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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Formen von Tintenbildern auf einem Substrat und genauer gesagt die Verwendung eines Druckers in einem Prozess zum Drucken von Bildern mit einer Magnettinte auf Papier oder einem anderen porösen Substrat.
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Tintenstrahl-Bildgebungsvorrichtungen werden verwendet, um auf vielen verschiedenen Dokumenten unter Verwendung diverser Arten und Farben von Tinte zu drucken. Manche gedruckte Dokumente werden sowohl von Menschen als auch von Maschinen gelesen. Beispielsweise umfasst ein Scheck gedruckten Text, der sowohl für Menschen lesbar ist als auch von automatischen Scheckverarbeitungseinrichtungen lesbar ist. Scheckverarbeitungsmaschinen verwenden die Magnettinten-Zeichenerkennung (MICR), um gedruckte Zeichen in einem Scheck, wie etwa Leitweglenkungs- und Kontonummern, schnell und genau zu identifizieren. Die Magnettinte umfasst eine Suspension von Magnetteilchen, wie etwa Eisenoxid, die unter Verwendung eines Magnetfeldes erkennbar sind. Die Verwendung des MICR-Druckens ist weitverbreitet und ermöglicht die automatische Verarbeitung von Schecks und anderen Dokumenten, auch wenn die gedruckten Magnettinten-Zeichen optisch durch Stempel oder anderes Überdrucken verdeckt sind. Automatische Scheckverarbeitungsmaschinen führen unter Verwendung gedruckter Magnettintenzeichen eine schnelle Zeichenerkennung aus, um Konto- und Leitweglenkungsnummern zu identifizieren. Obwohl die Scheckverarbeitung eine Anwendung des Druckens mit Magnettinte ist, können Magnettinten in vielen verschiedenen gedruckten Dokumenten eingefügt sein und können auch zusammen mit nicht magnetischen Tinten verwendet werden.
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Eine Herausforderung bei der Verwendung von Magnettinten mit Tintenstrahldruckern betrifft die Neigung der Magnettinten zum Absorbieren bzw. „Durchschlagen” in porösen Druckmedien, wie etwa auf ungestrichenem Papier. Eine typische Magnettinte umfasst ein flüssiges Lösemittel, das eine Suspension von mikroskopischen Magnetteilchen enthält. Das flüssige Lösemittel und die Magnetteilchen werden in Form von Tropfen auf das Papier ausgestoßen, wo das Lösemittel verdampft und die Magnetteilchen zurücklässt. Während des Trockenprozesses werden das Lösemittel und die Magnetteilchen jedoch in die Faser des Papiers absorbiert statt in der Nähe der Oberfläche des Papiers konzentriert zu bleiben.
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5 bildet einen Tintenstrahldrucker 504 nach dem Stand der Technik bei dem Prozess des Ausstoßens von Magnettintentropfen 508 auf ein poröses Druckmedium 514 ab. Die Magnettintentropfen 508 bilden zunächst ein Zeichen 512 an der Oberfläche des Druckmediums 514, wenn das Druckmedium 514 an dem Tintenstrahl 504 in der Prozessrichtung P vorbeigeht. Mit der Zeit absorbiert das Druckmedium 514 jedoch etwas von dem Lösemittel und den Magnetteilchen. Ein Teil der Tinte 518 von einem zuvor gedruckten Zeichen 516 schlägt in das poröse Druckmedium 514 durch, und ein noch größerer Teil 524 eines gedruckten Zeichens 520, das vor dem Zeichen 516 gedruckt wurde, schlägt in das poröse Druckmedium 514 durch. Zusätzlich dazu, dass dies optisch unerwünscht ist, verteilt sich die absorbierte Tinte über eine breitere Fläche des Druckmediums 514, und gedruckte Zeichen oder andere Markierungen werden auf Grund der Absorption der Magnettinte verzerrt. Die Verzerrung kann die Fähigkeit der automatischen Abtasteinrichtung reduzieren, die Informationen, die mit der Magnettinte codiert sind, richtig zu lesen.
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Um das Durchschlagen zu reduzieren oder zu eliminieren, verwenden einige Magnettintendrucker speziell behandelte Druckmedien, wie etwa wachsbeschichtete Papiersorten, welche die Porosität des Druckmediums reduzieren, um die Absorption der Magnettinte zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Verwendung gestrichener Papiersorten erhöht jedoch die Kosten des Druckens von Dokumenten und reduziert die Vielseitigkeit eines Magnettinten-Drucksystems. Demnach wären Verbesserungen an Magnettintendruckern, welche die Lesbarkeit von Bildern verbessern, die mit Magnettinte gedruckt werden, von Vorteil.
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Bei einer Ausführungsform wurde ein Verfahren zum Drucken mit Magnettinte entwickelt. Das Verfahren umfasst das Bewegen eines Druckmediums durch eine Druckzone in einer Prozessrichtung, das Ausstoßen einer Vielzahl von Tropfen einer Magnettinte aus einer Vielzahl von Tintenstrahlen in der Druckzone auf eine Oberfläche des Druckmediums, das Bewegen des Druckmediums an einem Magnetfeldgenerator vorbei, der sich in der Prozessrichtung von der Vielzahl von Tintenstrahlen in der Druckzone aus befindet, und das Anlegen eines Magnetfeldes mit einer Orientierung, die im Wesentlichen parallel zu der Prozessrichtung ist, auf die Vielzahl von Tropfen der Magnettinte auf der Oberfläche des Druckmediums mit dem Magnetfeldgenerator, um eine Viskosität der Magnettinte auf dem Druckmedium in einer Richtung zu erhöhen, die zu der Prozessrichtung, die sich in das Druckmedium hinein erstreckt, rechtwinklig ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform wurde ein Druckgerät, das konfiguriert ist, um Magnettinten zu drucken, entwickelt. Das Druckgerät umfasst einen Medienweg, der konfiguriert ist, um ein Druckmedium durch eine Druckzone in einer Prozessrichtung zu bewegen, eine Vielzahl von Tintenstrahlen in der Druckzone, die konfiguriert sind, um eine Vielzahl von Tropfen einer Magnettinte auf eine Oberfläche des Druckmediums auszustoßen, und einen Magnetfeldgenerator, der sich in der Prozessrichtung von der Vielzahl von Tintenstrahlen in der Druckzone aus befindet und konfiguriert ist, um ein Magnetfeld mit einer Orientierung, die im Wesentlichen parallel zu der Prozessrichtung ist, an die Vielzahl von Tropfen der Magnettinte auf der Oberfläche des Druckmediums anzulegen, um eine Viskosität der Magnettinte in einer Richtung zu erhöhen, die zu der Prozessrichtung, die sich in das Druckmedium hinein erstreckt, rechtwinklig ist.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Abbildung eines Tintenstrahldruckers.
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2 ein Blockdiagramm eines Prozesses zum Drucken von Magnettintenbildern.
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3 ein Diagramm, welches das Drucken mit Magnettinte auf einem porösen Druckmedium mit dem Anlegen eines Magnetfeldes abbildet, um die Viskosität der gedruckten Magnettinte zu ändern.
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4 ein Diagramm, das Magnetteilchen in Magnettinte abbildet, die auf einem porösen Druckmedium gedruckt werden.
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5 ein Diagramm nach dem Stand der Technik, welches das Drucken mit Magnettinte auf einem porösen Druckmedium abbildet.
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Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Drucker” auf eine beliebige Vorrichtung, die konfiguriert ist, um Bilder auf einer Bildempfangsfläche zu drucken. Übliche Beispiele von Druckern umfassen ohne Einschränkung xerographische und Tintenstrahldrucker. Diverse Ausführungsformen von Druckern verwenden ein oder mehrere Markierungsmittel, wie etwa Tinte oder Toner, um gedruckte Bilder in diversen Mustern zu formen. Eine Bildempfangsfläche bezieht sich auf eine beliebige Oberfläche, die ein Markierungsmittel empfängt, wie etwa eine Bildgebungstrommel, ein Bildgebungsband oder diverse Druckmedien, einschließlich Papier. Der Begriff „Substrat” bezieht sich auf ein Druckmedium, wie etwa Papier, das gedruckte Bilder trägt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Drucker ein digitaler Drucker. Digitale Drucker ermöglichen es einem Bediener, Bilddaten zu gestalten und zu ändern, um das Bild, das auf dem Substrat gedruckt wird, unter Verwendung beispielsweise einer handelsüblichen Bildbearbeitungs-Software mühelos zu ändern.
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Ein Endlos- oder „Bahn-”Drucker erzeugt Bilder auf einem endlosen bahnförmigen Drucksubstrat, wie etwa Papier. Bei einigen Konfigurationen empfangen Endlosdrucker Bildsubstratmaterial von großen, schweren Papierrollen, die sich kontinuierlich durch den Drucker bewegen, anstelle von einzeln zugeschnittenen Blättern. Die Papierrollen können typischerweise zu geringeren Kosten pro gedruckter Seite als Einzelblätter bereitgestellt werden. Jede dieser Rollen stellt eine längliche Zuführung eines Papierdrucksubstrats in einer definierten Breite bereit. Es können Bahnsubstrate als Zickzackfaltungen oder Computerformulare bei einigen Druckern verwendet werden, die Zuführvorrichtungen aufweisen, die in Führungslöcher an den Rändern des Substrats eingreifen. Nach dem Formen der Bilder auf der Medienbahn trennt bzw. trennen eine oder mehrere Schneidevorrichtungen die Bahn in einzelne Blätter diverser Größen. Einige Ausführungsformen verwenden Endlosdrucksysteme, um eine große Anzahl von Bildern schnell und kostengünstig zu drucken.
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Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Magnettinte” auf eine Tinte, die eine Suspension von Magnetteilchen in einem flüssigen oder phasenändernden Medium umfasst. Einige Magnettinten umfassen eine Suspension von Teilchen, wie etwa Eisenoxid, in einem wässrigen oder organisch basierten Lösemittel. Eine andere Art der Magnettinte ist eine phasenändernde Magnettinte, wie etwa eine ultraviolett (UV) aushärtbare Tinte. Die phasenändernde Magnettinte ist auf Raumtemperatur entweder fest oder gelartig und umfasst Magnetteilchen, die in der phasenändernden Tinte verteilt sind. Wenn sie auf eine vorbestimmte Schmelztemperatur erhitzt wird, schmilzt die phasenändernde Tinte in einen flüssigen Zustand, in dem die Magnetteilchen in der flüssigen Tinte suspendiert sind. Ein Tintenstrahldrucker stößt flüssige Tropfen der phasenändernden Magnettinte auf eine Bildempfangsfläche, auf der die phasenändernde Tinte einer UV-Lichtquelle ausgesetzt wird und sich an der Oberfläche eines Druckmediums verfestigt.
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Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „fixieren” mit Anwendung auf ein Tintenbild auf einen Prozess des dauerhaften Markierens eines Druckmediums mit einer Tinte. Wenn die Tinte ein Lösemittel umfasst, umfasst der Fixierprozess das Trocknen der Tinte, um das Lösemittel zu verdampfen und Pigmente und Magnetteilchen dauerhaft auf dem Druckmedium zu lassen. Wenn die Tinte eine phasenändernde Tinte ist, umfasst der Fixierprozess das Verteilen der flüssigen Tintentropfen auf dem Druckmedium und das Bilden einer dauerhaften Verbindung zwischen den gedruckten Tintentropfen und dem Druckmedium.
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1 ist eine vereinfachte schematische Ansicht des direkt auf Blätter druckenden, phasenändernden Endlos-Tintenstrahldruckers 5, der konfiguriert ist, um Bilder unter Verwendung sowohl magnetischer als auch nicht magnetischer Tinten zu drucken. Ein Medienversorgungs- und Handhabungssystem ist konfiguriert, um eine lange (d.h. im Wesentlichen durchgehende) Medienbahn 14 eines „Substrats” (Papier, Kunststoff oder ein anderes bedruckbares Material) von einer Medienquelle, wie etwa einer Medienspule 10, die auf einer Bahnrolle 8 montiert ist, zuzuführen. Eine geläufige Substratart ist ungestrichenes Papier. Das ungestrichene Papier umfasst eine Grundmasse aus Zellstofffasern. Das ungestrichene Papier ist porös und kann Flüssigkeiten absorbieren, einschließlich flüssiger Tinten, die auf das Papier gedruckt werden. Der Drucker 5 umfasst eine Zuführwalze 8, einen Medienaufbereiter 16, eine Druckstation oder Druckzone 20 und eine Aufwickeleinheit 90. Die Medienquelle 10 weist eine Breite auf, die im Wesentlichen die Breite der Walzen 12 und 26 abdeckt, über welche die Medien durch den Drucker gehen. Die Aufwickeleinheit 90 ist konfiguriert, um die Bahn zum Entfernen aus dem Drucker und zur anschließenden Verarbeitung auf eine Aufnahmewalze aufzuwickeln.
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Die Medien können je nach Bedarf von der Quelle 10 abgewickelt werden und durch diverse nicht gezeigte Motoren, die eine oder mehrere Walzen drehen, angetrieben werden. Der Medienaufbereiter umfasst Walzen 12 und ein Vorheizelement 18. Die Walzen 12 regeln die Spannung der ablaufenden Medien, während sich die Medien auf einem Weg durch den Drucker bewegen. Bei alternativen Ausführungsformen können die Medien in Einzelblattform auf dem Weg transportiert werden, wobei das Medienzuführ- und Handhabungssystem eine beliebige geeignete Vorrichtung oder Struktur umfassen kann, die den Transport von Medieneinzelblättern auf einem erwarteten Weg durch die Bildgebungsvorrichtung ermöglicht. Das Vorheizelement 18 bringt die Bahn auf eine anfängliche vorbestimmte Temperatur, die für gewünschte Bildkennzeichen ausgewählt wird, die der bedruckten Medienart, sowie der Art, den Farben und der Anzahl der verwendeten Tinten entsprechen. Das Vorheizelement 18 kann Kontakt-, Strahlungs-, Leitungs- oder Konvektionsheizung verwenden, um die Medien auf eine angestrebte Vorheiztemperatur zu bringen, die bei einer praktischen Ausführungsform in einem Bereich von ungefähr 30 °C bis ungefähr 70 °C liegt.
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Die Medien werden durch eine Druckzone 20 transportiert, die eine Reihe von Druckkopfeinheiten 21A und 21B umfasst. Jede Druckkopfeinheit erstreckt sich effektiv über die Breite der Medien und ist in der Lage, Tinte direkt (d.h. ohne Verwendung eines Zwischen- oder Versatzelements) auf die sich bewegenden Medien aufzutragen. Jede der Druckkopfeinheiten 21A und 21B umfasst eine Vielzahl von Druckköpfen, die in einer gestaffelten Anordnung in Querprozessrichtung über der Medienbahn 14 positioniert sind. Wie im Allgemeinen üblich, kann jeder Druckkopf eine einzige Tintenfarbe ausstoßen, und zwar eine für jede der Tinten, die typischerweise in dem Drucker 5 verwendet werden.
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Jede der Druckkopfeinheiten in dem Drucker 5 kann eine „phasenändernde Tinte” verwenden, womit gemeint ist, dass die Tinte auf Raumtemperatur im Wesentlichen fest ist, und wenn sie auf eine Schmelztemperatur der phasenändernden Tinte erhitzt wird, zum Ausstoßen auf die Bildempfangsfläche im Wesentlichen flüssig ist. Die Schmelztemperatur der phasenändernden Tinte kann eine beliebige Temperatur sein, die in der Lage ist, eine feste phasenändernde Tinte in flüssige oder geschmolzene Form zu schmelzen. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schmelztemperatur der phasenändernden Tinte ungefähr 70 °C bis 140 °C. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Tinte, die in der Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, eine UV-härtbare Geltinte umfassen. Die Geltinte wird typischerweise erhitzt, bevor sie durch die Tintenstrahlen des Druckkopfes ausgestoßen wird. Wie sie hier verwendet wird, bezieht sich eine flüssige Tinte auf geschmolzene feste Tinte, erhitzte Geltinte oder andere bekannte Formen von Tinte, wie etwa wässrige Tinten, Tintenemulsionen, Tintensuspensionen, Tintenlösungen oder dergleichen.
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Bei der in 1 abgebildeten Konfiguration stößt die Druckkopfeinheit 21A eine nicht magnetische Tinte auf die Medienbahn 14 aus, und die Druckkopfeinheit 21B stößt eine magnetische Tinte auf die Medienbahn 14 aus. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Drucker mehrere Druckkopfeinheiten mit der gleichen Konfiguration wie die Druckkopfeinheit 21A, die konfiguriert sind, um verschiedene Farben von nicht magnetischer Tinte zum mehrfarbigen Drucken auszustoßen. Bei noch einer anderen Ausführungsform druckt ein Drucker nur Magnettinte anstelle sowohl nicht magnetische als auch magnetische Tinten zu drucken. Bei dem Drucker 5 stößt die Druckkopfeinheit 21A wahlweise eine andere Form von Tinte aus als die Druckkopfeinheit 21B. Dies bedeutet, dass während die Druckkopfeinheit 21B eine Magnettinte auf Lösemittelbasis, die Magnetteilchen führt, ausstoßen kann, die Druckkopfeinheit 21A konfiguriert sein kann, um eine andere Form von Tinte auszustoßen, wie etwa phasenändernde oder wässrige Tinten, um nicht magnetische Tintenbilder auf der Medienbahn 14 zu formen. In der Druckzone 20 geht die Medienbahn 14 an der Druckkopfeinheit 21A in der Prozessrichtung P vorbei, um eine nicht magnetische Tinte zu empfangen, bevor sie an der Druckkopfeinheit 21B vorbeigeht, um die magnetische Tinte zu empfangen.
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Der Controller 50 des Druckers empfängt Geschwindigkeitsdaten von Codierern, die in der Nähe von Walzen installiert sind, die auf beiden Seiten des Abschnitts des Wegs gegenüber den Druckkopfeinheiten 21A und 21B positioniert sind, um die Position der Bahn zu berechnen, wenn sich die Bahn an den Druckköpfen vorbei bewegt. Der Controller 50 verwendet diese Daten, um Synchronisationssignale zu generieren, um die Tintenstrahlen in den Druckköpfen zu betätigen, um zu ermöglichen, dass die vier Farben mit einem zuverlässigen Maß an Genauigkeit zur Deckung der Muster aus magnetischer und nicht magnetischer Tinte ausgestoßen werden, um ein- oder mehrfarbige Bilder auf den Medien zu formen. Die Tintenstrahlen, die durch die Auslösesignale betätigt werden, entsprechen Bilddaten, die von dem Controller 50 verarbeitet werden. Die Bilddaten können an den Drucker gesendet werden, von einem (nicht gezeigten) Scanner generiert werden, der ein Bestandteil des Druckers ist, oder können anderweitig elektronisch oder optisch generiert und an den Drucker abgegeben werden. Bei diversen alternativen Ausführungsformen umfasst der Drucker 5 eine andere Anzahl von Druckkopfeinheiten und kann Tinten in vielen verschiedenen Farben drucken.
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Ein Abpresselement 24A und 24B ist jeweils mit jeder der Druckkopfeinheiten 21A und 21B verknüpft. Die Abpresselemente 24A und 24B liegen typischerweise in Form einer Stange oder Rolle vor, die im Wesentlichen gegenüber dem Druckkopf auf der Rückseite der Medien angeordnet ist. Jedes Abpresselement wird verwendet, um die Medien in einem vorbestimmten Abstand von dem Druckkopf gegenüber dem Abpresselement zu positionieren. Jedes Abpresselement kann konfiguriert werden, um thermische Energie zu emittieren, um die Medien auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen. Bei einer praktischen Ausführungsform emittiert das Abpresselement thermische Energie in einem Bereich von ungefähr 40 °C bis ungefähr 60 °C. Die Abpresselemente können einzeln oder zusammen gesteuert werden. Das Vorheizelement 18, die Druckköpfe, die Abpresselemente 24 (falls beheizt), sowie die Umgebungsluft kommen zusammen, um die Medien entlang dem Abschnitt des Weges gegenüber der Druckzone 20 in einem vorbestimmten Temperaturbereich von ungefähr 40 °C bis 70 °C zu halten.
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Wenn sich die teilweise bebilderte Medienbahn 14 bewegt, um Tinten in diversen Farben von den Druckköpfen der Druckzone 20 zu empfangen, hält der Drucker 5 die Temperatur der Medienbahn 14 in einem vorbestimmten Temperaturbereich. Die Druckköpfe in der Druckkopfeinheit 21A stoßen eine phasenändernde Tinte auf einer Temperatur aus, die typischerweise wesentlich höher als die Temperatur der Medienbahn 14 ist. Folglich erhitzt die Tinte die Medien. Daher können andere Temperaturreguliervorrichtungen verwendet werden, um die Medientemperatur in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Beispielsweise können sich die Lufttemperatur und die Luftströmungsrate nach und vor den Medien ebenfalls auf die Medientemperatur auswirken. Entsprechend kann man Gebläse oder Ventilatoren verwenden, um die Regelung der Medientemperatur zu ermöglichen. Somit bewahrt der Drucker 5 die Temperatur der Medienbahn 14 in einem geeigneten Bereich zum Ausstoßen aller Tinten aus den Druckköpfen der Druckzone 20. Temperatursensoren (nicht gezeigt) können entlang diesem Abschnitt des Medienwegs positioniert werden, um die Regulierung der Medientemperatur zu ermöglichen. Bei einer alternativen Druckerausführungsform ist die MICR-Tinte eine flüssige Tinte auf Lösemittelbasis, die an der Oberfläche der Medienbahn 14 trocknet, nachdem sie an dem Magnetfeldgenerator 45 vorbeigegangen ist. Das Lösemittel in der Tinte auf Lösemittelbasis trocknet durch Verdampfen, und optionale Heizelemente, die sich entlang dem Prozessweg befinden, fördern das Verdampfen des Lösemittels.
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Nach der Druckzone 20 entlang dem Medienweg bewegt sich die Medienbahn 14 an einem Magnetfeldgenerator 45 vorbei. Bei einer Ausführungsform ist der Magnetfeldgenerator 45 ein Elektromagnet, der betriebsfähig an den Controller 50 angeschlossen ist. Der Controller 50 aktiviert und deaktiviert wahlweise den Elektromagneten 45 und wählt auch eine Intensität des Magnetfeldes aus, das der Elektromagnet 45 generiert. Beispielsweise aktiviert der Controller 50 den Elektromagneten 45 zu Beginn eines Druckauftrags, der das Drucken von Magnettinte umfasst, und deaktiviert den Elektromagneten 45 bei Wartungsvorgängen in dem Drucker 5 oder wenn der Drucker 5 einen Druckauftrag ausführt, der kein Drucken mit Magnettinte umfasst. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Magnetfeldgenerator 45 ein Dauermagnet, der nicht direkt von dem Controller 50 betätigt wird. Bei beiden Ausführungsformen erzeugt der Magnetfeldgenerator ein Magnetfeld, das eine Feldstärke in einem Bereich von ungefähr 200 Gauß bis 800 Gauß an der Oberfläche der Medienbahn 14 aufweist.
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Der Magnetfeldgenerator 45 ist auf der gleichen Seite der Medienbahn 14 wie die Druckkopfeinheiten 21A und 21B positioniert. Somit steht der Magnetfeldgenerator der bedruckten Seite der Medienbahn 14 gegenüber, und der Magnetfeldgenerator 45 richtet die Magnetteilchen in der Magnettinte auf der Medienbahn 14 in Prozessrichtung P aus und zieht das Bild insgesamt in die Richtung 62. Die Stärke des Magnetfeldes reicht nicht aus, um die Magnetteilchen aus der Tinte oder das Bild von der Oberfläche der Medienbahn 14 zu trennen, doch das Magnetfeld erhöht die Gesamtviskosität der Magnettinte an der Oberfläche der Medienbahn 14.
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Der Magnetfeldgenerator generiert ein Magnetfeld, das zu der Oberfläche der Medienbahn 14 in etwa parallel ist. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, richten sich die Magnetteilchen in den Magnettintentropfen auf das Magnetfeld aus, und die Viskosität der Tinte auf der Medienbahn 14 nimmt zu, weil sie dem Magnetfeld ausgesetzt wird. Der Magnetfeldgenerator 45 befindet sich in der Prozessrichtung P in einem ausreichenden Abstand von der magnetischen Druckkopfeinheit 21B, um zu verhindern, dass das Magnetfeld die Magnettinte in den Reservoiren und Fluidkanälen in der Druckkopfeinheit 21B beeinflusst oder den Flug der Magnettintentropfen beeinflusst, die von der Druckkopfeinheit 21B ausgestoßen werden.
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Während eines Druckvorgangs umfasst die Magnettinte Eigenschaften sowohl eines Ferrofluids als auch eines magnetorheologischen Fluids. Wie es in der Technik bekannt ist, umfassen sowohl Ferrofluide als auch magnetorheologische Fluide eine Suspension von Magnetteilchen, wie etwa Eisenteilchen, in einem flüssigen Medium. Ferromagnetische Fluide weisen typischerweise Teilchen in einem Größenbereich von mehreren Nanometern auf, die klein genug sind, um auf Grund der brownschen Bewegung in der Flüssigkeit suspendiert zu bleiben. Magnetorheologische Fluide umfassen typischerweise größere Teilchen mit Größen von ungefähr einem Mikrometer oder mehr, die gewöhnlich zu groß sind, um auf Grund der brownschen Bewegung suspendiert zu bleiben. Bei einer Ausführungsform sind die Magnetteilchen in der Tinte mit Größen zwischen ungefähr 10 nm und 500nm gebildet. Die Teilchen sind klein genug, um ein Verkleben der Tintenstrahlen in einem Druckkopf zu vermeiden.
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Als Teil der ferromagnetischen Eigenschaften der Tinte übt der Magnetfeldgenerator eine Anziehungskraft auf die Magnettinte aus, obwohl die praktische Stärke des Magnetfeldes nicht ausreicht, um die Magnetteilchen aus der Suspension in der Tinte zu ziehen. Die magnetorheologischen Eigenschaften der Tinte ermöglichen es den Magnetteilchen in der Tinte, sich in kettenartigen Anordnungen entlang den Strömungslinien des Magnetfeldes aus dem Magnetfeldgenerator auszurichten. Die Konfiguration der Magnetteilchen erzeugt einen Anstieg der anisotropen Viskosität der Magnettinte. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „anisotrope Viskosität” auf eine Änderung der Viskosität, die durch die Richtung eines Magnetfelds durch die Magnettinte beeinflusst wird. Beispielsweise generiert das Magnetfeld aus dem Magnetfeldgenerator 45 in dem Drucker 5 Magnetfeldlinien, die sich parallel zur Prozessrichtung P erstrecken. Die anisotrope Viskosität erhöht die Viskosität der Tinte in Richtungen, die zu dem Magnetfeld rechtwinklig sind, während die Tinte in Richtungen, die zu dem Magnetfeld parallel sind, eine niedrigere Viskosität aufweist.
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3 bildet den Magnetfeldgenerator 45 und die Magnettinte auf dem Druckmedium 14 ausführlicher ab. In 3 stößt die Druckkopfeinheit 21B Tintentropfen 304 auf die Oberfläche der Medienbahn 14 aus, um das Bild 308 aus Magnettinte zu formen. Die Tintentropfen 304 sind „fliegende” Tintentropfen. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „fliegend” auf Tintentropfen, die aus den Tintenstrahlen in der Druckkopfeinheit 21B ausgestoßen werden, bevor diese Tropfen auf der Medienbahn 14 landen. Die Druckkopfeinheit 21B formt drei verschiedene magnetische Tintenbilder 316, 312 und 308 auf der Oberfläche der Medienbahn 14 bei dem Beispiel aus 3. Als erstes wird das Bild 316 aus Magnettinte geformt, als zweites wird das Bild 312 aus Magnettinte geformt, und als drittes wird das Bild 308 aus Magnettinte geformt, wenn sich die Medienbahn 14 in der Prozessrichtung P bewegt. Die magnetischen Tintenbilder 308, 312 und 316 können Zeichen, Symbole, Grafikelemente oder eine beliebige andere Anordnung aus Magnettinte sein. Die Medienbahn 14 ist ein poröses Druckmedium, wie etwa ungestrichenes Papier, und in 3 absorbiert die Medienbahn 14 die Tinte 314 in dem Tintenbild 312 und die Tinte 318 in dem Tintenbild 316.
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In 3 geht die Medienbahn 14 an dem Magnetfeldgenerator 45 vorbei, der schematisch mit zwei Magneten 346 und 347 abgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich das Magnetfeld zwischen dem Nordpol des Magneten 347 und dem Südpol des Magneten 346, die zur Erläuterung als Magnetfeldlinien 320 abgebildet sind, in einer im Wesentlichen parallelen Richtung zu der Oberfläche der Medienbahn 14. Der Magnetfeldgenerator 45 legt das Magnetfeld an die Magnetteilchen in den magnetischen Tintenbildern 316 und 312 an, wenn die Medienbahn 14 an dem Magnetfeldgenerator 45 vorbeigeht. Die Magnetteilchen in den Bildern 316 und 312 richten sich auf das Magnetfeld aus. In dem Drucker 5 ist der der Magnetfeldgenerator 45 von der Druckkopfeinheit 21B um einen vorbestimmten Abstand getrennt, der in 3 als Abstand 332 abgebildet ist. Der Abstand zwischen dem Magnetfeldgenerator 45 und der Druckkopfeinheit 21B ist groß genug, damit das Magnetfeld aus dem Magnetfeldgenerator im Wesentlichen keine Auswirkung auf den Betrieb der Druckkopfeinheit 21B hat. Insbesondere wirkt sich das Magnetfeld nicht wesentlich auf die Bewegung der fliegenden Tintentropfen 304 aus. Der Magnetfeldgenerator 45 liegt auch nahe genug an der Druckkopfeinheit 21B, so dass die Magnettinte auf der Medienbahn 14 in einem flüssigen Zustand bleibt, wenn die gedruckten Tintenbilder durch das Magnetfeld gehen.
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Die Magnettinte umfasst sowohl Magnetteilchen als auch entweder ein flüssiges Lösungsmittel oder eine phasenändernde Tinte in einer flüssigen Phase. Wenn kein externes Magnetfeld vorliegt, umfasst die Magnettinte eine im Wesentlichen einheitliche Verteilung der Magnetteilchen, die in einer Suspension in der Magnettinte gebildet sind. Die Magnettinte verhält sich wie ein magnetorheologisches Fluid, und das Anlegen des Magnetfeldes erhöht die Viskosität der Magnettinte in Richtungen, die zu dem Magnetfeld rechtwinklig sind, wie etwa in der Richtung 340 der Tintenabsorption und des Durchschlags in die poröse Medienbahn 14. Wenn die Viskosität der Tinte in der Richtung 340 zunimmt, nimmt die Absorptionsrate der Tinte in die poröse Medienbahn 14 ab. Die zunehmende Viskosität, die durch das Magnetfeld in der Magnettinte generiert wird, hält eine kurze Zeit lang an, nachdem das Druckmedium 14 durch das Magnetfeld gegangen ist, was ausreicht, damit die Bilder aus Magnettinte auf dem Druckmedium fixiert werden. Sobald sie fixiert sind, bleiben die Magnetteilchen in der Tinte im Wesentlichen an dem Druckmedium 14 fixiert. Wie in 3 abgebildet, erhöht das Anlegen des Magnetfeldes an die Magnettinte die Viskosität der Magnettinte, und die Medienbahn 14 absorbiert vergleichsweise kleinere Volumen 314 und 318 der Magnettinte in den jeweiligen Tintenbildern 312 und 316 im Vergleich zu den Bildern aus Magnettinte 512, 516 und 520 nach dem Stand der Technik, die in 5 abgebildet sind.
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4 bildet die gedruckte Magnettinte 408 ab, die auf der Medienbahn 14 geformt ist, wobei die Magnetteilchen 412 in der Magnettinte suspendiert sind. Bei einer Ausführungsform weisen die Teilchen 412 eine durchschnittliche Größe von ungefähr 10 nm bis 500 nm auf. Der Pfeil 320 gibt eine Richtung des Magnetfeldes von dem Magnetfeldgenerator 45 aus an. In 4 sind die Magnetteilchen 412 in der Magnettinte 408 in kettenartigen Anordnungen ausgerichtet, die sich parallel zum Magnetfeld 320 bilden. Die Änderung der anisotropen Viskosität bedeutet, dass die Magnettinte 408 einen höheren Strömungswiderstand (d.h. eine höhere Viskosität) in der Richtung 340 aufweist, die zu dem Magnetfeld 320 und den entsprechenden kettenartigen Anordnungen der Magnetteilchen 412 rechtwinklig ist. Der anisotrope Anstieg der Viskosität ermöglicht es der Magnettinte 408, einen geringeren Strömungswiderstand in Richtungen aufzuweisen, die zu dem Magnetfeld 320 und den Magnetteilchen 412, wie etwa entlang der Achse 424, parallel sind. Somit erzeugt der Magnetfeldgenerator 45 während eines Druckprozesses in dem Drucker 5 einen anisotropen Anstieg der Viskosität der Magnettinte, der die Viskosität der Tinte in der Richtung 340 erhöht, wenn die Tinte in die Medienbahn 14 absorbiert wird, ermöglicht es jedoch der Tinte 408, sich über die Oberfläche der Medienbahn 14 entlang der Achse 424 zu verteilen, um ein gedrucktes Bild zu formen.
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Noch einmal mit Bezug auf 1 bewegt sich die Medienbahn 14 nach der Druckzone 20 entlang dem Medienweg über Führungswalzen 26 bis zu einem oder mehreren „Zwischenheizelementen” 30. Ein Zwischenheizelement 30 kann Kontakt-, Strahlungs-, Leitungs- und/oder Konvektionswärme verwenden, um eine Temperatur der Medien zu regeln. Bei einer Ausführungsform, bei der die Magnettinte eine Tinte auf Lösemittelbasis ist, beschleunigt das Zwischenheizelement 30 die Verdampfung des Lösemittels in der Magnettinte, um die Magnettinte an der Oberfläche der Medienbahn 14 zu trocknen. Bei einer Ausführungsform, bei der die Magnettinte eine phasenändernde Tinte ist, bringt das Zwischenheizelement 30 die Tinte, die auf die Medien aufgetragen wird, auf eine Temperatur, die für erwünschte Eigenschaften geeignet ist, wenn die Tinte auf den Medien durch den Verteiler 40 geschickt wird. Bei einer Ausführungsform liegt ein Nutzbereich für eine Zieltemperatur für das Zwischenheizelement bei ungefähr 35 °C bis 80 °C. Das Zwischenheizelement 30 weist die Wirkung des Ausgleichens der Tinten- und Substrat-Temperaturen bis auf ungefähr 15 °C im Verhältnis zueinander auf. Eine tiefere Tintentemperatur ergibt eine geringe Linienverteilung, während eine höhere Tintentemperatur ein Durchscheinen bewirkt (Sichtbarkeit des Bildes von der anderen Seite des Ausdrucks). Das Zwischenheizelement 30 passt die Substrat- und Tinten-Temperaturen auf 0 °C bis 20 °C über der Temperatur des Verteilers an.
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Nach den Zwischenheizelementen 30 ist eine Fixierbaugruppe 40 konfiguriert, um Wärme anzuwenden und/oder um Druck auf die Medien auszuüben, um die Bilder auf den Medien zu fixieren. Die Fixierbaugruppe umfasst eine beliebige geeignete Vorrichtung oder ein Gerät zum Fixieren von Bildern auf den Medien, einschließlich beheizter oder unbeheizter Druckwalzen, Strahlungsheizelementen, Heizlampen und dergleichen. Bei der Ausführungsform aus 1 umfasst die Fixierbaugruppe einen „Verteiler” 40, der einen vorbestimmten Druck auf die Medien ausübt und bei einigen Umsetzungen Wärme anlegt. Die Funktion des Verteilers 40 besteht darin, im Wesentlichen die Tröpfchen, Tröpfchenketten oder Tintenlinien auf der Bahn 14 zu nehmen und sie durch Druck und bei einigen Systemen Wärme zu verstreichen, so dass Zwischenräume zwischen angrenzenden Tropfen ausgefüllt werden und feste Bildteile einheitlich werden. Zusätzlich zum Verteilen der Tinte verbessert der Verteiler 40 auch die Bilddauer, indem er die Kohäsion der Tintenschicht erhöht und/oder die Haftfähigkeit der Tinte auf der Bahn erhöht. Der Verteiler 40 umfasst Walzen, wie etwa die bildseitige Walze 42 und die Druckwalze 44, um Wärme anzuwenden und Druck auf die Medien auszuüben. Beide Walzen können Heizelemente umfassen, wie etwa die Heizelemente 46, um die Bahn 14 auf eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr 35 °C bis ungefähr 80 °C zu bringen. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Fixierbaugruppe konfiguriert sein, um die Tinte unter Verwendung von kontaktlosem Erhitzen (ohne Druck) der Medien nach der Druckzone zu verteilen. Eine derartige kontaktlose Fixierbaugruppe verwendet eine beliebige geeignete Art von Heizelement, um die Medien auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen, wie etwa ein Strahlungsheizelement, UV-Heizlampen und dergleichen.
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Bei einer praktischen Ausführungsform wird die Walzentemperatur in dem Verteiler 40 auf einer optimalen Temperatur gehalten, die von den Eigenschaften der Tinte abhängig ist, wie etwa 55 °C; im Allgemeinen ergibt eine tiefere Walzentemperatur eine geringere Linienverteilung, während eine höhere Temperatur Mängel im Glanz verursacht. Walzentemperaturen, die zu hoch sind, können bewirken, dass sich die Tinte auf der Walze absetzt. Bei einer praktischen Ausführungsform wird der Spaltendruck in einem Bereich von ungefähr 500 bis ungefähr 2000 psi/Seite eingestellt. Ein niedrigerer Spaltendruck ergibt eine geringere Linienverteilung, während ein höherer Druck die Lebensdauer der Druckwalze reduzieren kann.
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Der Verteiler 40 umfasst auch eine Reinigungs-/Ölstation 48, die mit der bildseitigen Walze 42 verknüpft ist. Die Station 48 reinigt und/oder trägt eine Schicht eines Trennmittels oder eines anderen Materials auf die Walzenoberfläche auf. Das Trennmittelmaterial kann ein Aminosilikonöl sein, das eine Viskosität von ungefähr 10 bis 200 Centipoise aufweist. Es sind nur kleine Ölmengen notwendig, und das Öl, das von den Medien geführt wird, nimmt nur ungefähr 1 bis 10 mg pro Seite im Format A4 ein. Bei einer Ausführungsform können das Zwischenheizelement 30 und der Verteiler 40 zu einer einzigen Einheit kombiniert werden, wobei ihre jeweiligen Funktionen im Verhältnis zu dem gleichen Medienabschnitt gleichzeitig erfolgen. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Medien auf einer hohen Temperatur gehalten, während sie bedruckt werden, um das Verteilen der Tinte zu ermöglichen.
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Nach dem Durchgang durch den Medienweg können die bedruckten Medien auf eine Walze aufgerollt werden, um aus dem System entfernt zu werden. Eine Aufwickeleinheit 90 wickelt die bedruckte Medienbahn auf eine Aufnahmewalze zum Entfernen aus dem Drucker 5 und zur anschließenden Verarbeitung auf. Alternativ können die Medien zu anderen Verarbeitungsstationen geleitet werden, die Aufgaben, wie etwa Schneiden, Binden, Zusammenstellen und/oder Heften der Medien oder dergleichen, ausführen.
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Betrieb und Steuerung der diversen Teilsysteme, Komponenten und Funktionen des Druckers 5 werden mit Hilfe des Controllers 50 ausgeführt. Der Controller 50 kann mit allgemeinen oder spezialisierten programmierbaren Prozessoren umgesetzt werden, die programmierte Anweisungen ausführen. Die Anweisungen und Daten, die notwendig sind, um die programmierten Funktionen auszuführen, werden in einem Speicher gespeichert, der mit den Prozessoren oder Controllern verknüpft ist. Die Prozessoren, ihre Speicher und Schnittstellenschaltungen konfigurieren die Controller und/oder die Druck-Engine, damit sie die zuvor beschriebenen Funktionen ausführen. Diese Komponenten können auf einer Leiterplatte bereitgestellt werden oder als Schaltung in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) bereitgestellt werden. Jede der Schaltungen kann mit einem getrennten Prozessor umgesetzt werden, oder mehrere Schaltungen können auf demselben Prozessor umgesetzt werden. Alternativ können die Schaltungen mit diskreten Komponenten oder Schaltungen umgesetzt werden, die in VLSI-Schaltungen bereitgestellt werden. Auch können die hier beschriebenen Schaltungen mit einer Kombination aus Prozessoren, ASIC, diskreten Komponenten oder VLSI-Schaltungen umgesetzt werden. 2 bildet einen Prozess 200 zum Betreiben eines Druckers ab, um magnetische Tintenbildern auf einem Druckmedium zu formen. Bei der nachstehenden Besprechung bezieht sich eine Referenz auf den Prozess 200, der eine Funktion oder Aktion ausführt, auf einen Controller, der programmierte Anweisungen ausführt, die in einem Speicher gespeichert sind, um eine oder mehrere Komponenten des Druckers zu betätigen, um die Funktion oder Aktion auszuführen. Der Prozess 200 wird zur Erläuterung in Verbindung mit dem Drucker 5 aus 1 beschrieben. Während der Prozess 200 mit Bezug auf den Endlosmediendrucker 5 beschrieben wird, können andere Druckvorrichtungen, zu denen Einzelblattmedien-Drucker gehören, konfiguriert sein, um einen Magnetfeldgenerator zu umfassen, der zur Verwendung mit dem Prozess 200 geeignet ist.
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In dem Prozess 200 bewegt ein Drucker ein Druckmedium durch eine Druckzone (Block 204). In dem Drucker 5 ist das Druckmedium die längliche Medienbahn 14, und der Drucker 5 bewegt die Medienbahn 14 in Prozessrichtung P durch die Druckzone 20. Während sich das Druckmedium durch die Druckzone bewegt, formt der Drucker wahlweise Tintenbilder auf dem Druckmedium mit einer nicht magnetischen Tinte (Block 208). In dem Drucker 5 umfasst die Druckkopfeinheit 21A eine Vielzahl von Druckköpfen, die wahlweise Bilder auf der Medienbahn 14 unter Verwendung von nicht magnetischen Tinten formen. Während der Drucker 5 konfiguriert ist, um eine nicht magnetische Tinte zu drucken, bevor er die Magnettinte druckt, druckt eine alternative Druckerkonfiguration die Magnettinte nach dem Drucken der nicht magnetischen Tinte oder druckt sowohl die magnetische als auch die nicht magnetische Tinte im Wesentlichen gleichzeitig.
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Während des Prozesses 200 stößt der Drucker Magnettintentropfen auf das Druckmedium aus, um magnetische Tintenbilder zu formen (Block 212). Der Drucker 5 bewegt die Medienbahn 14 durch die Druckzone 20 in Prozessrichtung P an der Druckkopfeinheit 21B vorbei. Der Controller 50 generiert eine Vielzahl von Auslösesignalen, um Tropfen der Magnettinte auf die Medienbahn 14 mit den Tintenstrahlen in der Druckkopfeinheit 21B auszustoßen, um magnetische Tintenbilder zu formen. Bei einer Ausführungsform umfasst die Druckkopfeinheit 21B Aufstellungen von Druckköpfen, die magnetische Tintenbilder mit einer Auflösung von 600 Punkten pro Zoll (DPI) auf der Medienbahn 14 formen. Der Controller 50 ist konfiguriert, um die Auslösesignale mit Bezug auf digitale Bilddaten zu generieren, um einen breiten Bereich von Zeichen, Symbolen und Grafikelementen unter Verwendung der Magnettinte zu formen. Beispiele von magnetischen Tintenbildern umfassen Zahlen und Symbole, die Leitweglenkungs- und Kontonummern entsprechen, die bei Schecks gebildet werden, wie sie in der Bank- und Finanzindustrie verwendet werden. Beispielsweise druckt der Drucker 5 Zahlen und Symbole, die mit Schecks verknüpft sind, unter Verwendung der Schriftartnormen E-13B oder CMC-7. Der Drucker 5 kann auch Magnettintentropfen ausstoßen, um viele verschiedene Texte, Grafikelemente und Symbole auf der Medienbahn 14 zu formen. Wie zuvor beschrieben, stößt der Drucker 5 auch wahlweise Tropfen nicht magnetischer Tinte auf die Medienbahn 14 mit der Druckkopfeinheit 21A aus. Der Drucker 5 kann zusammengesetzte Tintenbilder formen, die sowohl nicht magnetische als auch magnetische Tinte umfassen.
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Der Prozess 200 legt ein Magnetfeld an das Druckmedium und die gedruckten magnetischen Tintenbilder an (Block 216). In dem Drucker 5 verlässt das Druckmedium 14 die Druckzone 20 und geht weiter an dem Magnetfeldgenerator 45 vorbei. Wie zuvor beschrieben, kann der Magnetfeldgenerator 45 entweder ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet sein. Bei beiden Ausführungsformen richten sich die Magnetteilchen in der Magnettinte, die sich auf der Medienbahn 14 bilden, auf das Magnetfeld aus, während die Medienbahn 14 an dem Magnetfeldgenerator 45 vorbeigeht.
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Der Prozess 200 fährt fort, wenn die Magnettinte nach dem Anlegen des Magnetfeldes auf dem Druckmedium fixiert wird (Block 220). Eine Magnettinte auf Lösemittelbasis wird auf dem Druckmedium fixiert, wenn die Tinte trocknet. Während des Trockenprozesses verdampft das Lösemittel in der Magnettinte von der Medienbahn 14. In dem Drucker 5 wendet die Zwischenheizelement-Baugruppe 30 Wärme an die Medienbahn 14 an, um den Trockenprozess zu beschleunigen, bevor die Medienbahn 14 in die Aufwickeleinheit 90 eintritt. Wenn die Magnettinte eine phasenändernde Tinte ist, fixieren der Aufbereiter 80 der gedruckten Bahn und der Verteiler 40 die magnetische phasenändernde Tinte auf der Medienbahn 14.
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Wie zuvor beschrieben, erhöht der Magnetfeldgenerator 45 die anisotrope Viskosität der Magnettinte in der rechtwinkligen Richtung auf das Magnetfeld, wodurch das Durchschlagen des Magnettintenbildes in das Substrat reduziert oder behoben wird und die Magnetteilchen zur Ausrichtung neigen. Demnach bleiben die Magnetteilchen in der Nähe der Oberfläche der Medienbahn 14, nachdem der Drucker 5 die Magnettinte auf die Medienbahn 14 fixiert hat, wobei er Zeichen oder andere Markierungen aus Magnettinte erzeugt, die mit automatischen Vorrichtungen besser zu lesen sind, auch wenn der Drucker 5 das Magnettintenbild auf einem porösen Druckmedium formt.
