ungefähr 3.45 × 10⁶ Pa (500 psi), was ungefähr zweimal der Dehnungsgrenze von 1.72 × 10⁶ Pa (250 psi) bei 50°C aber deutlich weniger als 2.41 × 10⁷ Pa (3500 psi) an Druck bei Nachbearbeitungsfixierern entspricht. Der Spaltdruck muss ausreichend sein, so dass das Tintenbild 26 an dem endgültigen Empfangssubstrat 21 haftet und ausreichend verflacht wird, um Licht geradlinig durch das Tintenbild durchzulassen, wenn das endgültige Aufnahmesubstrat 21 eine Folie ist. Sobald das Tintenbild auf dem endgültigen Aufnahmesubstrat 21 haftet, wird es auf Umgebungstemperatur von ungefähr 20°C bis ungefähr 25°C abgekühlt.
2 und 3 zeigen die Sequenz, die beim Übertragen des Tintenbilds 26 von der Zwischentransferoberfläche 12 zu dem endgültigen Aufnahmesubstrat 21 angewendet ist. Das Tintenbild 26 überträgt sich auf das endgültige Aufnahmesubstrat 21 mit einer geringen aber messbaren Menge an Flüssigkeit, die die Zwischentransferoberfläche 12 bildet, in Form einer daran haftenden übertragenen flüssigen Schicht 32. Eine typische Dicke der übertragenen flüssigen Schicht 32 wird auf ungefähr 100 nm berechnet. Alternativ kann die Menge der übertragenen flüssigen Schicht 32 als Masse ausgedrückt werden, die von ungefähr 0.1 bis ungefähr 200 Milligramm, noch besser von ungefähr 0.5 bis ungefähr 50 Milligramm und am geeignetsten von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Milligramm pro DIN A4 Seite des endgültigen Empfangssubstrats 21 reicht. Dies wird bestimmt, indem auf einer Testprobe der Gewichtsverlust an Flüssigkeit in der Applikatoranordnung 16 zu Beginn des Abbildungsvorganges und nach Bedruckung einer gewünschten Anzahl von Schichten des endgültigen Aufnahmesubstrats 21 ermittelt wird.
Eine geeignete kleine und begrenzte Menge der Zwischentransferoberfläche 12 wird ebenso auf das endgültige Aufnahmesubstrat in Bereichen übertragen, die benachbart zu dem übertragenen Tintenbild 26 liegen. Dieser relativ kleine Übertrag der Zwischentransferoberfläche 12 mit dem Tintenbild 26 auf nicht abzubildende Bereiche auf den endgültigen Aufnahmesubstrat 21 ermöglicht es damit, dass mehrere Seiten des endgültigen Aufnahmesubstrats 21 gedruckt werden können, bevor es notwendig ist, die Verbrauchszwischentransferoberfläche 12 zu erneuern. Eine Erneuerung kann nach relativ wenigen endgültigen Druckkopien erforderlich sein, abhängig von der Qualität und der Natur der endgültigen Aufnahmeoberfläche 21, die verwendet wird. Lichtdurchlässige Schichten bzw. Folien und Papier sind die im Wesentlichen beabsichtigten Medien für den Bildtransfer. „Normales Papier" ist das bevorzugte Medium, wie es etwa von der Xerox-Corporation und vielen anderen Firmen zur Verwendung in Kopieranlagen und Laserdruckern geliefert wird. Viele andere üblicherweise zur Verfügung stehende Papiersorten sind in dieser Kategorie des normalen Papiers mit eingeschlossen, etwa Schreibmaschinenpapier, Standardpapier und Briefpapier. Das Xerox 4024 Papier wird als ein repräsentativer Vertreter des normalen Papieres für die Zwecke dieser Erfindung betrachtet. Eine geeignete Folie ist die Folie mit der Nummer CG 3300, die von 3M-Corporation hergestellt wird.
Zu geeigneten Flüssigkeiten, die für die Zwischentransferoberfläche 12 verwendet werden können, gehören Wasser, fluorinierte Öle, Glykol, Oberflächenmittel, Mineralöl, Silikonöl, funktionale Öle oder Mischungen davon. Zu funktionalen Ölen können, ohne einschränkend zu sein, gehören Mercapto-Silikonöle, fluorinierte Silikonöle und dergleichen.
Die zur Bildung des Tintenbildes 26 verwendete Tinte sollte vorzugsweise geeignete spezielle Eigenschaften hinsichtlich der Viskosität aufweisen. Zunächst muss die Viskosität der geschmolzenen Tinte den Erfordernissen des verwendeten Tintenstrahlgeräts genügen, um die Tinte auf die Zwischentransferoberfläche 12 aufzubringen, und muss hinsichtlich anderer physikalischer und rheologischer Eigenschaften der Tinte in fester Form optimiert sein, etwa der Dehnungsgrenze, der Härte, dem Elastitätsmodul, dem Verlustmodul, dem Verhältnis aus dem Verlustmodul und dem Elastitätsmodul und der Duktilität. Die Viskosität der Trägerzusammensetzung der Phasenänderungstinte wurde mittels eines Ferranti-Shirley-Konusplattenviskosimeters mit einem großen Konus gemessen. Bei ungefähr 140°C liegt eine bevorzugte Viskosität der Trägerzusammensetzung der Phasenänderungstinte bei ungefähr 5 × 10^–3 Pa × s (5 Zentipoise) bis ungefähr 30 × 10^–3 Pa × s (30 Zentipoise), noch besser bei ungefähr 10 × 10^–3 Pa × s (10 Zentipoise) bis ungefähr 20 × 10^–3 Pa × s (20 Zentipoise), und am günstigsten bei ungefähr 11 × 10^–3 Pa × s (11 Zentipoise) bis ungefähr 15 × 10^–3 Pa × s (15 Zentipoise). Die Oberflächenspannung geeigneter Tinten liegt zwischen ungefähr 2.3 Nm^–2 (23 dynes/cm²) und ungefähr 5 Nm^–2 (50 dynes/cm²). Eine geeignete Tintenzusammensetzung ist im US-Patent 4,889,560, das am 26. Dezember 1989 erteilt wurde, mit dem Titel Phasenänderungstintenkomposition und daraus hergestellte Phasenänderungstinte, von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, beschrieben.
Die in dieser Erfindung verwendete Phasenänderungstinte wird aus einer Trägerzusammensetzung der Phasenänderungstinte hergestellt, die ausgezeichnete physikalische Eigenschaften aufweist. Beispielsweise zeigt die erfindungsgemäße Phasenänderungstinte im Gegensatz zu bekannten Phasenänderungstinten ein hohes Maß an Helligkeit, Chroma und Durchlässigkeit, wenn diese in einem dünnen Film mit im Wesentlicher gleichförmiger Dicke verwendet wird. Dies ist insbesondere wertvoll, wenn Farbbilder unter Anwendung von Projektionsverfahren dargestellt werden. Des weiteren zeigen die bevorzugten Phasenänderungstintenkompositionen die bevorzugten mechanischen und strömungsmäßigen Eigenschaften, die zuvor erwähnt sind, wenn diese durch dynamische mechanische Analysen („DMA") sowie kompressive Dehnungstests und Viskometrie gemessen werden. Was noch bedeutender ist, diese Tinten funktionieren gut, wenn sie bei dem erfindungsgemäßen Druckvorgang verwendet werden, wobei eine flüssige Schicht als die Zwischentransferoberfläche verwendet ist. Die Phasenänderungstintenkomposition und deren physikalische Eigenschaften sind detaillierter in US-A-5,372,852 (und der entsprechenden EP-A-604023), mit dem Titel Verfahren zum Aufbringen selektiver Phasenänderungstintenkompositionen auf Substrate in indirekten Druckvorgängen erläutert.
Die zuvor definierten DMA-Eigenschaften der Phasenänderungstintenkompositionen wurden experimentell bestimmt. Diese dynamischen Messungen wurden auf einem Rheometrics Solids Analyzer Model RSA II, das von Rheometrics, Inc. Piscataway, New Jersey hergestellt wird, unter Verwendung einer dualen Hebelarmstrahlungsgeometrie untersucht. Die Abmessungen der Probe betrugen 2 ± 1 mm in der Dicke, ungefähr 6.5 ± 0.5 mm Breite und ungefähr 54 ± 1 mm in der Länge. Eine Zeit/Aushärtungsvariation wurde ausgeführt bei einer gewünschten Kraftoszillation oder Testfrequenz von ungefähr 1 kHz und einem Auto-Verformungsbereich bei ungefähr 1 × 10^–3 Prozent bis ungefähr 1 Prozent. Der untersuchte Temperaturbereich lag bei ungefähr –60°C bis ungefähr 90°C. Die bevorzugten Phasenänderungstintenkompositionen sind typischerweise (a) flexibel bei einer Temperatur von ungefähr –10°C bis ungefähr 80°C; (b) besitzen einen Temperaturbereich für das Glasgebiet von ungefähr –100°C bis 40°C, einen Wert von E von ungefähr 1.5 × 10⁸ bis 10.5 × 10¹⁰ Nm ^–2 (1.5 × 10⁹ bis 1.5 × 10¹¹ dyne/cm²); (c) besitzen einen Temperaturbereich für das Übergangsgebiet von ungefähr –30°C bis ungefähr 60°C; (d) besitzen einen Temperaturbereich für den gummiartigen Bereich von E von ungefähr –10°C bis 100°C, wobei der Wert von E von ungefähr 1 × 10⁵ bis 1 × 10¹⁰ Nm ^–2 (1 × 10⁶ bis 1 × 10¹¹ dyne/cm²) reicht; und (e) besitzen einen Temperaturbereich für den Endbereich von E von ungefähr 30°C bis ungefähr 160°C. Des weiteren liegt der Glasübergangstemperaturbereich der Phasenänderungstintenkomposition bei ungefähr –40°C bis ungefähr 40°C, der Temperaturbereich für das Integrieren unter dem Tangens 6 Spitzenwert der Phasenänderungstintenkomposition liegt bei ungefähr –80°C bis ungefähr 80°C mit Integrationswerten im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 40, und der Temperaturbereich für den Spitzenwert des Tangens δ der Phasenänderungstinte liegt ungefähr bei –40°C bis ungefähr 40°C mit einem Tangens δ von ungefähr 1 × 10^–1 bis ungefähr 1 × 10 beim Spitzenwert.
4 zeigt ein repräsentativen Graphen eines Lagerungsmoduls E als eine Funktion der Temperatur bei 1 Hz für eine Phasenänderungstintenkomposition, die zur Anwendung in dem erfindungsgemäßen Druckprozess geeignet ist. Der Graph zeigt, dass der Lagerhaltungsmoduls E in ein glasartiges Gebiet 40, ein Übergangsgebiet 42, ein gummiartiges Gebiet 44 und ein Endgebiet 46 unterteilt ist.
In dem glasartigen Gebiet 40 verhält sich die Tinte ähnlich zu einem harten spröden Festkörper, d. h. E ist hoch und beträgt ungefähr 1 × 10⁹ Nm^–2 (1 × 10¹⁰ dyne/cm²).
Dies liegt daran, dass in diesem Gebiet nicht ausreichend thermische Energie oder ausreichend Zeit vorhanden ist, so dass die Moleküle sich bewegen können. Dieses Gebiet sollte deutlich unterhalb der Raumtemperatur liegen, so dass die Tinte nicht spröde wird und damit das Verhalten bei Raumtemperatur auf Papier beeinflusst.
In dem Übergangsgebiet 42 ist die Tinte durch einen starken Abfall des Lagerungsmoduls von ungefähr einer Größenordnung gekennzeichnet, da die Moleküle ausreichend thermische Energie besitzen oder Zeit haben, Lageänderungen zu vollziehen. In diesem Gebiet ändert sich die Tinte von einem harten spröden Zustand zu einem zähen lederartigen Zustand.
Im gummiartigen Gebiet 44 ändert sich der Lagerungsmodul wie gezeigt als ein leicht abfallendes Plateau. In diesem Gebiet gibt es eine kurzreichweitige plastische Reaktion auf Deformierung, die der Tinte ihre Flexibilität verleiht. Es wird angenommen, dass der Widerstand gegenüber Bewegung oder Strömung in diesem Gebiet auf Grund von Verflechtungen von Molekülen oder physikalischen Kreuzverbindungen zwischen kristallinen Bereichen auftritt. Das Herstellen der Tinte zur Erreichung dieses Plateaus in dem geeigneten Temperaturbereich für ein gutes Übertragen und Fixieren und ein gutes Verhalten bei Raumtemperatur ist wichtig, wenn diese Phasenänderungstintenkompositionen hergestellt werden. Das gummiartige Gebiet 44 beschreibt die Tinte sowohl in ihrem verformbaren Zustand während des Übertragens und Fixierens oder Anhaftens und während des endgültigen duktilen Zustands auf dem endgültigen Aufnahmesubstrat.
Ferner findet in dem Endgebiet 46 ein weiterer Abfall des Lagerungsmoduls statt. Es wird angenommen, dass in diesem Gebiet die Moleküle ausreichend Energie oder Zeit besitzen, um zu strömen und ihre Verflechtung zu überwinden.
Es wurden diverse Phasenänderungstintenkompositionen durch kompressive Dehnungstestläufe analysiert, um ihr Verhalten bei Kompression zu untersuchen, während sie der Einwirkung durch Temperatur und Druck im Spalt 22 ausgesetzt sind. Die Messungen hinsichtlich der kompressiven Dehnungsgrenze wurden auf einem MTS Sintech 2/D Mechaniktestgerät, das von MTS Sintech, Inc., Cary, North Carolina, hergestellt wird, durchgeführt wird, wobei kleine zylindrische Probenblöcke verwendet wurden. Die Abmessungen einer typischen Probe betrugen 19 ± 1 mm × ungefähr 19 ± 1 mm.
Die isotherme Dehnungsgrenze wurde als eine Funktion der Temperatur (von ungefähr 25°C bis ungefähr 80°C) und der Verformungsgeschwindigkeit gemessen. Das Material wurde bis ungefähr 50 Prozent verformt.
Die bevorzugten Dehnungsgrenzen als Funktion der Temperatur für geeignete Phasenänderungstintenkompositionen zur Anwendung in dem indirekten Druckvorgang dieser Erfindung werden durch eine Gleichung YS = mT + I beschreiben, wobei YS die Dehnungsgrenze als eine Funktion der Temperatur, m die Steigung, T die Temperatur und I der Anfangswert ist.
Unter Nichtprozessbedingungen, d. h. nachdem das endgültige Druckprodukt hergestellt ist, oder unter Bedingungen, unter denen die Tintenstifte gelagert werden, und wenn die Tinte in einem duktilen Zustand oder unter einer Bedingung bei einem Temperaturbereich von mindestens ungefähr 10°C bis ungefähr 60°C vorliegt, werden die bevorzugten Dehnungsgrenzwerte beschrieben mit einem m, das von ungefähr –6.2 × 10⁴ ± 1.4 × 10⁴ Pa/°C (–9± 2psi/°) bis ungefähr –2.5 × 10⁵ ± 1.4 × 10⁴ Pa/°C (–36 ± 2psi/°) liegt und wobei I von ungefähr 5.5 × 10⁶ ± 6.9 × 10⁵ Pa (800 ± 100 psi) bis ungefähr 1.5 × 10⁷ ± 6.9 × 10⁵ Pa (2200 ± 100 psi) reicht. Noch vorteilhafter liegt m bei ungefähr –2.1 × 10⁵ ± 1.4 × 10⁴ Pa/°C (–30 ± 2 psi/°C) und I beträgt ungefähr 1.2. × 10⁷ ± 6.9 × 10⁵ Pa (1700 ± 100 psi).
Unter Prozessbedingungen, d. h. während des indirekten Druckens der Tinte von einer Zwischentransferoberfläche auf ein Substrat, während sich die Tinte in einem verformbaren festen Zustand bei einer Temperatur von ungefähr mindestens 20°C bis ungefähr 80° befindet, können die bevorzugten Dehnungswerte durch m im Bereich von ungefähr –4.1 × 10⁴ ± 1.4 × 10⁴ Pa/°C (–6. ± 2 psi/°C) bis ungefähr –2.5 × 10⁵ ± 1.4 × 10⁴ Pa/° (–36 ± 2 psi/°C) und mit min einem Bereich von ungefähr 5.5 × 10⁶ ± 6.9 × 10⁵ Pa (800 ± 100 psi) bis ungefähr 1.1 × 10⁷ ± 6.9 × 10⁵ Pa (1600 ± 100 psi) beschrieben werden. Noch besser liegt m bei ungefähr –6.2 × 10⁴ ± 1.4 × 10⁴ Pa/°C (–9 ± 2 psi/°C) und I liegt bei ungefähr 6.6 × 10⁶ ± 6.9 × 10⁵ Pa (950 ± 100 psi).
5 zeigt die Dehnungsgrenze einer geeigneten Phasenänderungstinte als eine Funktion der Temperatur. Bei einem Temperaturbereich von ungefähr 35°C bis ungefähr 55°C beginnt die Tinte sich zu komprimieren, wenn diese einem entsprechenden Druck in einem Bereich von ungefähr 1.38 × 10⁶ Pa (200 psi) bis ungefähr 2.76 × 10⁶ Pa (400 psi) ausgesetzt wird. Ein optimaler Spaltendruck beträgt ungefähr zweimal den Dehnungsgrenzendruck der Tinte bei einer speziellen Spalttemperatur. Beispielsweise sollte für eine 50°C Dehnungsgrenze von 1.72 × 10⁶ Pa (250 psi) der Spaltdruck ungefähr 3.45 × 10⁶ Pa (500 psi) betragen. Wie jedoch mit Bezug zu den 6 bis 10 beschrieben ist, hängt die Druckqualität stärker von diversen temperaturabhängigen Parametern als dem Spaltdruck ab.
Es sei wieder auf 1 verwiesen; während des Druckens besitzt die Trommel 14 eine Schicht einer flüssigen Zwischentransferoberfläche, die auf ihre Oberfläche mittels der Wirkung der Applikatoranordnung 16 aufgebracht wird. Die Anordnung 16 wird mittels eines geeigneten Mechanismus (nicht gezeigt), etwa einem Luftdruckzylinder, angehoben, bis das Dochtkissen 15 mit der Oberfläche der Trommel 14 in Berührung ist. Die Flüssigkeit wird in dem Reservoir 18 zurückgehalten und dringt durch das poröse Trägermaterial durch, bis es das Dochtkissen 15 sättigt, um somit eine gleichförmige Schicht mit gewünschter Dicke der Flüssigkeit zu bilden, die auf der Oberfläche der Trommel 14 abzuscheiden ist. Die Trommel 14 dreht sich um eine gelagerte Welle in der in 1 gezeigten Richtung, währen die Trommelheizung 28 die Flüssigkeitsschicht und die Oberfläche der Trommel 14 auf die gewünschte Temperatur aufheizt. Wenn der gesamte Umfang der Trommel 14 beschichtet ist, wird die Applikatoranordnung 16 auf eine Position abgesenkt, in der diese die Zwischentransferoberfläche 12 auf der Trommel 14 nicht berührt. Alternativ kann die Trommel 14 mit der flüssigen Zwischentransferoberfläche 12 durch ein Gewebe beschichtet werden, durch welches die Flüssigkeit durch Kontakt mit einem Docht übertragen wird. Der Docht wird aus einem Reservoir mit der Flüssigkeit benetzt.
Das Tintenbild 26 wird auf die Zwischentransferoberfläche 12 mittels des Druckkopfs 11 aufgebracht. Die Tinte wird in geschmolzener Form aufgebracht, wobei diese aus ihren festen Zustand durch eine geeignete Heizeinrichtung (nicht gezeigt) geschmolzen wurde. Das Tintenbild 26 verfestigt sich auf der Zwischentransferoberfläche 12 durch Abkühlen auf einen verformbaren festen Zwischenzustand, wenn sich die Trommel weiterdreht, und tritt in den Spalt 22 ein, der zwischen der Rolle 23 und der gekrümmten Oberfläche der Zwischentransferoberfläche 12, die von der Trommel 14 getragen wird, gebildet wird. In dem Spalt 22 wird das Tintenbild 26 in seine endgültige Bildkonfiguration deformiert und an der endgültigen Aufnahmeoberfläche 21 durch Drücken gegen die Oberfläche 21 fixiert. Das Tintenbild 26 wird somit auf die endgültige Aufnahmeoberfläche 21 übertragen und auf dieser fixiert, indem der Spaltdruck durch die nachgiebige oder elastische Oberfläche der Rolle 23 ausgeübt wird. Die Abstreiffinger 24 helfen dabei, die mit Bild versehene endgültige Aufnahmeoberfläche 21 von der Zwischentransferoberfläche 12 zu entfernen, wenn sich die Trommel 14 dreht. Das Tintenbild 26 kühlt sich dann auf Umgebungstemperatur ab, wobei es dann eine ausreichende Festigkeit und Duktilität aufweist, um die Haltbarkeit sicherzustellen.
Die Applikatoranordnung 16 kann betätigt werden, um sich nach oben zur Berührung der Trommel 14 zu bewegen, um damit die die sich verbrauchende Zwischentransferoberfläche 12 bildende Flüssigkeit zu erneuern. Die Applikatoranordnung 16 kann ferner als ein Reiniger dienen, wenn das Entfernen von Fusseln, Papierstaub oder beispielsweise Tinte erforderlich ist, im Falle, dass ein unnormales Druckverhalten auftritt.
Ein geeigneter Satz an Bildübertragungsbedingungen hängt von dem Satz von Parametern in komplexer Weise ab, der mit dem Spaltendruck, der Vorheiz- und der Trommeltemperatur, der Verweilzeit des Mediums im Spalt 22 und den Tintenparametern in Beziehung steht. Jeder spezielle Satz an Transferbedingungen, der akzeptable Ausdrucke liefert, wird als ein Prozessfenster bezeichnet.
Das Prozessfenster wird experimentell bestimmt, indem Testausdrucke unter einer Vielzahl gesteuerter Transferbedingungen erstellt werden. Die Testausdrucke wurden unter gewissen festgelegten Steuerparametern durchgeführt. Beispielsweise wurde eine diamantgedrehte nicht versiegelte anodisierte Aluminiumtrommel verwendet, die als die bevorzugte Trommel 14 gilt. Die Rolle 23 war eine Typenradplatte mit einer elastischen Oberfläche mit einer Shore-D-Härte und/oder einer Härte von 40 bis 45. Jedes Ende der Rolle 23 wurde in Richtung auf Trommel 14 mittels einer Kraft von 1557 N (350 Pfund) beaufschlagt, woraus ein durchschnittlicher Spaltendruck von ungefähr 319 × 10⁶ Pa (463 psi) resultierte. Das Aufnahmesubstrat 21 war ein Hammermill Laser Printer-Papier. Ein Xerox 4024 Papier kann ebenso verwendet werden, ist aber für Testausdrucke nicht das bevorzugte Medium. Die die Zwischentransferoberfläche 12 bildende Flüssigkeit war Silikonöl mit 1 × 10^–3 m2 s^–1 (1000 cSt). Das endgültige Aufnahmemedium 21 wurde durch den Spalt 22 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 13 cm/Sekunde geführt. Die Geschwindigkeit, die durch die Drehgeschwindigkeit der Trommel 14 bestimmt ist, ist noch nicht vollständig verstanden. Die Tintentemperatur im Spalt 22 erreicht jedoch im Wesentlichen nach ungefähr 2 bis 6 Millisekunden den Gleichgewichtszustand.
Der Prozess zur Herstellung der Zwischentransferoberfläche 12 auf der Trommel 14 erfordert das Andrücken eines Ölkissens gegen die rasch drehende Trommel 14 bis Ölzeilen auf der Trommel 14 zu erkennen sind. Das Öl wird dann abgewischt oder von der Trommel 14 abgeführt, indem ein Kaydry Wischtusch 2 Sekunden lang gegen die Trommel 14 gedrückt und anschließend 5 Sekunden lang über die Trommel hinweg geführt wird. Dieses Verfahren zum Aufbringen der Zwischentransferoberfläche 12 wird auch in sehr ähnlicher Weise durch die Applikatoranordnung 16 ausgeführt.
Mehrere Sätze an Testausdrucken wurden für diverse Kombinationen aus Temperatur des Mediumvorheizers 27 und der Temperatur der Trommel 14 durchgeführt.
Vier wesentliche Faktoren bestimmen das Prozessfenster: Der Fixierungsgrad, die Pixelakzeptanz, die Punktausbreitung und die Maximaltemperaturgrenze. Testausdrucke wurden in der unten beschriebenen Weise durchgeführt, um Temperaturbereiche für jeden Faktor zu bestimmen.
Der Fixierungsgrad ist eine Zahl proportional zu der Menge der Tinte, die physisch in die Papierfasern während des Transferdruckprozesses gepresst wird. Der Fixierungsgrad wird quantifiziert, indem zunächst die Trommel 14 mit 4 × 4 cm Quadrate eines blau gefärbten Bildes belegt wird. Die blau gefärbten Quadrate werden nach Abscheiden übereinander gelagerter Schichten aus Zyan und Magenta auf die Zwischentransferoberfläche 12 der Trommel 14 gebildet. Die blau gefärbten Quadrate werden dann auf das endgültige Aufnahmemedium 21 übertragen, wenn dieses durch den Spalt 22 läuft. Eine Schneidklinge wird verwendet, um die Tinte von einem blau gefärbten Quadrat, das auf jeden Testabdruck übertragen wird, abzuschaben. Ein ACS-Spektro-Sensor II Spektrophotometer misst die optische Dichte (Reflektivität) des abgeschabten Bereichs und vergleicht diese mit einer freien (weißen) Fläche des Testausdrucks. Der Reflektivitätswert ist der Fixierungsgrad, der proportional zu der Menge in dem Testausdruck verbleibenden (fixierten) Tinte ist. Je höher der Fixierungsgrad ist, desto höher ist die optische Dichte des getesteten Bereichs. Ein akzeptabler minimaler Fixierungsgrad beträgt 20.
Testdaten für den Fixierungsgrad sind in 6 gezeigt, worin Linien mit gleichem Fixierungsgrad als eine Funktion der Trommeltemperatur und der Mediumsvorheizertemperatur aufgezeichnet sind. Die relativ vertikale Orientierung der Linien mit gleichem Fixierungsgrad zeigt an, dass der Fixierungsgrad stärker von der Temperatur des Mediumvorheizers 27 als von der Temperatur der Trommel 14 abhängt. Eine Linie 50 mit konstantem Fixierungsgrad (fettgedruckt gezeigt) begrenzt eine linke Grenze eines Temperaturgebiets, in welchem der Fixierungsgrad gleich oder größer als der minimal akzeptable Wert 20 ist.
Die Pixelakzeptanz ist ein Faktor, der sich auf den Prozentsatz an Tintentropfen bezieht, die von der Trommel 14 zu dem endgültigen Aufnahmemedium 21 während des Transferdruckprozesses übertragen werden. Ein Pixelakzeptanzprozentsatz wird bestimmt, indem zunächst die Trommel 14 mit einem mit blauer Farbe gefüllten Feld bedruckt wird, das durch Überdrucken von Tinten mit Zyan und Magenta auf der Trommel 14 gebildet wird, wobei 475 bedruckte Quadrate jeweils mit einem 3 × 3 Pixelquadratbereich vorgesehen sind. Ein einzelner schwarzer Tintenfleck oder Pixel wird in der Mitte jedes unbedruckten 3 × 3 Pixelquadratbereichs abgeschieden. Das resultierende Bild wird dann auf das endgültige Aufnahmemedium 21 übertragen, wenn dieses durch den Spalt 22 läuft. Der gesamte doppelschichtige blau gefärbte Feldbereich wird übertragen, aber die einzeln geschichteten schwarzen Flecke 475 innerhalb des Feldes sind gegenüber dem blau gefüllten Feld nach unten abgesetzt und sind somit äußerst schwer zu übertragen. Der Anteil an schwarzen Tropfen, die übertragen werden, repräsentiert den Pixelakzeptanzanteil, wobei 80% ein akzeptabler Wert ist. Schwarze Tintentropfen, die beim Durchlaufen des Testausdruckes durch den Spalt 22 nicht übertragen werden, werden in einfacher Weise auf ein zweites „Verfolgungsblatt" des endgültigen Aufnahmemediums 21 übertragen, wo sie dann gezählt werden, um die Pixelakzeptanzrate zu bestimmen.
Testausdrucke für die Pixelakzeptanz und Daten des Verfolgungsblattes sind in 7 gezeigt, worin Linien mit gleichem Pixelakzeptanzanteil als eine Funktion der Trommeltemperatur und der Mediumvorheizertemperatur aufgezeichnet sind. Die Linien 60 und 62 (fettgedruckt) mit gleichem Pixelakzeptanzanteil kennzeichnen entsprechende linke und obere Grenzen eines Temperaturgebiets, in welchem der Pixelakzeptanzanteil gleich oder größer als 80% ist. Der Graph zeigt, dass unterhalb von ungefähr 50°C die Pixelakzeptanz im Wesentlichen von der Mediumvorheizertemperatur 27 abhängt, wohingegen über 50°C die Pixelakzeptanz im Wesentlichen von der Temperatur der Trommel 14 abhängt.
Die Punktausbreitung bzw. Fleckenausbreitung wird in sechs Gruppen unterteilt, in Bezug auf das Ausmaß, mit welchem benachbarte Tintentropfen (Pixel) sich verflachen und miteinander verbinden, um das endgültige Aufnahmemedium 21 während des Transferdruckprozesses zu bedecken. Punktausbreitungsgruppen werden quantifiziert, indem zunächst 4 × 4 cm Quadrate mit Magenta-Tinte auf der Trommel 14 gebildet werden. Die Magenta-Quadrate werden gebildet, indem eine einzelne Schicht aus Magenta-Tinte auf die Zwischentransferoberfläche 12 der Trommel 14 abgeschieden wird. Jedes Quadrat besteht aus Tintentropfen, die auf der Trommel 14 unter einem gleichförmigen Abstand abgeschieden wurden, der durch die 118 Pixel/cm Adressierbarkeit des Testdruckers definiert ist. Die abgeschiedenen Tintentropfen besitzen einen kleineren Durchmesser als der Pixel-zu-Pixel-Abstand, bevor diese im Spalt 22 komprimiert werden. Die Magenta-Quadrate werden dann auf das endgültige Aufnahmemedium 21 übertragen, wenn dieses durch den Spalt 22 läuft. Der Vorgang wird für diverse Kombinationen an Temperaturen des Mediumvorheizers 27 und der Trommel 14 wiederholt, um damit einen Satz an Testausdrucken zu stellen, die unter einem Mikroskop inspiziert und in drei subjektive Gruppen mit schlechter Ausbreitung, mittlerer Ausbreitung und guter Ausbreitung eingeteilt werden. Die schlechte Ausbreitung (Gruppe 1 und 2) ist definiert als die Eigenschaft, einzelne Pixel und/oder die weißen Linien zwischen benachbarten Pixelreihen erkennen zu können. Die mittlere Ausbreitung (Gruppen 3 und 4) ist definiert als die Eigenschaft, Teile von weißen Linien zwischen benachbarten Pixelreihen erkennen zu können. Die gute Ausbreitung (Gruppe 5 und 6) ist definiert als Eigenschaft, dass ein ganzflächiges Blatt mit Tinte erkennbar ist, wobei kein weißes Papier in dem übertragenen Bild durchscheint. Jede der drei Druckqualitätsgruppen wurde dann in bessere und schlechtere Ausdrucke für jede Gruppe unterteilt. Obwohl vollständig ausgefüllte Bereiche erscheinen, als ob sie eine höhere Druckqualität mit höherer Punktausbreitungsgruppierung zeigen, zeigen Texte auf der Grund der reduzierten Druckauflösung verschmierte Ränder. Die Punktausbreitungsgruppen 4 und 5 ergeben eine akzeptable Mischung zwischen einem guten Füllgrad und einer akzeptablen Textqualität.
Daten von Testausdrucken für die Punktausbreitung sind in 8 gezeigt, wobei die Punktgruppierungsbereiche als Funktion der Temperatur der Trommel und des Mediumvorheizers dargestellt sind. Die Punktausbreitungsgruppen 4 und 5 werden durch entsprechende Ränder 70 und 72 (fettgedruckt) begrenzt, deren äußere Bereiche ein Temperaturgebiet abgrenzen, innerhalb dessen die Punktausbreitung akzeptabel ist. Die relativ horizontale Orientierung der Punktausbreitungsgruppen deutet an, dass das Punktausbreiten stärker von der Temperatur der Trommel 14 als von der Temperatur des Mediumvorheizers 27 abhängt. Ein Gebiet 74 (kreuzschraffiert) umschließt das optimierte Temperaturgebiet, das die Punktausbreitungsgruppen 4 und 5 gemeinsam haben. Die in 8 gezeigten Punktausbreitungsgruppen werden durch die Extremdatenpunkte jeder Gruppe definiert. Da die Punktausbreitungsgruppen durch eine subjektive Messung bestimmt sind, besteht eine gewisse Überlappung zwischen den Gruppen und die Extremwerte sind lediglich Näherungswerte.
Die Maximaltemperaturgrenze ist definiert als die maximale Trommeltemperatur, bei der das Tintenbild 26 von der Trommel 14 aus übertragen werden kann, ohne dass gewisse Tintentropfen auf Grund eines Fehlers bei der Kohäsion auseinandergezogen werden, ohne dass die Tintentropfen voneinander auf Grund eines Fehlers der Haftung auseinandergezogen werden, oder ohne an Trommel 14 auf Grund einer geringen Dehnungsgrenze, wie in 5 gezeigt ist, kleben zu bleiben. Die Maximaltemperaturgrenze wird dominiert durch einen Fehler in der Kohäsion, und wird quantifiziert, indem zunächst die Trommel 14 mit 4 × 4 cm Farbquadraten aus Zyan, Magenta, gelb, schwarz, grün, blau und rot belegt wird. Die farbigen Quadrate werden gebildet, indem die geeignete Anzahl einzelner oder überdruckter Schichten von Primär-Tinten (Zyan, Magenta, gelb und schwarz) auf die Zwischentransferoberfläche 12 der Trommel 14 abgeschieden werden. Die farbigen Quadrate werden dann auf das endgültige Aufnahmemedium 21 übertragen, wenn dieses durch den Spalt 22 läuft. Ein Satz an Testausdrucken wird dann mit diversen Temperaturkombinationen des Mediumvorheizers 27 und der Trommel 14 übertragen. Ein Fehler bei der Kohäsion wird für gewöhnlich an Rändern der farbigen Quadrate beobachtet und kann in einfacher Weise als Druckreste erkannt werden, die auf einem nachfolgenden oder Reinigungsblatt zurückbleiben. Akzeptable Ausdrucke erfordern, dass im Wesentlichen keine Kohäsionsfehler auftreten.
Daten von Testausdrucken für die Maximaltemperaturgrenze sind in 9 gezeigt, worin der Kohäsionsfehler als eine Funktion der Trommeltemperatur und der Mediumsvorheizertemperatur aufgetragen ist. Eine Linie mit einer Maximaltemperaturgrenze 80 (fettgedruckt) begrenzt eine obere Grenze eines Temperaturgebiets, unterhalb welcher die Tinte keinem Kohäsionsfehler unterliegt. Die relativ horizontale Orientierung der Linie 80 zeigt, dass die Maximaltemperaturgrenze nahezu ausschließlich von der Temperatur der Trommel 14 abhängt.
Die Maximaltemperaturgrenze ist jedoch ein Näherungswert, da der Kohäsionsfehler von dem Testbild, der Tintenfarbe, der Tintenkomposition und den Eigenschaften der Zwischentransferoberfläche 12 abhängt. Insbesondere bewirkt die Verwendung eines nicht vollständig gefüllten Testbildes einen Kohäsionsfehler bei geringeren Temperaturen, als dies bei den gelben Quadratbildern der Fall ist. Bei Temperaturen, die an die Maximaltemperaturgrenze heranreichen, nimmt man an, dass die Zwischentransferoberfläche 12 bei der Bestimmung des Kohäsionsfehlers wichtig wird, wenn eine nicht ausreichende Menge der die Oberfläche bildenden Flüssigkeit auf der Trommel 14 vorhanden ist. Die Rauhigkeit der Trommeloberfläche beeinflusst ebenso das Kohäsionsverhalten.
10 zeigt ein Prozessfenster 90, das durch das Überlagern der Daten aus den 6 bis 9 definiert ist. Das Prozessfenster 90 besitzt eine linke Grenze, die durch die Linie mit konstantem Fixierungsgrad 20 (Linie 50 aus 6) begrenzt ist, eine obere Grenze, die durch eine 80% konstante Pixelakzeptanz (Linie 62 aus 7) begrenzt ist, eine rechte Grenze, die durch die Punktausbreitungsgruppen 4 und 5 (Ränder 70 und 72 aus 8) begrenzt ist, und eine untere Grenze, die durch die Punktausbreitungsgruppe 4 (Rand 70 aus 8) begrenzt ist. Die obere Grenze des Prozessfensters 90 liegt eine Grad Celsius unterhalb der Maximaltemperaturgrenze (Linie 80 aus 9).
Die Kenntnis des Prozessfensters 90 ist wichtig beim Ableiten der thermischen Spezifikationen und Toleranzen, die zum Erhalten akzeptabler Ausdrucke von einem Transferdrucker mit Zwischenoberfläche und Phasenänderungstinte erforderlich sind, insbesondere wenn die Erfordernisse für den Mediumvorheizers 27, den Trommelheizer 28, die Leistungskriterien, die Aufwärmzeiten und die Kühlungsanforderungen bestimmt werden. Das Prozessfenster 90 sollte weit auseinanderliegende Temperaturgrenzen aufweisen, um damit Variationen in der Wärmekapazität und Temperaturungleichförmigkeiten, die mit der Trommel 14, dem Mediumvorheizer 20 und der Rolle 23 einhergehen, entgegen zu wirken.
Es sei wieder auf 1 verwiesen; für die zuvor beschriebene Tinte und die Abbildungsvorrichtung 10 liegt ein wünschenswerter Temperaturbereich für den Mediumvorheizer 27 bei ungefähr 60°C bis ungefähr 150°C und ein wünschenswerter Temperaturbereich der Trommel 14 im Bereich von ungefähr 40°C bis ungefähr 56°C. Ein Betrieb im Fenster für die optimierten Temperaturtransferbedingungen ist vorzuziehen und erfordert eine Temperatur des Mediumvorheizers 27 im Bereich von ungefähr 61°C bis ungefähr 130°C und eine Trommeltemperatur im Bereich von ungefähr 45°C bis ungefähr 55°C. Ein vorteilhafterer Betriebstemperaturbereich für die Trommel 14 liegt zwischen ungefähr 46°C und ungefähr 54°C.
Das Halten der Trommel 14 innerhalb der Temperaturgrenzen, die durch das Prozessfenster 90 definiert sind, kann das Aufheizen der Trommel 14 während Perioden ohne Druckaktivität erforderlich machen und erfordert das Kühlen der Trommel 14 während des Druckens. Das Kühlen während des Druckens ist erforderlich, da Wärme von vorgeheizten Medien, die die Trommel in dem Spalt 22 berühren, durch den Druckkopf 11 beim Abscheiden der geschmolzenen Tinte auf der Tommel 14 und durch Strahlung von dem aufgeheizten Druckkopf 11 übertragen wird. Das Heizen oder Kühlen während Phasen mit keiner Druckaktivität kann erforderlich sein, da Strahlung von dem aufgeheizten Druckkopf 11 die Trommel 14 nicht unter allen Umständen auf der gewünschten Drucktemperatur hält.
Gemäß 11 wird Wärme auf die Trommel 14 mittels der Trommelheizung 28 zugeführt, die vorzugsweise aus einer Heizlampe 92 und einem Reflektor 94 besteht. Die Heizlampe 92 ist eine Infrarotheizlampe, etwa ein Model Nr. QIR100-200 TN1, das von Ushio Corporation, Newberg, Oregon hergestellt wird.
Eine alternative Ausführungsform für die Trommelheizung 28 besteht aus einer zylindrischen Kassette oder einer Lampenstrahlungsheizung 96, die axial innerhalb oder angrenzend zu einem hohlen Trommelschacht 98 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird Wärme von der Heizung 96 direkt auf die Trommel 14 eingestrahlt und mittels radialer Rippen 30 zur Trommel 14 geführt.
Die Trommel 14 wird durch Blasen von Luft über die radialen Rippen 30 mittels eines Gebläses 100 gekühlt. Selbstverständlich kann das Gebläse 100 Luft in jeder Richtung durch die Trommel 14 ansaugen oder blasen, um eine Kühlwirkung zu erreichen. Vorzugsweise bläst das Gebläse 100 Luft über die Trommel 14 in einer Richtung, die durch einen Pfeil 102 bezeichnet ist. Das Gebläse 100 ist vorzugsweise ein Model Nr. 361OML-05W-B50, das von N. M. B. Minibea, Co., Ltd., Japan hergestellt wird.
Der Mediumvorheizer 27 ist auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur mittels konventioneller Thermostateinrichtungen festgelegt. Die Trommeltemperatur wird mittels eines Thermistors 104 erfasst, der die Trommel 14 berührend kontaktiert und der elektrisch mit einer konventionellen Proportionaltemperatursteuerung 106 verbunden ist. Während des Druckens wird der Trommel 14 Wärme zugeführt, die dazu führt, dass die Temperatur eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, die von dem Thermistor 104 erfasst wird. In Reaktion darauf reduziert die Temperatursteuerung 106 die elektrische Ansteuerleistung für die Trommelheizung 28 und schaltet das Gebläse 100 ein, um die Trommel 14 auf ihre Sollwerttemperatur zurückzuführen. Andererseits erfasst, wenn nicht gedruckt wird, der Thermistor 104 einen Abfall der Temperatur und den Sollwert. In Reaktion darauf schaltet die Temperatursteuerung 106 das Gebläse 100 aus und führt der Trommelheizung 28 Leistung zu. Abhängig von der erforderlichen Geschwindigkeit zum Abkühlen oder Aufheizen kann die Temperatursteuerung 106 die Trommelheizung 28 und/oder das Gebläse 100 proportional steuern. Geringe Temperaturänderungen veranlassen die Temperatursteuerung 106 in erster Linie dazu, die Höhe der der Trommelheizung 28 zugeführte elektrische Leistung zu ändern.
Gemäß 1 wurde bisher angenommen, dass das Verflachen und Ausbreiten von Tintentropfen hauptsächlich während des Transfers des Tintenbilds 26 auf das endgültige Aufnahmesubstrat 21 im Spalt 22 stattfindet. Während der Erzeugung der zuvor beschriebenen Testausdrucke (6 bis 9) gab es jedoch viele Ereignisse, in denen die Tintentropfen an der Trommel 14 haften blieben und abgewaschen werden mussten, bevor zusätzliche Testausdrucke gemacht werden konnten. Bei näherer Inspektion stellte sich heraus, dass die von der Trommel 14 abgewaschenen Tintentropfen flacher waren als dies erwartet wurde. Diese Beobachtung führte zu Experimenten, um die Faktoren zu quantifizieren, die das Verflachen der Tintentropfen auf der Trommel 14 vor dem Transfer des Tintenbilds 26 in dem Spalt 22 beeinflussen.
Es wird angenommen, dass das Verflachen von Tintentropfen von drei wesentlichen Faktoren abhängt: (1) der Dicke und der Viskosität der Flüssigkeit, die die Zwischentransferoberfläche 12 bildet, (2) der Temperatur der Tintentropfen und der Zwischentransferoberfläche 12, und (3) der Energieübertragung der Tintentropfen, wenn diese die Zwischentransferoberfläche 12 berühren. Die meisten dieser Faktoren sind aus den oben beschrieben Experimenten zum Bestimmen des Prozessfensters bekannt. Die verbleibenden Faktoren wurden in der folgenden Weise bestimmt.
Die kinetische Energie beträgt ½ mal die Masse des Tintentropfens mal dem Quadrat seiner Geschwindigkeit. Von dem Druckkopf 11 ist bekannt, dass dieser Tropfen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2 m pro Sekunde auswirft. Die Tropfengeschwindigkeit liegt normalerweise im Bereich zwischen ungefähr 1 bis 6 m pro Sekunde. Die Tropfenmasse wird quantitativ erfasst, indem zunächst die Trommel 14 mit einem Streifen mit 70 000 Tintentropfen mit Magentatinte, mit einem stark konvergierenden Streifen mit 70 000 Tintentropfen mit gelber Tinte bedeckt war, beschichtet wird, um einen roten Teststreifen zu bilden, und diesen anschließend auf ein endgültiges Aufnahmemedium mit zuvor ermitteltem Gewicht zu übertragen. Das endgültige Aufnahmemedium wurde wieder gewogen, um die Masse der 140 000 transferierten Tintentropfen zu bestimmen, die 16,54 Milligramm betrug. Daher wurde die Masse jedes Tintentropfens zur ungefähr 118 Nanogramm und die kinetische Energie jedes Tropfens zu ungefähr 2.36 × 10^–10 J (2.36 × 10.³ ergs) berechnet.
Die Trommel 14 wurde gereinigt und die Zwischentransferoberfläche 12 wurde erneuert. Die Trommel 14 wurde auf 30°C erwärmt und mit Mustern einzelner Tinten bedeckt, die abgewaschen und mittels eines SEM (Rasterelektronenmikroskop) inspiziert wurden. 12a ist eine Darstellung einer Seitenansicht einer SEM-Photographie, die zeigt, dass ein repräsentativer Tintentropfen 110 der abgeflachten Tintentropfen ein Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von 6 : 1 aufweist.
Nachfolgende Experimente wurde ausgeführt, um die Wirkung der Trommeltemperatur und des Applikationsdrucks für die Transferoberfläche auf das Tintentropfenverflachen zu bestimmen. Die Trommel 14 wurde auf 30°C aufgeheizt, die Zwischentransferoberfläche 12 wurde unter einem Druck von 1.21 × 10⁵ Pa (17.5 psi) Druck aufgebracht und die Trommel 14 wurde mit Mustern einzelner Tintentropfen beschichtet, die abgewaschen und mit dem SEM inspiziert wurden. 12b ist eine Darstellung einer Seitenansichtsphotographie des SEM, in der ersichtlich ist, dass ein repräsentativer Tintentropfen 112 der verflachten Tintentropfen ein Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von 10 : 1 aufweist.
Die Trommel 14 wurde auf ungefähr 50°C erwärmt, die Zwischentransferoberfläche 12 wurde zweimal mit ungefähr 1.72 × 10⁵ Pa (25 psi) Druck aufgebracht und die Trommel 14 wurde mit Mustern einzelner Tintentropfen belegt, die dann abgewaschen und mittels des SEM inspiziert wurden. 12c ist eine Darstellung einer SEM-Seitenansichtsphotographie, wobei ein repräsentativer Tintentropfen 114 der abgeflachten Tintentropfen gezeigt ist mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von 16 : 1.
Die zuvor beschriebenen experimentellen Ergebnisse zeigen, dass ein Tintenstrahldrucker mit Phasenänderungstinte, der Tintentropfen auf eine flüssige Zwischentransferoberfläche auswirft, ein Tintenbild hervorruft, in welchem die einzelnen Tropfen ein Verhältnis von Durchmesser zu Höhe im Bereich von ungefähr 6 : 1 bis ungefähr 16 : 1 aufweisen. Das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der Tintentropfen kann gesteuert werden, indem die Art und die Dicke der als die Zwischentransferoberfläche aufgebrachten Flüssigkeit, die Trommeltemperatur und die Temperatur, das Volumen und die Auswurfgeschwindigkeit der ausgeworfenen Tropfen gewählt wird. Die Verwendung viskoserer Flüssigkeiten, etwa Silikonöl in sehr dünnen Schichten, etwa mit ungefähr 100 nm, ändert das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von ungefähr 1,5 : 1 auf größer ungefähr 4 : 1 insbesondere ungefähr 2 : 1. Die Dicke des Silikonöls kann von ungefähr 0.05 Mikrometer bis ungefähr 5.0 Mikrometer variieren. Die Tintentropfendicke sollte so dünn wie möglich gehalten werden, wobei die erforderliche Farbsättigung in dem Bild beibehalten werden sollte. Da die Tintentropfen sich auf der Zwischentransferoberfläche mit ungefähr der endgültigen Dicke und dem Durchmesser verfestigen, muss jede Nachbearbeitung nach dem Transfer oder jeder Fixierungsprozess lediglich dahingehend optimiert sein, um vorbestimmte Grenzen der Prozessfensterparameter bereitzustellen.
Für Anwendungen beim Transferdrucken liefern die Wärme und der Druck im Spalt 22 ein gewisses zusätzliches Verflachen und Ausbreiten des Tintenbildes 26 auf dem endgültigen Aufnahmesubstrat 21. Der Hauptanteil beim Verflachen der Tintentropfen wird jedoch auf der Trommel 14 erreicht, womit nahezu jeglicher Bedarf für eine Nachbearbeitung oder Fixierung des Tintenbildes vermieden wird. Des weiteren ermöglicht es diese Erfindung, dass sich Tintentropfen, die zu vollständig mit Sekundärfarbe gefüllten Bereichen angrenzend abgeschieden sind, ausbreiten und die gefüllten Bereiche berühren, was nicht allgemein mit konventionellen Rollfixierern auf Grund der Steifigkeit in Längsrichtung derartiger Rollen möglich ist. Die Tintentropfen verflachen und breiten sich vielmehr radial nach außen mit minimaler innerer Verspannung aus, da die Tinte sich noch in der flüssigen Phase befindet. Es wird vermutet, dass die auf diese Weise gebildeten Tintentropfen haltbarer sind als solche, die konventionellen Fixierungsdrucken ausgesetzt werden.
Der Fachmann erkennt, dass Teile dieser Endung alternative Ausführungsformen aufzeigen. Beispielsweise kann diese Erfindung beim direkten Tintenstrahldrucken mit Phasenänderungstinte angewendet werden, um das Tropfenverflachen und Ausbreiten der Tintentropfen, die direkt auf ein endgültiges Druckmedium aufgebracht werden, etwa auf eine Folie, zu verbessern. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Folie zunächst mit einer das Tintenbild aufnehmenden Flüssigkeitsschicht beschichtet. Die Flüssigkeitsschicht empfängt dann das geschmolzene Phasenänderungstintenbild. Die einzelnen Tintentropfen breiten sich aus und verflachen sich bei Berührung mit der Flüssigkeitsschicht in einer Weise, die zuvor beim Transferdrucken beschrieben ist. Die Flüssigkeitsschicht verdampft und lässt die verflachten und ausgebreiteten Tintentropfen auf der Folie in einer geometrischen Orientierung zurück, die für einen geradlinigen Lichtdurchgang geeignet ist. Die Flüssigkeitsschicht kann eine verdampfbare Flüssigkeit, eine haftungsfördernde Flüssigkeit oder aushärtbare Kleberflüssigkeit sein. Mögliche Aushärtprozesse können Verdampfen, Aufwärmen, Bestrahlung mit Ultraviolettenergie, chemische Reaktion oder gewisse Kombinationen davon beinhalten.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung, in der ein Tintenstrahldruckkopftropfen 122 aus Phasenänderungstinte auf eine relativ dicke Flüssigkeitsschicht 124, etwa eine Viskoseansammlung aus dielektrischer Flüssigkeit, auswirft, die auf einer Trägeroberfläche 126 getragen wird, die sich in einer durch einen Pfeil 128 gekennzeichneten Richtung bewegt. Wenn die Tropfen 122 die Flüssigkeitsschicht 124 berühren, verflachen diese sich, breiten sich aus und kühlen sich ab, wie dies zuvor beschrieben ist, um ein Tintenbild 130 zu bilden. Da die Flüssigkeitsschicht 124 relativ empfindlich ist, erfordert das Übertragen des Tintenbildes 120 auf das endgültige Aufnahmemedium 122 einen gewissen Prozess, etwa eine elektrostatische Anziehung.
Die Tropfen 122, die das Tintenbild 130 bilden, werden auf eine Spannung erster Polarität mittels einer Ladungskorona 134 aufgeladen, wenn sie sich in die Richtung 128 bewegen. Das endgültige Aufnahmemedium 132 wird von einem Mediumhalter 136, etwa einer Trommel, getragen, die sich in einer durch einen Pfeil 138 gekennzeichneten Richtung bewegt und die sich auf einer Spannung mit einer Polarität befindet, die entgegengesetzt zu jener des Tintenbilds 130 ist. Ein Abstand 140 zwischen der Flüssigkeitsschicht 124 und dem endgültigen Aufnahmemedium 132 ist ausreichend klein, so dass das Tintenbild 130 zu dem endgültigen Aufnahmemedium 132 hingezogen und an diesem festgehalten wird. Eine ausreichende Haftung des Tintenbildes 130 an dem endgültigen Aufnahmemedium 132 kann optional eine Nachbehandlung oder Fixierung erfordern.
Die Ladungskorona 134 kann vermieden werden, wenn die Tropfen 122 von dem Druckkopf 120 in einem geladenen Zustand ausgeworfen werden. Alternativ kann die Trägeroberfläche 126 ein dielektrisches Material sein und die Fluidschicht 124 könnte geladen sein, so dass das Tintenbild 130 auf das endgültige Aufnahmemedium 132 übertagen wird.
Des weiteren kann die Trommelheizung 28 vermieden werden, wenn ein Prozessfenster erhalten werden kann, das eine Trommeltemperatur von ungefähr 30°C mit einschließt. Es sind einfarbige oder Farbvarianten erfindungsgemäß ausführbar. Es können andere Arten für eine Trägeroberfläche als eine Trommelfläche, etwa eine flache Platte oder ein Riemen angewendet werden. Die Erfindung kann in diversen Anwendungen zur Markierung von Medien, etwa in Faxmaschinen, Kopierern und Computerdruckern eingesetzt werden. Das Prozessfenster kann ebenso differieren in Abhängigkeit diverser Kombinationen des Spaltendrucks, der Tintenkomposition, der Zusammensetzung der Zwischentransferoberfläche, der Oberflächenbeschaffenheit der Trommeloberfläche und deren Komposition und der Zusammensetzung des Druckmediums. Die Zwischentransferoberfläche kann ferner auf diverse Arten auf die Trommel aufgebracht werden, etwa mittels einer Anordnung mit einem mit Öl gesättigtem Gewebe und einer Dosierklinge, einem Docht und einem Reservoir mit einem trockenreinigenden Gewebe mit anschließender Dosierungsklinge, durch Kontakt mit einem ölgetränkten Material oder durch Anwendung eines ölgetränkten Kissens. Ferner kann die Rolle 23 erwärmt werden, um den Transfer und das Fixieren des Bildes 26 zu bzw. auf dem endgültigen Aufnahmesubstrat 21 zu erleichtern. In ähnlicher Weise kann der Vorheizer 27 für das Druckmedium vermieden werden, um Duplex-Druckanwendungen zu erleichtern oder um unterschiedliche Prozessfenster für das Drucken anzuwenden.
Der Fachmann erkennt, dass viele Änderungen hinsichtlich der Details der oben beschriebenen Ausführungsformen dieser Erfindung durchgeführt werden können, ohne von deren Prinzipien abzuweichen. Es ist daher selbstverständlich, dass die Erfindung auch auf das Abbilden mittels Tintenstrahldrucken mit Phasenänderungstinte anwendbar ist, die nicht in Druckern stattfinden. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist daher lediglich durch die folgenden Patentansprüche festgelegt.

Claims

Abbildungsvorrichtung mit: einem Tintenstrahldruckkopf (11) zum Auswerfen flüssiger Tropfen mit Phasenänderungstinte mit einer Energie und einer Temperatur innerhalb eines vordefinierten Bereichs; einer Trägeroberfläche (14) zum Aufnehmen einer Zwischenoberfläche (12, 124); wobei die Trägeroberfläche so ausgebildet ist, um eine Temperatur der Zwischenoberfläche innerhalb eines spezifizierten Bereichs zu halten; einem Applikator (15) zum Aufbringen der Zwischenoberfläche (12, 124) als eine Flüssigkeit mit einer Dicke und einer Viskosität innerhalb eines spezifizierten Bereiches auf die Trägeroberfläche (14), wobei der Tintenstrahldruckkopf (11) so angeordnet ist, die flüssigen Tropfen mit Phasenänderungstinte in Richtung auf die flüssige Zwischenoberfläche (12, 124) auszuwerfen, so dass die flüssigen Tropfen aus Phasenänderungstinte bei Kontakt mit der Zwischenoberfläche (12, 124) sich verflachen, verbreiten und abkühlen, um ein festes Bild aus Phasenänderungstinte (26) zu bilden, wobei die vordefinierten Bereiche der Energie und der Temperatur der flüssigen Tropfen aus Phasenänderungstinte, der spezifizierte Bereich der Temperatur der Zwischenoberfläche und die spezifizierten Bereiche der Dicke und der Viskosität der Zwischenoberfläche so ausgewählt sind, dass die Tropfen aus Phasenänderungstinte des festen Bildes ein Verhältnis aus Durchmesser zu Höhe von größer als ungefähr 4 : 1 aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, in der das Verhältnis aus Durchmesser zu Höhe der abgekühlten Tintentropfen in einem Bereich von ungefähr 6 : 1 bis ungefähr 16 : 1 liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägeroberfläche ein lichtdurchlässiger Film ist und die Zwischenoberfläche eine verdampfbare Flüssigkeit und/oder eine die Haftung fördernde Flüssigkeit und/oder eine aushärtbare Haftmittelflüssigkeit enthält, wobei das Tintenbild auf dem dichtdurchlässigen Film in einer Konfiguration anhaftet, die für einen im Wesentlichen geradlinigen Lichtdurchgang geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner ein endgültiges Aufnahmemedium (21, 132) aufweist, das das Tintenbild durch Transfer von der Zwischenoberfläche (124) empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die ferner eine elektrostatische Aufladeeinrichtung (134) umfasst, um zu bewirken, dass das Tintenbild auf einem anderen elektrischen Potential liegt als das endgültige Empfangsmedium (122), so dass elektrostatische Anziehungskräfte das Tintenbild von der Zwischenoberfläche auf das endgültige Empfangsmedium übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zwischenoberfläche ein dielektrische Fluidum und die elektrostatische Ladeeinrichtung eine aufladende Korona (134) ist, die zu dem Tintenbild hin gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die ferner eine rotierende Trommel (14) und eine Rolle (23) aufweist, die einen Spalt (22) dazwischen bilden, und wobei die Trägeroberfläche auf der Trommel liegt und das endgültige Empfangsmedium (21) in den Spalt eingeführt wird, um das Tintenbild von der Zwischenoberfläche aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das endgültige Empfangsmedium ein lichtdurchlässiger Film ist, der das Tintenbild in einer Konfiguration aufnimmt, die für einen im Wesentlichen geradlinigen Lichtdurchgang geeignet ist.
Abbildungsverfahren mit: Anordnen einer flüssigen Zwischenoberfläche (12, 124) mit einer Dicke, einer Temperatur und einer Viskosität, die jeweils in einem spezifizierten Bereich liegen, auf einer Trägeroberfläche; Auswerten flüssiger Tropfen aus Phasenänderungstinte mit einer Energie und einer Temperatur, die jeweils in einem spezifizierten Bereich (122) liegen, in Richtung auf die Zwischenoberfläche; und Bilden eines festen Bildes mit Phasenänderungstinte (26, 140), wenn die Tintentropfen sich abflachen, ausdehnen und abkühlen infolge des Kontakts mit der Zwischenoberfläche, wobei die spezifizierten Bereiche für die Dicke, die Temperatur und die Viskosität der flüssigen Zwischenoberfläche und die spezifizierten Bereiche für die Energie und die Temperatur der ausgeworfenen flüssigen Tropfen aus Phasenänderungstinte so gewählt werden, dass die festen Tintenflecke ein Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der festen Tintenflecken aufweisen, das größer als 4 : 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 9 , wobei das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der festen Tintenflecke im Bereich von ungefähr 6 : 1 bis ungefähr 16 : 1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Trägeroberfläche ein lichtdurchlässiger Film ist und das Verfahren ferner umfasst: Ausheizen der flüssigen Schicht, um das feste Tintenbild auf dem lichtdurchlässigen Film anzuhaften; und Durchschicken von Licht durch den lichtdurchlässigen Film und das feste Tintenbild in einer im Wesentlichen geradlinigen Weise, die für eine Projektion geeignet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, das ferner die Schritte umfasst: Bereitstellen eines endgültigen Empfangsmediums (21, 132), und Übertragen des festen Tintenbilds von der Zwischenoberfläche auf das endgültige Empfangsmedium.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bereitstellen und das Übertragen ferner umfasst: Bilden eines Spalts (22) zwischen einer Rotationstrommel (14) und einer Rolle (22), wobei die Trägeroberfläche auf der Trommel angeordnet ist; Einführen des endgültigen Empfangsmediums (21) in den Spalt; und Übertragen des Tintenbildes von der Zwischenoberfläche auf der Trommel zu dem endgültigen Empfangsmedium.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Erwärmen der Trommel auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen ungefähr 30°C bis ungefähr 55°C umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das endgültige Empfangsmedium ein lichtdurchlässiger Film ist, der das Tintenbild von der Zwischenoberfläche in einer Konfiguration empfängt, die für einen im Wesentlichen geradlinigen Lichtdurchgang geeignet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Übertragen ferner umfasst: Aufladen des Tintenbildes (130) auf ein elektrisches Potential, das sich von jenem des endgültigen Empfangsmediums (132) unterscheidet; Anordnen des Tintenbildes in der Nähe des endgültigen Empfangsmediums; und Übertragen des festen Tintenbildes von der Zwischenoberfläche (124) auf das endgültige Empfangsmedium durch elektrostatische Anziehung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Aufladens umfasst: Richten einer Ladungskorona (134) auf das Tintenbild.