DE102011007736A1

DE102011007736A1 - Verfahren zum Niveauausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtungen, die zum Drucken verwendbar sind

Info

Publication number: DE102011007736A1
Application number: DE201110007736
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Kovacs; E. Steven Ready; David K. Biegelsen; Lars-Erik Swartz; Christopher Paulson
Original assignee: Palo Alto Research Center Inc; Xerox Corp
Current assignee: Palo Alto Research Center Inc; Xerox Corp
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-11-10
Also published as: US20140020624A1; JP2011224994A; US20110261127A1; US8617667B2; US9004669B2; JP5632791B2

Abstract

Es werden Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtungen, die für das Drucken geeignet sind, bereitgestellt. Eine anschauliche Ausführungsform der Verfahren umfasst: Beaufschlagen von Tinte, die auf einer Oberfläche eines por von mindestens einer Strahlungsenergiequelle abgegeben wird. Die Strahlung erwärmt die Tinte auf zumindest eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte, so dass die Tinte lateral auf der Oberfläche fließen kann, um einen Höhenausgleich der Tinte zu erzeugen. Die Tinte wird ausreichend schnell erwärmt, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat klein ist während des Höhenausgleichs, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur gekühlt wird, wodurch ein ausgeprägtes Eindringen der Tinte in das Substrat verhindert wird.

Description

Hintergrund
Bei Druckprozessen wird Markierungssubstanz bzw. Drucksubstanz auf Substrate aufgebracht, um Bilder zu erzeugen. In einigen Prozessen können die gedruckten Bilder ein Banderolieren bzw. eine Formabweichung auf Mikro-Ebene und ein durchdruckendes Verhalten auf den Substraten aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Aufgabe, Verfahren zur Höhenangleichung bzw. Niveauangleichung von Tinte aus Substraten und Vorrichtungen bereitzustellen, die beim Drucken benutzbar sind, wobei diese gedruckten Bilder mit hoher Qualität auf unterschiedlichen Arten von Substraten erzeugen können.
Überblick
Es werden Verfahren für den Höhenausgleich bzw. Niveauausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtung, die beim Drucken anwendbar sind, bereitgestellt. Eine anschauliche Ausführungsform der Verfahren zum Niveauausgleichen von Tinte auf einem Substrat umfasst das Beaufschlagen von Tinte, die auf einer ersten Oberfläche eines porösen Substrats angeordnet ist, mit einer ersten Strahlung, die von mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle ausgesandt wird. Die erste Strahlung erwärmt die Tinte auf mindestens eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte auf, um zu ermöglichen, dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, so dass ein Höhenausgleich der Tinte erzeugt wird. Die Tinte wird dabei ausreichend rasch erwärmt, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat während des Höhenausgleichs ausreichend gering ist, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein ausgeprägtes Eindringen der Tinte in das Substrat verhindert wird.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt die erste Strahlung ein Emissionsspektrum mit Emissionsmaxima an mehr als einer Wellenlänge.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Strahlung ein monochromatisches Licht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine erste Strahlungsenergiequelle mindestens eine Leuchte und einen Reflektor, der relativ zu jeder Leuchte so positioniert ist, dass die erste Strahlung auf die Tinte auf der ersten Oberfläche des Substrats reflektiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Erwärmen der Tinte auf eine Temperatur, die größer ist als die Viskositätsschwellwerttemperatur; und
Aufbringen der erwärmten Tinte auf die erste Oberfläche des Substrats mit mindestens einem Druckkopf.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Tinte auf der ersten Oberfläche der Substrats mit der ersten Strahlung zum Höhenausgleich der Tinte beaufschlagt unmittelbar nach dem Aufbringen der Tinte auf die erste Oberfläche.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Substrat relativ zu der mindestens einen ersten Strahlungsenergiequelle bewegt, während die Tinte mit der ersten Strahlung beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Abkühlen der zweiten Oberfläche des Substrats, während die Tinte mit der ersten Strahlung beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt das Durch-Drucken (PT) der Tinte in dem Substrat einen Wert von < als ungefähr 0,04, der durch die Gleichung festgelegt ist: PT = Durch-Scheinen (ST) – OD(CP), wobei ST die optische Dichte der zweiten Oberfläche des Substrats ist, OD(CP) die optische Dichte der ersten Oberfläche des Substrats ist, wenn diese von einem leeren Substrat der gleichen Materialart wie das erste Substrat bedeckt ist, und ST und OD(CP) durch ein Dichtemessgerät gemessen sind.
In einer weiteren Ausführungsform tritt im Wesentlichen keine Aushärtung der Geltinte durch das Beaufschlagen der Geltinte mit der ersten Strahlung auf, die von der mindestens ersten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Beaufschlagen der Geltinte auf der Oberfläche des Substrats mit UV-Strahlung, die von einer zweiten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird, um die Geltinte nach dem Höhenausgleich der Geltinte zu vernetzen.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Substrats relativ zu der mindestens einen ersten Strahlungsenergiequelle, während die Tinte mit der ersten Strahlung beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Abkühlen der zweiten Oberfläche des Substrats, wenn die Tinte mit der ersten Strahlung durch die mindestens eine erste Strahlungsenergiequelle beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine kombinierte Einrichtung, die die Druckeinrichtung und die Höhenausgleichseinrichtung aufweist, wobei die Höhenausgleichseinrichtung so positioniert ist, dass die erste Strahlung unmittelbar auf die Tinte abgegeben wird, nachdem die Tinte auf die erste Oberfläche aufgebracht ist, um die Tinte zu nivellieren.
In einer weiteren Ausführungsform ruft die erste Strahlung, die von der mindestens einen ersten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird, im Wesentlichen keine Aushärtung der Tinte hervor und die Vorrichtung umfasst ferner eine zweite Strahlungsenergiequelle für das Beaufschlagen von Tinte auf der ersten Oberfläche des Substrats mit UV-Strahlung, um die Tinte nach der Nivellierung der Tinte zu vernetzen.
Zeichnungen
1 stellt eine Kurve dar, die die Abhängigkeit zwischen der Markiersubstanz- bzw. Drucksubstanzviskosität und der Temperatur für eine anschauliche Drucksubstanz zeigt.
2 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Vorrichtung, die für das Drucken verwendbar ist mit einer Markiereinrichtung bzw. einer Druckeinrichtung, einer Höhenausgleichseinrichtung und einer optionalen Aushärteinrichtung.
3 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Strahlungsenergiequelle der Höhenausgleichseinrichtung.
4 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer kombinierten Druckeinrichtung/Höhenausgleichseinrichtung.
5 zeigt Kurven, die die Emission in Prozent gegenüber der Emissionswellenlänge darstellen, wobei die Überlappung der Emissionsspektren von Wolframleuchten bei Farbtemperaturen von ungefähr 2500 K und 3000 K dargestellt ist mit verallgemeinerten Absorptionsspektren für gelb (Y) absorbierende, rot bzw. magenta (M) absorbierende, blau bzw. cyan (C) absorbierende und infrarot (IR) absorbierende Farbstoffe.
6a bis 6f zeigen Bilder von links oben nach rechts mit 600 × 600 dpi-Bereichen (die modifiziert sind, so dass jede siebte Zeile leer ist) und mit 600 × 300 dpi-Bereichen jeweils mit einer Breite von 0,5 inch. Die Bereiche wurden mit einer standardmäßigen schwarzen UV-Geltinte mit 7,5 wt% Gel und 5 wt% Wachs auf 4200-Papier gedruckt. 6a zeigt die Bereiche, wie sie gedruckt sind. 6b bis 6f zeigen Bereiche nach dem Höhenausgleich unter Anwendung einer Wolframleuchte (Nennleistung von 1200 Watt bei einer Nennleuchtenspannung von 144 Volt, tatsächliche Leuchtenspannung 208 Volt, tatsächliche Leistung 2114 Watt) für Papiertransportgeschwindigkeiten von 1000 mm/Sekunde, 750 mm/Sekunde, 500 mm/Sekunde, 250 mm/Sekunde und 1125 mm/Sekunde. Die Bilder werden von der oberen linken Seite nach rechts (linke Hälfte 6a bis 6f) und von der unteren Seite rechts nach links (rechte Hälfte der 6a bis 6f) des Papiers betrachtet.
7 zeigt Kurven, die die optische Dichte und die entsprechende Druckdurchdringung bzw. das entsprechende Durchdrucken gegenüber der Papiertransportgeschwindigkeit für die Höhen ausgeglichenen 600 × 600 dpi-Bereiche darstellen, die in den 6b bis 6f gezeigt sind, um die optische Dichte unmittelbar nach dem Drucken und das Eindringen der Drucksubstanz bzw. das Durchdrucken für die Bereiche darzustellen, die in 6f gezeigt sind.
8a bis 8f zeigen Bilder, von oben rechts nach links mit 600 × 600 dpi-Bereichen, 600 × 600 dpi-Bereichen, die so modifiziert sind, dass jede siebte Zeile leer ist, mit 600 × 150 dpi-Bereichen und mit 150 × 150 dpi-Bereichen, wovon jeder eine Breite von 0,5 inch aufweist. Die Bereiche wurden mit einer standardmäßigen blauen UV-Geltintenmischung mit 7,5 wt% Gel und 5 wt% Wachs auf 4200 Papier gedruckt. 8a zeigt Bereiche unmittelbar nach dem Drucken. 8b bis 8f zeigen Bereiche nach dem Höhenausgleich unter Anwendung einer Wolframleuchte (Nennleistung 500 Watt bei einer Nennleuchtenspannung von 120 Volt, tatsächliche Leuchtenspannung 208 Volt, tatsächliche Leistung 1166 Watt) bei Papiertransportgeschwindigkeit von 1000 mm/Sekunde, 750 mm/Sekunde, 500 mm/Sekunde, 250 mm/Sekunde und 125 mm/Sekunde. Die Bilder werden von der oberen Seite von rechts nach links (linke Hälfte der 8a bis 8f) und von der unteren Seite von links nach rechts (reichte Hälfte der 8a bis 8f) des Papiers betrachtet.
9 zeigt Graphen, die die optische Dichte und das entsprechende Eindringen des Druckmaterials bzw. das Durchdrucken gegenüber der Papiertransportgeschwindigkeit nach dem Höhenausgleich von 600 × 600 dpi-Bereichen darstellen, die in den 8b bis 8f gezeigt sind und die die optische Dichte unmittelbar nach dem Drucken und das Durchdrucken für die Bereiche angegeben, die in 8 gezeigt sind.
10a bis 10f zeigen Bilder, oben von rechts nach links, von 600 × 600 dpi-Bereichen, in denen jede siebte Zeile modifiziert ist, so dass diese leer ist, von 600 × 150 dpi-Bereichen und von 150 × 150 dpi-Bereichen, die jeweils eine Breite von 0,5 inch besitzen. Die Bereiche wurden mit einer blauen UV-Gel-Tinte mit 10 wt% Gel und 10 wt% Wachs auf 4200 Papier gedruckt. 10a zeigt die Bereiche in der gedruckten Form und 10b bis 10f zeigen Bereiche mit Höhenausgleich unter Anwendung einer Wolframleuchte (Nennleistung 100 Watt bei einer Nennleuchtenspannung von 120 Volt, tatsächliche Leuchtenspannung 208 Volt, tatsächliche Leistung 1166 Watt) für Papiertransportgeschwindigkeiten von 1000 mm/Sekunde, 750 mm/Sekunde, 500 mm/Sekunde, 250 mm/Sekunde, und 125 mm/Sekunde. Die Bilder werden von der oberen Seite von rechts nach links (linke Hälfte der 10a bis 10f) und von der unteren Seite von links nach rechts (rechte Hälft der 10a bis 10f) des Papiers betrachtet.
11 zeigt Graphen, die die optische Dichte und das entsprechende Durchdrucken bzw. das Eindringen der Drucksubstanz gegenüber der Papiertransportgeschwindigkeit für die höhenausgeglichenen 600 × 600 dpi-Bereiche darstellen, die in den 10b bis 10f gezeigt sind, und die die bedruckte optische Dichte und das Eindringen der Drucksubstanz für die Bereiche darstellen, die in 10a gezeigt sind.
Detaillierte Beschreibung
Die offenbarten Ausführungsformen umfassen Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten. Eine anschauliche Ausführungsform der Verfahren umfasst: Beaufschlagen von Tinte, die auf einer ersten Oberfläche eines porösen Substrats aufgebracht ist, mit einer ersten Strahlung, die von mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle ausgesandt wird. Die erste Strahlung erwärmt die Tinte auf zumindest eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte, um zu ermöglichen, dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Tinte zu erzeugen. Die Tinte wird ausreichend schnell erwärmt, so dass die Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat während des Höhenausgleichs ausreichend gering ist, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Tinteneindringen in das Substrat verhindert wird.
Eine weitere anschauliche Ausführungsform der Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten umfasst: Beaufschlagen einer Geltinte, die auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, mit einer ersten Strahlung, die von mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle ausgesandt wird. Die Oberfläche ist in Bezug auf die Geltinte nicht durchlässig. Die erste Strahlung wärmt die Geltinte auf mindestens eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Geltinte, um zu ermöglichen, dass die Geltinte lateral auf der Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Geltinte zu erzeugen.
Die offenbarten Ausführungsformen umfassen ferner Vorrichtungen, die beim Drucken einsetzbar sind. Eine anschauliche Ausführungsform der Vorrichtung umfasst eine Druckeinrichtung zum Aufbringen von Tinte auf eine erste Oberfläche eines porösen Substrats, wobei die Tinte eine Viskositätsschwellwertstemperatur besitzt, bei der die Tinte eine Viskosität zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert der Tinte aufweist; die Vorrichtung umfasst ferner eine Höhenausgleichseinrichtung mit mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle, die erste Strahlung auf Tinte aussendet, die auf der ersten Oberfläche des porösen Substrats aufgebracht ist. Die erste Strahlung erwärmt die Tinte auf mindestens die Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte, so dass es möglich ist, dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Tinte zu erzeugen. Die Tinte wird ausreichend schnell erwärmt, so dass die Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat während des Höhenausgleichs ausreichend gering ist, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Tinteneindringen in das Substrat verhindert wird.
Es können Tinten, die mit Ultraviolettlicht (UV) aushärtbar sind, in den Druckprozessen verwendet werden, um Bilder auf Substraten zu erzeugen. UV-aushärtbare Tinten werden auf einer Oberfläche eines Substrats aufgebracht und anschließend mit UV-Licht bestrahlt, um die Tinte auszuhärten und Bilder auf der Oberfläche zu fixieren. Es wurde erkannt, dass UV-aushärtbare Tinten mit geringer Viskosität einen nicht-akzeptablen hohen Anteil an Drucksubstanzeintrag bzw. Durchdrucken zeigen, wenn diese auf einfachen Papiersubstraten aufgebracht werden, die porös sind. Das Durchdrucken bzw. Eindringen von Drucksubstanz ist ein Maß des Tinteneindringens in der Dickenrichtung der Substrate. Der Effekt des Durchdruckens führt dazu, dass UV-aushärtbare Tinte mit geringer Viskosität nicht geeignet sind für Druckanwendungen mit einfachen Papiersubstraten.
UV-aushärtbare Geltinten („UV-Geltinten”) sind eine weitere Art von Drucksubstanz, die zur Erzeugung von Bildern auf Substraten verwendet werden kann. Diese Tinten bieten wünschenswerte Eigenschaften einschließlich höherer Viskositäten als konventionelle UV-aushärtbare Tinten mit geringer Viskosität. UV-Geltinten werden erwärmt, so dass diese abrupt ihre Viskosität ändern und werden anschließend auf Substrate aufgebracht. Diese Tinten erstarren bei Kontakt mit den kühleren Substraten. Es wird beobachtet, dass das Erstarren bzw. Aushärten von UV-Geltinten bei dem anfänglichen Aufbringen auf Substraten, etwa auf Papier, eine Tintentropfenfehljustierung zu einer Banderolierung bzw. Formveränderung auf Mikroebene von Bildern führen kann, die auf den Substraten erzeugt werden.
UV-aushärtbarte Tinten, die auf Substraten aufgebracht werden, können in der Höhe nivelliert bzw. ausgeglichen wenden, indem Druck auf Tinten ausgeübt wird, wie dies in diversen Druckschriften, beispielsweise in der US-Patentschrift 12/256,670 beschrieben ist.
Bilder, die auf Substraten unter Anwendung von UV-Geltinten erzeugt werden, können unter Anwendung einer Strahlungsquelle für IR-VIS (Infrarot bis sichtbare Strahlung) nivelliert werden, ohne dass ein physikalischer Kontakt mit den Bildern hervorgerufen wird. Es wurde erkannt, dass längeres Erwärmen von UV-Geltinten unter Anwendung derartiger Quellen ein Tinteneindringen auf porösen einfachen Papiersubstraten auf Grund der Energiemenge hervorrufen kann, die auf die Substrate während der ausgeprägten Aufheizphase übertragen wird, wodurch nachfolgend Tinte auf Grund des warmen Papiers eindringt.
Im Hinblick auf diese Beobachtungen bezüglich UV-Geltinten sowie bezüglich anderer Arten von Tinten werden Verfahren zum Höhenausgleich von Tintensubstraten und Vorrichtungen, die zum Drucken geeignet sind, und die zum Ausführen der Verfahren verwendet werden können, bereitgestellt. Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtung können unterschiedliche Arten von Tinten auf Substraten nivellieren bzw. in der Höhe ausgleichen. Die zum Erzeugen von Bildern auf Substraten verwendeten Tinten können beliebige geeignete Tintenzusammensetzungen sein, die thermisch abkühlend in einen ausreichend steifen Zustand übergeht und die einen ausreichend scharfen Schmelzübergang bei höheren Temperaturen im Vergleich zur Substrattemperatur besitzen. Anschauliche Tinten besitzen eine Viskositätsbereich von 10¹ bis ungefähr 10⁶ cP über einen Temperaturbereich von weniger als ungefähr 40 Grad C, weniger als ungefähr 30 Grad C, weniger als ungefähr 20 Grad C oder weniger als ungefähr 10 Grad C, um einige Beispiele zu nennen.
Beispielsweise können in anschaulichen Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen Geltinten auf Substraten nivelliert bzw. in der Höhe ausgeglichen werden. 1 zeigt eine Kurve, die die Viskosität als eine Funktion der Temperatur für eine typische Geltinte darstellt, die Eigenschaften besitzt, die vergleichbar sind mit anschaulichen Ausführungsformen der offenbarten Verfahren zum Höhenausgleich von Tinten auf Substraten. Wie gezeigt, besitzt das Viskositätsprofil der Geltinte einen scharfen Schwellwert und die Tinte geht von einem relativ viskosen (mit einer Viskosität von beispielsweise der Größenordnung oder größer als ungefähr 10⁶ cP) Zustand, in welchem kein leichtes Fließen möglich ist, in einen relativ nicht-viskosen Zustand über (mit einer Viskosität von beispielsweise der Größenordnung von weniger als ungefähr 10¹ cP), in welchem ein Fließen relativ leicht möglich ist, wobei dies über einen relativ engen Temperaturbereich stattfindet. Derartige Geltinten können eine große Änderung in der Viskosität über einen geringen Temperaturbereich von ungefähr weniger als ungefähr 40 Grad C, weniger als ungefähr 30 Grad C, weniger als ungefähr 20 Grad C oder weniger als ungefähr 10 Grad C beispielsweise aufweisen. Derartige Geltinten gehen thermisch initiiert in einen ausreichend steifen Zustand über und besitzen eine ausreichend scharfe Schmelztemperatur bei einer erhöhten Temperatur im Vergleich zu der Substrattemperatur, so dass dies mit beispielhaften Ausführungsformen der offenbarten Verfahren zum Höhenausgleich der Tinten auf Substraten kompatibel ist.
Beispielhafte Tinten besitzen Eigenschaften, wie sie in 1 gezeigt sind, und diese können verwendet werden, um Bilder auf Substraten in Ausführungsformen der offenbarten Verfahren und der Vorrichtungen zu erzeugen, wie sie in US-Patenanmeldeschrift 2007/0120919 beschrieben sind, die eine Phasenänderungstinte mit einem Farbstoff, einem Initiator und einem Tintentransportsystem beschreibt; auch in der US-Patentschrift 2007/0123606 ist eine Phasenänderungstinte mit einem Farbmittel, einem Initiator und einem Phasenänderungstintenträger beschrieben; in dem US-Patent 7,559,639 wird ebenfalls eine strahlungsaushärtbare Tinte mit einem aushärtbaren Monomer beschrieben, das bei 25 Grad C flüssig ist, da die Tinte aushärtbares Wachs und Farbmittel aufweist, die beide zusammen eine strahlungsaushärtbare Tinte bilden.
In dem in 1 gezeigten Graphen gibt es eine Viskositätsschwellwerttemperatur T₀, die als die Temperatur definiert ist, bei der die Viskosität der Tinte zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert liegt. Bei T₀ ist die Viskosität der Tinte ausreichend gering, so dass diese leicht fließen kann. T₀ kann typischerweise im Bereich von 55 Grad C bis ungefähr 65 Grad C für anschauliche Geltinten liegen. In anschaulichen Ausführungsformen wird die Tinte auf zumindest die Viskositätsschwellwerttemperatur aufgeheizt, um es zu ermöglichen, dass die Tinte in ausreichender Weise unter dem Einfluss von Oberflächen/Grenzflächenspannungen und Grenzflächenkapillarkräften auf einer Oberfläche eines Substrats fließt.
Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen können Bilder in der Höhe ausgleichen, die auf Substraten ausgebildet sind, um die Formveränderung auf Mikroebene der Bilder zu vermeiden, ohne dass ein physikalischer Kontakt mit den Bildern während des Höhenausgleichs stattfindet. Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen können Tinten auf porösen Substraten mit minimalem Druchdrucken in der Höhe ausgleichen. Derartige poröse Substrate besitzen offene Poren, die sich von einer Vorderseite, auf der die Tinten aufgebracht sind, in Richtung zu einer gegenüberliegenden Rückseite erstrecken, auf der ebenfalls Tinte aufgebracht wenden kann. Die offenen Poren können sich teilweise oder vollständig über die gesamte Dicke des Substrats, wobei die Dicke durch der Oberfläche der Vorderseite und die Oberseite der Rückseite festgelegt ist, erstrecken. Die Tinte kann in die Poren eindringen. Das Durchscheinen (ST) ist als die optische Rückseitendichte definiert. Wenn OD(CP) als die optische Dichte (OD) der vorderen Oberfläche eines Substrats, das von einem leeren Blatt aus einem Papiersubstrat abgedeckt ist, definiert ist, dann ist das Durchdrucken bzw. das Tinteeindringen (PT) definiert als PT = ST – OD(CP). In Ausführungsformen ist der PT-Wert kleiner als ungefähr 0,05, etwa kleiner als ungefähr 0,035, kleiner als ungefähr 0,03 oder kleiner als ungefähr als 0,025.
Die Verfahren und Vorrichtungen können auch verwendet werden, um Tinten, etwa Geltinten und dergleichen, auf Substraten in der Höhe auszugleichen, die kein normales Papier sind, etwa beschichtetes Papier, Kunststoff- und Metallschichten und Laminate. Diese Substrate können eine Oberfläche aufweisen, auf der Tinte aufgebracht ist und die für die Tinte undurchlässig ist. Diese Substrate können aus wärmeempfindlichen Materialien, etwa wärmeempfindlichen Kunststoffen, aufgebaut sein. Ausführungsformen der Vorrichtungen können verwendet werden bei der Xerographie-, Lithographie- und Flexographie-Verfahren.
Ausführungsformen der Vorrichtungen umfassen zumindest eine Strahlungsenergiequelle, die Strahlung zur Erwärmung von Tinten auf Substraten aussendet. Die ausgesandte Strahlung erzeugt eine Kurzzeitbeaufschlagung über eine kleine Strecke auf dem Substrat hinweg. Die Strahlungsbeaufschlagung liefert ausreichend thermische Energie für die Tinten, so dass diese sich bis zu einem Punkt erwärmen, so dass ihre Viskosität reduziert wird, um damit zu ermöglichen, dass die Tinte nivelliert wird durch oberflächenspannungsgetriebene laterales Zerfließen auf Substratoberflächen. Dieses laterale Zerfließen oder Fließen verhindert eine Formänderung bzw. ein Banderolieren von Bildern auf Mikroebene, wenn die Bilder durch Tinte erzeugt werden.
In Ausführungsformen ist die Strahlungsbeaufschlagung wünschenswerter Weise ausreichend hoch und ausreichend kurz, um lediglich eine minimale Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat zu erzeugen. Diese Wärmeübertragung ist vorteilhafter Weise ausreichend kurz, um die lediglich eine minimale Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat zu erzeugen. Diese Wärmeübertragung ist vorteilhafter Weise nicht ausreichend, um das Substrat, das mit der Tinte in Kontakt ist, auf eine Temperatur oberhalb des Tintenschmelzpunktes aufzuheizen. Die Strahlungsbeaufschlagung kann wirksam sein, um das Eindringen von Geltinten und dergleichen in poröse Substraten, etwa einfaches Papier, zu minimieren.
Im Hinblick auf die Aufheizzeit der Tinten auf Substraten gilt: wenn die Strahlungsenergiequelle Strahlung mit einem festgelegten Leistungspegel aussendet, überträgt ein kurzer Impuls weniger Energie und erwärmt die Tinten weniger. Die abgegebene Strahlungsenergie kann konstant gehalten werden, indem der Leistungspegel angehoben wird. In derartigen Ausführungsformen führt ein kürzerer Impuls bei einem höheren Leistungspegel zu einer höheren Rate des Temperaturanstiegs von Tinten. Durch Optimierung der Absorption der Strahlungsenergie in den Tinten und durch Verwenden einer vorteilhaft starken Strahlungsenergiequelle können die Tinten in einer wünschenswert kurzen Zeitdauer t_RAD erhitzt werden.
Wenn eine Tinte auf einer Oberfläche eines porösen Substrats auf einer speziellen Temperatur ist, ermöglichen die Tintenviskosität und Oberflächenspannungen ein laterales Zerfließen auf der Oberfläche, um den Oberflächenbereich der Tinte zu verringern. Die Zeitdauer zum Erreichen dieses lateralen Zerfließens der Tinte ist t_L-R. In ähnlicher Weise führen Kapillarkräfte innerhalb der Poren des Substrats zu einem Eindringen in das Substrat. Die Zeitdauer, in der Tinte eine gegebene Strecke in derartigen Poren eindringt, ist t_PERM. Ferner geht Wärme, die in der Tinte absorbiert wird, durch Temperaturleitung in das kühlere Substrat über, wodurch oberflächennahe Gebiete des Substrats am stärksten aufgeheizt werden, wobei die Wärme schließlich zu der gegenüberliegenden Fläche des Substrats geleitet wird. Es gibt eine charakteristische Zeit t_DIFF für eine derartige Diffusion, die in Substraten auftritt. Der Wert von t_DIFF hängt von Faktoren ab, wozu die Wärmekapazität und die thermische Diffusionseigenschaften des Substrats gehören, sowie auch die Temperaturgradienten.
In Ausführungsformen des Höhenausgleichsprozesses sind die folgenden Abhängigkeiten zwischen diesen Zeitwerten voreilhaft: t_RAD ist vergleichbar mit oder kürzer als t_L-R und t_PERM; t_PERM ist größer als t_L-R; und t_L-R ist wesentlich kleiner als t_DIFF. Diese Abhängigkeiten können wie folgt beschrieben werden: t_RAD ≤ t_L-R < t_PERM << t_DIFF. Wenn t_DIFF ausreichend groß ist, ist, selbst wenn t_PERM kurz ist, ist der Temperaturgradient in dem Substrat ausreichend hoch und die Tinte schlägt in der Nähe der oberen Fläche des Substrats um und zerfließt hauptsächlich lateral entlang dieser Oberfläche.
2 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Vorrichtung 100, die für das Drucken geeignet ist. Die Vorrichtung 100 enthält eine Markier- bzw. Druckeinrichtung 110 zum Ausgeben von Tinte auf Substrate und eine Höhenausgleichseinrichtung bzw. Nivelliereinrichtung 120 zum Beaufschlagen der abgegebenen Tinte mit Strahlung eines ausgewählten Spektrums, um die Tinte in der Höhe auszugleichen. Die dargestellte Vorrichtung 100 umfasst ferner eine optische UV-Aushärteinrichtung 130, um die in der Höhe nivellierte UV-aushärtbare Tinte mit UV-Strahlung zu beaufschlagen, so dass die Tinte vernetzt und an Robustheit gewinnt, wenn derartige Tinten optional verwendet werden, um Bilder auf Substraten zu erzeugen.
2 zeigt ein Substrat 140, das auf einer Transporteinrichtung 150 aufliegt. Die Transporteinrichtung 150 kann ein Riemen oder dergleichen sein. Andere Arten von Einrichtungen, etwa Walzen, können ebenfalls zum Transport des Substrats 140 eingesetzt werden. Eine Schicht aus Tinte 144 im Zustand nach dem unmittelbaren Aufbringen ist auf der oberen Fläche 142 des Substrats 140 gezeigt. Die Transporteinrichtung 150 transportiert das Substrat 140 in Prozessrichtung A von der Druckeinrichtung 110, zu der Höhenausgleichseinrichtung 120 und der optionalen Aushärteinrichtung 130, um bedruckte Bilder auf dem Substrat 140 zu erzeugen. Die Höhenausgleichseinrichtung 120 ist typischerweise von der Druckeinrichtung 110 mit einem Abstand von ungefähr 10 cm bis ungefähr 50 cm entlang der Prozessrichtung A mit Abstand angeordnet. Für ein Substrat 140 in Form eines kontinuierlichen Materials kann eine stationäre Halteeinrichtung verwendet werden anstelle der Transporteinrichtung 150 und das Rollenmaterial kann über die Halteeinrichtung hinweggezogen werden, die ausgebildet ist, das Rollenmaterial unter einem festen Abstand zu der Druckeinrichtung 110, der Höhenausgleichseinrichtung 120 und der optionalen Aushärteeinrichtung 130 zu halten.
Die Druckeinrichtung 110 kann einen oder mehrere Druckköpfe (nicht gezeigt) aufweisen. Beispielsweise können Druckköpfe erhitzte piezoelektrische Druckköpfe sein. Typischerweise enthält die Druckeinrichtung 110 eine Reihe aus Druckköpfen. Die Druckköpfe können typischerweise in mehreren gestaffelt angeordneten Reihen in der Druckeinrichtung 110 vorgesehen sein. Die Druckköpfe können aus rostfreiem Stahl oder dergleichen aufgebaut sein. Die Druckköpfe können ein modulares skalierbares Array zum Erzeugen von Ausdrucken für die Verwendung von Substraten mit unterschiedlicher Größe bereitstellen. In den Druckköpfen können blaue, rote, gelbe und schwarze Tinten verwendet werden, um somit die Möglichkeit zu schaffen, Tinten mit unterschiedlicher Farbe aufeinander zu drucken.
Die Druckköpfe können die Tinte auf eine ausreichend hohe Temperatur aufheizen, um damit die Tintenviskosität auf die gewünschte Viskosität zu verringern, so dass diese über die Düsen ausgegeben werden kann. Z. B. können Gelttinten auf eine Temperatur oberhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur erhitzt werden. Die heiße Tinte wird dann als Tröpfchen aus den Düsen aus den Druckköpfen auf Substrate ausgeworfen, die an der Druckeinrichtung 110 vorbeitransportiert werden. Die Druckköpfe können eine gewünschte Tropfengröße erzeugen und ermöglichen eine Hochgeschwindigkeitsdruckausgabe.
Geltinten, etwa UV-Geltinten können in den Druckköpfen der Druckeinrichtung 110 ebenfalls verwendet werden. In anderen Ausführungsformen werden andere Arten von Tinten mit geeigneten Eigenschaften, etwa Wachstinten und dergleichen, in der Druckeinrichtung 110 zur Erzeugung von Bildern verwendet. Derartige Tinten können eine große Änderung in der Viskosität über einen kleinen Bereich der Temperatur beim Abkühlen oder Erwärmen aufweisen. UV-Gel-Tinten werden typischerweise auf eine Temperatur von mindestens ungefähr 80 Grad C in den Druckköpfen aufgeheizt, um die gewünschte Viskosität für das Auswerfen zu erreichen. UV-Gel-Tinten können typischerweise einen großen Anstieg in ihrer Viskosität aufweisen, wenn sie von der Auswurftemperatur um ungefähr 10 Grad C, beispielsweise von 80 Grad C auf 70 Grad C, abgekühlt werden. Wenn die Tinte auf ein Substrat auftrifft, etwa auf ein einfaches Papier, wird Wärme von der Tinte auf das kühlere Substrat übertragen. Die abgeschiedene Tinte kühlt rasch ab und entwickelt die Konsistenz eines Gels auf dem Substrat. Auf Grund des raschen Abkühlens besitzt die Tinte nicht ausreichend Zeit, um lateral zu fließen oder um einen Höhenausgleich auf dem Substrat zu erfahren.
Folglich können auf den Substraten erzeugte Bilder eine Formveränderung auf Mikroebene erleiden.
Es können Überdruckpumpen mit computergesteuerten Nadelventilen etwa die intelligente Pumpe 20, die von nScrypt, Inc. Orlando, Florida, erhältlich ist, zum Auswerfen von Tinten verwendet werden. Die Pumpen können sehr kleine Volumina bis hinab zu Picoliter mit hoher Viskosität, etwa eine Viskosität von über 10⁶ CP auswerfen. Derartige Pumpen können verwendet werden, um Geltinten bei Raumtemperatur auf Substrate aufzubringen. Die ausgeworfenen Geltinten können dann mittels der Ausführungsformen der Vorrichtungen und der hierin beschriebenen Verfahren in der Höhe ausgeglichen bzw. nivelliert werden.
Die Höhenausgleichseinrichtung 120 umfasst mindestens eine Strahlungsenergiequelle, die Strahlungsenergie auf die Tinte 144 abgibt. Die Strahlungsenergie kann ein Emissionsspektrum aufweisen, das innerhalb des sichtbaren und infraroten Bereichs des elektromagnetischen Spektrums liegt. In Ausführungsformen ist die Strahlungsenergiequelle beispielsweise eine Breitbandstrahlungsenergiequelle im IR-VIS-(Infrarot bis sichtbaren Strahlungsbereich) mit einem Emissionsspektrum, das den sichtbaren Bereich (ungefähr 400 nm bis 700 nm) abdeckt und sich in den Infrarotbereich (> 700 nm) erstreckt.
3 zeigt ein Substrat 240, das unter einer beispielhaften Strahlungsenergiequelle 224 einer Höhenausgleichseinrichtung angeordnet ist. Das Substrat 240 wird relativ zu der Strahlungsenergiequelle 224 auf einer Transporteinrichtung 250 bewegt. Die Transporteinrichtung 250 ist in der Prozessrichtung A bewegbar, um das Substrat 240 an der Druckeinrichtung (nicht gezeigt) und der Höhenausgleichseinrichtung vorbeizuführen. Eine optionale Aushärteinrichtung (nicht gezeigt) kann ebenfalls in einigen Ausführungsformen verwendet werden. Das Substrat 240 ist typischerweise so in Bezug auf die Höhenausgleichseinrichtung ausgerichtet, dass die Längsabmessung des Substrats sich entlang der Prozessrichtung A erstreckt. Die Strahlungsenergiequelle 224 ist typischerweise mit einem Abstand von ungefähr 2 cm bis 5 cm von der Oberfläche des Substrats angeordnet und ist mit ungefähr 10 cm bis ungefähr 50 cm in Prozessrichtung A abwärts von den Druckköpfen angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 240 ein zusammenhängendes Rollenmaterial. Für ein zusammenhängendes Rollenmaterial kann eine stationäre Halteeinrichtung anstelle der Transporteinrichtung 250 verwendet werden und das Rollenmaterial kann über die Halteeinrichtung derart gezogen werden, dass das Rollenmaterial unter einem festen Abstand zu der Druckeinrichtung gehalten wird.
Das Substrat 240 umfasst eine obere Fläche 242. Eine Schicht aus Tinte 244 ist auf der oberen Fläche 242 gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Strahlungsenergiequelle 224 eine Leuchte. Ein gekrümmter Reflektor 226 ist so ausgebildet, dass Strahlungsenergie, die von der Leuchte ausgesandt wird, auf die Tinte 244 fokussiert wird, um eine Belichtungszone mit einer kleinen Fokusbreite entlang der Längsrichtung des Substrats 240 zu erzeugen. Die Leuchte erzeugt ein Emissionsspektrum, das zum Bestrahlen ausgewählter Tintenzusammensetzungen geeignet ist. Beispielsweise kann die Leuchte eine Wolframhalogenleuchte sein, oder dergleichen. In derartigen Leuchten kann die Farbtemperatur (d. h. die Wellenlänge des Maximums des Emissionsspektrums) so eingestellt werden, dass der Anteil der Überlappung zwischen dem Leuchtenemissionsspektrum und dem Absorptionsspektrum der Tinte größer wird. Die Höhenausgleichseinrichtung kann einen Filter aufweisen, um lediglich einen ausgewählten Teil des IR-VIS-Spektrums, das von der Strahlungsenergiequelle ausgesandt wird, abzugeben.
In anderen Ausführungsformen umfasst die Höhenausgleichseinrichtung zumindest eine Strahlungsenergiequelle, die Strahlung mit Emissionsmaxima bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen ausgibt, etwa eine Quecksilberleuchte und dergleichen.
In anderen Ausführungsformen kann die Höhenausgleichseinrichtung mindestens eine monochromatische Strahlungsenergiequelle aufweisen, die Strahlungsenergie bei einer einzelnen Wellenlänge ausgibt. Z. B. kann die Strahlungsenergiequelle ein Laser-Gerät sein, etwa ein Halbleiterdiodenlaser oder eine Laserarray. Es kann auch ein lichtemittierendes Diodenarray oder dergleichen verwendet werden.
Die unterschiedlichen Strahlungsenergiequellen, die in der Höhenausgleichseinrichtung verwendet werden können, können eine Fokusbreite für die Belichtungszone im Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10 mm erreichen, um ein Beispiel zu nennen. Die Höhenausgleichseinrichtung kann eine Strahlungsenergieführungseinrichtung und dergleichen aufweisen, um Strahlungsenergie, die von der Strahlungsenergiequelle ausgesandt wird, auf ein kleines Gebiet des Substrats zu lenken, um damit die bestrahlte Tintenoberfläche zu verringern.
In einigen Ausführungsformen ist die Strahlungsenergiequelle stationär und das Substrat wird an der Strahlungsenergiequelle vorbeigeführt, um das Substrat zu bestrahlen. Bei einer vorgegebenen Transportgeschwindigkeit des Substrats relativ zu der Höhenausgleichseinrichtung führt eine Verringerung der Brennweite der Strahlungsenergiequelle zu einer geringeren Belichtungszeit der Tinte auf dem Substrat. Für einzelne Strahlungsenergiequellen, etwa einen Wolframglühdraht, der sich über die Breitenabmessung des Substrats senkrecht zur Prozessrichtung erstreckt, kann die Strahlungsenergiequelle über die gesamten Höhenausgleichsvorgang hinweg aktiv sein, um es möglich zu machen, dass die gesamte Substratoberfläche bestrahlt, wenn sich das Substrat an der Strahlungsenergiequelle vorbeibewegt.
In anderen Ausführungsformen kann die Strahlungsenergiequelle beweglich sein, um Strahlung in einer Rasterbewegung über das Substrat aufzubringen. Beispielsweise kann die Strahlungsenergiequelle ein Laser sein, der sich kontinuierlich über die Breite des Substrats erstreckt, oder diese kann ein Laser sein mit einem Laserbalken, der in Arrayform in Segmenten entlang der Breitenabmessung des Substrats angeordnet ist. Laser können so fokussiert werden, dass eine schmale Linie mit einer Brennweite von beispielsweise weniger als ungefähr 1 mm in der Prozessrichtung auf das Substrat in einer Rasterbewegung aufgebracht wird. Für derartige Strahlungsenergiequellen kann die Strahlung so ausgesendet werden, dass nur Gebiete der Substratoberfläche bestrahlt werden, an denen Tinte vorhanden ist, um das Erwärmen des Substrats zu begrenzen und um einen unnötigen Leistungsverbrauch einzuschränken.
Die Auflage, die das Substrat hält, kann eine gekühlte Wärmesenke sein, um Wärme von dem Substrat während der Bestrahlung der Tinte in der Höhenausgleichseinrichtung wegzuführen, um damit die Tintentemperatur und die Substrattemperatur während des Höhenausgleichsprozesses so zu steuern, dass das Durchdrucken minimiert wird.
In anderen Ausführungsformen wird das Substrat nicht auf einer Wärmesenke gehalten, wenn ein ausreichendes laterales Zerfließen der Tinte auf dem Substrat erreicht werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Substrat eine ausreichend hohe Temperatur während der Bestrahlung der Tinte erreicht, die zu mehr als einem minimalen Anteil an vertikaler Bewegung der Tinte in porösen Substraten führt. In Ausführungsformen ist ein gewisser vertikaler Transport der Tinte erwünscht, um eine ausreichende Fixierung der Tinte an porösen Substraten zu erhalten. In nicht porösen Substraten, etwa nicht porösen Kunststoffen und Metallen, kann die chemische Bindung der Tinte an die Substratoberfläche und die Mikroporösität der Substratoberfläche eine ausreichende Fixierung der Tinte an der Oberfläche erzeugen.
In der in 2 gezeigten Vorrichtung 100 bewegt sich das Substrat 140 in der Prozessrichtung mit einer ausgewählten Geschwindigkeit relativ zu der stationären Höhenausgleichseinrichtung 120. Die Strahlungsenergiequelle der Höhenausgleichseinrichtung 120 bestrahlt die Tinte 144, wenn das Substrat 140 sich relativ zu der Strahlungsenergiequelle bewegt. Die Strahlungsenergiequelle kann Strahlung über eine Strecke in Prozessrichtung A bei Bedarf von lediglich 0,5 bis ungefähr 10 mm abgeben, wobei dies von der speziell verwendeten Quelle abhängt. Das Substrat 140 wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 m/Sekunde relativ zu der Strahlungsenergiequelle bewegt. Die Tinte 144 auf dem Substrat 140 wird lediglich für eine kurze Zeitdauer bestrahlt, wenn sich das Substrat 140 an der Strahlungsenergiequelle vorbeibewegt. Beispielsweise kann eine Strahlungsenergiequelle, die fokussierte Strahlung über eine Strecke von 10 mm ausgibt, eine Belichtungszeit der Tinte von ungefähr 10 ms bei einer Substratgeschwindigkeit von ungefähr 1 m/s liefern. Besser fokussierte Quellen können verwendet werden, um kürzere Belichtungszeiten und somit thermische Übertragungszeiten für Tinten zu ermöglichen. Die Transportgeschwindigkeit des Substrats kann verringert werden, um die Belichtungszeit der Tinte 144 auf dem Substrat 140 zu reduzieren.
In der Vorrichtung 100 ist die von der Strahlungsenergiequelle auf die Tinte 144 abgestrahlte Strahlung wirksam in der Weise, dass die Tinte erwärmt und die Tintenviskosität ausreichend verringert wird, um ein laterales Zerfließen oder ein thermisches Zerfließen und damit Nivellieren der Tinte auf der oberen Fläche 142 des Substrats 140 zu ermöglichen. Die Tinte kann teilweise schmelzen oder kann vollständig durch die Strahlungsenergie geschmolzen werden, wobei ein vollständiges Schmelzen eine größere Fließabdeckung und einen besseren Höhenausgleich ergibt. Die Tinte kann ausreichend schnell mittels der Strahlungsenergiequelle aufgeheizt werden, so dass die Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat 140 ausreichend gering ist während des Höhenausgleichs, so dass Tinte auf der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Eindringen der Tinte in das Substrat 140 verhindert wird. Die Substratgrenzfläche” ist dort definiert, wo die Tinte mit dem Substrat in Kontakt ist, was an der Oberfläche 142 oder unterhalb der Oberfläche 142 sein kann. Das Eindringen der Tinte 144 in das Substrat 140, das von der Erwärmung herrührt, kann auf eine maximale Tiefe von beispielsweise weniger als ungefähr 20 μm, weniger als ungefähr 10 μm, weniger als ungefähr 5 μm, weniger als ungefähr 4 μm, weniger als ungefähr 3 μm, weniger als ungefähr 2 μm begrenzt werden. Somit kann das „Durch-Drucken” bei porösen Substraten, etwa von einfachem Papier, durch den vertikalen Tintenstrom im Wesentlichen vermieden werden. Das laterale Fließen der Tinte 144 verbessert die optische Dichte durch Verhindern einer Banderolierung der Tinte 144 auf dem Substrat 140 auf Mikroebene.
Verschiedene Tinten, die in den Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können, können unterschiedliche Viskositäten und Oberflächenspannungen bei der Höhenausgleichstemperatur besitzen. Höhenausgleichsprozessparameter einschließlich der Verweilzeit, der Bestrahlungsleistung und des Emissionsspektrums der Strahlungsenergiequelle können so gewählt werden, dass diese mit den Eigenschaften der in den Verfahren und Vorrichtungen verwendeten Tinten kompatibel sind, um ein gewünschtes Aufschmelzen und einen Höhenausgleich der Tinten zu erhalten, wobei dies durch Oberflächenspannung und Kapillarkräfte hervorgerufen wird.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Einrichtung 360, die sowohl eine Druckfunktion als auch eine Höhenausgleichsfunktion bietet. Wie gezeigt, enthält die Einrichtung 360 einen Druckabschnitt 310 und einen Höhenausgleichs- bzw. Nivellierabschnitt 320, der um ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 5 cm entlang der Prozessrichtung A abwärts zu dem Druckabschnitt 310 angeordnet ist. Ein Substrat 340 ist so gezeigt, dass es auf einer Transporteinrichtung 350 gehalten wird, um das Substrat 340 entlang der Prozessrichtung A zu bewegen. Der Druckabschnitt 310 kann einen einzelnen Druckkopf (nicht gezeigt) aufweisen, um ein Beispiel zu nennen. Die Höhenausgleichseinrichtung 320 enthält zumindest eine Strahlungsenergiequelle (nicht gezeigt). Die Strahlungsenergiequelle kann eine Breitband-IR-VIS-Strahlungsenergiequelle sein, etwa eine Wolframleuchte und dergleichen, in Form einer Strahlungsenergiequelle, die bei mehr als einer Wellenlänge strahlen kann; oder in Form einer monochromatischen Strahlungsenergiequelle. Während des Betriebs werden heiße Tintentröpfchen 312 von dem Druckkopf ausgeworfen oder es werden Tintentröpfchen mit Umgebungstemperatur von einer Überdruckpumpe ausgeworfen und somit auf das Substrat 340 aufgebracht; diese Tröpfchen werden unmittelbar mit der Strahlung 322 aus der Strahlungsenergiequelle beaufschlagt, um die ausgeworfene Tinte auf einer Höhenausgleichstemperatur zu halten oder diese auf diese Temperatur zu bringen, wobei dies über eine ausreichende Zeitdauer geschieht, um das gewünschte Fließen bzw. Zerfließen zu erreichen. In Ausführungsformen ist das Substrat 340 ein zusammenhängendes Rollenmaterial. Für ein zusammenhängendes Rollenmaterial kann eine stationäre Halteeinrichtung anstelle der Transporteinrichtung 350 verwendet werden und das Rollenmaterial kann über die Halteeinrichtung gezogen werden, die so ausgebildet ist, dass das Material unter einem festen Abstand zu der Druckeinrichtung 310, der Höhenausgleichseinrichtung 320 und der optionalen Aushärteeinrichtung gehalten wird.
Die unmittelbare Bestrahlung der abgeschiedenen Tinte auf dem Substrat 340 kann zumindest im Wesentlichen die Notwendigkeit vermeiden, dass verfestigte Tinte (unter Anwendung zusätzlicher thermischer Energie) auf dem Substrat 340 wieder aufgeschmolzen werden muss, um damit eine thermische Wiederaufschmelznivellierung einer vollständig flüssigen Tinte zu erhalten. Das Bestrahlen der Tinte unmittelbar nach der Abscheidung mittels der Druck/Höhenausgleichseinrichtung 360 kann die Gesamtzeit erhöhen, in der die Tinte auf Temperaturen oberhalb des niederviskosen Übergangsbereichs bleibt, da die abgeschiedene Tinte einen geringeren Temperaturabfall aufweisen kann, bevor sie auf die Ausgleichstemperatur wieder aufgewärmt wird, oder sie wird auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten, die für den Höhenausgleich ausreichend ist. Die kombinierte Druck/Höhenausgleichseinrichtung 360 kann die Gesamtenergie, die zum Erreichen der gewünschten Nivellierung ausreichend ist, die Gesamtzeit und den Gesamtprozessaufwand, der zum Drucken und Nivellieren erforderlich ist, verringern.
In Fällen, in denen die Heizleistung der Strahlungsenergiequelle begrenzt ist, kann die kombinierte Druck/Höhenausgleichseinrichtung eine höhere Prozessgeschwindigkeit zur Anwendung bringen, da die geringere thermischen Energie der Strahlungsenergiequelle ausreichend ist, um die gewünschte Höhenausgleichswirkung zu erreichen, da thermische Energie in der bereits abgeschiedenen Tinte für die Nivellierung verwendet wird. Die gleiche Leistungsmenge, die von der Strahlungsenergiequelle ausgesendet wird, kann die Tinte auf eine höhere Temperatur bei einer fest vorgegebenen Geschwindigkeit aufheizen. Wenn die Tinte bei der gewünschten Nivellierungstemperatur gehalten wird, kann eine höhere Prozessgeschwindigkeit eingesetzt werden.
Ausführungsformen der Vorrichtung einer kombinierten Druck/Ausgleichseinrichtung können eine Strahlungsenergiequelle für jeden Druckkopf und für jede Stufe des Druckvorgangs verwenden im Gegensatz zu Verfahren, in denen der Höhenausgleich nach dem Abscheiden der Tinte auf den Substraten von allen Druckköpfen der Druckeinrichtungen, die mehrere Druckköpfe aufweisen können, ausgeführt wurde. In Vorrichtungen mit einer kombinierten Druck/Höhenausgleichseinrichtung kann die Strahlungsmenge, die von der Strahlungsenergiequelle abgegeben wird, auf der Grundlage der Tintenmenge festgelegt werden, die an jedem zugehörigen Druckkopf ausgegeben wird, wodurch eine gut gekoppelte Steuerung der Intensität und der Dauer jedes Belichtungsvorganges erreicht wird.
Schwarze Tinten besitzen ein breites Absorptionsband, das sich über einen wesentlichen Bereich des Emissionsspektrums von IR-VIS-Leuchten erstreckt. Für andere Tintenfarben, etwa blau, die ein schmäleres Absorptionsband als die schwarzen Tinten besitzen zum Bereitstellen einer wesentlichen Wirkung im Hinblick auf das Verhindern des Durchdruckens in porösen Substraten, kann die Farbtemperatur der IR-VIS-Leuchte im Vergleich zu der Temperatur angehoben werden, die für das Nivellieren schwarzer Tinten verwendet wird, und die Tintenzusammensetzung kann geändert werden, um einen höheren Gel- und Wachsanteil aufzuweisen.
Geeignete Gel-Tinten-Zusammensetzungen können eingestellt werden, indem ein oder mehrere IR-Absorber zum Vergrößern der Überlappung zwischen dem Leuchtenemissionsspektrum und dem Absorptionsspektrum der Tinte verwendet werden.
5 zeigt Kurven, die die Prozent-Emission gegenüber der Emissionswellenlänge darstellen, wobei die Überlappung des Emissionsspektrums von Wolframleuchten bei Farbtemperaturen von ungefähr 2500 K und 3000 K mit allgemeinen Absorptionsspektren für gelb (Y), rot (M), blau (C) und Infrarot (R) absorbierende Pigmente oder Farbstoffe gezeigt sind.
Russschwarze Tinte besitzt eine hohe Absorption über den gesamten sichtbaren und nahen IR-Bereich. Wie in 5 gezeigt ist, ist im Allgemeinen das Absorptionsvermögen von blauer Tinte im Wesentlichen im roten Bereich des sichtbaren Spektrums angesiedelt. Um eine höhere Absorption derartiger blauer Tinte zu erreichen, kann die Farbtemperatur der Strahlungsenergiequelle (beispielsweise der Wolframhalogenleuchte) erhöht werden und/oder es kann ein IR-Absorber der blauen Tinte hinzugefügt werden. 5 zeigt eine geringe Überlappung des Emissionsspektrums einer Wolframleuchte, die bei einer Temperatur von 2500 K betrieben wird, mit einem blauen Farbstoff oder mit einem IR-absorbierenden Farbstoff. Die Überlappung ist wesentlich besser, wenn die Wolframleuchte bei einer höheren Temperatur von 3000 K betrieben wird.
In anderen Ausführungsformen kann die Strahlungsenergiequelle oder die Quellen der Höhenausgleichseinrichtung eine monochromatische Quelle sein, etwa ein Raster-Laser, der so fokussiert ist, dass eine schmale Linie über Substrate in der Prozessrichtung hinweg geführt wird. Um die Tinten mit Farben blau, rot oder gelb, die ein IR-absorbierenden Farbstoff enthalten, zu nivellieren, wird der Laserstrahl so gewählt, dass er bei einer Wellenlänge von beispielsweise 1,06 μm oder 0,9 μm (GaAs) abhängig von dem Absorptionsspektrum des IR-Farbstoffes emittiert. Die Strahlungsenergiequelle kann auch eine Entladungsleuchte sein, etwa eine Deuteriumleuchte, die zusätzlich zum Abstrahlen einer Nivellierungsstrahlung im sichtbaren Gebiet des Spektrums (400 bis 700 nm) auch einen wesentlichen Anteil einer aushärtenden Strahlung im UV-Gebiet des Spektrums (200 bis 400 nm) abgibt.
Beispiele:
Beispiel 1:
Schwarze Tinte wurde auf einfaches Papier aufgebracht und dann bestrahlt, um die Tinte zu nivellieren bzw. in der Höhe auszugleichen. In Beispiel 1 wurde eine Wolframhalogenleuchte mit einem elliptischen Reflektor (3) verwendet, um eine Belichtungszone mit einer Brennweite von ungefähr 10 mm zu erzeugen und um die auf dem Papier abgeschiedene Tinte zu bestrahlen. Die Wolframhalogenleuchte war ein Modell Nr. GE QH 1200W HT 144V von General Electric. Die Leuchte besaß eine Nennleistung von 1200 Watt mit einer Farbtemperatur von 2450 K, wenn diese mit einer Nennleuchtenspannung von 144 Volt betrieben wird. Die Leuchte wurde mit der tatsächlichen Leuchtenspannung von 208 Volt und mit einer tatsächlichen Leistung von 2114 Watt (423 W/in) mit einer Farbtemperatur von ungefähr 2812 K betrieben.
Die Leuchte leuchtete generell über die Ränder des Papiers hinaus. Die Papiersubstrate wurden von einem wassergekühlten Kühlelement gehalten, das auf einer Temperatur von ungefähr 10 Grad C gehalten wurde. Das Kühlelement führe Wärme ab, die auf das Substrat während der Bestrahlung übertragen wurde, um das Substrat abzukühlen und um ein Tinteneindringen in das Papier zu verhindern. Um einen wirksamen thermischen Übergang von dem Kühlelement zu ermöglichen, wurde das Papier mit der oberen Fläche des Kühlemelements unter Anwendung eines Klebstoffes 3M, Spray Mount Artists, von Saint Paul 3 M, Minnesota, verbunden. Dieser thermische Kontakt wurde während des gesamten Prozesses des Abscheidens der Tinte auf das Papier, bei der nachgeordneten Nivellierung und bei der nachgeordneten UV-Aushärtung beibehalten.
Es wurde eine Reihe von Bildern auf ein Xerox 4200 Papier unter Anwendung einer standardmäßigen Tintenzusammensetzung (BK 30557-31) aufgedruckt, wobei die Tinte 7,5 wt% Gel und 5 wt% Wachs enthielt mit einem modifizierten 600 × 600 dpi-Bereich (jede siebte Zeile war leer) neben einem 600 × 300 dpi-Bereich. Um zu untersuchen, wie die fokussierte IR-Leuchte eine wünschenswerte laterale Höhenausgleichswirkung erreicht, ohne dass eine wesentliche Papiererwärmung und eine zugehörige vertikale Tintenbenetzung und ein Durch-Drucken stattfindet, wurden die bedruckten Bereiche unter der Leuchte mit mehreren abnehmenden Transportgeschwindigkeiten im Bereich von 1 m/s bis hinab zu 125 mm/s durchgeführt. Die optische Dichte an der Oberseite (Frontseite) (OD) der 600 × 600 dpi-Bereiche wurde als quantitatives Maß der lateralen Tintenverteilung verwendet. Das Durch-Drucken wurde als ein quantitatives Maß für das vertikale Eindringen der Tinte von der oberen Fläche durch das Papier verwendet. Das Durch-Scheinen (ST) wurde definiert als die optische Dichte der Rückseitenoberfläche des Papiers. Unter der Definition von OD(CP) als die optische Dichte der Vorderseitenfläche des Papiers, die mit einem leeren Blatt eines Papiersubstrats bedeckt war, wird das Durch-Drucken (PT) wie folgt definiert:
PT = ST – OD(CP). OD, OD(CP) und ST wurden mit einem Dichtemesser RD 918 von Gretag Macbeth gemessen. Ein Wert für das Durch-Drucken von weniger als 0,025 konnte visuell nicht beanstandet werden und wurde als akzeptabel erachtet. Ein Wert für das Durch-Drucken von ≥ 0,025 war visuell auffällig und wurde als nicht akzeptabel erachtet.
Bilder der bedruckten Bereiche von der Oberseite und der Unterseite der Papiersubstrate sind in den 6a bis 6f gezeigt. 6a zeigen Bereiche, die nur bedruckt sind, und die 6b bis 6f zeigen Bereiche, an die sich eine Höhenausgleichsverarbeitung bei Papiertransportgeschwindigkeiten von 1000 mm/s, 750 mm/s, 500 mm/s, 250 mm/s und 125 mm/s anschloss.
7 zeigt einen Graphen, der die optische Dichte und das entsprechende Durch-Drucken für die 600 × 600 dpi-Bereiche nach der Nivellierung, wie sie in den 6b bis 6f gezeigt sind, darstellen. Die nur gedruckte optische Dichte und das Durch-Drucken für die in 6a gezeigten Bereiche sind für Vergleichszwecke ebenfalls dargestellt.
Wie gezeigt, steigt die optische Dichte des 600 × 600 dpi-Bereichs, der bei einer Transportgeschwindigkeit (Prozessgeschwindigkeit) von 1 m/s in der Höhe ausgeglichen wurde, gegenüber der optischen Dichte der Bereiche an, die die lediglich bedruckten Bilder aufwiesen, wobei dies auf die laterale Tintenverteilung zurückzuführen ist. Die gewünschte Nivellierung bzw. der gewünschte Höhenausgleich wird erreicht. Die optische Dichte des Substrats, das bei einer Transportgeschwindigkeit von 750 mm/s in der Höhe ausgeglichen wurde, steigt ebenfalls leicht in Bezug auf das Substrat, das bei 1 m/s nivelliert wird, an. Der gewünschte Höhenausgleich wird erreicht. Die optische Dichte des Substrats, das bei einer Transportgeschwindigkeit von 500 mm/s nivelliert wurde, fällt gegenüber der optischen Dichte der lediglich bedruckten Substrate auf Grund der Tatsache ab, dass ein Durch-Drucken auftritt. Eine weitere Verringerung der Transportgeschwindigkeit/eine Erhöhung der Belichtung bei Geschwindigkeiten bei 250 mm/s und bei 125 mm/s führte zu einem stärkeren Durchdrucken und die optische Dichte nimmt ab unter einen Wert, der für die nur bedruckten Substrate erhalten wird.
Die Prüfergebnisse, wie sie in 7 aufgezeigt sind, und wie sie in den 6a und 6b zu betrachten sind, zeigen, dass die fokussierte IR-VIS-Leuchte bei einer Farbtemperatur von ungefähr 2800 K eine gute Höhenausgleichwirkung für die schwarze Tinte ohne ein unakzeptables Durch-Drucken von PT ≤ 0,025 ergibt, wobei sich ein Prozessfenster im Bereich von zumindest ungefähr 750 mm/s bis 1000 mm/s ergibt. Dies ist in Übereinstimmung mit der visuellen Erscheinung der Rückseiten der 600 × 600 dpi Bilder in den 6b und 6c, die als nicht zu beanstanden bewertet wunden und damit akzeptabel sind. Für Transportgeschwindigkeiten von 500 mm/s oder geringer, wie dies in den 6b bis 6f gezeigt ist, ist das Durch-Drucken nicht akzeptabel, PT ≥ 0,025, und dieses nimmt mit geringer werdender Geschwindigkeit oder mit höher werdender Verweilzeit in der Leuchtenbelichtungszone zu.
Beispiel 2:
Es wurde eine standardmäßige blaue Tintenzusammensetzung (BK30461-68A) mit 7,5 wt% Gel und 5 wt% Wachs verwendet. Um die Überlappung des Emissionsspektrums der Strahlungsenergiequelle mit dem Absorptionsspektrum der blauen Tinte zu vergrößern, wurde eine andere Leuchte verwendet, um die Farbtemperatur zu erhöhen, die mit einer Spannung 208 Volt erreichbar ist. Die Leuchte war ein Modell 500T3/CL, die von Research Inc., Eden Prairie, Minnesota, erhältlich ist. Die Leuchte besitzt eine Nennleistung von 100 Watt bei einer Farbtemperatur von 2500 K, wenn diese mit der Nennspannung von 120 Volt betrieben wird. Die Leuchte wurde mit einer tatsächlichen Spannung von 208 Volt bei einer tatsächlichen Leistung von 1166 Watt und einer tatsächlichen Farbtemperatur von 3073 K betrieben.
Es wurde eine Reihe von Bildern auf ein Xerox 4200-Papier unter Anwendung der standardmäßigen blauen UV-Gel-Tintenzusammensetzung gedruckt. 8a bis 8f zeigen Bilder, auf der Oberseite von rechts nach links (linke Hälfte der 8a bis 8f) und auf der unteren Seite von links nach rechts (rechte Hälfte der 8a bis 8f) von 600 × 600 dpi-Bereichen, von 600 × 600 dip-Bereichen, die modifiziert sind, so dass jede siebte Zeile leer ist, von 600 × 150 dpi-Bereichen und von 150 × 150 dpi-Bereichen. Die aufgedruckten blauen Bereiche wurden unter der Leuchte, die mit der Farbtemperatur von 3073 K betrieben wurde, durchgeführt bei Geschwindigkeiten von 1000 mm/s, 750 mm/s, 500 mm/s, 250 mm/s, 125 mm/s. Die optische Dichte der nicht-modifizierten 600 × 600 dip-Bereiche wurde als ein Maß der lateralen Tintenverteilung verwendet, und das Durch-Drucken wurde als ein Maß des Tinteneindringens in das Papier verwendet.
Die Bilder der bedruckten Bereiche von der oberen und unteren Seite sind in den 8a bis 8i gezeigt. 8 zeigt Bereiche, die nur bedruckt sind. 8b bis 8f zeigen Bereiche, die bedruckt wurden und mit denen anschließend eine Höhenausgleichbearbeitung für Papiertransportgeschwindigkeiten von 1000 mm/s, 750 mm/s, 500 mm/s, 250 mm/s, 125 mm/s durchgeführt wurde.
9 zeigt Graphen, die die optische Dichte und das entsprechende Durch-Drucken für die nivellierten 600 dpi-Bereiche darstellt, die in 8b bis 8f gezeigt sind. Die optische Dichte nach dem Drucken und das Durch-Drucken für die in 8a gezeigten Bereiche sind ebenfalls für Vergleichszwecke dargestellt.
Generell zeigen alle Proben ein unerwünscht hohes Durch-Drucken, wie dies durch die visuelle Erscheinung der Rückseitenbilder in 8 bewertet wurde. Für alle Prozessbedingungen ist die Erscheinungsform der Rückseite der 600 × 600 dpi-Bereiche visuell bemängelbar und nicht akzeptabel. Dies ist konsistent mit dem gemessenen Durch-Drucken in 9, wobei bei PT ≥ 0,025 für alle Bilder lag. Das Durch-Drucken steigt auch an, wenn die Prozessgeschwindigkeiten langsamer wurden und wenn die Verweilzeiten anstiegen. Obwohl die standardmäßige blaue Tinte mehr Energie bei einer höheren Farbtemperatur absorbiert, gibt es kein Prozessfenster für die verwendeten Substrattransportgeschwindigkeiten, mit der die blaue Tinte mit akzeptablen Durch-Drucken nivelliert wird.
Beispiel 3:
Beispiel 2 wurde unter Anwendung der gleichen Leuchtenbedingungen wiederholt, wobei jedoch eine Tintenzusammensetzung mit höherem Gelanteil (10 wt%) und höherem Wachsanteil (10 wt%) in der blauen Tinte verwendet wurde (JPJF30554-15), um eine größeren Prozessfreiheitsgrad für das Nivellieren der Tinte und für ein akzeptables Durch-Drucken zu schaffen.
Es wurde eine Reihe von Bildern auf dem 4200 Papier unter Anwendung der blauen Tinte mit höherem Gelanteil und höherem Wachsanteil aufgedruckt. Die 10a bis 10f zeigen Bilder, die Oberseite von rechts nach links und die Unterseite ebenfalls von rechts nach links, von 600 × 600 dpi-Bereichen, von 600 × 600 dpi-Bereichen, wobei jede siebte Zeile leer war, von 600 × 600 dpi-Bereichen und von 150 × 150 dpi-Bereichen. Die bedruckten blauen Bereiche wurden unter der Leuchte, die bei einer Farbtemperatur von 3073 K betrieben wurde, mit Geschwindigkeiten von 1000 mm/s, 750 mm/s, 500 mm/s, 250 mm/s und 125 mm/s durchgeführt. Die optische Dichte der nicht-modifizierten 600 × 600 dpi-Bereiche wurde verwendet als ein Maß der lateralen Tintenverteilung, und das Durch-Drucken wurde als ein Maß des Tinteneindringens in das Papier verwendet.
11 zeigt Kurven, die die optische Dichte und das entsprechende Druch-Drucken für die höhenausgeglichenen 600 × 600 dpi-Bereiche darstellen, die in den 10b bis 10f gezeigt sind. Die optische Dichte nach dem Drucken und das Durch-Drucken für die in 10a gezeigten Bereiche sind für Vergleichszwecke ebenfalls dargestellt. Die Testergebnisse zeigen, dass unter Verwendung einer blauen Tintenzusammensetzung mit hohem Gelanteil und hohem Wachsanteil der Effekt erhalten wird, dass das Eindringen der Tinte in das Papier verhindert wird, wobei dennoch ein gewisser Grad an Höhenausgleich auftritt. Ein gewisser Grad an Höhenausgleich tritt gegenüber den nur bedruckten Proben auf, wie dies durch die Zunahme der optischen Dichte bewertet wird, d. h., für die bestrahlten Proben mit Transportgeschwindigkeiten in einem Prozessfenster von ungefähr 500 mm/s bis 1000 mm/s. Alle Proben zeigten ein akzeptables Durch-Drucken, wie dies durch die visuelle Erscheinung der Rückseitenbilder der 600 × 600 dpi-Bereiche bewertet wurde, mit Ausnahme der 10f. Dies ist konsistent mit der Darstellung in 11, in der das Durch-Drucken über das akzeptable Niveau von PT ≥ 0,025 für die kleinste Transportgeschwindigkeit von 125 mm/s ansteigt.
In Ausführungsformen der Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten ist es wünschenswert, eine Nivellierung der Tinte auf einer Substratoberfläche zu erreichen, ohne dass im Wesentlichen gleichzeitig die Tinte ausgehärtet wird. Das Aushärten erschwert den Höhenausgleich der Struktur, die durch die auf dem Substrat erstarrenden Tintentröpfchen gebildet wird. Wenn der Höhenausgleich behindert wird, wird die Mikrobanderolierung nicht wirksam bekämpft und vollständig fehlende Zeilen werden nicht effektiv abgedeckt. Das Aushärten der Tinte ergibt sich, wenn Vernetzung oder eine Polymerisierungsreaktion in der Tinte auftreten. In Ausführungsformen wird die Strahlungsquelle, die zum Nivellieren der Tinte verwendet wird, so gewählt, dass sie Bestrahlungsenergie auf die Tinte derart abgibt, dass im Wesentlichen keine Aushärtung während des Nivellierens auftritt.
In anderen Ausführungsformen der Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten kann ein geringer Anteil an Aushärtung auftreten in Fällen, in denen ein Bereich des Emissionsspektrums der Strahlungsquelle in der Lage ist, ein Aushärten in der Tintenzusammensetzung, die geraden nivelliert wird, hervorzurufen, wenn dieser Bereich etwa durch Filterung nicht entfernt wird. Beispielsweise kann dies auftreten, wenn die Höhenausgleichsleuchte eine Deuteriumbogenleuchte mit einem Quarzkolben ist (der das gesamte UV-Licht durchlässt), mit einem Cer-dotierten Glaskolben, der UVC (200–290 nm) und UVB (290–320 nm) ausfiltert, aber UVA (320–420 nm) durchlässt. In diesen Ausführungsformen kann jedoch die Strahlungsquelle Strahlungsenergie abgeben, die wirksam ist, die Tinte auf eine ausreichend hohe Temperatur aufzuheizen, um damit einen Höhenausgleich zu erzeugen, während die Tintenviskosität mit einer höheren Rate und/oder in einem größeren Maße verringert wird als eine Vernetzung oder Polymerisierung der Tinte anderseits die Tintenviskosität erhöhen können. Als Folge davon, dass die Tintenviskosität auf diese Weise durch eine Temperaturänderung verringert wird, kann eine Aushärtung, die in der Tinte während des Nivellierens auftreten kann, im Wesentlichen nicht den Höhenausgleich beeinträchtigen und die gewünschten Ergebnisse des Höhenausgleichs auf der Tinte können dennoch erreicht werden.
In Ausführungsformen, in denen das Aushärten der Tinte erwünscht ist, um robustere Bilder auf den Substraten zu erhalten, kann die Tinte mit Strahlungsenergie beaufschlagt werden, die wirksam ist, die gewünschte Aushärtung der Tintenzusammensetzung zu erhalten, nachdem das Nivellieren der Tinte erfolgt ist.
Es sollte beachtet werden, dass diverse Merkmale oder Funktionen, die zuvor angegeben sind, oder deren Alternative vorteilhaft in viele andere unterschiedliche Systeme und Anwendungen integriert und kombiniert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 12/256670 [0034]
US 2007/0123606 [0038]
US 7559639 [0038]

Claims

Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Beaufschlagen von auf einer ersten Oberfläche eines porösen Substrats aufgebrachten Tinte mit einer ersten Strahlung, die von mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird, wobei die erste Strahlung die Tinte auf zumindest eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte erwärmt, um zu ermöglichen, dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Tinte zu erzeugen, wobei die Tinte ausreichend schnell erwärmt wird, so dass eine Übertragung von Wärme von der Tinte auf das Substrat während des Höhenausgleichs ausreichend gering ist, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Eindringen der Tinte in das Substrat verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tinte einen Viskositätsbereich von ungefähr 10¹ bis 10⁶ cP über einen Temperaturbereich besitzt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Temperaturbereich kleiner ist als ungefähr 40 Grad C.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tinte eine Gel-Tinte ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen kein Aushärten der Tinte hervorgerufen wird durch das Beaufschlagen der Tinte mit der ersten Strahlung, die von der mindestens einen ersten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tinte eine Ultraviolett-(UV) aushärtbare Tinte ist.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Beaufschlagen von Tinte auf der ersten Oberfläche des Substrats mit UV-Strahlung, die von einer zweiten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird, um die Tinte nach dem Höhenausgleich der Tinte zu vernetzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Strahlung ein Emissionsspektrum besitzt, das innerhalb des sichtbaren-Infrarotbereichs des elektromagnetischen Spektrums liegt.
Vorrichtung zur Verwendung beim Drucken mit: einer Druckeinrichtung zum Aufbringen von Tinte auf eine erste Oberfläche eines porösen Substrats, wobei die Tinte eine Viskositätsschwellwerttemperatur besitzt, bei der die Tinte eine Viskosität zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert der Tinte aufweist; und einer Höhenausgleichseinrichtung mit mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle, die eine erste Strahlung auf Tinte, die auf der ersten Oberfläche des porösen Substrats aufgebracht ist, abgibt, wobei die erste Strahlung die Tinte zumindest auf die Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte erwärmt, so dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließen kann, um einen Höhenausgleich der Tinte zu bewirken, wobei die Tinte ausreichend schnell erwärmt wird, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte zu dem Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichs der Tinte, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Eindringen der Tinte in das Substrat verhindert wird.
Verfahren zum Ausgleichen einer Höhe von Tinte auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Beaufschlagen einer Geltinte, die auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, mit einer ersten Strahlung, die von mindestens einer ersten Strahlungsenergiequelle abgegeben wird, wobei die Oberfläche für die Geltinte durchlässig ist, wobei die erste Strahlung die Geltinte zumindest auf eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Geltinte erwärmt, so dass die Geltinte lateral auf der Oberfläche fließen kann, um den Höhenausgleich der Geltinte zu bewirken.