DE102011007737A1

DE102011007737A1 - Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten unter Anwendung einer Blitzlichterwärmung und Vorrichtungen, die zum Drucken geeignet sind

Info

Publication number: DE102011007737A1
Application number: DE102011007737A
Authority: DE
Inventors: Gerald A. Domoto; Nicholas Kladias; Stephan V. Drappel; Gregory J. Kovacs; Bryan J. Roof; Stephen T. Knapp
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-10-27
Also published as: JP5639004B2; US8178169B2; US20110262659A1; JP2011224995A

Abstract

Es werden Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtungen, die zum Drucken geeignet sind, bereitgestellt. Eine anschauliche Ausführungsform der Verfahren umfasst das Beaufschlagen von Tinte, die auf einer ersten Oberfläche eines porösen Substrats aufgebracht ist, mit Strahlung, die von mindestens einer Blitzlichtleuchte abgegeben wird. Der Strahlungsblitz erwärmt die Tinte auf mindestens eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte, so dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließen kann, so dass ein Höhenausgleich der Tinte erreicht wird. Die Tinte wird ausreichend rasch erwärmt, so dass eine Wärmeübertragung von Tinte auf das Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichs, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Eindringen von Tinte in das Substrat von der ersten Oberfläche aus verhindert wird.

Description

Hintergrund
In Druckprozessen wird eine Drucksubstanz bzw. eine Markiersubstanz auf Substrate aufgebracht, um Bilder zu erzeugen. In einigen Prozessen können die gedruckten Bilder eine Bandolierung auf Mikroebene und ein Durch-Drucken aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtungen, die zum Drucken geeignet sind, bereitzustellen, wobei gedruckte Bilder mit hoher Qualität auf unterschiedlichen Arten von Substraten erzeugt werden können.
Überblick
Es werden Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtungen, die für das Drucken geeignet sind, bereitgestellt. Eine anschauliche Ausführungsform der Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf einem Substrat umfasst: Beaufschlagen von Tinte, die auf einer ersten Oberfläche eines porösen Substrats aufgebracht ist, mit Strahlung, die von mindestens einer Blitzlichtleuchte abgegeben wird, wobei der Strahlungsblitz die Tinte auf zumindest eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte erwärmt, so dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließen kann, um somit einen Höhenausgleich bzw. eine Nivellierung der Tinte zu erzeugen. Die Tinte wird ausreichend schnell erwärmt, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichs, so dass die Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur gekühlt wird, wodurch ein ausgeprägtes Eindringen der in das Substrat von der ersten Oberfläche aus verhindert wird.
Zeichnungen
1 zeigt einen Graphen, der die Viskosität als eine Funktion der Temperatur für eine Geltinte darstellt.
2 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Vorrichtung, die für das Drucken geeignet ist.
3 zeigt modellierte Abhängigkeiten für die Höhenunterschiede von Tintenbildern mit einer gewölbten Struktur als eine Funktion der Zeit während eines Tintenhöhenausgleichsprozesses für Tinten mit unterschiedlicher Viskosität.
4 zeigt die komplexe Abhängigkeit zwischen der Viskosität und der Temperatur für unterschiedliche UV-Geltintenzusammensetzungen während des Schmelzens und während der Erstarrungsprozesse der Tinten.
5 und 6 zeigen modellierte Ergebnisse für das Erwärmen einer Tintenschicht einer UV-Geltinte auf einem Substrat unter Anwendung eines Energiepulses mit 1 ms Dauer, wobei 5 die Tintenform und die Temperatur vor dem Erwärmen zeigt und wobei
6 die Tintenform und die Temperatur nach einer Zeit von 1 ms als Ergebnis des Erwärmens zeigt.
7 zeigt modellierte Ergebnisse der Tintenviskosität als eine Funktion der Position zum Zeitpunkt von 1 ms nach dem Erwärmen einer Tintenschicht mit einer Pulsenergie aus einer Blitzlichtleuchte.
8 zeigt modellierte Ergebnisse der Substrattemperatur in der Dickenrichtung als eine Funktion der Position nach einer Zeit von 1 ms nach dem Erwärmen der Tintenschicht.
9 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Blitzlichtleuchteneinrichtung.
10 zeigt das Emissionsspektrum einer Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs A mit einem Cer-dotierten Glaskolben.
11 zeigt das Transmissionsspektrum eines Acrylit-OP-3-Filters.
12 zeigt das Emissionsspektrum einer Xenon-Blichtlichtleuchte des Typs A mit einem Cer-dotierten Glaskolben ohne Filterung und die spektrale Intensitätsverteilung der Blitzlichtleuchte nach Filterung einem Acrylit-OP-3-Filter.
13 und 14 zeigen die Linienbreitezunahme für blaue bzw. Zyan (13) und schwarze (14) UV-Geltinte in Einzelpixel-Linien bei 600 dpi auf unterschiedlichen Substratmaterialien, woraus sich die Linienbreitenveränderung aus dem Blitzlichthöhenausgleich mit einer Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs B ergibt.
15 zeigt die Anteile des gesamten Energieflusses, der sich von der Xenon-Leuchte des Typs A mit einem Acrylit-OP-3-Filter ergibt, wobei eine Absorption in 600 dpi Schichten von jeweils roter, gelber, blauer und schwarzer Tinte erfolgt, die mit standardmäßiger Tropfengröße ausgeworfen werden.
16 zeigt eine beispielhafte standardmäßige Bildreferenztafel (SIR) für die Bewertung des Grads an Tinten-Durchdrucken in porösen Substraten.
17a und 17b zeigen modellhafte Anpassungen an die Linienbreitenmessungen für eine erste Art an Papier für blaue Tinte (17a) und rote Tinte (17b).
18a und 18b zeigen modellhafte Anpassungen an die Linienbreitenmessungen für eine zweite Art an Papier für blaue Tinte (18a) und rote Tinte (18b).
19a und 19c zeigen Ergebnisse der Bewertungen des Durch-Druckens für DOE (Gestaltung bzw. Design von Experimenten) mit einer ersten Art an Papier für blaue bzw. Zyan Tinte (17a) und für blaue bzw. Zyan-Tinte+rote Tinte (d. h. blaue Tinte) (19c), wobei die 19b das Ergebnis der 17a repräsentiert.
20a, 20, 20d und 20e zeigen Ergebnisse für Bewertungen des Durch-Druckens für die DOE's mit der zweiten Art an Papier für Zyan-Tinte (20a und 20b) und Zyan+rote Tinten (20c und 20d), wobei die 20b die 18a reproduziert und wobei in 20f die Ergebnisse für die Linienbreitenbewertung für blaue Tinte im Gegensatz zu den Ergebnissen, die in 20b gezeigt sind, dargestellt sind, wenn eine geringere Plattentemperatur für den Höhenausgleichsprozess angewendet wird.
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 Strahlung, die von mindestens einer Blitzlichtleuchte abgegeben wird, wobei die Blitzlichtstrahlung die Tinte auf mindestens die Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte erwärmt, so dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließen kann, um damit den Höhenausgleich der Tinte zu bewirken. Die Tinte wird ausreichend rasch erwärmt, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichsprozesses, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Eindringen an Tinte in das Substrat von der ersten Oberfläche aus vermieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die von der mindestens einen Blitzlichtleuchte abgegebene Strahlung auf die Tinte auf der ersten Oberfläche des Substrats durch einen Reflektor reflektiert.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst jede Blitzlichtleuchte eine Xenonblitzlichtleuchte des Typs A; und die von jeder Blitzlichtleuchte abgegebene Strahlung wird gefiltert, um im Wesentlichen einen Anteil des Emissionsspektrums mit einer Wellenlänge von weniger als ungefähr 400 nm vor dem Bestrahlen der Tinte zu entfernen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Erwärmen der Tinte auf eine Temperatur, die höher ist als die Viskositätsschwellwertstemperatur; und Aufbringen der erwärmten Tinte auf die Oberfläche des Substrats mit mindestens einem Druckkopf.
In einer werteren Ausführungsform ist das Substrat stationär relativ zu der mindestens einen Blitzlichtleuchte, wenn die Tinte mit der Strahlung beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Substrat relativ zu der mindestens einen Blitzlichtleuchte bewegt, wenn die Tinte mit der Strahlung beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Abkühlen einer zweiten Oberfläche des Substrats gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche während des Beaufschlagens der Tinte mit der Strahlung; und optionales Abkühlen der zweiten Oberfläche des Substrats, während die Tinte auf die erste Oberfläche aufgebracht wird, bevor die Tinte eingeebnet wird.
Eine weitere anschauliche Ausführungsform der Verfahren zum Höhenausgleich der Tinte auf Substraten umfasst das Beaufschlagen einer Geltinte, die auf einer ersten Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist, mit Strahlung, die von mindestens einer Blitzlichtleuchte abgegeben wird, wobei die erste Oberfläche im Hinblick auf die Geltinte undurchlässig ist, wobei die Blitzlichtstrahlung die Geltinte auf zumindest eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Geltinte erwärmt, um zu ermöglichen, dass die Geltinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Geltinte zu bewirken.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Aufheizen der Geltinte auf eine Temperatur größer als die Viskosität der Schwellwerttemperatur; und Aufbringen der erhitzten Geltinte auf die erste Oberfläche des Substrats mit mindestens einem Druckkopf.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Abkühlen einer zweiten Oberfläche des Substrats gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche, während die Geltinte mit der Strahlung beaufschlagt wird; und Optionales Abkühlen der zweiten Oberfläche des Substrats, während die Geltinte auf die erste Oberfläche aufgebracht wird, bevor die Geltinte eingeebnet wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Blitzlichtleuchte eine Xenonblitzlichtleuchte des Typs A und die Strahlung, die von jeder Blitzlichtleuchte abgegeben wird, wird gefiltert, um im Wesentlichen einen Anteil des Emissionsspektrums mit einer Wellenlänge von weniger als ungefähr 400 nm vor dem Beaufschlagen der Geltinte zu entfernen.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt die auf die erste Oberfläche des Substrats aufgebrachte Geltinte eine wellige bzw. gewölbte Struktur und besitzt eine bedruckte Linienbreite, wobei der Höhenausgleichsvorgang die Linienbreite der Geltinte vergrößert.
In einer weiteren Ausführungsform tritt im Wesentlichen keine Aushärtung der Geltinte durch das Beaufschlagen der Geltinte mit der Strahlung, die von der mindestens einen Blitzlichtleuchte abgegeben wird, auf.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Höhenausgleichsvorgang der Geltinte ferner: Beaufschlagen der Geltinte auf der ersten Oberfläche des Substrats mit UV-Strahlung, die von einer Strahlungsquelle abgegeben wird, um die Geltinte zu vernetzen.
Die offenbarten Ausführungsformen umfassen ferner Vorrichtungen, die für das Drucken geeignet sind. Eine anschauliche Ausführungsform der Vorrichtung umfasst eine Druckeinrichtung zum Aufbringen von Tinte in 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 für die Tinte annimmt; und eine Höhenausgleichseinrichtung bzw. Nivelliereinrichtung mit mindestens einer Blitzlichtleuchte, die Strahlung auf die Tinte aussendet, die auf der ersten Oberfläche des Substrats aufgebracht ist, wobei die Blitzlichtstrahlung die Tinte zumindest auf die Viskositätsschwellwerttemperatur erwärmt, so dass die Tinte auf der ersten Oberfläche lateral fließen kann, um damit einen Höhenausgleich der Tinte zu bewirken. Die Tinte wird ausreichend rasch erwärmt, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichsvorgang, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein merkliches Eindringen von Tinte in das Substrat verhindert wird.
In einer weiteren Ausführungsform gibt jede Blitzlichtleuchte Strahlung mit einem Emissionsspektrum ab, das in dem sichtbaren Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst jede Blitzlichtleuchte eine Xenonblitzlichtleuchte des Typs A und einen Filter, der geeignet ist, einen Teil des Emissionsspektrums der Blitzlichtleuchte mit einer Wellenlänge von weniger als ungefähr 400 nm zu erzeugen, bevor die Strahlung auf die erste Oberfläche des Substrats auftrifft.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine temperaturgesteuerte Auflage, die benachbart zu der mindestens einen Blitzlichtleuchte angeordnet ist, wobei die Auflage ausgebildet ist, das Substrat zu halten und eine zweite Oberfläche des Substrats gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche zu kühlen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Druckeinrichtung mindestens einen Druckkopf, wobei jeder Druckkopf ausgebildet ist, die Tinte zu erwärmen und die erwärmte Tinte auf die erste Oberfläche des Substrats auszuwerten.
In einer werteren Ausführungsform führt die von der mindestens einen Blitzlichtleuchte abgegebene Strahlung im Wesentlichen zu keiner Aushärtung der Tinte; und die Vorrichtung umfasst ferner eine Strahlungsenergiequelle zum Beaufschlagen von Tinte auf der ersten Oberfläche des Substrats mit UV-Strahlung, um die Tinte nach den Höhenausgleich der Tinte auszuhärten.
Es können Tinten in Druckprozessen verwendet werden, die mit ultraviolettem Licht (UV) aushärtbar sind, um Bilder auf Substraten zu erzeugen. UV-aushärtbare Tinten werden auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht und anschließend mit Ultraviolettlicht bestrahlt, um die Tinte auszuhärten und um Bilder auf der Oberfläche zu fixieren. Es wurde erkannt, dass UV-aushärtbare Tinten mit geringer Viskosität einen nicht akzeptablen hohen Grad an Durch-Drucken zeigen, wenn sie auf einfachen Papiersubstraten, die porös sind, aufgebracht werden. Das Durch-Drucken ist ein Maß der Menge des Tinteneindringens in der Dickenrichtung der porösen Substrate von der Oberfläche aus, auf der die Tinte aufgebracht ist, in Richtung zu der gegenüberliegenden Oberfläche. Ein übermäßiges Durch-Drucken führt dazu, dass UV-aushärtbare Tinten mit geringer Viskosität nicht geeignet sind für Druckanwendungen mit einfachen Papiersubstraten.
UV-aushärtbare Geltinten („UV-Geltinten”) sind eine weitere Art an Druckmaterial, das zur Erzeugung von Bildern auf Substraten verwendet werden kann. Diese Tinten bieten höhere Viskositäten als konventionelle UV-aushärtbare Tinten mit geringer Viskosität. UV-Geltinten werden erwärmt, so dass sie abrupt ihre Viskosität ändern und diese Tinten werden dann auf Substrate aufgebracht. Diese Tinten erstarren beim Kontakt mit kühleren Substraten. Es wurde erkannt, dass das Erstarren bzw. Einfrieren von UV-Geltinten beim anfänglichen Aufbringen auf Substrate, etwa Papier, und die Fehljustierung von Tintentropfen, eine Bandolierung bzw. Formveränderung auf Mikroebene von Bildern hervorrufen kann, die auf den Substraten gebildet werden.
UV-aushärtbare Tinten, die auf Substraten aufgebracht sind, können in der Höhe ausgeglichen oder nivelliert werden, indem Druck auf diese Tinten ausgeübt wird, wie dies offenbart ist in: US-Patentanmeldung 12/256,670, US-Patentanmeldung 12/256,684, und der US-Anmeldung 12/256,690.
UV-aushärtbare Geltinten besitzen eine cremartige Konsistenz und besitzen eine geringe kohesive Festigkeit, wenn diese vor dem Aushärten auf Substrate aufgebracht werden. Diese Tinten werden derart zusammengemischt, dass sie eine gute Affinität zu vielen Substratmaterialien besitzen, wozu poröse und nicht-poröse Materialien gehören. Es wurde erkannt, dass Kontaktverfahren zum Einebnen einer Schicht dieser Tinten dazu neigen, dass keine zufrieden stellende Ergebnisse erreicht werden, da die Tintenschicht sich aufteilen kann und ein beträchtlicher Anteil des Bildes auf der Höhenausgleichseinrichtung verbleiben kann, die zum Einebnen der Tinte verwendet wird, etwa in Form einer erhitzten Walze.
Auf Grund der Tintentröpfchenerstarrung beim Auftreffen auf dem Substrat führt die Tintenstahlabscheidung von UV-aushärtbaren Geltinten zu einer gewölbten oder welligen Struktur der aufgebrachten Tintenbilder auf den Substraten. Die gewölbte Tintenstruktur kann nivelliert bzw. in der Höhe ausgeglichen werden, indem die Tinte aufgewärmt wird, um ihre Viskosität zu verringern, so dass Oberflächenspannungskräfte die Größe der Auswölbungen verringern können. Es wurde jedoch erkannt, dass dieser Höhenausgleichsvorgang bzw. Nivellierprozess zu einem ausgeprägten Durch-Drucken in der Dickenrichtung beitragen kann, wenn die Substrate zu stark erwärmt werden.
Auf Grund dieser Beobachtungen im Hinblick auf Schwierigkeiten, die mit dem Höhenausgleich von UV-Geltinten verknüpft sind, sowie im Hinblick auf einige andere Arten an Tinten werden Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten und Vorrichtungen, die zum Drucken geeignet sind, und die zum Ausführen der Verfahren anwendbar sind, bereitgestellt. Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen können geeignete Tintenzusammensetzungen nivellieren bzw. in der Höhe ausgleichen, die thermisch in einem ausreichend festen bzw. steifen Zustand übergehen und die einen ausreichend scharf ausgebildeten Schmelzübergang bei einer erhöhten Temperatur im Vergleich zu der Substrattemperatur besitzen.
Beispielsweise können in Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen Geltinten auf Substraten 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 mit anschaulichen Ausführungsformen der offenbarten Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte auf Substraten verträglich sind. Wie gezeigt, besitzt das Viskositätsprofil für die Geltinte einen prägnant ausgebildeten Schwellwert und die Tinte geht von einem Zustand mit relativ hoher Viskosität (mit einer Viskosität von beispielsweise in der Größenordnung oder größer von ungefähr 10⁶ cP), in welchem ein Strömen nicht leicht möglich ist, in einen relativ nicht-viskosen Zustand (mit einer Viskosität von beispielsweise der Größenordnung von weniger als ungefähr 10¹ cP) über, wobei in diesen Zustand ein leichtes Fließen möglich ist, wobei der Übergang in dem relativ schmalen Temperaturbereich vonstatten geht. Derartige Geltinten zeigen eine große Änderung der Viskosität über einem geringen Temperaturbereich von weniger als ungefähr 40 Grad C, von weniger als ungefähr 30 Grad C, von weniger als ungefähr 20 Grad C oder von weniger als 10 Grad C, um einige Beispiele zu nennen. Derartige Geltinten gehen thermisch hervorgerufen in einen ausreichend starren Zustand über und besitzen einen ausreichend scharf ausgeprägten Schmelzübergang bei einer erhöhten Temperatur im Vergleich zu der Substrattemperatur, wie dies mit beispielhaften Ausführungsformen der offenbarten Verfahren zum Höhenausgleich von Tinten auf Substraten kompatibel ist.
Anschauliche Tinten besitzen Eigenschaften, wie dies in 1 gezeigt ist, und diese können verwendet werden, um Bilder auf Substraten in Ausführungsformen der offenbarten Verfahren und Vorrichtungen zu erzeugen, wie dies beschrieben ist: in der US-Patentanmeldung Nr. 2007/0120919, in der eine Phasenänderungstinte mit einem Farbstoff, einem Initiator und einem Tintenträger offenbart ist; in der US-Patentanmeldung 2007/0123606, die eine Phasenänderungstinte mit einem Farbstoff, einem Initiator und einem Phasenänderungstintenträger offenbart; und in der US-Patent 7,559,639 , das eine strahlungsaushärtbare Tinte mit einem aushärtbaren Monomer offenbart, das bei 25 Grad C flüssig ist, wobei ferner ein aushärtbares Wachs und ein Farbstoff enthalten sind, die zusammen eine strahlungsaushärtbare Tinte bilden.
Die in 1 gezeigte Kurve zeigt eine Viskositätsschwellwerttemperatur T₀, die als die Temperatur definiert ist, bei der die Viskosität der Tinte zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert liegt. Bei T₀ ist die Viskosität ausreichend gering, so dass diese leicht fließen kann. T₀ kann typischerweise im Bereich von ungefähr 55 Grad C bis ungefähr 65 Grad C für beispielhafte Geltinten liegen. In anschaulichen Ausführungsformen wird die Tinte auf zumindest die Viskositätsschwellwerttemperatur aufgeheizt, so dass die Tinte unter dem Einfluss von Oberflächenspannungen/Grenzflächenspannungen und den Grenzflächenkapillarkräften auf einer Oberfläche eines Substrats ausreichend fließen kann, um damit die gewünschte Wirkung des thermischen Höhenausgleichs bzw. Nivellierung zu erreichen.
Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen können Bilder, die auf einem Substrat erzeugt sind, in der Höhe ausgleichen, so dass Bandolierungseffekte auf Mikroebene der Bilder vermieden werden, ohne dass ein physikalischer Kontakt mit den Bildern während des Höhenausgleichsvorganges stattfindet. Ausführungsformen der vorliegenden Verfahren und Vorrichtungen können Tinten auf porösen Substraten mit minimalem Durch-Drucken der Tinten in der Höhe ausgleichen. Die porösen Substrate besitzen offene Poren, die sich von einer Vorderfläche, auf der die Tinte aufgebracht ist, in Richtung zu einer gegenüberliegenden Rückseitenfläche erstrecken (auf der die Tinte ebenfalls aufgebracht werden kann). Die offenen Poren können sich teilweise oder vollständig durch die gesamte Dicke des Substrats erstrecken, wobei die Dicke durch die Vorderseite und die Rückseite definiert ist. Die Poren sind für die Tinte durchlässig.
Die Verfahren und Vorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um Tinten, etwa Geltinten und dergleichen, auf Substraten, die kein einfaches Papier sind, etwa beschichtetes Papier, Kunststoff- und Metallschichten und Laminate in der Höhe auszugleichen bzw. einzuebnen. Diese Substrate enthalten eine Oberfläche, auf der die Tinten abgeschieden werden und die mit Bezug auf die Tinten nicht durchlässig ist. Die Substrate können aus wärmeempfindlichen Materialien, etwa wärmeempfindlichen Kunststoffen aufgebaut sein. Ausführungsformen der Vorrichtungen können in der Xerographie, Lithographie und Flexographie verwendet werden.
Ausführungsformen der Vorrichtungen enthalten zumindest eine Blitzlichtleuchte, die Strahlung zum Erwärmen von Tinten abgibt, die auf Substraten aufgebracht sind. Die ausgesandte Strahlung erzeugt eine Kurzzeitbelichtung. Die Strahlungsbelichtung liefert ausreichend thermische Energie für die Tinten, so dass diese auf eine ausreichend hohe Temperatur aufgeheizt werden, so dass ihre Viskosität verringert wird derart, dass sie in der Höhe ausgeglichen bzw. eingeebnet werden, wodurch oberflächenspannungsgetriebenes laterales Zerfließen auf den Substratoberflächen hervorgerufen wird. Dieses laterale Fließen oder Zerfließen verhindert eine Bandolierung auf Mikroebene von Bildern, die durch die Tinte gebildet sind.
In Ausführungsformen erzeugt die von der Blitzlichtleuchte ausgesandte Strahlung eine Erwärmung, die ausreichend hoch und ausreichend kurz ist, so dass lediglich ein minimaler Wärmeübertrag von der Tinte auf das Substrat erfolgt. Die Aufheizzeit durch Blitzlicht wird als t_RAD bezeichnet. Diese Wärmeübertragung ist wünschenswerter Weise nicht ausreichend, um das Substrat, das mit der Tinte in Kontakt ist, auf eine Temperatur über der Tintenschmelztemperatur aufzuheizen. Die Strahlungsbeaufschlagung kann wirksam sein, um das Durch-Drucken von Geltinten und dergleichen auf porösen Substraten, etwa einfachem Papier, zu minimieren.
Wenn Tinte auf einer Oberfläche eines porösen Substrats bei einer speziellen Temperatur ist, ermöglichen die Tintenviskosität und die Oberflächenspannungen ein laterales Fließen auf der Oberfläche, um die Oberfläche der Tinte zu verkleinern. Die Zeitdauer, um dieses laterale Fließen der Tinte zu erreichen, wird als t_L-R bezeichnet. In ähnlicher Weise führen Kapillarkräfte innerhalb der Poren des Substrats zu einem Eindringen in das Substrat. Die Zeitdauer, in der die Tinte über eine gegebene Entfernung hinweg in derartige Poren eindringt, wird als t_PERM bezeichnet. In der Tinte absorbierte Wärme wird durch Wärmeleitung auf das kühlere Substrat übertragen, wodurch die oberflächennahen Gebiete des Substrats am stärksten erwärmt werden und Wärme wird schließlich auf die gegenüberliegende Seite des Substrats übertragen. Es gibt eine charakteristische Zeit t_DIFF für eine derartige thermische Diffusion, wenn diese in Substraten auftritt. Der Wert von t_DIFF hängt von Faktoren ab, wozu die Wärmekapazität und die thermische Diffusionseigenschaften des Substrats sowie die Temperaturgradienten gehören.
In Ausführungsformen des Höhenausgleichsprozesses sind die folgenden Abhängigkeiten zwischen diesen Zeitwerten wünschenswert: 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 sehr viel 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, wird, selbst wenn t_PERM kurz ist, der thermische Gradient in dem Substrat ausreichend groß und die Tinte wird in der Nähe der Oberseitenfläche des Substrats so verändert, dass sie hauptsächlich lateral entlang dieser Oberfläche fließt.
2 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Vorrichtung 100, die für das Drucken geeignet ist. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Markier- bzw. Druckeinrichtung 110 zum Abgeben Tinte 112 auf Substrat, und umfasst eine Höhenausgleichseinrichtung bzw. eine Nivellier- bzw. Einebnungseinrichtung 130, um die aufgebrachte Tinte mit Strahlung 122 eines ausgewählten Spektrums zu beaufschlagen, um die Tinte in der Höhe auszugleichen bzw. einzuebnen. Die dargestellte Vorrichtung 100 umfasst ferner eine optionale UV-Aushärteinrichtung 130, um in der Höhe ausgeglichene UV-ausgehärtete Tinten mit UV-Strahlung 132 zu beaufschlagen, um damit die Tinten zu vernetzen und um eine höhere Robustheit herzustellen, wenn derartige Tinten optional verwendet werden, um Bilder auf Substraten zu erzeugen.
2 zeigt ein Substrat 140, das auf einer Auflage 150 bzw. einer Platte gehalten wird. Die Auflage 150 kann stationär sein. In anderen Ausführungsformen ist die Auflage 150 entlang der Prozessrichtung A in Bezug auf die Höhenausgleichseinrichtung 120 bewegbar. In anderen Ausführungsformen wird eine separate Druckauflage (nicht gezeigt) an der Druckeinrichtung 110 vorgesehen, und es wird eine separate Auflage (nicht gezeigt) an der Höhenausgleichseinrchtung 120 vorgesehen, und des weiteren wird eine separate Auflage (nicht gezeigt) in der Aushärteinrichtung 130 vorgesehen. Die Auflage(n) in der Vorrichtung 100 können beispielsweise Platten sein. Andere Arten von Einrichtungen, etwa Walzen, können ebenfalls verwendet werden, um das Substrat 140 zu transportieren. Eine aufgebrachte Schicht aus Tinte 144 ist auf der oberen Fläche 142 des Substrats 140 gezeigt. Die Auflage 150 kann bewegt werden, um das Substrat 140 in der Prozessrichtung A entlang der Druckeinrichtung 110, der Höhenausgleichseinrichtung 120 und der optionalen Aushärteinrichtung 130 zu transportieren, um damit Bilder auf dem Substrat 140 zu erzeugen. Die Höhenausgleichseinrichtung 120 ist typischerweise von der Druckeinrichtung 110 durch einen Abstand von ungefähr 10 cm bis ungefähr 50 cm entlang der Prozessrichtung A getrennt.
Die Druckeinrichtung 110 kann einen oder mehrere Druckköpfe (nicht gezeigt) aufweisen. Beispielsweise sind die Druckköpfe erhitzte Piezodruckköpfe. Typischerweise umfasst die Druckeinrichtung 110 eine Reihe aus Druckköpfen, die typischerweise in mehreren versetzten Reihen der Druckeinrichtung 110 angeordnet sind. Die Druckköpfe können aus rostfreiem Stahl oder dergleichen aufgebaut sein. Die Druckköpfe können ein modulares skalierbares Array bilden, um Ausdrucke unter Verwendung von Substraten mit unterschiedlicher Größe zu erzeugen. Die Druckköpfe können Tinten mit den Farben blau bzw. Zyan, rot bzw. magenta, gelb, schwarz verwenden, um zu ermöglichen, dass Tinten mit unterschiedlicher Farbe aufeinander gedruckt werden.
Die Druckköpfe können die Tinte auf eine ausreichend hohe Temperatur aufheizen, um die Tintenviskosität auf eine gewünschte Viskosität zum Auswerfen durch Düsen zu verringern. Die heiße Tinte wird als Tröpfchen aus den Düsen der Druckköpfe auf stationäre oder bewegbare Substrate in der Druckeinrichtung 110 ausgeworfen.
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. Die Tinten können eine große Änderung der Viskosität bei einer geringen Änderung der Temperatur bei einem Aufheizen oder Abkühlen zeigen. Beispielsweise können Geltinten auf eine Temperatur oberhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur innerhalb der Druckköpfe aufgeheizt werden. UV-Geltinten können typischerweise auf eine Temperatur von mindestens ungefähr 80 Grad C in den Druckköpfen aufgeheizt werden, um die gewünschte Viskosität für das Auswerfen zu erreichen. UV-Geltinten zeigen typischerweise einen großen Anstieg der Viskosität, wenn diese von der Auswurftemperatur ausgehend um ungefähr 10 Grad C, beispielsweise von ungefähr 80 Grad C auf ungefähr 70 Grad C, abgekühlt werden. Wenn die Tinte auf einem Substrat auftritt, etwa einem einfachen Papier, wird Wärme von der Tinte auf das kühlere Substrat übertragen. Die aufgebrachte Tinte kühlt rasch aus und entwickelt eine Gelkonsistenz auf dem Substrat. Auf Grund des raschen Abkühlens besitzt die Tinte nicht ausreichend Zeit, um lateral auf dem Substrat zu fließen oder sich in der Höhe auszugleichen. Folglich zeigen Bilder, die auf den Substraten mit der Tinte erzeugt werden, eine Bandolierung auf Mikroebene.
Die Höhenausgleichseinrichtung 120 umfasst zumindest eine Blitzlichtleuchte, die Strahlung 122 zum Beaufschlagen der Tinte 144 abgibt. Generell beleuchtet eine typische Blitzlichtleuchte lediglich eine schmale Zone von ungefähr 25 mm (Länge X₁, die in 9 gezeigt ist) auf einem Substrat bei einem Abstand von 25 mm (Länge d in 9) von dem Blitzleuchtengehäuse. Der Durchsatz des Substrats beim Höhenausgleichsprozess hängt von der Länge der Zone ab, die mit ausreichend optischer Energie pro Puls beleuchtet wird, um die Tinte effektiv in der Höhe auszugleichen bzw. einzuebnen, und hängt auch von der Pulsrate der Blitzleuchte ab. Der Durchsatz kann erhöht werden, indem die Anzahl der Blitzlichtleuchten erhöht und/oder indem die Rate vergrößert wird, mit der Pulse abgegeben werden. Typischerweise kann eine Gruppe aus vier oder mehr Blitzlichtleuchten in Verbindung mit einem üblichen erweiterten Reflektor verwendet werden, um eine längere Einebnungszone gleichmäßig auszuleuchten, so dass damit der Durchsatz der Höhenausgleichseinrichtung erhöht wird. Die Strahlung kann ein Emissionsspektrum aufweisen, das im sichtbaren infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. In Ausführungsformen ist die Strahlungsenergiequelle beispielsweise eine Breitband-IR-VIS-(Infrarot-sichtbar)Strahlungsenergiequelle mit einem Emissionsspektrum, das den sichtbaren Bereich (ungefähr 400 nm bis 700 nm) abdeckt und sich in den Infrarotbereich (> 700 nm) erstreckt.
Die in der Höhenausgleichseinrichtung verwendeten Blitzlichtleuchten können beispielsweise eine Brennweite in der Belichtungszone im Bereich von ungefähr 25 mm bis ungefähr 200 mm erreichen.
In Ausführungsformen können das Substrat und die Blitzlichtleuchte beide stationär sein. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat relativ zu der Blitzlichtleuchte während der Bestrahlung des Substrats bewegt werden. Bei einer vorgegebenen Transportgeschwindigkeit des Substrats relativ zu der Höhenausgleichseinrichtung verringert prinzipiell eine Reduzierung der Brennweite der Blitzlichtleuchte die Belichtungszeit der Tinte auf dem Substrat. Jedoch beträgt typischerweise die Belichtungszeit der Blitzlichtleuchte ungefähr eine Millisekunde. Bei einer Geschwindigkeit von 1 m/s des Substrats bewegt sich daher dieses lediglich um 1 mm während des Lichtblitzes innerhalb einer Belichtungszone von ungefähr 100 mm bis ungefähr 200 mm.
Die Auflage 150, die das Substrat 140 hält, kann temperaturgesteuert sein, um den Wärmetransport von der unteren Oberfläche des Substrats 140 während der Beaufschlagung der Tinte in der Höhenausgleichseinrichtung 120 wegzutransportieren, so dass die Temperatur der Tinte und des Substrats während des Höhenausgleichsprozesses so gesteuert werden, dass das Durch-Drucken minimiert wird. Die Oberfläche der Auflage 150, die mit dem Substrat 140 in Kontakt ist, kann auf einer Temperatur von ungefähr 2 Grad C gehalten werden, um ein Beispiel zu nennen. Die Höhenausgleichstemperatur wird so gewählt, dass ein akzeptables Durch-Drucken, erreicht wird, während auch der Grad an Steuerung der Umgebung minimiert wird, der erforderlich ist, um eine Wasserkondensation auf der Auflage 150 beim Höhenausgleich zu verhindern.
In anderen Ausführungsformen ist die das Substrat haltende Auflage temperaturgesteuert, wenn eine Fliessbewegung von Tinte auf dem Substrat erreicht werden kann, ohne dass die Problematik besteht, dass ein Teil des Substrats eine ausreichend hohe Temperatur während der Bestrahlung der Tinte annimmt, so dass sich ein größerer Grad an vertikaler Transportaktivität der Tinte in den porösen Substraten ergibt. In Ausführungsformen ist ein gewisser Anteil an vertikaler Bewegung der Tinte erwünscht, um eine auseichende Fixierung der Tinte auf den porösen Substraten zu ermöglichen. In nicht porösen Substraten, etwa nicht porösen Kunststoffen und Metallen, ist die chemische Bindung der Tinte an die Substratoberfläche in Verbindung mit der Mikroporosität an der Substratoberfläche ebenfalls ausreichend, um die Tinte an der Oberfläche zu fixieren.
In der in 2 gezeigten Vorrichtung 100 beaufschlagt die Blitzlichtleuchte der Höhenausgleichseinrichtung 120 die Tinte 144 auf dem Substrat 140. Die Blitzlichtleuchte kann Strahlung mit einer Pulslänge von weniger als ungefähr 10 ms, etwa weniger als ungefähr 5 ms, etwa weniger als ungefähr 4 ms, weniger als ungefähr 3 ms, weniger als ungefähr 2 ms oder weniger als 1 ms abstrahlen. Eine einzelne Blitzlichtleuchte kann Strahlung aussenden, die eine Strecke in der Prozessrichtung A mit ausreichender Gesamtnivellierenergie von ungefähr 25 mm bis ungefähr 50 mm abdeckt, wobei dies von der speziellen Blitzlichtleuchte und dem verwendeten Reflektor abhängt.
In Ausführungsformen, in denen das Substrat durch die Auflage 150 während des Höhenausgleichsvorgangs bewegt wird, kann das Substrat 140 typischerweise mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 m/s bis ungefähr 2 m/s relativ zu der Blitzlichtleuchte bewegt wenden. Die Tinte 144 auf dem sich bewegenden Substrat 140 wird lediglich für eine kurze Zeitdauer durch die Blitzlichtleuchte bestahlt. Prinzipiell führt eine Erhöhung der Transportgeschwindigkeit des Substrats zu einer Verringerung der Belichtungszeit der Tinte 144 auf dem Substrat 140. Jedoch beträgt typischerweise die Belichtungszeit der Blitzlichtleuchte ungefähr 1 ms und es werden typischerweise 4 bis 8 Blitzlichtleuchten innerhalb eines sich gemeinsam erstreckenden Reflektors verwendet. Folglich bewegt sich bei einer Geschwindigkeit des Substrats von 1 m/s dieses lediglich um 1 mm während des Blitzes innerhalb einer Belichtungszone von ungefähr 100 mm bis 200 mm.
9 zeigt eine anschauliche Ausführungsform einer Einrichtung 160 mit einzelnen Blitzlichtleuchten, die in der Höhenausgleichseinrichtung 120 angewendet werden kann. Die Blitzlichtleuchteneinrichtung 160 umfasst eine Blitzlichtleuchte 162, einen Reflektor 164, der zum Reflektieren der Strahlung 165, die von der Blitzlichtleuchte 162 abgegeben wird, angeordnet ist, und umfasst ein Gehäuse 166. Ein Substrat 170 ist so gezeigt, dass dieses unterhalb der Blitzlichtleuchteneinrichtung 160 angeordnet ist. Eine Blitzlichtleuchte ist typischerweise eine Leuchte, die lediglich für eine kurze Zeitdauer aktiviert wird, um damit Strahlung auszusenden. Eine anschauliche Art von Blitzlichtleuchte, die für den Höhenausgleich von Tinte auf Substraten verwendet werden kann, ist eine Xenon-Blitzlichtleuchte. Eine Xenon-Blitzlichtleuchte ist eine elektrische Glimmentladungsleuchte, die ein äußerst intensives inkohärentes Licht des gesamten Spektrums für eine sehr kurze Zeitdauer aussendet. Die Leuchte umfasst einen versiegelten Kolben, beispielsweise einen verschweißten Quarzkolben, der mit einer Mischung von Gasen, hauptsächlich Xenon, gefüllt ist und Elektroden aufweist, um elektrischen Strom in die Gasmischung einzukoppeln. Es wird eine Hochspannungsquelle verwendet, um die Gasmischung mit Energie zu beaufschlagen. Diese hohe Spannung wird für gewöhnlich in einem Kondensator gespeichert, so dass eine sehr rasche Bereitstellung eines sehr hohen elektrischen Stromes möglich ist, wenn die Leuchte aktiviert wird. Eine beispielhaft geeignete Blitzlichtleuchte, die verwendet werden kann, ist das Modell RC802-LH840 Blitzlichtleuchte, die von Xenon Corporation, Wilmington, Massachusetts, erhältlich ist. Diese Blitzlichtleuchte ist linear; besitzt eine Länge von 16 Zoll; kann beispielsweise mit drei Pulsen pro Sekunde betrieben werden; und kann eine Nennenergiedichte von ungefähr 1,25 J/cm² pro Puls auf Substraten bei einem Abstand d von ungefähr 1 Zoll von dem Blitzlichtgehäuse bereitstellen. Andere Blitzlichtleuchten, die eine Energiedichte pro Blitz von ungefähr 1 bis ungefähr 4 J/cm² bereitstellen, können ebenfalls verwendet werden. In Ausführungsformen beträgt der Energieeintrag in die Tinte ungefähr 0,1 J/cm² bis ungefähr 3 J/cm² oder ungefähr 10% bis ungefähr 75% an Absorption der eintreffenden Blitzlichtenergie. Ferner werden in Ausführungsformen vier oder mehr Blitzlichtleuchten mit einem sich gemeinsam erstreckenden Reflektor typischerweise verwendet, um eine ausgedehnte Zone auszuleuchten, um damit einen höheren Durchsatz in der Höhenausgleichseinrichtung zu ermöglichen.
Der dargestellte Reflektor 164 ist ein elliptischer Reflektor. Der Strahlengang für den Reflektor ist in 9 gezeigt. Wie gezeigt, ermöglichen der elliptische Reflektor 164 und die lineare Blitzlichtleuchte 162 eine konzentrierte Ausleuchtung über eine Belichtungszone X₁ von ungefähr 1 Zoll entlang der Prozessrichtung.
In der Vorrichtung 100 ist die von der Blitzlichtleuchte auf die Tinte 144 abgegebene Strahlung wirksam in der Form, dass die Tinte erwärmt wird und dass die Tintenviskosität ausreichend abgesenkt wird, um ein laterales Fließen oder einen Höhenausgleich durch thermisches Fließen der Tinte auf der oberen Fläche 142 des Substrats 140 zu ermöglichen. Die Tinte kann durch die Strahlungsenergie teilweise oder vollständig geschmolzen werden, wobei ein vollständiges Schmelzen zu einem größeren Anteil an Fließen und wünschenswerter Weise zu einer stärkeren Höhenausgleichswirkung beiträgt. Die Tinte wird dabei ausreichend schnell durch die Blitzlichterwärmung aufgeheizt, so dass die Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat 140 ausreichend gering ist währen des Höhenausgleiches, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf einer Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein ausgeprägtes Eindringen von Tinte in das Substrat 140 unterbunden wird. Die „Substratgrenzfläche” ist als der Ort definiert, an dem die Tinte das Substrat kontaktiert, was auf der Oberfläche 142 oder unter der Oberfläche 142 sein kann. Das Eindringen der Tinte 144 in das Substrat 140, das sich aus dem Erwärmen ergibt, 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 mm oder weniger als ungefähr 2 μm begrenzt werden. Somit kann ein Durch-Drucken durch eine vertikale Tintenströmung in porösen Substraten, etwa von einfachem Papier, im Wesentlichen vermieden werden. Das laterale Fließen der Tinte 144 verbessert die optische Dichte, indem ein Bandolieren auf Mikroebene der Tinte 144 auf dem Substrat 140 vermieden wird.
Unterschiedliche Tinten, die in den Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können, können unterschiedliche Viskositäten und Oberflächenspannungen bei der Höhenausgleichs-Solltemperatur besitzen. Zu den Höhenausgleichsprozessparametern gehören die Ausgleichszeit und die Bestrahlungsleistung und das Emissionsspektrum der Blitzlichtheizeinrichtung. Diese Parameter können so gewählt werden, dass sie mit den Eigenschaften der Tinten kompatibel sind, die in den Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden, um damit ein wünschenswertes laterales Fließen und einen Höhenausgleich der Tinten hervorzurufen, wobei dies durch Oberflächenspannungen und Kapillarkräfte bewirkt wird.
3 zeigt eine modellierte Abhängigkeit zwischen den Höhenunterschieden von Tintenbildern mit einer gewölbten Struktur als eine Funktion der Zeit während eines Tintenhöhenausgleichsprozesses. Das Modell verwendet Tintenviskositäten von einem 1 cp, 10 cp, 100 cp und 1000 cp während des Höhenausgleichs; eine Längsabmessung der Wölbung von 20 μm, eine Anfangshöhendifferenz von 10 μm und eine Tintenoberflächenspannung von 30 dynes/cm. Wie gezeigt, verringert sich bei abnehmender Tintenviskosität die Zeitdauer, die zum Erreichen einer gewünschten Verringerung des Höhenunterschiedes erforderlich ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Zeitskala für den Höhenausgleichsprozess von der Oberflächenspannung und der Viskosität der Tinte sowie auch von dem Längenmaßstab der Oberflächenwölbungen abhängt. Für eine viskose Flüssigkeit, die durch Oberflächenspannungskräfte beeinflusst ist, kann die Zeitabhängigkeit durch eine dimensionsfreie Zeit t_ND charakterisiert werden, wobei: t_ND = (Oberflächenspannung × Zeit)/(Viskosität × Länge). Eine dimensionslose Zeit von ungefähr 0,1 ist für den Höhenausgleich bzw. die Einebnung wünschenswert. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine 0,1 ms-Zeitdauer für die Strahlung der Tinte ausreichend ist, um 100 cp, 20 μm Wölbungen, oder 10 cp, 200 μm Wölbungen für Flüssigkeiten mit einer Oberflächenspannung von 30 dyne/cm in der Höhe auszugleichen.
4 zeigt die Abhängigkeit zwischen einer komplexen Viskosität und der Temperatur für unterschiedliche UV-Geltintenzusammensetzungen während der Schmelz- und Erstarrungsprozesse der Tinten. Diese Kurven wurden direkt mit einem kommerziellen Rheometer gemessen. Die Tinten A bis E besitzen die folgende Zusammensetzung nach Gewichtsanteilen: Tinte A: geringer Gelanteil (5%) – geringer Wachsanteil (2%), Tinte B: geringer Gelanteil (5%) – hoher Wachsanteil (10%); Tinte C: hoher Gelanteil (10%) – geringer Wachsanteil (2%); Tinte D: hoher Gelanteil (10%) – hoher Wachsanteil (10%); und Tinte E: 7,5% Gel – 5% Wachs. Die Ergebnisse in 4 zeigen, dass unter Anwendung des Schmelzvorganges zum Charakterisieren des Höhenausgleichs die Viskosität variiert von ungefähr 10⁵ cp bei 30°C bis ungefähr 10 cp bei 80 Grad C.
5 und 6 zeigen modellierte Ergebnisse für das Erwärmen einer Tintenschicht einer UV-Geltinte auf einem Substrat unter Anwendung eines 1 ms Energiepulses mit kurzer Dauer. Der Puls kann durch eine Blitzlichtleuchte erzeugt werden. 5 zeigt die Tintenform und die Temperatur vor dem Erwärmen und 6 zeigt die Form und die Temperatur der Tinte bei einer Zeit von 1 ms nach dem Erwärmen. In dem Modell beträgt die in die Tintenschicht eingetragene Energie 0,12 Joule/cm² (ungefähr 12% Absorption der eintreffenden Blitzenergie). In den 5 und 6 besitzen die X-Achse (Breitenabmessung) und die Z-Achse (Tiefenrichtung) Zentimeter als Einheiten und die Temperatur ist in Kelvin angegeben. Der Abstand zwischen den Spitzenwerten der Reihen aus gelförmigen UV-Geltinten beträgt 42 μm (der Abstand für 600 dpi-Druckergebnisse). Die Anfangshöhe der Reihen aus gelförmiger Tinte beträgt 20 μm auf einer zusammenhängenden Tintenschicht von 5 μm auf dem Substrat. Die Tintenhöhe entspricht ungefähr 2 Schichten an Tinte nach dem Aufdrucken (beispielsweise einer Sekundärfarbe, etwa blau, das aus einer Schicht Zyan und einer Schicht rot zusammengesetzt ist). Wie in 6 gezeigt ist, führt die Kurzzeiterwärmung der Tintenschicht zu einem Höhenausgleich der Tinte bzw. deren Einebnung. Die Tinte erreicht eine maximale Temperatur im Gebiet der Spitzenwerte.
7 zeigt die Tintenviskosität als eine Funktion des Ortes nach einer Zeit von einer Millisekunde nach dem Erwärmen der Tintenschicht mit einer Pulsenergie aus der Blitzlichtleuchte. Wie gezeigt, besitzt die Tintenviskosität einen minimalen Wert in den Gebieten der Spitzenwerte.
8 zeigt die Substrattemperatur in der Dickenrichtung als eine Funktion des Ortes nach einer Zeit von 1 ms nach dem Erwärmen der Tintenschicht. Wie gezeigt, ist das Substrat nicht wesentlich durch die Erwärmung der Tinte aufgeheizt worden. Der wärmste Punkt in einer sehr dünnen Schicht von ungefähr 1 mm Dicke an der Oberseite des Papiers besitzt lediglich eine Temperatur von 48 Grad C, bei der die Tintenviskosität deutlich über 10³ cP liegt.
10 zeigt das Emissionsspektrum einer Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs A mit einem Cer-dotierten Glaskolben. Der Glaskolben filtert UVB-Strahlung (290 bis 320 nm) und UVC-Strahlung (200–290 nm) aus, so dass die Leuchte lediglich UVA-Strahlung (320–400 nm) abgibt.
UV-Geltinten können Photoindikatoren enthalten, die für UVA-Strahlung sensitiv sind. Es ist wünschenswert, einen Bereich der UV-Strahlung aus dem Spektrum einer Blitzlichtleuchte herauszufiltern, wenn dieser Bereich eine Polymerisierung der UV-Geltinten hervorrufen kann. Eine derartige Polymerisierung kann die gewünschte Höhenausgleichswirkung verhindern, die durch die durch Blitzlichtleuchte erzeugte thermische Aufschmelzenergie hervorgerufen würde. 10 zeigt, dass ein großer Anteil der UVA-Strahlung im Bereich von 320 nm bis 350 nm durch das Cer-Glas in der Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs A entfernt wird. Ein großer Anteil des Emissionsspektrums bleibt im Bereich von 350 nm bis 400 nm.
11 zeigt das Transmissionsspektrum eines Acrylith-OP-3-Filters. Wie gezeigt, entfernt dieser Filter Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 400 nm.
12 zeigt das Emissionsspektrum einer Xenon-Blitzlichtleuchte vom Typ A mit einem Cer-dotierten Glaskolben ohne Filter und die spektrale Intensität dieser Blitzlichtleuchte nach einer Filterung mit einem Acrylith-OP-3-Filter. Wie gezeigt, entfernt der Filter die emittierte Strahlung der Blitzlichtleuchte mit einer Wellenlänge von weniger als 400 nm. Das Herausfiltern des Teils des Emissionsspektrums der Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs A kann die Höhenausgleichseffizienz dieser Blitzlichtleuchte für verschiedene Tinten verbessern, wozu Zyan, rot und blau (rot auf Zyan) gehören. Diese Verbesserung kann für blaue Tinte markant sein.
Die Linienbreitenzunahme kann als Maß des Betrags der Tintenausbreitung auf einer Substratoberfläche verwendet werden, das sich aus dem Blitzlichthöhenausgleich der Tinte ergibt. 13 und 14 zeigen das Linienbreitenwachstum für Einzelpixelzeilen aus Geltinte bei 600 dpi auf unterschiedlichen Substratmaterialien für Zyan (13), Schwarz (14). Die Linienbreitenmaße mit ihrem gesamten Bereich sind auf unterschiedlichen Substraten gezeigt, wenn der Höhenausgleich durch die Blitzlichtleuchte deaktiviert ist und wenn der Höhenausgleich durch die Blitzlichtleuchte aktiv ist. Die Substratmaterialien beinhalten glänzendes beschichtetes Papier, polyurethanbeschichtetes Aluminium, acrylbeschichtetes Polyester und acrylbeschichtetes Polypropylen. In den 13 und 14 bedeutet „aus”, dass kein Blitzlichthöhenausgleich stattfindet, und „ein” bedeutet, dass ein Blitzlichthöhenausgleich stattfindet. Zur Bestrahlung der Tinte wurde eine lineare Xenonleuchte des Typs B mit einer Germicil-Quartzröhre (herabreichend bis 254 nm UV, das eine DNA-Basenpaarbildung unterbindet) verwendet, die bei 3 Hz und 3 ips Durchsatz betrieben wurde. Das Emissionsspektrum der Xenonleuchte des Typs B im Gebiet von 400 nm bis 1100 nm ist im Wesentlichen identisch zu jenem der Leuchte des Typs A in 12, wobei jedoch die Leuchte des Typs B auch UVA-Strahlung (320 nm bis 400 nm), UVB-Strahlung (290 nm bis 320 nm) und UVC-Strahlung (200 bis 290 nm) enthält. Die in den 13 und 14 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass generell die Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs B einen größeren Linienbreitenzuwachs für schwarze Linien als für Zyan erzeugt.
Die größere Linienbreitenaufweitung für schwarze Linien im Vergleich zu Zyan-Linien, die in den 13 und 14 gezeigt sind, beruht auf der Größe und Absorption des Xenonspektrums durch schwarze Tinte im Vergleich zu der Zyanfarbenen Tinte. 15 zeigt die Anteile des gesamten Energieflusses, der von der Xenonleuchte des Typs A mit einem Acrylith-OP-3-Filter abgegeben wird, wobei eine Absorption von einzelnen 600 dpi-Schichten jeweils mit Tinten aus rot, gelb, Zyan und schwarz stattfindet, die mit einer standardmäßigen Tropfengröße von 21 ng ausgeworfen werden. Die Anteile, die durch das Integrieren der Einhüllenden der Emissions-Absorptionsspekten über die Wellenlänge erhalten werden, sind wie folgt: Schwarz: 89%, Zyan: 59%, Gelb: 38% und rot: 32%. Wie in de 13 und 14 gezeigt ist, sind die Standardabweichungen der Linienbreiten nach dem Blitzlichthöhenausgleich generell größer als für die nur abgeschiedenen Linien vor dem Blitzlichthöhenausgleich. Es wird angenommen, dass dies darauf beruht, dass zumindest teilweise das Blitzlicht aus der linearen Leuchte nicht gleichmäßig ist.
Unter Anwendung einer Blitzlichtleuchte zum raschen Erwärmen von Tinte, so dass ein schneller Höhenausgleich durch Fließen möglich ist auf dem Substrat, wobei lediglich eine geringe Erwärmung des Substrats stattfindet, kann das Eindringen von Tinte in poröse Substrate, etwa einfaches Papier, verhindert werden, so dass ein akzeptables Durch-Drucken für Anwendungen im Bereich von weniger anspruchsvoll bis sehr anspruchsvoll erreicht wird. In Ausführungsformen kann die Wirksamkeit des thermisch Aufschmelzens oder Fließens von Tinte für den Höhenausgleich auf der Grundlage des Betrags des Linienbreitenwachstums bewertet werden, der sich aus dem Erwärmen der Tinte ergibt. Beispielsweise wird das thermische Fließen bzw. Wiederaufschmelzen als akzeptabel für den Höhenausgleich bewertet, wenn eine Einzelpixellinie aus Tinte mit 600 dpi von einer Linienbreite nach dem Abscheiden von ungefähr 60 μm auf eine Linienbreite von ungefähr 100 μm zunimmt. Für feste Tinten ist ein Linienbreitenwachstum von 60 μm auf 100 μm ausreichend, um Defekte schwacher und fehljustierter Tintenstrahlen zu verstecken, wobei derartige Fehler sogar zu vollständig fehlenden Strahlen/gedruckten Zeilen führen können. In Ausführungsformen wird eine eingeebnete Linienbreite von 100 μm als ein akzeptabler Wert für einen einzelnen Durchlaufdruck mit UV-Tinten, die mit 600 dpi gedruckt werden, betrachtet.
In Ausführungsformen der Verfahren zum Höhenausgleich von Tinten auf Substraten ist es wünschenswert, den Höhenausgleich der Tinte auf einer Substratoberfläche zu erzeugen, ohne dass im Wesentlichen ein gleichzeitiges Aushärten der Tinte erfolgt. Ein Aushärten behindert den Höhenausgleich der welligen Struktur, die durch die Tintentröpfchenerstarrung auf dem Substrat erzeugt ist. Wenn der Höhenausgleich behindert wird, kann die Bandolierung auf Mikroebene nicht auf wirksamer Weise verhindert werden, und vollständig fehlende Linien werden nicht wirksam abgedeckt. Das Ausheizen der Tinte ergibt sich, wenn eine Vernetzung oder eine Polymerisierungsreaktion in der Tinte auftritt. In den Ausführungsformen wird die Strahlungsquelle, die zum Höhenausgleich der Tinte verwendet wird, so gewählt, dass Strahlungsenergie auf die Tinte abgegeben wird, die im Wesentlichen kein Aushärten während des Höhenausgleichs hervorruft.
In anderen Ausführungsformen für das Verfahren zum Höhenausgleich von Tinte kann auch ein relativ geringer Anteil an Aushärtung während der Einebnung der Tinte auftreten, in Fällen, in denen ein Teil des Emissionsspektrums der Strahlungsquelle in der Lage ist, das Aushärten der Tintenzusammensetzung beim Höhenausgleich zu bewirken, wenn dieser Anteil nicht durch beispielsweise Filterung entfernt wird. Jedoch kann in diesen Ausführungsformen die Strahlungsquelle die Strahlungsenergie effizient so aussenden, dass die Tinte auf eine ausreichende Temperatur erwärmt wird, so dass ein Höhenausgleich hervorgerufen wird, wobei die Tintenviskosität mit einer schnelleren Geschwindigkeit und/oder mit höherer Intensität reduziert wird, als die Vernetzung oder die Polymerisation der Tinte im Gegensatz dazu die Tintenviskosität erhöhen kann. Als Folge einer Verringerung der Tintenviskosität durch eine Temperaturänderung auf diese Weise kann eine Aushärtung, die während des Höhenausgleichs auftreten kann, im Wesentlichen die Höhenausgleichswirkung nicht behindern und die gewünschten Ergebnisse des Höhenausgleichs können dennoch für die Tinte erreicht werden. Dies kann man in 14 erkennen, in der die Absorption der Strahlungsenergie aus einer B-Leuchte der schwarzen Tinte zu einer ausreichenden Zunahme der Linienbreite (bis zu > 100 nm) bei einem wirksamen Höhenausgleich für alle Substrate führt, selbst wenn eine signifikante Aushärtdosis an UV-Aushärtstrahlung auf die schwarze Tinte auftrifft. Die gleiche Dosis für die Höhenausgleichs- und Aushärtstrahlung wurde auch auf die Zyan-farbige Tinte in 13 angewendet. Die Linienbreiten wurden wiederum erhöht durch die Höhenausgleichsstrahlung, aber auf Grund der geringen Absorption der Strahlung im sichtbaren und im nahen Infrarotbereich beim Höhenausgleich durch die Tinte mit der Zyan-Farbe, wurde die Viskosität nicht so effizient wie bei der schwarzen Tinte verringert. Es wurde auch die UV-aushärtende Strahlung absorbiert und es trat eine gewisse Polymerisierung/Vernetzung auf, die tendenziell die Viskosität der Tinte erhöht.
Die Gesamtwirkung besteht darin, dass das Aushärten den Höhenausgleich beeinträchtigte und es wird eine nicht ausreichende Linienbreitenzunahme (bis zu < 100 nm) erreicht, um damit etwa die Bandolierung auf Mikroebene zu verhindern oder um Linien vollständig abzudecken.
In Ausführungsformen, in denen die Aushärtung der Tinte wünschenswert ist, um robustere Bilder auf Substraten zu erhalten, kann die Tinte einer Strahlungsenergie ausgesetzt werden, die wirksam ist, gewünschte Aushärtungen der Tintenzusammensetzung nach dem Höhenausgleich der Tinte zu erzeugen.
16 zeigt eine beispielhafte Auflistung standardmäßiger Bildreferenzen (SIR), die verwendet werden, um den Grad des Tinten-Durch-Druckens in porösen Substraten, etwa in einfachem Papier, zu bewerten. Wie gezeigt, weicht die numerische Bewertungsskala der SIR-Aufstellung von 0 bis 4, wobei 0 das geringste Durch-Drucken und 4 das stärkste Durch-Drucken repräsentiert. Ein SIR-Wert von 0 wird für alle Anwendungen als akzeptabel eingestuft. Ein SIR-Wert von 1 wird für alle außer den anspruchvollsten Anwendungen als akzeptabel erachtet; ein SIR-Wert von 2 wird als nicht akzeptabel erachtet für alle Anwendungen außer für die wenigsten anspruchsvollen Anwendungen; und ein SIR-Wert von 3 wird als unakzeptabel für alle Anwendungen erachtet; ein SIR-Wert von 4 wird ebenfalls als unakzeptabel für alle Anwendungen erachtet. Generell kann das Durch-Drucken in porösen Substraten als akzeptabel erachtet werden, wenn ein Bewertungswert von 0 oder 1 gemäß der SIR-Aufstellung erreicht wird.
Es werden DOE's ausgeführt, um beispielhafte Druckbedingungen zu bestimmen, um damit eine akzeptable Linienbreitenzunahme und ein akzeptables Durch-Drucken von Tinte, die auf porösen Substraten aufgebracht ist, zu ermitteln. Es wurden zwei einfache Papiersorten Xerox 4200 (4200) und Xerox-Farbpapier (CX98 mit einer Helligkeit von 98), die von der Xerox Corporation erhältlich sind, verwendet. Xerox 4200 ist ein einfaches Papier mit höherer Porosität und CX98 ist ein einfaches Papier mit geringerer Porosität. Die DOE's werden auf einer vorgegebenen Vorrichtung durchgeführt, wie sie in 2 gezeigt sind. In der Vorrichtung wurde das Papier auf einer stationären Druckauflage in der Druckrichtung 110 und auf einer stationären Höhenausgleichsauflage der Ausgleichseinrichtung 120 gehalten. Die Druckauflage und die Höhenausgleichsauflage wurden unter Anwendung rezirkulierter Glykoltemperatursteuerungsmaterialien gekühlt. Die Druckeinrichtung 110 enthielt Druckköpfe, um erhitzte Geltinten der Farbe Zyan und Magenta bei 600 dpi in Einzelpixellinenbreiten auf das Papier aufzubringen. Die Tinte mit der Farbe Zyan war eine Tinte mit hohem Gelanteil (10%) – hohem Wachsanteil (10%), und die Tinte mit der Farbe Magenta war eine standardmäßige Zusammensetzung von 7,5% Gel – 5% Wachs. Die Höhenausgleichseinrichtung 120 enthielt eine Xenonblitzlichtleuchte des Typs A (9) mit einem Acrylith-OP-3-Filter, um eine kontaktfreie Bildhöhenausgleichswirkung bzw. Einebnung der Tintenbereichen zu bewirken. Das gefilterte Emissionsspektrum der Blitzlichtleuchte ist in 12 gezeigt. Die Linienbreitenzunahme der Pixellinien, wie sie sich aus dem Höhenausgleich ergab, wurde sodann bestimmt.
DOE-Modellanpassungen an die Linienbreitenmessungen für das 4200-Papier sind in 17a für die Tinte mit der Farbe Zyan und 17b für die Tinte mit der Farbe Magenta gezeigt. Die DOE-Modellanpassungen an die Linienbreitenmessungen für das CX98-Papier sind in 18a für die Tinte mit der Farbe Zyan und in 18b für die Tinte mit der Farbe Magenta gezeigt. In den 17a bis 20f bedeutet ein Wert von –1,0 für einen „A-Blitz”, dass die Blitzlichtleuchte abgeschaltet war (ohne Höhenausgleich), und ein Wert von 1,0 für „A-Blitz” bedeutet, dass die Blitzlichtleuchte eingeschaltet war (Höhenausgleich). In allen 17a bis 20f bezeichnet „Auflage T” die Temperatur der Druckauflage und „IR-Auflage T” bezeichnet die Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang.
Auf der Grundlage der Ergebnisse der Blitzleuchtenausgleichsexperimente für die Papiere 4200 und CX98, die aus den DOE-Modellanpassungen der 17a, 17b und 18b zu ersehen sind, ergibt sich, dass eine ausgeprägte Linienbreitenvergrößerung mit der Xenon-Blitzlichtleuchte des Typs A erreicht wird. Sowohl die Linienbreite für die Farbe Zyan als auch für die Farbe Magenta zeigt eine sehr schwache Abhängigkeit von der Auflagentemperatur über den Bereich in dem DOE. Die Linien mit der Farbe Zyan wachsen von ungefähr 60 μm, wenn sie abgeschieden werden, auf ungefähr 120 bis ungefähr 130 μm, während die Linien mit der Farbe Magenta von ungefähr 60 μm auf ungefähr 110 μm als Folge des Blitzlichthöhenausgleichsvorgangs anwachsen. Gemäß den hierin beschriebenen Kriterien ist das Linienwachstum sowohl für die Tinte mit der Farbe Zyan als auch für die Tinte mit der Magenta akzeptabel, um eine Bandolierung auf Mikroebene zu vermeiden und auch um Defekte aus schwachen und fehlgerichteten Tintenstrahlen bis hin zu vollständig fehlenden Strahlen/gedruckten Zeilen zu verbergen. Die etwas geringere Linienbreite für die Farbe Magenta wird auf die Tatsache einer geringeren Absorption der Strahlungsenergie der Xenonblitzlichtleuchte des Typs A durch die Tinte der Farbe Magenta im Vergleich zur Tinte mit der Farbe Zyan zurückgeführt, wie dies in 15 gezeigt ist. Die Anteile der gesamten Blitzlichtenergie, die von den Tinten mit den Farben Zyan und Magenta absorbiert werden, wurden zuvor als 59% für Zyan und 32% für Magenta berechnet.
Das Durch-Drucken für Bereiche mit Zyan und Magenta als Primärfarben und 100%ige Abdeckung und für blau (Zyan + Magenta) als Senkundärfarbe wurde ebenfalls aus den DOE's bestimmt. Die Ergebnisse für die Bewertungen des Durch-Druckens für die DOE's mit dem Papier 4200 sind in 19a für die Tinte Zyan und in 19c für die Tinten Zyan + Magenta (d. h. blaue Tinte) gezeigt. Die 19b reproduziert das Verhalten in 17a für den Linienbreitenzuwachs für die Tinte mit der Farbe Zyan. In den 19a und 19b wird die Temperatur der Auflage beim Höhenausgleich konstant auf 12 Grad C gehalten und in 19c wird die Temperatur der Auflage beim Drucken konstant auf 12 Grad C gehalten. In 19a ist ein „Gebiet mit akzeptablem Durch-Drucken” als R1 angegeben. In 19b ist ein „Gebiet mit akzeptabler Linienbreite” als R2 bezeichnet.
Auf der Grundlage der Ergebnisse der Blitzlichthöhenausgleichstests auf einfachem Papier 4200, wie dies durch die DOE-Modellanpassungen in den 19a bis 19c angegeben ist, ist das Durch-Drucken für alle mit Ausnahme der höchst anspruchsvollsten Anwendungen sowohl für die Primärfarbe als auch für die Sekundärfarbe ohne Höhenausgleich akzeptabel (das Ergebnis für Magenta ist sehr ähnlich zu jenem für Zyan und ist nicht gezeigt). Die SIR-Werte ohne Höhenausgleich liegen alle bei ungefähr 1 (19a, 19c). Mit Höhenausgleich durch die Blitzlichtleuchte besitzen sowohl die Primärfarben als auch die Sekundärfarben ein unakzeptables Durch-Drucken. Die SIR-Werte für die Primärfarben liegen alle bei ungefähr 3 und für die Sekundärfarben reichen die Werte bis 4 (19a, 19c).
Gebiete mit sowohl akzeptabler Linienbreite als auch akzeptablem Durch-Drucken überlappen sich nicht, wie dies durch den Vergleich des Gebiets R1 in 19a und des Gebiets R2 in 19b erkennbar ist, in welchem das Durch-Drucken der Farbe Zyan und die Linienbreite der Farbe Zyan als Abhängigkeiten gegenüber den gleichen Achsen für Temperatur der Auflage bei Höhenausgleich und A-Blitzlicht mit der gleichen Konstanten Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang von 12 Grad C aufgetragen sind. Akzeptable Durch-Drucken-Werte treten in dem angegeben Gebiet mit Blitzlicht-aus (19a) auf und akzeptable Linienbreitenwerte treten in dem angegebenen Gebiet mit Blitzlicht-aus (19b) auf. Selbst bei einer Temperatur der Auflage beim Höhenausgleich von 2 Grad C ist Durch-Drucken lediglich eingeschränkt in dem Gebiet mit ausgeschalteter Blitzlichtleuchte gegenüber dem vollständigen Bereich der Temperaturen der Auflage akzeptabel. In diesem Gebiet ist die Linienbreite zu gering, um eine Bandolierung auf Mikroebene zu vermeiden und um fehlende Linien abzudecken. Ein akzeptables Durch-Drucken tritt lediglich in dem Gebiet mit ausgeschaltetem Blitzlicht auf und akzeptable Linienbreiten treten lediglich in dem Gebiet mit eingeschaltetem Blitzlicht auf, wobei keinerlei Überlappung vorhanden ist.
Die Ergebnisse für die Durch-Drucken-Bewertungen für die DOE's mit dem CX98-Papier sind in den 20a und 20e für die Tinte mit der Farbe Zyan und den 20c und 20d für die Tinten mit der Farbe Zyan + Magenta (blaue Tinte) gezeigt. 20b reproduziert das Verhalten der 18a für das Linienbreitenwachstum für die Tinte mit der Farbe Zyan bei einer Temperatur der Auflage beim Ausgleichsvorgang von 12 Grad C, und 20b zeigt das Linienbreitenwachstum der Farbe Zyan bei einer geringeren Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang mit 2 Grad C. In den 20a, 20b und 20c wird die Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang konstant bei 12 Grad C gehalten und in den 20d, 20e und 20f wird die Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang konstant auf 2 Grad C gehalten. Sowohl in 20a als auch in 20b ist ein Gebiet sowohl im Hinblick auf die Linienbreite als auch auf das Durch-Drucken akzeptabel, wenn der Blitzlichthöhenausgleich stattfindet, wie dies durch R4 angegeben ist. In 20b ist ein Gebiet mit nicht akzeptablem Durch-Drucken als R5 angegeben. In 20d ist ein Gebiet mit akzeptablem Durch-Drucken als R6 angegeben. In den 20e und 20f ist ein Gebiet sowohl mit akzeptabler Linienbreite als auch akzeptablem Durch-Drucken für die Tinte mit der Farbe Zyan mit ausgeführtem Höhenausgleich mit Blitzlicht als R8 angegeben.
Auf der Grundlage der der Ergebnisse der Blitzlicht-Höhenausgleichstests mit dem CX98-Papier, die sich aus den DOE-Modellanpassungen in den 20a bis 20f ergeben, sind die Bewertungen für das Durch-Drucken für höhenausgeglichene Druckausgaben auf CX98-Papier für Primärfarben Zyan und Magenta akzeptabel, wie dies in 20a gezeigt ist. (Das Ergebnis für Magenta ist sehr ähnlich zu jenem für Zyan und ist nicht gezeigt) Dieses gleiche Gebiet ist auch ein Gebiet mit akzeptabler Linienbreite für den Höhenausgleich, wie dies in 20b gezeigt ist, wobei beide funktionale Abhängigkeiten mit Achsen mit der gleichen Temperatur der Auflage und mit A-Blitzlicht und mit der gleichen Konstanten der Temperatur der Auflagen beim Höhenausgleichsvorgang von 12 Grad C aufgetragen sind.
Die Einstufungen für das Durch-Drucken für Primärfarben hängen wesentlich von der Energie ab, während die Einstufung der Sekundärfarben ebenfalls eine Abhängigkeit von der Temperatur der Auflagen besitzt. Diese Erkenntnis kann gewonnen wenden, indem 20a mit 20c und 20d verglichen wird.
Für die Sekundärfarbe blau (Zyan + Magenta) bei einer Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang von 12 Grad C zeigen die eingeebneten Bildausdrucke ein marginales bis nicht-akzeptables Durch-Drucken für den gesamten Temperaturbereich der Auflage in R5 von 2 Grad bis 22 Grad C, wie dies in 2c zu erkennen ist.
Für die Sekundärfarbe blau mit einer Temperatur von 2 Grad C für die Auflage beim Drucken und für die Auflage beim Höhenausgleichsvorgang wird ein akzeptables Durch-Drucken sowohl für die in der Höhe ausgeglichenen als auch für die nicht ausgeglichenen gedruckten Bereiche in R6 erreicht, wie dies in 20d gezeigt ist.
Um sicherzustellen, dass sowohl beide Auflagen bei 20 Grad C dennoch ein Gebiet mit akzeptabler Linienbreite und akzeptablem Durch-Drucken für Primärfarben (R4 in den 20a und 20b) ergeben, wurden die DOE-Modellergebnisse für eine Temperatur der Auflage beim Höhenausgleichsvorgang von 2 Grad C für Zyan beim Druch-Drucken in 20c und für die Linienbreite der Farbe Zyan in 20f aufgetragen. Ein gemeinsames Gebiet mit sowohl akzeptabler Linienbreite als auch akzeptablem Durch-Drucken wird im Gebiet R8 beibehalten. Die Ergebnisse zeigen, dass für einfaches Papier CX98 sowohl ein akzeptables Durch-Drucken als auch akzeptable Linienbreiten mit Blitzlichthöhenausgleich sowohl für Primärfarben als auch für Sekundärfarben erreicht werden, wenn die Auflage beim Drucken und die Auflage beim Höhenausgleichsvorgang bei 2 Grad C gehalten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7559639 [0050]

Claims

Verfahren zum Höhenausgleich von Tinten auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Beaufschlagen von Tinten, die auf einer ersten Oberfläche eines porösen Substrats aufgebracht ist, mit Strahlung, die von mindestens einer Blitzlichtleuchte ausgesandt wird, wobei der Strahlungsblitz die Tinte auf zumindest eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Tinte aufheizt, um zu ermöglichen, dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Tinte zu erzeugen, wobei die Tinte ausreichend schnell aufgeheizt wird, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichs, so dass die Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein ausgeprägtes Eindringen von Tinte von der ersten Oberfläche in das Substrat unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die auf der ersten Oberfläche des Substrats aufgebrachte Tinte eine gewölbte Struktur und eine gedruckte Linienbreite besitzt; und der Höhenausgleich die Linienbreite der Tinte vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Tinte eine Viskosität im Bereich von ungefähr 10¹ bis ungefähr 10⁶ cP über einem Temperaturbereich von weniger als 40 Grad C besitzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat Papier umfasst und wobei die Tinte eine Geltinte ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen keine Aushärtung der Tinte beim Beaufschlagen der Tinte mit Strahlung, die von der mindestens einen Blitzlichtleuchte ausgesandt wird, auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die von jeder Blitzlichtleuchte abgegebene Strahlung ein Emissionsspektrum besitzt, das im sichtbaren Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tinte eine Ultraviolettlicht-(UV)aushärtbare Tinte ist.
Verfahren nach Anspruch 7, das nach dem Höhenausgleich der Tinte ferner umfasst: Beaufschlagen von Tinte auf der ersten Oberfläche des Substrats mit UV-Strahlung, die von einer Strahlungsenergiequelle ausgesendet wird, um die Tinte zu vernetzen.
Verfahren zum Höhenausgleich einer Tinte auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Beaufschlagen einer Geltinte, die auf einer ersten Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist, mit einer Strahlung, die von mindestens einer Blitzlichtleuchte ausgesendet wird, wobei die erste Oberfläche in Bezug auf eine Geltinte nicht durchlässig ist, wobei der Strahlungsblitz die Geltinte zumindest auf eine Viskositätsschwellwerttemperatur der Geltinte aufheizt, um zu ermöglichen, dass die Geltinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Geltinte zu erzeugen.
Vorrichtung, die zum Drucken geeignet ist, 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 für die Tinte besitzt; und einer Höhenausgleichseinrichtung mit mindestens einer Blitzlichtleuchte, die Strahlung an die auf die erste Oberfläche des Substrats aufgebrachte Tinte abgibt, wobei die Tinte auf mindestens die Viskositätsschwellwerttemperatur aufgeheizt wird, um zu ermöglichen, dass die Tinte lateral auf der ersten Oberfläche fließt, um einen Höhenausgleich der Tinte zu bewirken, wobei die Tinte ausreichend schnell erwärmt wird, so dass eine Wärmeübertragung von der Tinte auf das Substrat ausreichend gering ist während des Höhenausgleichs, so dass Tinte an der Substratgrenzfläche auf eine Temperatur unterhalb der Viskositätsschwellwerttemperatur abgekühlt wird, wodurch ein signifikantes Einbringen von Tinte in das Substrat verhindert wird.