DE19753493C2 - Verfahren zum Aufbringen klarer, lebhafter und wasserfester gedruckter Bilder auf einen Träger - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen klarer, lebhafter und wasserfester gedruckter Bilder auf einen Träger

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von gedruckten Bildern auf einem Träger und ins­ besondere auf ein hochwirksames Verfahren zum Liefern ge­ druckter Bilder auf einem Träger, die klar, lebhaft und was­ serfest sind.
In den letzten Jahren wurden viele unterschiedliche Träger (beispielsweise "Druckmedienmaterialien") für eine große Vielzahl von Anwendungen entwickelt. Diese Träger wurden spezifisch zur Verwendung mit hochauflösenden Drucksystemen entworfen, die in der Lage sind, monochromatische oder mehr­ farbige Bilder auf eine schnelle Art und Weise zu liefern. Thermische Tintenstrahlsysteme sind diesbezüglich besonders wichtig. Drucksysteme, die die thermische Tintenstrahltech­ nologie verwenden, umfassen grundsätzlich eine Kassette, die zumindest eine Tintenbehälterkammer in einer Fluidverbindung mit einem Druckkopf, der eine Mehrzahl von Widerständen in demselben aufweist, aufweist. Eine selektive Aktivierung der Widerstände bewirkt eine thermische Anregung der Tinte und den Ausstoß der Tinte aus der Kassette. Repräsentative thermische Tintenstrahlsystem sind in dem U.S.-Patent 4,500,895, dem U.S.-Patent 4,771,295, dem U.S.-Patent 5,278,584 und dem Hewlett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988) erläutert, die gesamtheitlich hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Ungeachtet dessen, ob ein thermisches Tintenstrahldrucksy­ stem oder ein anderer Typ einer Druckvorrichtung verwendet ist, umfaßt ein Träger von gegenwärtigem Interesse eine Struktur, die aus mehreren Schichten besteht, die aneinander befestigt sind, um eine einzelne integrierte Einheit zu bil­ den. Typische Träger dieses Typs umfassen normalerweise (1) eine Trägerschicht, die üblicherweise aus einer oder mehre­ ren organischen Polymerzusammensetzungen gebildet ist; und (2) eine tintenabsorbierende Schicht, die aus einer Zusam­ mensetzung besteht, die speziell entworfen ist, um Tinten­ materialien zurückzuhalten und zu absorbieren. Diese Träger werden gegenwärtig für eine Anzahl von unterschiedlichen Zwecken verwendet. Diese Zwecke reichen von der Vorbereitung von "Transparentfolien" für die Verwendung mit einem Over­ headprojektor bis zu der Herstellung von qualitativ hochwer­ tigen gedruckten Blättern, während dieselben für Anzeige­ zwecke in vielen unterschiedlichen technischen Gebieten ver­ wendet werden können.
Ungeachtet des speziellen Druckverfahrens, das ausgewählt ist, um Tintenmaterialien zu einem Mehrschichtträger des Typs, der oben genannt ist, zu liefern, existiert eine An­ zahl von wichtigen Betrachtungen, die sich direkt auf die Gesamtqualität des fertigen gedruckten Bilds beziehen. Das gedruckte Bild muß lebhaft (speziell, wenn mehrfarbige Ent­ würfe enthalten sind) und bei einem hohen Auflösungspegel klar sein. Das Wort "lebhaft" (das auch als "hohe Farbsätti­ gung" ("high chroma") bekannt ist) beinhaltet spezifisch einen Fall, bei dem das gedruckte Bild (das aus einer oder mehreren Farben besteht) hell, hart und von einer Farbregion zu einer anderen klar definiert ist. Zusätzlich ist ein wei­ terer Faktor von primärer Bedeutung, der die Gesamtdruckqua­ lität und die Stabilität des fertigen gedruckten Produkts beeinflußt. Spezieller muß das gedruckte Bild auf dem Träger wasserfest sein. Der Ausdruck "wasserfest", wie er hierin verwendet wird, soll ein gedrucktes Bild bezeichnen, das nicht verschmiert, verläuft, zerfließt oder ausbleicht, wenn dasselbe einer Feuchtigkeit ausgesetzt ist (beispielsweise Wasser und/oder auf Wasser basierenden Materialien). Wenn das gedruckte Bild auf dem Träger nicht ausreichend wasser­ fest ist, wird es während und nach dem Kontakt mit Feuchtig­ keit verzerrt, unscharf und unklar. Die Herstellung von was­ serfesten Bildern ist daher bei allen Typen von Drucksyste­ men, einschließlich denjenigen, die die thermische Tinten­ strahltechnologie verwenden, von beträchtlicher Bedeutung.
Vor der Entwicklung der vorliegenden Erfindung existierte ein Bedarf nach Materialien und Verfahren, die in der Lage waren, klare, lebhafte und wasserfeste gedruckte Bilder auf einem Träger des oben genannten Typs zu erzeugen (beispiels­ weise denen, die eine Polymerträgerschicht und eine tinten­ absorbierende Schicht, die auf der Trägerschicht positio­ niert ist, aufweisen). Ferner verblieb ein Bedarf nach einem System, bei dem diese Vorteile unter Verwendung vieler un­ terschiedlicher Drucksysteme erreicht werden können, ein­ schließlich solchen, die die thermische Tintenstrahltechno­ logie beinhalten. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf auf eine einzigartige und wirksame Art und Weise, die die Erzeugung von klaren, lebhaften und wasserfesten ge­ druckten Bildern auf den Mehrschichtträgern von primärem In­ teresse, wie oben erläutert wurde, ermöglicht. In gleicher Weise ist die beanspruchte Erfindung speziell für die Ver­ wendung in Verbindung mit thermischen Tintenstrahlsystemen oder anderen Druckverfahren, bei denen Tintenmaterialien von einer Kassetteneinheit, die ein oder mehrere in derselben selbst enthaltene Tintenauswurfeinrichtungen aufweist, ver­ teilt werden. Folglich stellt die beanspruchte Erfindung ei­ nen wichtigen Fortschritt auf dem Gebiet der Drucktechnolo­ gie dar und erfüllt eine Anzahl von lange bestehenden Be­ dürfnissen, wie detailliert nachfolgend erläutert wird.
Die US-A-4,868,581 beschreibt die Beschleunigung einer Dif­ fusion von unlöslichen organischen Bestandteilen, die per Tintenstrahldruck auf eine Tintenabsorptionsschicht aufge­ bracht wurden, mittels nachträglichen Wärmebehandlung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ver­ besserte Verfahren zum Aufbringen gedruckter Bilder auf ei­ nen Träger zu schaffen, die das Erzeugen klarer, lebhafter und wasserfester gedruckter Bilder ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen gedruckter Bilder auf einen Träger zu schaffen, bei dem ein Mehrschichtträger verwendet ist, der (1) eine Trägerschicht; und (2) eine tintenabsorbierende Schicht auf der Trägerschicht enthält, wobei die fertigen gedruckten Bilder klar, lebhaft und sehr wasserfest sind.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen von gedruckten Bildern auf einen Träger des oben genannten Typs zu schaf­ fen, das eine minimale Anzahl von Verfahrensschritten und Materialien verwendet, um die gewünschten gedruckten Bilder auf dem Träger zu liefern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein ver­ bessertes Verfahren zum Aufbringen von gedruckten Bildern auf einen Träger des oben genannten Typs zu schaffen, bei dem komplexe mehrfarbige Entwürfe mit einem hohen Auflö­ sungsgrad und einer hohen Stabilität geliefert werden kön­ nen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein ver­ bessertes Verfahren zum Aufbringen gedruckter Bilder auf ei­ nen Träger des oben genannten Typs zu schaffen, das speziel­ le Tintenzusammensetzungen (beispielsweise Färbemittel) ver­ wendet, um eine verbesserte Stabilität zu liefern.
Es ist noch ein weiterer Vorteil der Erfindung, ein verbes­ sertes Verfahren zum Aufbringen gedruckter Bilder auf einen Träger des oben genannten Typs zu schaffen, das allgemein einen minimalen Komplexitätspegel umfaßt und sowohl zum Ge­ brauch durch kommerzielle Verwender als auch durch Verbrau­ cher auf einer Heimbasis geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung schafft ein hocheffizientes Ver­ fahren zum Aufbringen klarer, lebhafter und stabiler ge­ druckter Bilder auf einem ausgewählten Träger unter Verwen­ dung von thermischen Tintenstrahldruckern. Das beanspruchte Verfahren richtet sich speziell auf Trägermaterialien eines Mehrschichtcharakters, die (1) eine Trägerschicht [die typischerweise aus einem Polymer des organischen Filmtyps besteht]; und (2) eine tintenabsorbierende Schicht, die auf der Trägerschicht positioniert ist, umfassen. Viele unter­ schiedliche Zusammensetzungen können in Verbindung mit dem Träger verwendet werden, wobei verschiedene Schichten nach­ folgend erläutert werden. Folglich soll das beanspruchte Verfahren nicht auf irgendwelche speziellen Materialien be­ schränkt sein, die verwendet sind, um den Träger herzu­ stellen. Die folgende Erörterung stellt eine kurze Zusammen­ fassung der beanspruchten Erfindung dar. Speziellere und um­ fassendere Informationen werden nachfolgend bei der detail­ lierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele geliefert. Es sei ferner angemerkt, daß, obwohl die vorlie­ gende Erfindung hierin primär bezugnehmend auf die ther­ mische Tintenstrahltechnologie erläutert wird, dieselbe in gleicher Weise auf andere Tintenliefersysteme anwendbar ist. Insbesondere kann die Erfindung in Verbindung mit jedem Tin­ tendrucksystem verwendet werden, das eine Tintenkassette um­ faßt, die einen Druckkopf aufweist, der eine oder mehrere Tintenauswurfvorrichtungen ("Tintenejektoren") in derselben enthält. Folglich soll die beanspruchte Erfindung nicht auf irgendeinen bestimmten Typ einer Tintenübertragungstechnolo­ gie beschränkt sein.
Um ein klares, lebhaftes (beispielsweise hell gefärbtes oder "stark farbgesättigtes") und wasserfestes gedrucktes Bild gemäß der Erfindung zu erzeugen, wird anfänglich eine spe­ zialisierte Tintenzusammensetzung bereitgestellt, die ein Tintenträgermittel (beispielsweise Wasser und vorzugsweise ein oder mehrere Lösungsmittelmaterialien, wie detailliert nachfolgend erörtert wird) und ein Färbemittel enthält, das hierin als ein "sublimierbares Farbstoffdiffusions-Färbemit­ tel zur thermischen Übertragung" bezeichnet wird. Der Aus­ druck "Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Über­ tragung" ist hierin definiert, um eine spezielle und einzig­ artige Klasse von chemischen Färbemitteln einzuschließen, die (1) in Wasser im wesentlichen unlöslich sind; (2) in or­ ganischen Lösungsmitteln vollständig oder teilweise löslich sind; und (3) bei so geringen Temperaturen wie etwa 200°C sublimierbar sind. Dieses spezielle Färbemittel ist entspre­ chend seiner einzigartigen Fähigkeit, direkt in die Träger­ schicht des Trägers, der bei dem beanspruchten Verfahren verwendet wird (das nachfolgend detaillierter erläutert wird), zu diffundieren, besonders brauchbar. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen sub­ limierbaren Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung beschränkt sein, wobei später mehrere Beispiele und kommerzielle Quellen für diese Materialien angegeben werden. In gleicher Weise soll die beanspruchte Tintenzusam­ mensetzung nicht auf den Einschluß irgendwelcher anderer Be­ standteile in derselben begrenzt sein, wobei eine Anzahl von zusätzlichen Zusätzen und ergänzenden Verbindungen nachfol­ gend bei der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Aus­ führungsbeispiele ausführlicher erörtert wird.
Dann wird ein Mehrschicht-Bildempfangsträger ausgewählt, der wiederum (1) eine Trägerschicht; und (2) eine tintenabsor­ bierende Schicht, die auf der Trägerschicht positioniert ist, aufweist. Der Träger weist ferner eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche auf. Die Trägerschicht besteht speziell aus einer Zusammensetzung (beispielsweise einem or­ ganischen Polymer), die ermöglicht, daß das sublimierbare Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung in der Tintenzusammensetzung während der Sublimation des Färbemittels direkt in die innere Region der Trägerschicht gelangt. Die Trägerschicht ist ferner entworfen, um eine strukturelle Unterstützung für den gesamten Träger zu lie­ fern. Weitere Einzelheiten bezüglich der verschiedenen Ma­ terialien, die in den mehreren Schichten des Trägers verwen­ det werden können, werden ebenfalls später dargelegt.
Als nächstes wird die Tintenzusammensetzung zu der tintenab­ sorbierenden Schicht des Bildaufnahmeträgers geliefert (bei­ spielsweise unter Verwendung der thermischen Tintenstrahl­ technologie oder anderer Tintenlieferverfahren). Folglich wird zumindest ein Teil der Tintenzusammensetzung oder vor­ zugsweise die gesamte Tintenzusammensetzung in die innere Region der Tintenabsorptionsschicht absorbiert. Ungeachtet dessen, ob die Tintenzusammensetzung vollständig in die Tin­ tenabsorptionsschicht absorbiert oder nur teilweise absor­ biert wird (wobei ein bestimmter Teil der Tinte auf der Oberfläche der Tintenabsorptionsschicht adsorbiert wird), sollen beide diese Wechselwirkungen zwischen der Tintenzu­ sammensetzung und der Tintenabsorptionsschicht als nach Funktion, Zweck und abschließendem Ergebnis äquivalent be­ trachtet werden.
Nach oder während des Tintenlieferungsverfahrens, das oben erläutert ist, wird der Tintenempfangsträger auf eine Tempe­ ratur erwärmt, die ausreicht, um (1) eine Sublimation des sublimierbaren Farbstoffdiffusions-Färbemittels zur thermi­ schen Übertragung in der Tintenzusammensetzung; und (2) eine Diffusion (beispielsweise Wanderung) des sublimierten Färbe­ mittels von der Tintenabsorptionsschicht direkt in die inne­ re Region der Trägerschicht, derart, daß das Färbemittel in derselben zurückgehalten und befestigt wird, zu bewirken. Speziell bewirkt das Erwärmen des Bildempfangsträgers auf diese Art und Weise eine Diffusion des Färbemittels durch die Tintenabsorptionsschicht des Trägers, gefolgt von der Übertragung des Färbemittels direkt in die darunterliegende Trägerschicht. Bei einem bevorzugten und nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel wird dieser Schritt des beanspruchten Verfahrens durch eine Erwärmung des Trägers über eine Zeit­ dauer von etwa 5 bis 30 Sekunden auf eine Temperatur von etwa 180 bis 220°C erreicht. Jedoch können diese Parameter wiederum variieren, wie es gemäß der speziellen Tintenzusam­ mensetzung, die verwendet wird, und der speziellen Materia­ lien, die dem Träger zugeordnet sind, wie durch eine routi­ nemäßige vorherige Untersuchung bestimmt wird, erforderlich ist. Es sei ferner angemerkt, daß bei einem optimalen und bevorzugten Ausführungsbeispiel, das eine zusätzliche Ent­ fernung von bekannten Systemen darstellt, die obere Oberflä­ che des Bildempfangsträgers (beispielsweise die obere Ober­ fläche der Tintenabsorptionsschicht, wie nachfolgend erläu­ tert wird) während der Wärmezuführung zu dem Träger physi­ kalisch nicht an irgendwelchen anderen Materialschichten angebracht ist. Speziell ist die obere Oberfläche des Bild­ empfangsträgers nicht mit irgendwelchen zusätzlichen Mate­ rialschichten beschichtet, wobei das Fehlen einer solchen "Beschichtung" oder eines solchen Abdeckmaterials einen Fall einschließt, bei dem die obere Oberfläche des Trägers über­ haupt keine zusätzlichen Materialien aufweist, die durch physikalische, chemische oder elektrostatische Mittel an derselben befestigt sind. Diese Qualifizierung umfaßt nicht temporäre Abdeckungsbauglieder oder Schichten, die nicht an dem Träger "befestigt" sind, sondern nur für eine kurze Zeitperiode in Position auf dem Träger plaziert sind und nachfolgend aus einer Vielzahl von Gründen entfernt werden, einschließlich einer Reduzierung der Reinigungs- und War­ tungs-Anforderungen, die der Heizvorrichtung zugeordnet sind.
Als ein Ergebnis des vorher genannten Schritts (z. B. des Zu­ führens von Wärme zu dem Träger, wie oben genannt ist) wird ein stabiles, lebhaftes ("hohe Farbsättigung") und wasserfe­ stes gedrucktes Bild auf eine schnelle und wirksame Art und Weise mit einem hohen Stabilitätspegel, der einen Fort­ schritt auf dem Gebiet der Drucktechnologie darstellt, aus der Tintenzusammensetzung erzeugt. Das gedruckte Bild wird in der inneren Region der Trägerschicht des Trägers zurück­ gehalten, was zu dem hohen Stabilitätspegel und der Wasser­ festigkeit desselben beiträgt.
Ungeachtet der speziellen Verfahren, die verwendet werden können, um den Träger wie oben erörtert zu erwärmen, kann eine Anzahl unterschiedlicher Heizsysteme zu diesem Zweck verwendet werden, die von herkömmlichen Heizdruckeinheiten zu Infrarotvorrichtungen reichen. Bei einem zusätzlichen nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel (das speziell geeig­ net ist, wenn Wärmedrucksysteme verwendet werden) kann op­ tional ein Druck auf den Träger (beispielsweise während des Heizens) ausgeübt werden, um das Farbstoffdiffusions/Befe­ stigungs-Verfahren weiter zu verbessern. Effiziente Ergeb­ nisse werden erhalten, wenn ein repräsentativer Druck in einem Bereich von etwa 2,07 bis 27,6 N/cm2 gleichmäßig während des Erwärmens auf den Träger ausgeübt wird (beispielsweise in einer herkömmlichen Heizdruckvor­ richtung, wie oben angegeben ist). Jedoch kann der Bedarf zum Ausüben eines Drucks bei dem beanspruchten Verfahren (ebenso wie die speziellen interessierenden Druckpegel) wie­ derum gemäß vorbereitender Pilotstudien bezüglich der Mate­ rialien und Tintenzusammensetzungen, die verarbeitet werden, bestimmt werden.
Während das beanspruchte Verfahren nicht auf ein spezielles Tintenlieferverfahren begrenzt sein soll, umfaßt schließlich ein alternatives interessierendes Verfahren die Verwendung einer Druckvorrichtung mit zumindest einer Tintenkassette in derselben, wobei die Tintenkassette ein Gehäuse und einen Druckkopf, der an dem Gehäuse befestigt ist, aufweist. Der Druckkopf weist bei diesem Ausführungsbeispiel zumindest ei­ ne Tintenauswurfeinrichtung zum Liefern von Tintenmateria­ lien von der Tintenkassette zu dem Träger auf. Das Gehäuse der Tintenkassette enthält einen Vorrat von zumindest einer Tintenzusammensetzung, wobei die Tintenzusammensetzung die oben genannten Bestandteile aufweist (einschließlich eines Trägermittels und zumindest eines sublimierbaren Farbstoff­ diffusions-Färbemittels zur thermischen Übertragung). Eine veranschaulichende, bevorzugte und nicht-begrenzende Vor­ richtung, die zu diesem Zweck verwendet werden kann, umfaßt eine thermische Tintenstrahldruckereinheit und eine Kassette (Kassetten) des Typs, der in dem U.S.-Patent 4,500,895, dem U.S.-Patent 4,771,295, dem U.S.-Patent 5,278,584 und dem Hewlett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988), be­ schrieben ist, die wie oben angegeben gesamtheitlich durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind. Jedoch sind andere Sy­ steme, die eine unterschiedliche Drucktechnologie verwenden, jedoch dennoch ein Tinteneinschlußgefäß mit einem Druckkopf mit zumindest einer Tintenauswurfeinrichtung in demselben aufweisen, ebenfalls bei dem beanspruchten Verfahren anwend­ bar. Alle anderen Parameter, die oben in Verbindung mit dem primären Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung er­ läutert sind, einschließlich des Erwärmens, der Druckbeauf­ schlagung und der Zeitfaktoren, sind in gleicher Weise auf dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung (das die Verwendung der thermischen Tintenstrahltechnologie oder anderer ver­ gleichbarer Drucksysteme einschließt) anwendbar, es sei denn, gegenteiliges ist hierin angezeigt.
Sobald das gewünschte Kassettentyp-Drucksystem und der Bild­ empfangsträger erhalten sind (wobei der Träger wiederum eine Trägerschicht und eine Tintenabsorptionsschicht aufweist), wird der Träger in der Druckereinheit plaziert. Das Tinten­ ausstoßsystem des Druckkopfs in der Druckkassette wird dann aktiviert, um die Tintenzusammensetzung von der Tintenkas­ sette zu der Tintenabsorptionsschicht des Trägers (bei­ spielsweise auf die obere Oberfläche des Trägers) zu lie­ fern. Als nächstes wird, wie oben erläutert wurde, der Träger auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um eine Sublimation des Färbemittels und eine Diffusion des Färbe­ mittels durch die Tintenabsorptionsschicht in die Träger­ schicht zu bewirken. Bei einem bevorzugten und nicht-begren­ zenden Ausführungsbeispiel wird dieser Schritt wiederum er­ reicht, indem der Träger während einer Zeitdauer von etwa 5 bis 30 Sekunden auf eine Temperatur von etwa 180 bis 220°C erwärmt wird. Jedoch können diese Parameter wiederum nach Bedarf gemäß der speziellen verwendeten Tintenzusammenset­ zung und den spezifischen Materialien, die verwendet sind, um den Träger herzustellen, wie durch ein routinemäßiges vorbereitendes Testen bestimmt wird, variiert werden.
Wie oben bei dem primären Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben ist, ist die obere Oberfläche des Bildempfangsträ­ gers (beispielsweise die obere Oberfläche der Tintenabsorp­ tionsschicht) während des Zuführens von Wärme vorzugsweise nicht an irgendwelchen anderen Materialschichten angebracht. Speziell ist die obere Oberfläche des Trägers nicht mit ir­ gendwelchen zusätzlichen Materialschichten beschichtet, wo­ bei das Fehlen einer solchen "Beschichtung" oder Abdeckzu­ sammensetzung einen Fall einschließt, bei dem die obere Oberfläche des Trägers keine zusätzlichen Materialien, die durch physikalische, chemische oder elektrostatische Mittel an derselben angebracht sind, aufweist. Diese Qualifizierung schließt temporäre Abdeckbauglieder oder Schichten aus, die nicht an dem Träger "befestigt" sind, sondern nur für eine minimale Zeitdauer in Position auf demselben plaziert sind und nachfolgend aus einer Vielzahl von Gründen entfernt wer­ den, einschließlich einer Reduzierung der Reinigungs- und Wartungs-Anforderungen, die der Heizvorrichtung zugeordnet sind. Gemäß diesem alternativen Verfahren wird ein stabiles, lebhaftes und wasserfestes gedrucktes Bild auf eine schnelle und wirksame Art und Weise erzeugt.
Bezüglich der speziellen Verfahren, die ausgewählt werden können, um den Träger zu erwärmen, wenn das alternative Tin­ tenlieferverfahren dieses Ausführungsbeispiels verwendet ist, können viele unterschiedliche Heizsysteme verwendet werden, die von herkömmlichen Heizdruckeinheiten zu Infra­ rotheizvorrichtungen reichen. Jedoch wird bei einem noch weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das alle der oben genannten Merkmale und Parameter aufweist, die ausgewählte Druckereinheit zumindest ein Heizbauglied auf­ weisen (beispielsweise eine oder mehrere erwärmte "Klemm"- Typ-Rollen, -Druckwalzen, -Stäbe, -Balken, -Platten und der­ gleichen), wie nachfolgend detaillierter erläutert wird. Um den Träger bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel wäh­ rend und nach der Tintenzufuhr zu heizen, wird der Träger in einem direkten physikalischen Kontakt mit dem Heizbauglied der Druckvorrichtung plaziert. Folglich wird das Heizbau­ glied Wärme in einer Menge zu dem Träger liefern, um bei den optimalen Temperaturpegeln, die oben genannt sind, eine Sub­ limation des Färbemittels und eine Diffusion desselben in die Trägerschicht des Trägers zu bewirken. Die Operation des Heizbauglieds und der Druckereinheit kann nach Bedarf einge­ stellt sein, um sicherzustellen, daß für die notwendige Zeitdauer während des beanspruchten Verfahrens eine ausrei­ chende Erwärmung stattfindet. Durch die Plazierung des Trä­ gers in einem direkten Kontakt mit dem Heizbauglied auf die­ se Art und Weise wird ein stabiles, lebhaftes und wasserfe­ stes gedrucktes Bild aus der Tintenzusammensetzung erzeugt.
Wenn ein Kassettentyp-Drucksystem verwendet ist, um die oben erläuterten Tintenzusammensetzungen zu liefern, kann wiede­ rum ein Druck auf den Träger ausgeübt werden (optimal wäh­ rend des Erwärmens), um den Farbstoffdiffusions/Befesti­ gungs-Prozeß weiter zu verbessern. Effiziente Ergebnisse werden erreicht, wenn ein repräsentativer Druck in einem Be­ reich von etwa 2,07 N/cm2 bis 27,6 N/cm2 gleichmäßig während des Erwärmens auf den Träger ausgeübt wird (beispielsweise in einem herkömmlichen Heizdrucksystem oder einer anderen vergleichbaren Vorrichtung). Der Bedarf, einen Druck auf den Träger auszuüben (ebenso wie die spezi­ ellen interessierenden Druckpegel) kann jedoch wiederum ent­ sprechend vorbereitender Pilotstudien bezüglich der Materia­ lien, die verarbeitet werden, bestimmt werden. Wenn ein Druck auf den Träger ausgeübt werden soll, kann dieser Schritt in gleicher Weise unter Verwendung externer Drucker­ zeugungssysteme (beispielsweise Wärmepressen) durchgeführt werden, die speziell geeignet sind, wenn die Erwärmung des Trägers außerhalb der Druckereinheit stattfindet. Wenn ein internes Heizsystem in der Druckereinheit verwendet ist, das die Verwendung von einem oder mehreren Heizbaugliedern bein­ haltet, wie oben beschrieben ist, können die Heizbauglieder auch verwendet werden, um während der Wärmezufuhr einen Druck auf den Träger auszuüben. Dieses Verfahren kann auf viele Arten erreicht werden, einschließlich der Verwendung von beheizten "Klemm"-Typ-Rollen oder einem Federvorspan­ nungsmechanismus, der dem Heizbauglied zugeordnet ist und dasselbe während der Wärmezufuhr abwärts gegen den Träger treibt. Ungeachtet dessen, welches Verfahren oder Ausfüh­ rungsbeispiel verwendet ist, wird das oben beschriebene Heizverfahren in Kombination mit einer Tinte, die ein oder mehrere sublimierbare Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung aufweist, qualitativ hochwertige ge­ druckte Bilder auf eine schnelle und wirksame Art und Weise erzeugen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Fortschritt auf dem Gebiet der Drucktechnologie dar, der zahlreiche Nutzen und Vorteile liefert, einschließlich: (1) dem schnellen Drucken von klaren und lebhaften ("high chroma") Bildern mit einem minimalen Ausrüstungsaufwand und minimalen Verarbeitungs­ schritten; (2) einer verbesserten Bild-Wasserfestigkeit und -Stabilität; (3) einem minimalen Komplexitätspegel und mini­ maler erforderlicher Ausrüstung, was die häusliche Verwen­ dung durch Verbraucher erleichtert; (4) der Fähigkeit, die thermische Tintenstrahltechnologie (oder andere vergleich­ bare Systeme) zu verwenden, um hochauflösende, mehrfarbige Bilder zu erzeugen, die durch verbesserte Stabilitätspegel charakterisiert sind; und (5) der Fähigkeit, diese Ziele un­ ter Verwendung kostengünstiger Materialien und einer kosten­ günstigen Ausrüstung zu erreichen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer repräsentativen thermischen Tintenstrahlkassetteneinheit, die zur Verwendung bei dem Verfahren der vorliegenden Er­ findung geeignet ist;
Fig. 2 eine schematische vergrößerte Querschnittansicht des Druckkopfs, der der thermischen Tintenstrahl­ kassetteneinheit von Fig. 1 zugeordnet ist;
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht eines reprä­ sentativen Mehrschichtträgers, der bei dem bean­ spruchten Verfahren verwendet werden kann, wobei die Schichten in dem Träger zu Zwecken der Klarheit vergrößert sind;
Fig. 4 eine sequentielle schematische Ansicht der Schrit­ te, die verwendet werden, um ein gedrucktes Bild unter Verwendung der Materialien und Verfahren der Erfindung auf dem Träger von Fig. 3 zu liefern;
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht des Trägers von Fig. 3, nach dem Liefern der Tintenzusammenset­ zung auf dem Träger gemäß dem Verfahren von Fig. 4 und bevor der bedruckte Träger erwärmt wird;
Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht des Trägers von Fig. 5, nachdem derselbe gemäß dem Verfahren von Fig. 4 erwärmt ist; und
Fig. 7 eine sequentielle schematische Ansicht der Schrit­ te, die verwendet werden, um bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein unter­ schiedliches Heizverfahren beinhaltet, ein gedruck­ tes Bild auf dem Träger von Fig. 3 zu liefern.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein einzigartiges und hoch­ wirksames Verfahren zum Liefern klarer, lebhafter (bei­ spielsweise "mit hoher Sättigung") und wasserfester gedruck­ ter Bilder auf einem ausgewählten Träger. Ein Mehrschicht­ träger wird bei dem beanspruchten Verfahren verwendet, der (1) eine spezialisierte Trägerschicht mit einer Anzahl von wichtigen Charakteristika, die nachfolgend genannt werden, und (2) eine Tintenabsorptionsschicht, die auf der Träger­ schicht positioniert ist, aufweist. Die Ausdrücke "lebhaft" oder "mit hoher Sättigung" umfassen grundsätzlich Bilder, die durch einen hohen Pegel an Helligkeit, Klarheit und Farbtiefe charakterisiert sind, wenn einfarbige oder mehr­ farbige Entwürfe enthalten sind. In gleicher Weise beinhal­ tet, wie oben genannt wurde, das Wort "wasserfest", wie es hierin verwendet wird, ein gedrucktes Bilds, das nicht schmiert, verläuft, zerfließt oder schwindet, wenn es einer Feuchtigkeit ausgesetzt ist (beispielsweise Wasser und/oder auf Wasser basierenden Materialien). Wenn das gedruckte Bild auf dem Träger nicht ausreichend wasserfest ist, wird das­ selbe während und nach dem Kontakt mit Feuchtigkeit ver­ zerrt, unscharf und unklar. Folglich ist die Erzeugung von wasserfesten Bildern von beträchtlicher Wichtigkeit bei thermischen Tintenstrahldruckeinheiten und anderen Systemen, die eine andere Tintenübertragungstechnologie verwenden. Es sei ferner bemerkt, daß alle der Vorteile, die oben genannt sind, in gleicher Weise sowohl für monochromatische Bilder (eine Farbe) als auch für mehrfarbige gedruckte Entwürfe gelten. Ungeachtet des speziellen Typs und der Farbcharakte­ ristika der Tintenzusammensetzungen, die bei der vorliegen­ den Erfindung verwendet sind, stellt das beanspruchte Ver­ fahren einen wesentlichen Fortschritt in der Drucktechnolo­ gie dar, der aus der nachfolgend gebotenen Erläuterung ohne weiteres offensichtlich wird. Die Beschreibung dieser Erfin­ dung wird zu Zwecken der Klarheit und der Einfachheit des Verständnisses in verschiedene Abschnitte unterteilt. Diese Abschnitte umfassen folgende: (1) Überblick über die thermi­ sche Tintenstrahltechnologie; (2) Bildempfangsträger, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet sind; (3) interes­ sierende Tintenzusammensetzungen; und (4) Bilddruckverfah­ ren.
A. Überblick über die thermische Tintenstrahltechnologie
Wie oben bemerkt wurde, ist die vorliegende Erfindung auf eine große Vielzahl unterschiedlicher Tintendrucksysteme anwendbar. Jedoch sind bei diesem Fall Drucksysteme von pri­ märem Interesse, die eine oder mehrere Kassetteneinheiten, die Tinte enthalten, verwenden. Jede Kassette weist spezi­ fisch einen Druckkopf auf, der (1) ein oberes Plattenbau­ glied, das eine oder mehrere Öffnungen durch dasselbe auf­ weist, und (2) ein Trägerbauglied unterhalb der Platte mit zumindest einer oder mehreren Tinten-"Auswurfeinrichtungen", die auf dem Trägerbauglied positioniert sind, aufweist. Der Ausdruck "Tintenauswurfeinrichtung" ("ink ejector") soll de­ finiert sein, um jeden Komponenten- oder System-Typ einzu­ schließen, der selektiv Tintenmaterialien aus dem Druckkopf ausstößt oder auswirft. Thermische Tintenstrahldrucksysteme, die mehrere Heizwiderstände als Tintenauswurfeinrichtungen verwenden, sind zu diesem Zweck bevorzugt und werden bei dem beanspruchten Verfahren mit optimalen Ergebnissen verwendet. Wie jedoch oben erwähnt wurde, soll diese Erfindung nicht auf irgendeinen speziellen Typ eines Tintenausstoßsystems oder einer Drucktechnologie begrenzt sein. Stattdessen kann eine Anzahl unterschiedlichen Tintenzufuhrvorrichtungen ver­ wendet werden, die piezoelektrische Tropfensysteme des all­ gemeinen Typs, der in dem U.S.-Patent 4,329,698 offenbart ist, Punktmatrixsysteme der Art, die in dem U.S.-Patent 4,749,291 beschrieben sind, sowie weitere vergleichbare und funktionell äquivalente Systeme, die entworfen sind, um Tin­ te unter Verwendung von einer oder mehreren Tintenausstoß­ einrichtungen zu liefern, einschließen, jedoch nicht auf dieselben begrenzt sind. Die spezifischen Tintenausstoßvor­ richtungen, die diesen alternativen Systemen zugeordnet sind (beispielsweise die piezoelektrischen Elemente bei der Vor­ richtung des U.S.-Patents 4,329,698) sollen in dem Ausdruck "Tintenausstoßeinrichtungen", der oben genannt ist, enthal­ ten sein. Obwohl die vorliegende Erfindung hierin primär be­ zugnehmend auf die thermische Tintenstrahltechnologie erläu­ tert wird, sollte es folglich offensichtlich sein, daß ande­ re Systeme gleichermaßen für die beanspruchte Technologie anwendbar und relevant sind.
Um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung bei der Anwendung derselben auf die thermische Tintenstrahl­ technologie (welches das bevorzugte System von primärem In­ teresse ist) zu erleichtern, wird nun ein Überblick über die thermische Tintenstrahltechnologie gegeben. Es ist wichtig herauszuheben, daß die beanspruchte Erfindung nicht auf ir­ gendeinen speziellen Typ einer thermischen Tintenstrahl-Kas­ setteneinheit beschränkt sein soll. Viele unterschiedliche Kassettensysteme können zu den hierin beschriebenen Zwecken verwendet werden. Diesbezüglich soll die Erfindung voraus­ sichtlich auf jeden thermischen Tintenstrahlsystemtyp an­ wendbar sein, der eine Mehrzahl von Dünnfilm-Heizwiderstän­ den verwendet, die auf einem Trägerbauglied als "Tintenaus­ stoßeinrichtungen" angebracht sind, um selektiv Tintenmate­ rialien zu liefern, wobei die Tintenmaterialien durch eine Öffnungsplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen in derselben gelangen.
In Fig. 1 ist eine repräsentative thermische Tintenstrahl- Tintenkassette 10 dargestellt. Diese Kassette ist von einem allgemeinen Typ, der in dem U.S.-Patent 4,278,584 und dem Hewlett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988) gezeigt und beschrieben ist, die beide hiermit durch Bezugnahme auf­ genommen sind. Es sei wiederum hervorgehoben, daß die Kas­ sette 10 in einem schematischen Format dargestellt ist, wo­ bei detailliertere Informationen hinsichtlich dieses Pro­ dukts in dem U.S.-Patent 5,278,584 dargelegt sind. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Kassette 10 zunächst ein Ge­ häuse 12 auf, das vorzugsweise aus Kunststoff, Metall oder einer Kombination dieser beiden hergestellt ist. Das Gehäuse 12 umfaßt ferner eine obere Wand 16, eine untere Wand 18, eine erste Seitenwand 20 und eine zweite Seitenwand 22. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind die obere Wand 16 und die untere Wand 18 im wesentlichen parallel zueinander. In gleicher Weise sind die erste Seitenwand 20 und die zwei­ te Seitenwand 22 ebenfalls im wesentlichen parallel zueinan­ der.
Das Gehäuse 12 weist weiter eine vordere Wand 24 und eine hintere Wand 26 auf. Umgeben von der vorderen Wand 24, der oberen Wand 16, der unteren Wand 18, der ersten Seitenwand 20, der zweiten Seitenwand 22 und der hinteren Seitenwand 26 ist eine innere Kammer oder ein Abteil 30 in dem Gehäuse 12 (das in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt ist), welches entworfen ist, um einen Tintenvorrat zu enthalten, wie nach­ folgend hierin erläutert wird. Die vordere Wand 24 weist ferner eine extern angeordnete, sich nach außen erstreckende Druckkopfträgerstruktur 34 auf, die einen im wesentlichen rechteckigen mittleren Hohlraum 50 in derselben besitzt. Der mittlere Hohlraum 50 umfaßt eine Bodenwand 52, die in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Tintenauslaßöffnung 54 in derselben. Die Tintenauslaßöffnung 54 verläuft vollständig durch das Gehäuse 12 und ist folglich mit dem Abteil 30 in dem Gehäuse 12 verbunden, so daß Tintenmaterialien aus dem Abteil 30 durch die Tintenauslaßöffnung 54 nach außen fließen können.
In dem mittleren Hohlraum 50 ist ferner ein rechteckiger, sich aufwärts erstreckender Befestigungsrahmen 56 positio­ niert, dessen Funktion später erläutert wird. Wie schema­ tisch in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Befestigungsrahmen 56 im wesentlichen eben (bündig) mit der Vorderfläche 60 der Druckkopf-Trägerstruktur 34. Der Befestigungsrahmen 56 weist spezifisch zwei längliche Seitenwände 62, 64 auf, die in gleicher Weise ausführlicher nachfolgend beschrieben werden.
Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 1 ist an dem Gehäuse 12 der Tintenkassetteneinheit 10 ein Druckkopf, der in Fig. 1 all­ gemein mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet ist, befestigt (beispielsweise befestigt an der sich nach außen erstrecken­ den Druckkopfträgerstruktur 34). Zu Zwecken dieser Erfindung und gemäß der herkömmlichen Terminologie weist der Druckkopf 80 tatsächlich zwei Hauptkomponenten auf, die aneinander be­ festigt sind (wobei bestimmte Unterkomponenten zwischen den­ selben angeordnet sind). Diese Komponenten und zusätzliche Informationen bezüglich des Druckkopfs 80 sind dem U.S.-Pa­ tent 5,278,584 zu entnehmen, in dem die Tintenkassette 10 sehr detailliert erläutert wird, und das hiermit durch Be­ zugnahme aufgenommen ist. Die erste Hauptkomponente, die verwendet ist, um den Druckkopf 80 zu erzeugen, besteht aus einem plattenartigen Trägerbauglied 82, das vorzugsweise aus Silizium besteht. An der oberen Oberfläche 84 des Trägerbau­ glieds 82 ist unter Verwendung herkömmlicher Dünnfilm-Her­ stellungstechniken eine Mehrzahl von einzeln anregbaren Dünnfilmwiderständen 86 angebracht, die als "Tintenausstoß­ einrichtungen" wirken und vorzugsweise aus einer Tantal-Alu­ minium-Zusammensetzung bestehen, die auf dem Gebiet der Wi­ derstandsherstellung bekannt ist. In der schematischen Dar­ stellung von Fig. 1 ist nur eine kleine Anzahl von Wider­ ständen 86 gezeigt, wobei die Widerstände 86 zu Zwecken der Klarheit in einem vergrößerten Format dargestellt sind. Fer­ ner ist unter Verwendung herkömmlicher Photolithographie­ techniken eine Mehrzahl von metallischen leitfähigen Spuren 90, die eine elektrische Verbindung zu den Widerständen 86 herstellen, auf der oberen Oberfläche 84 des Trägerbauglieds 82 vorgesehen. Die leitfähigen Spuren 90 sind ferner mit mehreren, metallischen, anschlußflächenartigen Kontaktregio­ nen 92 verbunden, die an den Enden 94, 95 des Trägerbau­ glieds 82 auf der oberen Oberfläche 84 positioniert sind. Die Funktion aller dieser Komponenten, die in Kombination zusammen hierin als eine Widerstandsanordnung 96 bezeichnet werden, wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Viele un­ terschiedliche Materialien und Entwurfskonfigurationen kön­ nen verwendet werden, um die Widerstandsanordnung 96 aufzu­ bauen, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf irgendwel­ che speziellen Elemente, Materialien und Komponenten zu die­ sem Zweck begrenzt ist. Jedoch ist bei dem bevorzugten, re­ präsentativen und nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel, das in dem U.S.-Patent 5,278,584 beschrieben ist, die Wider­ standsanordnung 96 näherungsweise 1,27 cm lang, und wird 300 Widerstände 86 enthalten, was folglich eine Auflösung von 600 Punkten pro Inch ("DPI") ermöglicht. Das Trägerbauglied 82, auf dem die Widerstände 86 angeordnet sind, weist vorzugsweise eine Breite "W1" (Fig. 1) auf, die geringer ist als der Abstand "D1" zwischen den Seitenwänden 62, 64 des Befestigungsrahmens 56. Somit sind Tintenflußka­ näle 100, 102 (die schematisch in Fig. 2 gezeigt sind) auf beiden Seiten des Trägerbauglieds 82 gebildet, so daß Tinte, die von der Tintenauslaßöffnung 54 in den mittleren Hohlraum 50 fließt, schließlich in Kontakt mit den Widerständen 86 kommen kann. Es sei bemerkt, daß das Trägerbauglied 82 eine Anzahl weiterer Komponenten auf demselben (nicht gezeigt) aufweisen kann, abhängig von dem Typ der betrachteten Tin­ tenkassetteneinheit 10. Beispielsweise kann das Trägerbau­ glied 82 in gleicher Weise eine Mehrzahl von Logiktransisto­ ren für eine exakte Steuerungsoperation der Widerstände 86 aufweisen, ebenso wie einen "Demultiplexer" einer herkömmli­ chen Konfiguration, wie in dem U.S.-Patent 5,278,584 erläu­ tert ist. Der Demultiplexer wird verwendet, um ankommende multiplexte Signale zu demultiplexen und diese Signale nach­ folgend auf die verschiedenen Dünnfilmwiderstände 86 zu ver­ teilen. Die Verwendung eines Multiplexers zu diesem Zweck ermöglicht eine Reduzierung der Komplexität und der Quanti­ tät des Schaltungsaufbaus (beispielsweise der Kontaktregio­ nen 92 und der Spuren 90), der auf dem Trägerbauglied 82 ge­ bildet ist. Weitere Merkmale des Trägerbauglieds 82 (bei­ spielsweise die Widerstandsanordnung 96) werden nachfolgend genannt.
An der oberen Oberfläche 84 des Trägerbauglieds 82 ist die zweite Hauptkomponente des Druckkopfs 80 sicher befestigt (mit einer Anzahl von dazwischenliegenden Materialschichten, einschließlich einer Barrierenschicht und einer Haftschicht bei dem herkömmlichen Entwurf von Fig. 1). Speziell ist eine Öffnungsplatte 104 vorgesehen, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die verwendet ist, um die ausgewählten Tintenzusammensetzun­ gen zu einem bestimmten Druckmedienmaterial, das den Träger der vorliegenden Erfindung einschließt, zu verteilen. Be­ kannte Öffnungsplattenentwürfe umfaßten eine starre Platten­ struktur, die aus einer inerten Metallzusammensetzung (bei­ spielsweise goldplattiertem Nickel) hergestellt ist, die auch in der Kassette 10 von Fig. 1 verwendet werden kann. Jedoch hatten jüngere Entwicklungen bei der thermischen Tin­ tenstrahltechnologie die Verwendung von nichtmetallischen organischen Polymerfilmen zur Folge, um die Öffnungsplatte 104 aufzubauen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht die­ ser Typ einer Öffnungsplatte 104 aus einem flexiblen Film­ typbauglied 106, das aus einem ausgewählten nichtmetalli­ schen organischen Polymer bei dem repräsentativen Ausfüh­ rungsbeispiel mit einer gleichmäßigen Dicke von etwa 25,4 bis 50,8 µm hergestellt ist. Aus Zwecken dieser Erfindung soll der Ausdruck "nicht-metallisch" eine Zusammensetzung einschließen, die keine reinen Metalle, Me­ tallegierungen oder Metallamalgame (beispielsweise Metallge­ mische) enthält. In gleicher Weise soll der Ausdruck "orga­ nisches Polymer" eine langkettige kohlenstoffhaltige Struk­ tur sich wiederholender chemischer Teileinheiten einschlies­ sen. Eine Anzahl von verschiedenen Polymerzusammensetzungen kann zu diesem Zweck verwendet werden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen Aufbaumateria­ lien beschränkt ist. Beispielsweise kann die Öffnungsplatte 104 aus den folgenden Zusammensetzungen hergestellt sein: Polytetrafluorethylen (beispielsweise Teflon), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polykarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat oder Gemische derselben. Wie in der schematischen Darstellung von Fig. 1 gezeigt ist, ist die flexible Öffnungsplatte 104 entworfen, um sich in der fertiggestellten Tintenkassette 10 um die sich nach außen erstreckende Druckkopfträgerstruktur 34 "zu wickeln".
Das Filmtypbauglied 106, das verwendet ist, um die Öffnungs­ platte 104 herzustellen, umfaßt ferner eine obere Oberfläche 110 und eine untere Oberfläche 112 (Fig. 1 und 2). Auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 ist eine Mehr­ zahl von metallischen Schaltungsspuren 114 (beispielsweise Kupfer) gebildet, die in Fig. 1 in gestrichelten Linien ge­ zeigt sind und die unter Verwendung bekannter Metallabschei­ dungs- und photolithographischer Techniken auf die untere Oberfläche 112 aufgebracht sind. Viele unterschiedliche Schaltungsspurstrukturen können auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 verwendet sein, wobei die spezi­ fische Struktur von dem speziellen Typ der Kassetteneinheit 10 und des betrachteten Drucksystems abhängt. Ferner ist an einer Position 116 auf der oberen Oberfläche 110 der Öff­ nungsplatte 104 eine Mehrzahl von metallischen Kontaktan­ schlußflächen 120 (beispielsweise aus goldplattiertem Kup­ fer) vorgesehen. Die Kontaktanschlußflächen 120 stehen mit den darunterliegenden Schaltungsspuren 114 auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 unter Verwendung von kleinen Öffnungen oder "Durchgangslöchern" (nicht gezeigt) durch die Öffnungsplatte 104 in Verbindung. Während der Ver­ wendung der Tintenkassette 10 in einer Druckereinheit kommen die Anschlußflächen 120 mit entsprechenden Druckerelektroden in Kontakt, um elektrische Steuersignale von der Druckerein­ heit zu den Kontaktanschlußflächen 120 und den Schaltungs­ spuren 114 auf der Öffnungsplatte 104 für eine schließliche Zuführung zu der Widerstandsanordnung 96 zu übertragen. Eine elektrische Verbindung zwischen der Widerstandsanordnung 96 und der Öffnungsplatte 104 wird später erläutert.
In der mittleren Region 120 des Filmtypbauglieds 106, das verwendet ist, um die Öffnungsplatte 104 zu bilden, ist eine Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen 124 positioniert, die die Öffnungsplatte 104 vollständig durchdringen. Diese Öffnungen 124 sind in Fig. 1 in einem vergrößerten Format gezeigt. Je­ de Öffnung 124 weist bei einem repräsentativen Ausführungs­ beispiel einen Durchmesser von etwa 0,01 bis 0,05 mm auf. Bei dem fertiggestellten Druckkopf 80 sind alle der oben ge­ nannten Komponenten zusammengebaut, derart, daß jede der Öffnungen 124 mit zumindest einem der Widerstände 86 (d. h. der "Tintenausstoßeinrichtungen") auf dem Trägerbauglied 82 ausgerichtet ist. Folglich wird die Anregung eines gegebenen Widerstands 86 einen Tintenausstoß aus der gewünschten Öff­ nung 124 durch die Öffnungsplatte 104 bewirken. Die bean­ spruchte Erfindung soll nicht auf irgendwelche speziellen Größen-, Form- oder Abmessungs-Charakteristika in Verbindung mit der Öffnungsplatte 104 begrenzt sein, und soll in glei­ cher Weise nicht auf irgendeine Anzahl oder eine Anordnung der Öffnungen 124 beschränkt sein. Bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Öffnungen 124 in zwei Reihen 126, 130 auf der Öffnungsplatte 104 angeordnet. Wenn diese Anordnung der Öffnungen 124 ver­ wendet ist, sind die Widerstände 86 auf der Widerstandsan­ ordnung 96 (auf dem Trägerbauglied 82) ebenfalls in zwei entsprechenden Reihen 132, 134 angeordnet, derart, daß die Reihen 132, 134 der Widerstände 86 im wesentlichen mit den Reihen 126, 130 der Öffnungen 124 ausgerichtet sind.
Schließlich sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist, zwei rechtecki­ ge Fenster 150, 152 an jedem Ende der Reihen 126, 130 von Öffnungen 124 vorgesehen. Teilweise innerhalb der Fenster 150, 152 sind Balkentyp-Anschlußleitungen 154, die bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel aus goldplattiertem Kup­ fer bestehen, und die die Anschlußenden (beispielsweise die Enden, die den Kontaktanschlußflächen 120 gegenüberliegen) der Schaltungsspuren 114, die auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 positioniert sind, bilden. Die An­ schlußleitungen 154 sind entworfen, um durch Löten, Thermo­ kompressionsbonden und dergleichen, eine elektrische Verbin­ dung zu Kontaktregionen 92 auf der oberen Oberfläche 84 des Trägerbauglieds 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeord­ net ist, herzustellen. Die Anbringung der Anschlußleitungen 154 an den Kontaktregionen 92 auf dem Trägerbauglied 82 ist während Massenproduktions-Herstellungsverfahren durch die Fenster 150, 152, die einen unmittelbaren Zugriff auf diese Komponenten ermöglichen, erleichtert. Folglich wird eine elektrische Verbindung von den Kontaktanschlußflächen 120 zu der Widerstandsanordnung 96 über die Schaltungsspuren 114 auf der Öffnungsplatte 104 eingerichtet. Elektrische Signale von der Druckereinheit (nicht gezeigt) können dann über die leitfähigen Spuren 90 auf dem Trägerbauglied 82 zu den Wi­ derständen 86 gelangen, derart, daß eine Erwärmung (eine An­ regung) der Widerstände 86 (der "Tintenausstoßeinrichtun­ gen") auf Befehl stattfinden kann.
An diesem Punkt ist es wichtig, kurz die Herstellungstechni­ ken in Verbindung mit den Strukturen, die oben beschrieben sind, welche verwendet werden, um den Druckkopf 80 herzu­ stellen, zu erläutern. Bezüglich der Öffnungsplatte 104 wer­ den alle Öffnungen durch dieselbe, einschließlich der Fen­ ster 150, 152 und der Öffnungen 124, typischerweise unter Verwendung herkömmlicher Laserablationstechniken gebildet, wie wiederum in dem U.S.-Patent 5,278,584 erläutert ist. Speziell wird anfänglich eine Maskenstruktur, die unter Ver­ wendung von Standardlithographietechniken hergestellt ist, zu diesem Zweck verwendet. Ein Lasersystem eines herkömmli­ chen Entwurfs wird dann gewählt, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Excimer-Laser eines Typs, der aus den folgenden Alternativen ausgewählt ist, aufweist: F2, ArF, KrCl, KrF oder XeCl. Unter Verwendung dieses speziellen Systems (zusammen mit bevorzugten Pulsenergien von mehr als etwa 100 Millijoule/cm2 und Pulsdauern von weniger als etwa einer Mikrosekunde) können die oben genannten Öffnungen (beispielsweise die Öffnungen 124) mit einem hohen Grad an Genauigkeit, Präzision und Steuerung gebildet werden. Jedoch soll die beanspruchte Erfindung nicht auf irgendein speziel­ les Herstellungsverfahren begrenzt sein, wobei andere Ver­ fahren, die ebenfalls zum Herstellen der fertigen Öffnungs­ platte 104 geeignet sind, herkömmliche Ultraviolett-Abla­ tionsverfahren (beispielsweise unter Verwendung von Ultra­ violettlicht in dem Bereich von etwa 150 bis 400 nm), ebenso wie herkömmliche chemische Ätz-, Stanz-, reaktive Ionenätz-, Ionenstrahlmahl- und zusätzliche bekannte Verfahren ein­ schließen.
Nachdem die Öffnungsplatte 104 wie oben erläutert herge­ stellt ist, wird der Druckkopf 80 fertiggestellt, indem die Widerstandsanordnung 96 (beispielsweise das Trägerbauglied 82 mit den Widerständen 86 auf demselben) an der Öffnungs­ platte 104 angebracht wird. Bei einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel wird die Herstellung des Druckkopfs 80 unter Verwendung der TAB-Technologie (TAB = Tape Automated Bonding = automatisches Folienbondverfahren) erreicht. Die Verwen­ dung dieses speziellen Verfahrens, um den Druckkopf 80 her­ zustellen, ist wiederum detailliert in dem U.S.-Patent 5,278,584 erläutert. In gleicher Weise werden Hintergrundin­ formationen bezüglich der TAB-Technologie auch in dem U.S.- Patent 4,944,850 geboten. Bei dem auf der TAB basierenden Herstellungssystem liegt das verarbeitete Filmtypbauglied 106 (beispielsweise die fertiggestellte Öffnungsplatte 104), die bereits ablatiert und mit den Schaltungsspuren 114 und den Kontaktanschlußflächen 120 strukturiert ist, tatsächlich in der Form von mehreren, verbundenen "Rahmen" auf einem länglichen "Band" vor, wobei jeder "Rahmen" eine Öffnungs­ platte 104 darstellt. Das Band (nicht gezeigt) wird nachfol­ gend in einer TAB-Verbindungsvorrichtung, die ein optisches Ausrichtungsuntersystem aufweist, positioniert (nach der Reinigung auf eine herkömmliche Art und Weise, um Unreinhei­ ten oder andere Restmaterialien zu beseitigen). Eine derar­ tige Vorrichtung ist in der Technik gut bekannt. In der TAB-Verbindungsvorrichtung sind das Trägerbauglied 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnet ist, und die Öffnungsplatte 104 ordnungsgemäß ausgerichtet, derart, daß (1) die Öffnungen 124 in einer exakten Ausrichtung mit den Widerständen 86 auf dem Trägerbauglied 82 sind; und (2) die Balkentyp-Anschlußleitungen 154, die den Schaltungsspuren 114 auf der Öffnungsplatte 104 zugeordnet sind, in Ausrich­ tung mit und gegenüber den Kontaktregionen 92 auf dem Trä­ gerbauglied 82 positioniert sind. Die TAB-Verbindungsvor­ richtung verwendet nachfolgend ein "Gruppen-Bond"-Verfahren (oder andere ähnli­ che Prozeduren), um die Anschlußleitungen 154 auf die Kon­ taktregionen 92 zu drücken (was durch die offenen Fenster 150, 152 in der Öffnungsplatte 104 erreicht wird). Die TAB- Verbindungsvorrichtung führt nachfolgend entsprechend her­ kömmlicher Bondverfahren Wärme zu, um diese Komponenten an­ einander zu befestigen. Es ist ferner wichtig, zu bemerken, daß weitere Standardbondtechniken in gleicher Weise zu die­ sem Zweck verwendet werden können, einschließlich eines Ultraschallbondens, eines Bondens mit leitfähigem Epoxid so­ wie Verfahren unter Verwendung einer festen Paste, jedoch nicht begrenzt auf dieselben. Diesbezüglich soll die bean­ spruchte Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen Verar­ beitungstechniken, die dem Druckkopf 80 zugeordnet sind, be­ schränkt sein.
Wie oben in Verbindung mit der herkömmlichen Kassettenein­ heit 10 in Fig. 1 bemerkt wurde, liegen zwischen der Öff­ nungsplatte 104 und der Widerstandsanordnung 96 typischer­ weise zusätzliche Materialschichten vor. Diese zusätzlichen Schichten vollbringen verschiedene Funktionen, einschließ­ lich einer elektrischen Isolation, des Klebens der Öffnungs­ platte 104 an die Widerstandsanordnung 96 und dergleichen. In Fig. 2 ist der Druckkopf 80 nach der Befestigung an dem Gehäuse 12 der Kassetteneinheit 10 im Querschnitt darge­ stellt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt die obere Oberflä­ che 84 des Trägerbauglieds 82 ebenfalls eine Zwischenbarrie­ renschicht 156 auf derselben, die die leitfähigen Spuren 90 abdeckt (Fig. 1), jedoch zwischen und um die Widerstände 86 positioniert ist, ohne dieselben abzudecken. Folglich ist eine Tintenverdampfungskammer 160 (Fig. 2) direkt oberhalb jedes Widerstands 86 gebildet. In jeder Kammer 160 werden Tintenmaterialien erwärmt, verdampft und nachfolgend durch die Öffnungen 124 aus der Öffnungsplatte 104 ausgestoßen.
Die Barrierenschicht 156 (die üblicherweise aus herkömmli­ chen organischen Polymeren, Photoresist-Materialien oder ähnlichen Zusammensetzungen, wie in dem U.S.-Patent 5,278,584 umrissen ist, hergestellt ist) ist unter Verwen­ dung von Standardphotolithographietechniken oder anderen Verfahren, die für diesen Zweck in der Technik bekannt sind, auf das Trägerbauglied 82 aufgebracht. Zusätzlich zu dem klaren Definieren der Verdampfungskammer 160 wirkt die Bar­ rierenschicht 156 auch als eine chemische und elektrische Isolationsschicht. Auf die Oberseite der Barrierenschicht ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine Haftschicht 164 aufge­ bracht, die eine Anzahl unterschiedlicher Kompositionen ent­ halten kann, einschließlich unausgehärtetem Poly-Isopren- Photoresist, das unter Verwendung herkömmlicher photolitho­ graphischer oder anderer bekannter Verfahren aufgebracht ist. Es ist wichtig zu bemerken, daß die Verwendung einer getrennten Haftschicht 164 tatsächlich nicht notwendig sein muß, wenn die Oberseite der Barrierenschicht 156 auf eine bestimmte Art und Weise haftend gemacht werden kann (bei­ spielsweise wenn dieselbe aus einem Material besteht, das, wenn es erwärmt wird, mit haftenden Charakteristika nachgie­ big wird). Jedoch ist gemäß den herkömmlichen Strukturen und Materialien, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, eine ge­ trennte Haftschicht 164 verwendet.
Während des oben erläuterten TAB-Verbindungsverfahrens wird der Druckkopf 80 (der die vorher beschriebenen Komponenten enthält) schließlich Wärme und Druck in einer Erwär­ mungs/Druckausübungs-Station in der TAB-Verbindungsvorrich­ tung unterworfen. Dieser Schritt (der in gleicher Weise un­ ter Verwendung anderer Verfahren, einschließlich der exter­ nen Erwärmung des Druckkopfs 80, erreicht werden kann) be­ wirkt ein thermisches Haften der inneren Komponenten anei­ nander (beispielsweise unter Verwendung der Haftschicht 164, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 gezeigt ist). Folglich ist der Druckkopfzusammenbauprozeß in dieser Phase abgeschlossen.
Der einzige verbleibende Schritt umfaßt das Schneiden und trennen der einzelnen "Rahmen" auf dem TAB-Streifen (wobei jeder "Rahmen" einen einzelnen, fertiggestellten Druckkopf 80 aufweist), gefolgt von der Befestigung des Druckkopfs 80 an dem Gehäuse 12 der Tintenkassetteneinheit 10. Die Befe­ stigung des Druckkopfs 80 an dem Gehäuse 12 kann auf viele unterschiedliche Arten erreicht werden. Jedoch kann bei ei­ nem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, ein Teil eines Haftmaterials 166 entweder auf den Befestigungsrahmen 56 auf dem Gehäuse 12 und/oder auf ausgewählte Positionen auf der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 aufgebracht werden. Die Öffnungsplatte 104 wird dann haftend an dem Gehäuse 12 befestigt (bei­ spielsweise auf dem Befestigungsrahmen 56, der der sich nach außen erstreckenden Druckkopfträgerstruktur 34, die in Fig. 1 gezeigt ist, zugeordnet ist). Repräsentative Haftmateria­ lien, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen ein kom­ merziell erhältliches Epoxidharz und Cyanoacrylat-Klebstof­ fe, die in der Technik bekannt sind. Während des Befesti­ gungsverfahrens wird das Trägerbauglied 82, das der Wider­ standsanordnung 96 zugeordnet ist, in dem mittleren Hohlraum 50 exakt positioniert, wie in Fig. 2 gezeigt ist, derart, daß das Trägerbauglied 82 in der Mitte des Befestigungsrah­ mens 56 angeordnet ist (wie oben erläutert wurde und in Fig. 1 dargestellt ist). Auf diese Weise werden Tintenflußkanäle 100, 102 (Fig. 2) gebildet, die ermöglichen, daß Tintenmate­ rialien für einen Ausstoß aus der Kassetteneinheit 10 durch die Öffnungen 124 in der Öffnungsplatte 104 von der Tinten­ auslaßöffnung 54 in dem mittleren Hohlraum 50 in die Ver­ dampfungskammern 160 fließen.
Um ein gedrucktes Bild 170 auf einem ausgewählten Bildemp­ fangsmedium 172 (beispielsweise dem spezifischen Mehr­ schichtträger der vorliegenden Erfindung) unter Verwendung der Kassetteneinheit 10 zu erzeugen, gelangt ein Vorrat ei­ ner ausgewählten Tintenzusammensetzung 174 (der schematisch in Fig. 1 gezeigt ist), der sich in dem inneren Abteil 30 des Gehäuses 12 befindet, in und durch die Tintenauslaßöff­ nung 54 in der Bodenwand 52 des mittleren Hohlraums 50. Die Tintenzusammensetzung 174 (die, wie nachfolgend erläutert wird, für die Verwendung bei dem beanspruchten Verfahren speziell gebildet ist) fließt danach in und durch die Tin­ tenflußkanäle 100, 102 in die Richtung der Pfeile 176, 180 zu dem Trägerbauglied 82, auf dem die Widerstände 86 ange­ ordnet sind (beispielsweise die Widerstandsanordnung 96). Die Tintenzusammensetzung 174 betritt dann die Verdampfungs­ kammern 160 direkt oberhalb der Widerstände 86. In den Kam­ mern 160 kommt die Tintenzusammensetzung 174 in Kontakt mit den Widerständen 86. Um die Widerstände 86 zu aktivieren (d. h. anzuregen), bewirkt das Druckersystem (nicht gezeigt), das die Kassetteneinheit 10 enthält, daß sich elektrische Signale von der Druckereinheit zu den Kontaktanschlußflächen 120 auf der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 bewegen. Die elektrischen Signale gelangen dann durch Durch­ gangslöcher (nicht gezeigt) in der Platte 104 und breiten sich nachfolgend entlang der Schaltungsspuren 114 auf der unteren Oberfläche 112 der Platte 104 zu der Widerstandsan­ ordnung 96, die die Widerstände 86 enthält, aus. Auf diese Weise können die Widerstände 86 selektiv angeregt und er­ wärmt werden, um eine Tintenverdampfung und einen Ausstoß über die Öffnungen 124 durch die Öffnungsplatte 104 aus dem Druckkopf 80 zu bewirken. Die Tintenzusammensetzung 174 kann dann auf einer hochselektiven Basis auf Befehl zu dem Bild­ empfangsmedium 172 geliefert werden, um ein gedrucktes Bild 170 auf demselben zu erzeugen (Fig. 1).
Es ist wichtig hervorzuheben, daß das oben erläuterte Druck­ verfahren für eine große Vielzahl von unterschiedlichen thermischen Tintenstrahl-Kassettenentwürfen gilt. Diesbezüg­ lich soll das erfinderische Konzept, das nachfolgend darge­ legt wird, nicht auf irgendein spezielles Drucksystem be­ schränkt sein. Weitere Einzelheiten bezüglich der ther­ mischen Tintenstrahlverfahren sind allgemein in dem Hew­ lett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988), dem U.S.-Patent 4,500,895 und dem U.S.-Patent 4,771,295 er­ läutert. Nachdem nun herkömmliche thermische Tintenstrahl­ komponenten und Druckverfahren beschrieben wurden, werden im folgenden die beanspruchte Erfindung und ihre vorteilhaften Merkmale dargelegt.
B. Bildempfangsträger, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein spezialisierter Mehr­ schichtträger geschaffen, der entworfen ist, um die nachfol­ gend beschriebenen Tintenzusammensetzungen aufzunehmen, um bei dem beanspruchten Verfahren klare, lebhafte und wasser­ feste gedruckte Bilder zu erzeugen. Dieser spezielle Träger ist mit dem Bezugszeichen 200 in einem vergrößerten Format schematisch im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist der Träger 200 (der optimalerweise eine planare Konfiguration aufweist) zunächst eine Träger­ schicht 202 auf, die eine obere Oberfläche 204 und eine un­ tere Oberfläche 206 besitzt. Die Trägerschicht 202 weist ty­ pischerweise eine mittlere Dicke von etwa 0,05 mm bis 12,7 mm auf. Die Trägerschicht 202 ist für zwei Hauptzwecke spezifisch entworfen. Erstens wird dieselbe verwendet, um dem fertigen Träger 200 eine Festigkeit, einen Reißwiderstand und eine Gesamtunterstützung zu vermitteln. Zweitens (und aus einem funktionellen Standpunkt von primä­ rer Wichtigkeit) ist dieselbe aus einem Material aufgebaut, das ermöglicht, daß die spezialisierten Färbemittel der vor­ liegenden Erfindung (beispielsweise "sublimierbare Farb­ stoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung", wie im nächsten Abschnitt erläutert wird) während der Subli­ mation des Färbemittels (der Färbemittel) in der Tintenzu­ sammensetzung durch Diffusion/Absorption in die innere Re­ gion 210 (Fig. 3) der Trägerschicht 202 (d. h. den Bereich zwischen der oberen und der unteren Oberfläche 204, 206) ge­ langen. Speziell besteht die Trägerschicht 202 aus einem spezialisierten Material, das in der Lage ist, das ausge­ wählte Färbemittel in der inneren Region 210 aufzunehmen (d. h. zu absorbieren), derart, daß das sublimierte Färbemit­ tel in der Trägerschicht 202 immobilisiert/zurückgehalten wird. Sobald das Färbemittel in die innere Region 210 der Trägerschicht 202 diffundiert ist, wird dasselbe in einem hochstabilen Zustand in der Trägerschicht 202 gehalten, um ein gedrucktes Bild zu erzeugen, das klar, lebhaft und was­ serfest ist (aufgrund des Eintrags des Färbemittels inner­ halb der Trägerschicht 202, wie nachfolgend weiter erläutert wird).
Eine Anzahl unterschiedlicher Materialien mit den gewünsch­ ten Charakteristika, die oben umrissen sind, kann verwendet werden, um die Trägerschicht 202 des Trägers 200 zu bilden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf irgendwelche spe­ zifischen Materialien für diesen Zweck beschränkt ist. Re­ präsentative Zusammensetzungen, die für die Verwendung bei der Herstellung der Trägerschicht 202 geeignet sind, welche in der Lage sind, das ausgewählte Färbemittel (die ausge­ wählten Färbemittel) in denselben aufzunehmen und zurückzu­ halten, umfassen eine Anzahl von organischen Polymerfilm- Typ-Zusammensetzungen. Spezifische Beispiele dieser Zusam­ mensetzungen lauten wie folgt: Polyester, Polyethylen-Te­ rephthalat, Polykarbonate, Acryle und Acrylonitril- Butadien-Styren-Terpolymer.
Ungeachtet dessen, welche Materialien zur Verwendung in der Trägerschicht 202 des Trägers 200 verwendet sind, ist es be­ vorzugt, daß die Trägerschicht 202 eine gleichmäßige Dicke "T1" (Fig. 3) von etwa 0,05 mm bis 12,7 mm aufweist, wie oben bemerkt wurde. Jedoch kann dieser Wert nach Bedarf entsprechend vorbereiteter Pilotstudien, die die speziellen Zusammensetzungen, die in Verbindung mit der Trägerschicht 202 verwendet werden sollen, und andere Faktoren enthalten, variiert werden.
Direkt auf die obere Oberfläche 204 der Trägerschicht 202 (Fig. 3) ist eine Tintenabsorptionsschicht 212 aufgebracht, die eine obere Oberfläche 214 und eine untere Oberfläche 216 aufweist. Die Tintenabsorptionsschicht 212 besteht aus einer Zusammensetzung, die entworfen ist, um die ausgewählte Tin­ tenzusammensetzung vor den Erwärmungs/Sublimations-Phasen der vorliegenden Erfindung anfänglich in die innere Region 220 (Fig. 3) der Schicht 212 zu absorbieren (auf einer teil­ weisen oder vollständigen Basis). Folglich sollte die Zusam­ mensetzung, die verwendet ist, um die Tintenabsorptions­ schicht 212 zu erzeugen, ausreichend absorptiv und chemisch kompatibel sein, um zu ermöglichen, daß die Tintenzusammen­ setzung direkt in die Schicht 212 absorbiert und in dersel­ ben zurückgehalten wird, bis die nachfolgenden Phasen des beanspruchten Verfahrens abgeschlossen sind. Obwohl die vor­ liegende Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen Verbin­ dungen in Verbindung mit der Tintenabsorptionsschicht 212 begrenzt sein soll, sind repräsentative Materialien, die zu diesem Zweck geeignet sind, (1) ausreichend porös und per­ meabel, um zu ermöglichen, daß die absorbierten Färbemittel während der Sublimation der Färbemittel durch die Tinten­ absorptionsschicht 212 und in die innere Region 210 der Trä­ gerschicht 202 diffundieren; und (2) im wesentlichen farblos (beispielsweise transparent), um zu ermöglichen, daß die Färbemittel (d. h. das gedruckte Bild) in der Trägerschicht 202 ohne weiteres sichtbar sind. Repräsentative Materialien, die verwendet werden können, um die Tintenabsorptionsschicht 212, die die oben genannten Charakteristika aufweist, zu er­ zeugen, umfassen Polyvinylalkohol, Polyacrylamid, Polyvinyl­ acetat, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinyliden-Chlorid, Poly­ acrylat und Methylzellulose. Ungeachtet dessen, welche Mate­ rialien zur Verwendung als die Tintenabsorptionsschicht 212 des Trägers 200 ausgewählt sind, ist es bevorzugt, daß die Tintenabsorptionsschicht 212 eine gleichmäßige Dicke "T2" (Fig. 3) von etwa 0,01 mm bis 0,5 mm mit einem Gesamt-"Beschichtungsgewicht" auf der Träger­ schicht 202 von etwa 1 bis 10 g/m2 aufweist. Jedoch können diese Werte in gleicher Weise nach Bedarf entsprechend vor­ bereitender Pilotstudien, die die speziellen Zusammensetzun­ gen, die in Verbindung mit der Tintenabsorptionsschicht 212 verwendet werden sollen, und anderen Faktoren enthalten, va­ riiert werden.
Der fertige Träger 200, der in Fig. 3 gezeigt ist, weist bei einem bevorzugten und nicht begrenzenden Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Gesamtdicke "T3" von etwa 0,06 mm bis 12,75 mm auf. In gleicher Weise weist der Träger 200 eine obere Oberfläche 222 (die auch als die obere Oberfläche 214 der Tintenabsorptionsschicht 212 wirkt) und eine untere Oberfläche 224 (die auch die untere Oberfläche 206 der Trägerschicht 202 bildet) auf. Der Träger 200 sollte ausreichend flexibel sein, um das Einbringen des Trägers 200 in eine ausgewählte Druckvorrichtung (die nach­ folgend erläutert wird) zu ermöglichen, wobei dieser Flexi­ bilitätspegel durch die Verbindung eines fertigen Produkts erreicht wird, das die oben angegebenen Dickenwerte und wei­ teren Parameter aufweist.
Wie nachfolgend erläutert wird, wird der Träger 200 in Verbindung mit den speziellen Tintenzusammensetzungen, die in dem nächsten Abschnitt genannt werden, verwendet, welche zu einer anfänglichen (d. h. temporären) Absorption in die Tintenabsorptionsschicht 212, gefolgt von einer Diffusion in die innere Region 210 der Trägerschicht 202, wenn die Färbemittel in der Tintenzusammensetzung sublimiert werden, in der Lage sind. Die Tintenzusammensetzungen und die Färbemittel, die zu diesem Zweck verwendet werden können, werden nun detailliert beschrieben.
C. Interessierende Tintenzusammensetzungen
Viele unterschiedliche formelmäßige Tintenzusammensetzungen können mit dem Träger 200 und dem beanspruchten Druckverfah­ ren verwendet werden. Folglich soll die vorliegende Erfin­ dung nicht auf die Erzeugung gedruckter Bilder unter Verwen­ dung irgendeines speziellen Tintenprodukts beschränkt sein. Jedoch wird die ausgewählte Tintenzusammensetzung mindestens ein Tintenträgermittel und zumindest ein Färbemittel aufwei­ sen, wobei der Ausdruck "Färbemittel" definiert ist, um eine große Vielzahl unterschiedlicher Farbstoffmaterialien und Pigmente (einschließlich Schwarz und vieler anderer Farben) zu enthalten. Bezüglich des speziellen Färbemittels, das verwendet werden soll, besteht eine bevorzugte Zusammenset­ zung, die zu diesem Zweck geeignet ist, aus einem Material, das als ein "sublimierbares Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung" bezeichnet wird, welches ande­ rerseits in abgekürzter Form als "D2T2-Färbemittel" bezeich­ net wird. Der Ausdruck "sublimierbares Farbstoffdiffusions- Färbemittel zur thermischen Übertragung" umfaßt eine spezi­ elle Klasse von chemischen Färbemitteln, die im allgemeinen (1) in Wasser im wesentlichen unlöslich sind; (2) in organi­ schen Lösungsmitteln vollständig oder teilweise löslich sind; und (3) bei so niedrigen Temperaturen wie etwa 200°C sublimierbar sind, was ermöglicht, daß dieselben bei dem einzigartigen Verfahren der vorliegenden Erfindung ohne wei­ teres in die innere Region 210 der Trägerschicht 202 des Trägers 200 diffundiert werden. Der Ausdruck "sublimieren" oder "Sublimation" umfaßt eine Situation, in der ein Fest­ stoffmaterial direkt in eine Dampfphase wechselt, ohne eine Umwandlung in irgendwelche Zwischenphasen (beispielsweise flüssige Zustände).
Alle der sublimierbaren Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung umfassen elementar "Dispersionen", in denen Mikropartikel-Farbstoffestkörper im wesentlichen in einem Dispersionssystem, das vorzugsweise Wasser und eine ausgewählte Flüssigkeit oder ein chemisches Festkörper-Dis­ pergiermittel enthält, suspendiert sind. Viele verschiedene kommerziell erhältliche sublimierbare Farbstoffdiffusions- Färbemittel zur thermischen Übertragung können bei den Tin­ tenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die nicht auf irgendwelche speziellen Bestandteile zu diesem Zweck beschränkt sein soll. Beispielsweise besteht eine erste Klasse von Farbstoffzusammensetzungen aus einer Gruppe von Materialien, die als "flüssige Farben" bekannt sind, die elementar sublimierbare Farbstoffdiffusions-Färbe­ mittel zur thermischen Übertragung (in Mikropartikelform) aufweisen, die bereits in einem ausgewählten Dispersions­ system des Typs, der oben genannt ist, suspendiert sind. Diese "Flüssigfarb"-Materialien enthalten typischerweise etwa 50 bis 80 Gewichtsprozent Wasser, etwa 10 bis 20 Ge­ wichtsprozent Farbstoff (D2T2-Färbemittel), etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Dispergiermittel (entweder als fester oder flüssiger Typ, wie oben erläutert wurde) und etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent eines Feuchthaltemittels (zur Verhinderung einer Wasserverdampfung).
Eine weitere Klasse von Tintenzusammensetzungen, die ein oder mehrere sublimierbare Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung enthalten, welche bei dieser Er­ findung verwendet werden können, umfassen feste Farbstoff­ materialien (beispielsweise in Pulverform), die während der Tintenbildung mit einer ausgewählten Flüssigkeit oder einem festen Dispergiermittel, Wasser und dergleichen kombiniert werden können. Spezifisch enthalten diese Materialien keine "vor-hergestellten" Flüssigkeitsfarbstoffzusammensetzungen, wie vorher in Verbindung mit den "flüssigen Farben", die oben genannt sind, beschrieben wurde. Stattdessen werden dieselben nachfolgend in eine flüssige Dispersion umgewan­ delt (die die gleichen Bestandteile und Verhältnisse wie diejenige aufweist, die oben in Verbindung mit den "flüssi­ gen Farben" beschrieben wurde) unmittelbar bevor oder wäh­ rend der Tintenherstellung. Wiederum soll die vorliegende Erfindung nicht auf irgendwelche spe­ ziellen sublimierbaren Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung und Tintenzusammensetzungen, die dieselben enthalten, beschränkt sein, wobei die repräsenta­ tiven Produkte, die oben aufgelistet sind, zu Beispiels­ zwecken angegeben sind.
Bei beiden der vorher beschriebenen Klassen von Farbstoff­ zusammensetzungen (d. h. "flüssigen Farben" und festen Färbe­ mittelmaterialien) ist zumindest ein flüssiges oder festes Dispergiermittel verwendet. Viele verschiedene Dispergier­ mittel können zu diesem Zweck verwendet werden, einschließ­ lich, jedoch nicht begrenzt, auf Acrylpolymere, kondensierte Naphthalensulfonate und Natriumlignosulfonaten. Wie oben angemerkt wurde, weist das fertige flüssige Farbstoffprodukt (in der fertigen Dispersionsform) bei beiden Ausführungsbei­ spielen typischerweise etwa 50 bis 80 Gewichtsprozent Was­ ser, etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent Farbstoff (D2T2-Färbe­ mittel), etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Dispergiermittel und etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent Feuchthaltemittel auf. Reprä­ sentative Feuchthaltemittel umfassen 2-Pyrrolidon; 1,5-Pent­ andiol; Diethylenglykol und 2-Ethyl-2-Hydroxymethyl-1,3-Pro­ pandiol. Jedoch können diese Werte und Materialien entspre­ chend der speziellen Farbstoffverbindungen unter Berücksich­ tigung weiterer Faktoren variiert werden. In gleicher Weise wird die fertige Tintenzusammensetzung bei der vorliegenden Verbindung vorzugsweise etwa 2,5 bis 12,5 Gewichtsprozent der fertigen Dispersion enthalten, die das ausgewählte sub­ limierbare Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung in derselben enthält (d. h. den ausgewählten Farbstoff plus die Dispergiermaterialien in Kombination).
Nachdem nun detailliert die Färbemittel und die Materialien, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, be­ schrieben wurden, werden nachfolgend die anderen Tintenbe­ standteile von primärem Belang beschrieben. Zusätzlich zu den oben genannten Färbemitteln wird die Tintenzusammenset­ zung ferner ein Tinten-"Trägermittel" enthalten, das primär als ein Trägermedium für die anderen Komponenten in dem fer­ tigen Tintenprodukt verwendet ist. Der Ausdruck "Trägermit­ tel" ist typischerweise definiert, um alle der anderen Be­ standteile in der fertigen Tintenzusammensetzung neben den Färbemittelmaterialien einzuschließen. Diesbezüglich können viele unterschiedliche Materialien als das Tintenträgermit­ tel (allein oder in Kombination) verwendet werden, wobei die beanspruchte Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen Zu­ sammensetzungen zu diesem Zweck begrenzt ist. Eine bevorzug­ te primäre Tintenträgermittelkomponente besteht aus Wasser, obwohl andere Zusammensetzungen in Kombination mit Wasser verwendet werden können, einschließlich 2-Pyrrolidon; etho­ xyliertem Glycerol; Diethylenglykol; 1,5-Pentandiol; N-Me­ thyl-Pyrrolidon; 2-Propanol; und 2-Ethyl-2-Hydroxymethyl- 1,3-Propandiol. Alle diese Komponenten können in verschie­ denen Kombinationen verwendet werden, wie durch vorberei­ tende Pilotstudien bezüglich der betroffenen Tintenzusammen­ setzungen bestimmt wird. Jedoch weist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der oben genannten Tintenzusammen­ setzung, die etwa 2,5 bis 12,5 Gewichtsprozent Färbemittel­ dispersion enthält, die fertige Tinte etwa 87,5 bis 97,5 Ge­ wichtsprozent des vollständig kombinierten Tintenträger­ mittels auf (beispielsweise alle der Trägermittelkomponenten in Kombination). In gleicher Weise wird die Tintenzusammen­ setzung typischerweise etwa 50 bis 80 Gewichtsprozent Wasser und etwa 10 bis 40 Gewichtsprozent von organischen Lösungs­ mittelmaterialien des Typs, die oben aufgelistet sind, ent­ halten.
Als nächstes kann die Tintenzusammensetzung eine Anzahl von optionalen Bestandteilen als Teil des gesamten Tinten-"Trä­ germittels" in unterschiedlichen Mengen enthalten. Bei­ spielsweise kann ein optionales Biozid zugesetzt sein, um jeglichen mikrobiellen Wachstum in dem fertigen Tintenpro­ dukt zu verhindern. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel enthält, wenn ein Biozid verwendet ist, die fertige Tintenzusammensetzung etwa 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent des Biozids, wobei etwa 0,30 Gewichtsprozent bevorzugt sind.
Schließlich können ein oder mehrere optionale Feuchthalte­ mittel in dem fertigen Tintenprodukt verwendet sein. Diese Materialien sind vorgesehen, um, wie oben angegeben, eine Wasserverdampfung zu verhindern. Repräsentative Feuchthalte­ mittelzusammensetzungen, die zu diesem Zweck geeignet sind (welche ferner als Lösungsmittel wirksam sein können) umfas­ sen, sind jedoch nicht auf dieselben begrenzt, 2-Pyrrolidon; 1,5-Pentandiol; Diethylenglykol und 2-Ethyl-2-Hydroxyme­ thyl-1,3-Propandiol. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel enthält die beanspruchte Tintenzusammensetzung etwa 5 bis 40 Gewichtsprozent Feuchthaltemittel in derselben (wenn ein solches verwendet ist). Zusätzliche Bestandteile (bei­ spielsweise grenzflächenaktive Stoffe) können nach Bedarf ebenfalls in der Tintenzusammensetzung vorliegen.
Die fertigen Tintenzusammensetzungen können dann direkt bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Nach der Fertigstellung weisen die Tintenzusammensetzungen typischerweise eine Durchschnittsviskosität von etwa 1,0 bis 5,0 mPa.s mit einer Oberflächenspannung von etwa 30 bis 45 mN/m auf, obwohl diese Werte entspre­ chend den spezifischen Materialien, die ausgewählt sind, um das fertige Tintenprodukt zu erzeugen, schwanken können. Die folgenden formelmäßigen Tintenzusammensetzungen stellen nicht-begrenzende spezifische Beispiele fertiger Tintenpro­ dukte dar, die bei dem beanspruchten Verfahren verwendet werden können, welche (1) ein sublimierbares Farbstoffdiffu­ sions-Färbemittel zur thermischen Übertragung und (2) ein Tintenträgermittel enthalten:
Beispiel 1
Bestandteil
Menge (Gewichtsprozent)
sublimierbares Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung, das den obigen Farbstoff und ein Dispergiermittel in "Flüssigfarben"-Form, wie oben erläutert, enthält. 7,5
1,5-Pentandiol (Lösungsmittel/Feuchthaltemittel) 25,0
Wasser 67,5
Beispiel 2
Bestandteil
Menge (Gewichtsprozent)
sublimierbares Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung, das den obigen Farbstoff und ein Dispergiermittel in "Flüssigfarben"-Form, wie oben erläutert, enthält. 12,5
2-Pyrrolidon (Lösungsmittel) 8,0
ethoxyliertes Glycerol (Lösungsmittel) 8,0
Polyoxyalkylen-Polyol (Lösungsmittel) 1,0
Wasser 70,5
D. Bilderzeugungsverfahren
Eine repräsentative Prozedur zum Erzeugen von klaren, leb­ haften und wasserfesten gedruckten Bildern auf einem Mehr­ schichtträger 200, der (1) eine Trägerschicht 202 und (2) eine Tintenabsorptionsschicht 212 aufweist, wird nun be­ schrieben. Obwohl viele unterschiedliche Drucksysteme ver­ wendet werden können, um die gewünschte Tintenzusammenset­ zung 174 (Fig. 1) auf den Bildempfangsträger zu übertragen, soll die vorliegende Erfindung primär in Verbindung mit der thermischen Tintenstrahltechnologie beschrieben werden. Wie­ derum kann das gedruckte Bild entweder einfarbig oder mehr­ farbig sein.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine thermische Tintenstrahl­ druckeinheit 300 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbei­ spiel als Druckvorrichtung verwendet wird. Viele verschie­ dene Systeme können zur Verwendung in Verbindung mit der Druckeinheit 300 ausgewählt werden. Eine thermische Tinten­ strahlkassetteneinheit (beispielsweise die Kassette 10, die in Fig. 1 dargestellt ist) ist in der Druckeinheit 300 vor­ gesehen, die mit der ausgewählten Tintenzusammensetzung 174 gespeist wird. Wiederum können viele unterschiedliche Kas­ settentypen bei dieser Erfindung verwendet werden, die ein Gehäuse, einen Druckkopf, der an dem Gehäuse befestigt und in Fluidverbindung mit demselben ist, und zumindest eine Tintenausstoßeinrichtung in dem Druckkopf aufweisen (bei­ spielsweise einen oder mehrere Dünnfilm-Tantal-Aluminium- Widerstände, wenn thermische Tintenstrahlsysteme verwendet sind). Jedoch ist bei der Druckeinheit 300, die diesem Aus­ führungsbeispiel zugeordnet ist, eine thermische Tinten­ strahlkassette verwendet. Wie vorher bemerkt wurde, enthält die Tintenzusammensetzung 174 zumindest ein Tintenträgermit­ tel und zumindest ein sublimierbares Farbstoffdiffusions- Färbemittel zur thermischen Übertragung.
Als nächstes wird ein Mehrschichtträger 200 des vorher er­ läuterten Typs bereitgestellt und in die Druckeinheit 300 eingebracht (d. h. plaziert), wobei die Tintenabsorptions­ schicht 212 nach oben zu der Tintenkassette 10 hin gerichtet ist. Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 4 ist die Druckeinheit 300 elektrisch mit einer Bilderzeugungsvorrichtung 302 ver­ bunden, die viele unterschiedliche Systeme enthalten kann, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Personal­ computer, einer Abtasteinheit oder beidem besteht. Diesbezüglich soll das beanspruchte Verfahren nicht auf irgendeine spezielle Bilderzeugungsvorrichtung oder ein Protokoll beschränkt sein.
Als nächstes werden die Bilderzeugungsvorrichtung 302 und die Druckeinheit 300 gemeinsam aktiviert, um ein gewünschtes gedrucktes Zwischenbild 304 auf den Träger 200 zu liefern (in Fig. 4 in gestrichelten Linien gezeigt). Sowohl die Bilderzeugungsvorrichtung 302 als auch die Druckeinheit 300 werden verwendet, um den Betrieb der Tintenkassette 10 zu steuern. Das Druckverfahren wird durch die Aktivierung der Tintenausstoßeinrichtungen (d. h. der Dünnfilmwiderstände 86) in dem Druckkopf 80 der Tintenkassette 10 initiiert. Der Ausdruck "Aktivierung" soll wiederum einen Prozeß beinhal­ ten, bei dem die Dünnfilmwiderstände 86 der Tintenkassette 10 durch die Druckeinheit 300 gesteuert werden, um die Tin­ tenzusammensetzung 174 aus dem Abteil 30 auf die obere Ober­ fläche 222 des Trägers 200 (die auch als die obere Oberflä­ che der Tintenabsorptionsschicht 212 wirkt) zu liefern. Dies wird speziell erreicht, indem die Dünnfilmwiderstände 86 in dem Druckkopf 80 der Kassette 10 (Fig. 2) selektiv angeregt werden. Als Ergebnis wird Tinte, die sich in den Verdamp­ fungskammern 160 unterhalb der Öffnungsplatte 104 befindet, thermisch angeregt und durch die Tintenausstoßöffnungen 124 in der Platte 104 auf den Bildempfangsträger 200 nach außen ausgestoßen. Auf diese Weise kann die Kassette 10 verwendet werden, um unter Verwendung der Tintenzusammensetzung 174 ein gedrucktes Zwischenbild 304 auf dem Träger 200 zu lie­ fern.
Die Lieferung der Tintenzusammensetzung 174 auf der oberen Oberfläche 222 des Trägers 200 (d. h. der oberen Oberfläche 214 der Tintenabsorptionsschicht 212) wie oben beschrieben wurde, bewirkt, daß die Tintenzusammensetzung 174 vollstän­ dig oder zumindest teilweise in die innere Region 220 der Tintenabsorptionsschicht 212 absorbiert wird. Ungeachtet dessen, ob die Tintenzusammensetzung 174 vollständig in die Tintenabsorptionsschicht 212 absorbiert wird, oder nur teil­ weise absorbiert wird (wobei ein bestimmter Teil der Tinten­ zusammensetzung 174 an der oberen Oberfläche 214 der Tinten­ absorptionsschicht 212 adsorbiert verbleibt), sollen diese beiden Wechselwirkungen zwischen der Tintenzusammensetzung 174 und der Tintenabsorptionsschicht 212 als in Funktion, Zweck und Endergebnis äquivalent betrachtet werden. Folglich wird der größte Teil oder die Gesamtheit der ausgewählten Tintenzusammensetzung 174 temporär in der inneren Region 220 der Tintenabsorptionsschicht 212 zurückgehalten, wie schema­ tisch in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Situation tritt entspre­ chend der absorbierenden und mikroporösen Beschaffenheit der Materialien, die verwendet sind, um die Tintenabsorptions­ schicht 212 zu erzeugen, wie oben angegeben ist, auf.
In dieser Phase ist das gedruckte Zwischenbild 304 als "Zwi­ schenbild" charakterisiert, da die sublimierbaren Farbstoff­ diffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung in der Tintenzusammensetzung 174 noch nicht sublimiert sind. Dies hat ein gedrucktes Bild zur Folge, das, obwohl die "Kanten­ schärfe" hoch ist, aufgrund der nichtsublimierten Partikel­ beschaffenheit der Färbemittel in dieser Phase bei dem bean­ spruchten Verfahren keine lebhaften Farbcharakteristika auf­ weist.
Der bedruckte Träger 200 ist nun für den nächsten Schritt bei dem Herstellungsverfahren bereit. Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 4 wird der Träger 200 auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um (1) eine Sublimation der sublimierbaren Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung in der Tintenzusammensetzung 174 und (2) eine Diffusion/Ab­ sorption dieser Materialien aus der Tintenabsorptionsschicht 212 in die innere Region 210 der Trägerschicht 202 zu bewir­ ken. Bei einem bevorzugten und nicht begrenzenden Ausfüh­ rungsbeispiel wird dieser Schritt erreicht, indem der gesam­ te Träger 200 während einer Zeitdauer von etwa 5 bis 30 Se­ kunden auf eine Temperatur von etwa 180 bis 220°C erwärmt wird. Jedoch können diese Parameter wiederum nach Bedarf entsprechend den speziellen verwendeten Tintenzusammenset­ zungen und den spezifischen Materialien, die in Verbindung mit dem Träger 200 verwendet sind, wie durch vorbereitende Routinetests bestimmt wird, variieren.
Während des Heizverfahrens, das oben beschrieben ist, ist es bevorzugt, daß die obere Oberfläche 222 des Bildempfangsträ­ gers 200 (d. h. die obere Oberfläche 214 der Tintenabsorp­ tionsschicht 212) während der Zuführung von Wärme physika­ lisch an keinen anderen Materialschichten angebracht ist (beispielsweise Beschichtungszusammensetzungen). Speziell ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die obere Oberfläche des Trägers 200 nicht mit irgendwelchen zusätzlichen Material­ schichten beschichtet, wobei das Fehlen einer solchen "Be­ schichtungs"- oder Abdeck-Zusammensetzung einen Fall ein­ schließt, bei dem keine zusätzlichen Materialien durch phy­ sikalische, chemische oder elektrostatische Mittel an der oberen Oberfläche 222 des Trägers 200 angebracht sind. Diese Qualifikation umfaßt nicht temporäre Abdeckbauglieder oder Ablösungsschichten, die nicht an dem Träger 200 "angebracht" sind, sondern nur für eine kurze Zeitdauer in Position auf demselben plaziert sind und nachfolgend entfernt werden, um eine Vielzahl von Zielen zu erreichen, die eine Reduzierung der Reinigungs- und Wartungs-Anforderungen, die der Heizvor­ richtung zugeordnet sind, umfassen (wie nachfolgend erläu­ tert wird). Dieses Fehlen einer erforderlichen Beschich­ tungsschicht auf der oberen Oberfläche 222 des Trägers 200 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ermöglicht eine schnelle und gleichmäßige Wärmedurchdringung der mehreren Schichten 202, 212 des Trägers 200 und reduziert gleichzei­ tig die Gesamtkomplexität des beanspruchten Verfahrens.
Dieser Schritt der vorliegenden Erfindung (der das Erwärmen des Trägers 200 umfaßt) wird unter Verwendung einer Heizvor­ richtung 306, die schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, er­ reicht. Viele unterschiedliche Systeme können als die Heiz­ vorrichtung 306 verwendet werden, wobei die beanspruchte Er­ findung nicht auf irgendwelche speziellen Vorrichtungen für diesen Zweck beschränkt ist. Beispielsweise kann bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel eine herkömmliche Wärme­ presse als die Heizvorrichtung 306 wirksam sein. Wenn dieser Typ eines Heizdrucksystems verwendet wird, schließt ein optionaler zu­ sätzlicher Schritt die Plazierung einer temporären Filmtyp- Abdeckschicht (die beispielsweise aus Polytetrafluorethylen [Teflon®] besteht - nicht gezeigt) während des Heizdruckpro­ zesses auf der oberen Oberfläche 222 des Trägers 200 ein. Da die Verwendung eines Heizdrucks notwendigerweise einen di­ rekten physikalischen Kontakt zwischen dem Träger 200 und den Plattenbaugliedern der Heizdruckeinheit einschließt, schützt die Verwendung einer optionalen Abdeckschicht die obere Oberfläche 222 des Trägers 200 vor Schmutz, einer phy­ sikalischen Abreibung/Beschädigung und einer übermäßigen (ungleichmäßigen) Wärmekonzentration). In gleicher Weise hält die Abdeckschicht die Heizpresse sauber. Die Entschei­ dung, eine Abdeckschicht zu verwenden, kann entsprechend einem oder mehreren vorbereitenden Tests bezüglich der Trä­ ger 200, die bedruckt werden, und dem speziellen betrachte­ ten Typ der Heizvorrichtung 306 getroffen werden.
Eine Anzahl weiterer Heizsysteme kann ebenfalls als die Heizvorrichtung 306 verwendet werden, einschließlich (1) ei­ ner Endlosbahn-Übertragungspresse eines herkömmlichen Ent­ wurfs, (2) herkömmlichen Infrarot-Beleuch­ tungs/Heiz-Systemen und (3) Standardwiderstands- oder Mikro­ wellen-Typ-Heizeinheiten (Öfen). Folglich soll, wie oben be­ merkt wurde, das beanspruchte Verfahren nicht auf irgendwel­ che spe 15552 00070 552 001000280000000200012000285911544100040 0002019753493 00004 15433ziellen Heiz-Vorrichtungen oder -Systeme in Verbin­ dung mit der Heizvorrichtung 306 beschränkt sein. Es sei ferner bemerkt, daß nachfolgend ein spezialisierteres, in der Vorrichtung enthaltenes Heizsystem bei einem alternati­ ven Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert wird (siehe Fig. 7).
Obwohl bei der beanspruchten Erfindung nicht erforderlich, umfaßt ein weiterer optionaler Schritt das Ausüben eines Drucks auf eine gleichmäßige Art und Weise auf den Träger 200 (d. h. auf die obere Oberfläche 222, die untere Oberflä­ che 224 oder beide Oberflächen 222, 224 des Trägers 200). Die Druckausübung findet optimalerweise während des Heizver­ fahrens statt. Dieser zusätzliche Schritt ist besonders ge­ eignet, wenn ein Heizdrucksystem des oben beschriebenen Typs als die Heizvorrichtung 306 verwendet ist, wobei das Ausüben eines Drucks auf den Träger 200 den Farbstoffdiffusions/Be­ festigungs-Prozeß weiter verbessert. Herkömmliche Heizdruck­ systeme, wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind wirksam, indem der bedruckte Träger 200 zwischen zwei plattenartigen Druckbau­ gliedern gepreßt wird. Infolge dieses "Preß"-Prozesses wird während des Zuführens von Wärme ein Druck gleichmäßig sowohl auf die obere als auch die untere Oberfläche 222, 224 des Trägers 200 ausgeübt. Selbst wenn andere Heizsysteme bei dem beanspruchten Verfahren verwendet sind, kann ein Druck noch unter Verwendung jedes bekannten oder herkömmlichen Drucksy­ stems oder Druck-Ausübungs-Geräts auf den Träger 200 ausge­ übt werden. Ungeachtet dessen, welcher Lösungsansatz gewählt wird, um einen Druck auf den Träger 200 auszuüben, können effiziente Ergebnisse erhalten werden, wenn die Druckpegel, die auf den Träger 200 ausgeübt werden (d. h. auf die obere Oberfläche 222, die untere Oberfläche 224 oder beide Ober­ flächen 222, 224), während oder unmittelbar nach der Erwär­ mung in einem Bereich von etwa 2,07 N/cm2 bis 27,6 N/cm2 liegen.
Die Notwendigkeit, einen Druck auf den Träger 200 auszuüben (ebenso wie die speziellen interessierenden Druckpegel) kann wiederum gemäß vorbereitender Studien bezüglich der Materia­ lien, die verarbeitet werden, bestimmt werden, mit speziel­ lem Schwerpunkt auf den Zusammensetzungen, die für die Ver­ wendung in der Tintenabsorptionsschicht 212 und der Träger­ schicht 202 des Trägers 200 ausgewählt sind. Folglich soll die beanspruchte Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen Druckpegel beschränkt sein (oder die Ausübung eines Drucks als ein allgemeines Konzept).
Während der Träger 200 in der Heizvorrichtung 306 gemäß den oben genannten Parametern erwärmt wird (zusammen mit der Ausübung des Drucks, wenn es benötigt oder erwünscht ist), wird das sublimierbare Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung in der Tintenzusammensetzung 174 (das vor dem Erwärmen in einer festen Mikropartikelform vor­ lag) in dem Träger 200 einer Sublimation unterzogen. Der Sublimationsprozeß umfaßt einen Wechsel des physikalischen Zustands des Färbemittels, der direkt von einem festen Zu­ stand in einen gasförmigen geändert wird. Als ein Ergebnis dieses Schritts diffundieren/absorbieren die sublimierten gasförmigen Färbemittel direkt aus der Tintenabsorptions­ schicht 212 in die innere Region 210 der Trägerschicht 202, wie schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Dieser Prozeß, bei dem die Färbemittel in der Lage sind, direkt in die Trä­ gerschicht 202 des Trägers 200 zu diffundieren, ist ein ein­ zigartiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, das als ein Ergebnis der (1) speziellen Materialien, die in der Tinten­ zusammensetzung verwendet sind, welche ein oder mehrere sub­ limierbare Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertragung enthält, und (2) spezifischen physikalischen Charakteristika der Materialien, die verwendet sind, um die Trägerschicht 202 herzustellen, welche ausreichend permeabel ist, um einen Durchgang der sublimierten Färbemittel direkt in die innere Region 210 der Schicht 202 zu ermöglichen, erreicht wird. Insbesondere die Absorptions- und Kapillar- Charakteristika der Materialien, die verwendet sind, um die Trägerschicht 202 zu erzeugen (wie oben erläutert wurde), ermöglichen, daß die sublimierten Färbemittel wirksam in die innere Region 210 der Schicht 202 "gezogen" werden. Folglich werden die sublimierten Färbemittel in der inneren Region 210 der Trägerschicht 212 zurückgehalten, und haben nun (aufgrund des oben beschriebenen chemischen Umwandlungspro­ zesses) verglichen mit dem "stumpfen" Charakter des gedruck­ ten Zwischenbilds 304 ein anderes visuelles Erscheinungs­ bild. Insbesondere ermöglicht der beanspruchte Sublimations­ prozeß die Bildung eines klaren, lebhaften und wasserfesten, fertigen, gedruckten Bilds 310. Das fertige gedruckte Bild 310 wird innerhalb der inneren Region 210 der Trägerschicht 202 gehalten, was den wasserfesten Charakter des Bilds 310 verbessert und was eine wesentliche Abweichung von bekannten Systemen darstellt. Hinsichtlich der einzigartigen Verfah­ rensschritte, die oben beschrieben sind, und der zahlreichen Vorteile, die durch das beanspruchte Verfahren geliefert werden, stellt die vorliegende Erfindung einen wichtigen Fortschritt auf dem Gebiet der Drucktechnologie dar. Spe­ ziell das spezialisierte Verfahren, das in Fig. 4 gezeigt ist (welches eine sequentielle Diffusionsprozedur umfaßt, bei der sublimierbare Färbemittel zuerst in die Tintenab­ sorptionsschicht 212 gelangen und nachfolgend während/nach der Sublimation in die Trägerschicht 202 des Trägers 200), stellt eine wichtige Entwicklung dar, die bei vielen unter­ schiedlichen Anwendungen brauchbar ist.
Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 4 wird der Träger 200 mit dem fertig gedruckten Bild 310 auf demselben dann aus der Heizvorrichtung 306 entnommen und wunschgemäß verwendet. Wiederum ist es wichtig hervorzuheben, daß die vorliegende Erfindung viele unterschiedliche Färbemittel, Trägermateria­ lien/Größen und andere Faktoren, die entsprechend der be­ stimmungsgemäßen Verwendung des fertigen gedruckten Produkts bestimmt werden, einschließen kann.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel des Verfahrens und des Systems, das in Fig. 4 gezeigt ist, ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Alle Schritte, Parameter, Materialien und chemische Zusammensetzungen, die dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 zugeordnet sind, gelten in gleicher Weise für das Ausführungsbeispiel von Fig. 7, es sei denn, nachfolgend ist gegenteiliges angezeigt. Die Bezugszeichen in Fig. 4, die denen in Fig. 7 entsprechen, bezeichnen Teile, Komponenten und Elemente, die beide Strukturen aufweisen, sowie Verfah­ rensschritte in beiden Ausführungsbeispielen. Diese gemein­ samen Elemente sind oben in Verbindung mit dem System von Fig. 4 erläutert, wobei die Erläuterung dieser Gegenstände durch Bezugnahme hinsichtlich des Ausführungsbeispiels von Fig. 7 aufgenommen ist.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind der Träger 200 und die Tintenzusammensetzung 174 die gleichen wie diejenigen, die oben in Verbindung mit Fig. 4 erläutert wurden. Jedoch un­ terscheidet sich die Art und Weise, auf die der Träger 200 erwärmt (und einem Druck unterworfen) wird, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4. Bezugnehmend auf Fig. 7 weist die Druckereinheit 300 speziell eine Heiz/Druckaus­ übungs-Vorrichtung in derselben auf (wobei der Ausdruck "in derselben" einen Fall einschließt, bei dem das Teilsystem entweder in der Druckereinheit 300 plaziert oder extern an der Druckereinheit 300 befestigt ist). Dieses Ausführungs­ beispiel soll nicht auf irgendeinen Typ eines eingebauten Heizsystems beschränkt sein, vorausgesetzt, daß die Drucker­ einheit 300 ein oder mehrere Wärmeerzeugungs-Teilsysteme enthält, die nach oder während des Druckverfahrens Wärme zu dem Träger 200 liefern.
Um den Träger 200 während der vorbestimmten Zeitperiode von näherungsweise 5 bis 30 Sekunden bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 auf die oben genannten Temperaturpegel (etwa 180 bis 220°C) zu erwärmen, weist die Druckereinheit 300 zumin­ dest ein Heizbauglied 400 innerhalb der Druckereinheit 300 oder andernfalls an derselben befestigt auf. Das Heizbau­ glied 400 (das bei diesem Ausführungsbeispiel allgemein als die Heizvorrichtung 306 wirksam ist) kann eine oder mehrere beheizte "Klemm"-Typ-Rollen, -Druckwalzen, -Stäbe, -Balken, -Platten und dergleichen aufweisen, wobei die beanspruchte Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen strukturellen Komponenten für diesen Zweck beschränkt ist. Das Heizbau­ glied 400 ist entworfen, um nach oder während der Druckphase des beanspruchten Verfahrens in einen direkten physikali­ schen Kontakt mit der oberen Oberfläche 222, der unteren Oberfläche 224 oder beiden Oberflächen 222, 224 des Trägers 200 zu kommen. Folglich kann die notwendige Wärmemenge dem Träger 200 effizient zugeführt werden (wobei die exakte Heizzeit und die exakten Temperaturpegel durch die Zufuhr­ geschwindigkeit der Druckeinheit 300, nämlich der Geschwin­ digkeit, mit der der Träger 200 aus der Druckeinheit 300 ausgeworfen wird, wie durch vorbereitende Tests bestimmt wird, gesteuert werden). Der Betrieb des Heizbauglieds 400 und der Druckereinheit 300 können nach Bedarf eingestellt werden, um sicherzustellen, daß während der notwendigen Zeitperiode eine ausreichende Erwärmung des Trägers 200 stattfindet, wobei diese Parameter gemäß einer Vielzahl von Faktoren, die die Materialien einschließen, die in der Tin­ tenzusammensetzung 174 und dem Träger 200 verwendet sind, einschließen, Variationen unterworfen sind. In gleicher Wei­ se kann die Ausübung eines Drucks gegen den Träger 200 mit den Pegeln, die oben genannt sind, durch eine Einstellung der Spannung, die dem Heizbauglied 400, während dasselbe gegen den Träger 200 drückt, zugeordnet ist, erreicht wer­ den. Durch das Plazieren des Trägers 200 in Kontakt mit dem Heizbauglied 400 auf die vorher genannte Art und Weise kann ein stabiles, lebhaftes und wasserfestes gedrucktes Bild aus der Tintenzusammensetzung 174 auf dem Träger 200 erzeugt werden.
Bei dem spezifischen, nicht-begrenzenden Ausführungsbeispiel von Fig. 7 besteht das Heizbauglied 400 aus zwei beheizten Metallrollen 402, 404, die ein oder mehrere Heizelemente des elektrisch resistiven Typs in denselben aufweisen. Die Rolle 402 kontaktiert die obere Oberfläche 202 des Trägers 200 (d. h. die obere Oberfläche 214 der Tintenabsorptionsschicht 212), während die Rolle 404 die untere Oberfläche 224 des Trägers 200 kontaktiert (d. h. die untere Oberfläche 206 der Trägerschicht 202). Geeignete und erwünschte Druckpegel in dem bevorzugten oben genannten Bereich werden durch die Ver­ wendung eines federvorgespannten Spannungssystems 406 eines herkömmlichen Entwurfs (das schematisch in Fig. 7 darge­ stellt ist), welches an den Rollen 402, 404 angebracht ist, beibehalten. Dieses spezielle System umfaßt elementar ein oder mehrere Federelemente 410, 412, die die Rollen 402, 404 gegen den Träger 200 drücken. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen oben beschriebenen Kom­ ponenten beschränkt sein, die lediglich zu Beispielzwecken geboten sind. Entweder ein oder mehrere Heizbauglieder 400 können in Verbindung mit dem Träger 200 nach Bedarf und Wunsch verwendet sein. Während das "Klemmrollen"-Ausfüh­ rungsbeispiel von Fig. 7 bevorzugt ist und ideale Ergebnisse liefert, kann das Heizbauglied 400, das in der Druckerein­ heit 300 positioniert ist, ein elektrisch beheiztes Balken­ bauglied oder eine elektrisch beheizte Platte aufweisen, die in einem direkten Kontakt mit der oberen Oberfläche 222 des Trägers 200 plaziert sind, während derselbe die Druckerein­ heit 300 verläßt. Folglich sind in Verbindung mit dem Aus­ führungsbeispiel von Fig. 7 viele Variationen möglich, vor­ ausgesetzt, daß dieselben das elementare oben beschriebene Verfahren beinhalten, nämlich eine sequentielle Diffusions­ prozedur, bei der sublimierbare Färbemittel zunächst in die Tintenabsorptionsschicht 212 gelangen und nachfolgend in die Trägerschicht 202 des Trägers 200, durch das Zuführen von Wärme von dem Heizbauglied 400. Dieses spezielle System be­ seitigt den Bedarf nach einer Heizvorrichtung 306, die außerhalb der Druckereinheit 300 angeordnet ist. Jedoch ist das Ergebnis dieses Ausführungsbeispiels das gleiche wie das, das durch das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 geliefert wird, nämlich die Erzeugung eines Trägers 200 mit einem fer­ tigen gedruckten Bild 310 auf demselben, das klar, lebhaft und wasserfest ist.
Wie vorher bemerkt wurde, liefert die vorliegende Erfindung zahlreiche Nutzen und Vorteile, die folgende einschließen:
(1) das schnelle Drucken von klaren und lebhaften Bildern ("mit hoher Farbsättigung") mit einem mimimalen Ausrüstungs­ aufwand und minimalen Verfahrensschritten; (2) eine verbes­ serte Bild-Wasserfestigkeit und -Stabilität; (3) einen mini­ malen Komplexitätspegel und eine minimale erforderliche Aus­ rüstung, was den Hausgebrauch durch Benutzer erleichtert; (4) die Fähigkeit, die thermische Tintenstrahltechnologie (oder andere vergleichbare Drucksysteme) zu verwenden, um hochauflösende, mehrfarbige Bilder zu erzeugen, die durch verbesserte Stabilitätspegel charakterisiert sind; und (5) die Fähigkeit, diese Ziele unter Verwendung kostengünstiger Materialien und einer kostengünstigen Ausrüstung zu errei­ chen. Folglich stellt das beanspruchte Verfahren eine wich­ tige technische Entwicklung mit weit verteilten Anwendungen sowohl im Geschäfts- als auch im häuslichen Gebrauch dar.

Claims (6)

1. Verfahren zum Aufbringen eines klaren, lebhaften und wasserfesten gedruckten Bilds (310) auf einen Träger (200), mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung (174), die ein Tintenträgermittel und zumindest ein sublimierbares Farbstoffdiffusions-Färbemittel zur thermischen Übertra­ gung aufweist;
Bereitstellen eines Bildempfangsträgers (200), der eine Trägerschicht (202) und eine Tintenabsorptionsschicht (212) aufweist, wobei die Trägerschicht (202) aus einem Material besteht, das ermöglicht, daß das Färbemittel in der Tintenzusammensetzung während einer Sublimation des Färbemittels in die Trägerschicht (202) gelangt;
Liefern der Tintenzusammensetzung (174) zu der Tinten­ absorptionsschicht (212) des Bildempfangsträgers (200); und
Zuführen von Wärme zu dem Bildempfangsträger (200) in einer Menge, die ausreicht, um eine Sublimation des Fär­ bemittels in der Tintenzusammensetzung (174) und eine Diffusion des Färbemittels von der Tintenabsorptions­ schicht (212) in die Trägerschicht (202) zu bewirken, derart, daß das Färbemittel in derselben zurückgehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Zuführen von Wärme zu dem Bildempfangsträger (200) das Erwärmen des Trägers (200) auf eine Temperatur von etwa 180 bis 220°C umfaßt.
3. Verfahren nach Ansprüch 1 oder 2, das ferner den Schritt des Ausübens eines Drucks auf den Bildempfangsträger (200) während des Zuführens von Wärme zu demselben um­ faßt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Schritt des Zuführens von Wärme oder Wärme und Druck für eine Zeitdauer von etwa 5 bis 30 Sekunden erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Lieferns der Tintenzusammensetzung (174) folgende Schritte umfaßt:
Plazieren des Bildempfangsträgers (200) in einer Druck­ vorrichtung (300), wobei die Druckvorrichtung (300) zu­ mindest eine Tintenkassette (10) in derselben aufweist, wobei die Tintenkassette (10) ein Gehäuse (12) und einen Druckkopf (80), der an dem Gehäuse (12) befestigt ist, aufweist, wobei der Druckkopf (80) zumindest eine Tin­ tenausstoßeinrichtung (86) zum Liefern von Tintenmate­ rialien aus der Tintenkassette (10) aufweist, wobei die Tintenkassette (10) ferner einen Vorrat der Tintenzu­ sammensetzung (174) in dem Gehäuse (12) aufweist, wobei der Vorrat der Tintenzusammensetzung (174) in einer Fluidverbindung mit dem Druckkopf (80) ist; und
Aktivieren der Tintenausstoßeinrichtung (86) des Druck­ kopfs (80), um die Tintenzusammensetzung (174) aus der Tintenkassette (10) zu der Absorptionsschicht (212) des Bildempfangsträgers (200) zu liefern.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine Druckvorrichtung (300) verwendet wird, die zumindest ein Heizbauglied (400) in der­ selben aufweist, wobei das Heizbauglied (400) Wärme zum Liefern zu dem Bildempfangsträger erzeugt, und der Schritt des Plazierens des Bildempfangsträgers (200) in der Druckvorrichtung (300) folgenden Schritt umfaßt:
Plazieren des Bildempfangsträgers (200) in Kontakt mit dem Heizbauglied (400) der Druckvorrichtung (300), der­ art, daß das Heizbauglied (400) den Träger (200) erwärmt.
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