DE3883371T2

DE3883371T2 - Druckplattenvorrichtung für einen wärmeempfindlichen tintenstrahldrucker.

Info

Publication number: DE3883371T2
Application number: DE88908603T
Authority: DE
Inventors: Linda Creagh; Robert Schaffer; Charles Spehrley
Original assignee: Spectra Inc
Current assignee: Fujifilm Dimatix Inc
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2008-09-02
Also published as: EP0333819A1; BR8807197A; KR920006962B1; CA1318547C; WO1989002576A1; KR890701998A; EP0333819A4; DE3883371D1; US4751528A; US4751528B1; EP0333819B1; JPH0825274B2; JPH02500583A; US4951067A

Description

Diese Erfindung betrifft Tintenstrahlsysteme und insbesondere eine neue und verbesserte Tintenstrahlvorrichtung zur Verwendung mit Heißschmelz-Tinten, wobei eine gesteuerte Erstarrung solcher Tinten vorgesehen ist.
Tintenstrahlsysteme, die Tinten verwenden, die mit Wasser oder anderen verdampfbaren Lösungsmitteln hergestellt werden, benötigen das Trocknen der Tinte (das heißt die Verdunstung des Lösungsmittels), nachdem sie auf eine Unterlage, wie Papier, aufgebracht worden ist, die von einer Druckplatte abgestützt wird. Um das Trocknen von Tinten auf Lösungsmittelbasis zu erleichtern, sind kürzlich beheizte Druckplatten in Tintenstrahlvorrichtungen vorgesehen worden.
Gewisse Arten von Tintenstrahlvorrichtungen verwenden Tinten, die Heißschmelz-Tinten genannt werden und kein Lösungsmittel enthalten und bei Raumtemperatur fest sind, durch Erwärmen zum Strahlauftrag auf die Unterlage verflüssigt und durch Abkühlen auf der Unterlage nach dem Auftrag verfestigt werden. Ferner überträgt das Auftragen von Heißschmelz-Tinte auf eine Unterlage durch eine Tintenstrahlvorrichtung Wärme auf die Unterlage. Ferner setzt die Erstarrung der Heißschmelz-Tinte weitere Wärmeenergie frei, die auf die Unterlage und die abstützende Druckplatte übertragen wird, was beim Auftragen von Tinten auf Lösungsmittelbasis nicht auftritt. Bei einer Bedeckung mit hoher Dichte kann dies die Temperatur des Papiers und der Druckplatte auf oberhalb der Grenzen erhöhen, die für das Eindringen von Tinte annehmbar sind.
Um das Eindringen der Heißschmelz-Tinten in eine durchlässige Unterlage, wie Papier, in dem erwünschten Maß zu steuern, ist es von Vorteil, die Unterlage auf eine Temperatur nahe aber unterhalb des Schmelzpunktes der Heißschmelz-Tinte vorzuheizen. Wenn die Unterlagentemperatur zu kalt ist, erstarrt die Tinte nach einer kurzen Eindringstrecke. Dies ergibt erhabene Tröpfchen und Bilder mit einer Prägungscharakteristik. Ferner können solche Tintentröpfchen oder Tintenbilder ein schlechtes Anhaften aufweisen oder können ohne weiteres abgekratzt werden oder durch Falten oder Knicken abblättern oder können einem Verschmieren oder Abtrennen auf andere Blätter ausgesetzt sein. Wenn die Papiertemperatur zu hoch ist, beispielsweise höher als der Schmelzpunkt der Tinte, verfestigt sich die Tinte nicht, bevor sie vollständig durch das Papier durchgedrungen ist, was einen fehlerhaften Zustand ergibt, der "Durchschlagen" genannt wird. Zusätzlich erscheint ein Bild, das auf eine Unterlage gedruckt wird, die sich bei einer Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes der Heißschmelz-Tinte befindet, beträchtlich unterschiedlich von einem Bild, das bei einer niedereren Unterlagentemperatur gedruckt wurde. Solche Bilder zeigen Merkmale einer größeren - als - normalen Fleckgröße, unscharfe Ränder, das Aufscheinen feiner Linien und ähnliches. Ferner ist im Gegensatz zu den Bedingungen, die bei der Verwendung von Tinten auf Lösungsmittelbasis in einer Tintenstrahlvorrichtung erforderlich sind, das Erwärmen der Unterlage nachdem die Tinte aufgetragen worden ist, nicht wirkungsvoll, die Ausbreitung der Tropfen zu steuern und die obengenannten Schwierigkeiten zu verhindern, die auftreten können, wenn Heißschmelz-Tinten verwendet werden. Infolgedessen sind gegenwärtig bekannte Tintenstrahlvorrichtungen, die nicht geheizte oder sogar nur geheizte Druckplatten verwenden, unfähig, die Bedingungen aufrechtzuerhalten, die für ein wirkungsvolles Auftragen von Heißschmelz-Tinte auf eine Unterlage erforderlich sind, um konstant Hochqualitätsbilder zu erzeugen.
Demgemäß ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Tintenstrahlvorrichtung zu schaffen, die wirkungsvoll ist, die obengenannten Nachteile beim Stand der Technik zu überwinden.
Eine andere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, eine Tintenstrahlvorrichtung zu schaffen, die insbesondere zur Verwendung mit Heißschmelz-Tinten geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Tintenstrahlvorrichtung einen Tintenstrahlkopf zum Ausstoßen von Tropfen geschmolzener Heißschmelz-Tinte auf eine Unterlage, eine Druckplatte zum Abstützen der Unterlage während des Betriebes des Tintenstrahlkopfes und eine Temperatursteuerungseinrichtung zum Beeinflussen der Temperatur der Druckplatte, um bei der Verwendung die Unterlage bei einer Temperatur aufrechtzuerhalten, die zur Erstarrung des Tintentropfens geeignet ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuerungseinrichtung einen Meßfühler zum Erfassen von beginnenden Änderungen der Druckplattentemperatur, eine Temperatureinstelleinrichtung, die eine Heizeinrichtung und/oder Kühleinrichtung zum Einstellen der Druckplattentemperatur einschließt, und eine Temperatursteuerungseinheit aufweist, die auf den Meßfühler anspricht und die Temperatureinstelleinrichtung steuert, wodurch die Temperatur der Druckplatte so gesteuert wird, daß die Unterlage im wesentlichen auf einer ausgewählten Temperatur unabhängig von Änderungen der Wärmeenergie aufrechterhalten wird, die auf die Unterlage in den Tintentropfen aufgebracht wird.
In den beigefügten Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die für verschiedene Blattbedruckzeitdauern und Drucküberdeckungswerte die Wärmeeingabe zu einer Druckplatte zeigt, die eine Blattunterlage abstützt, die mit einem Tintenstrahl bedruckt wird;
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Darstellung einer temperaturgesteuerten Druckplattenanordnungs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht, die längs der Linien III-III der Fig. 2 und bei Betrachtung in Richtung der Pfeile genommen ist; und
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt und den Energiefluß in das Papier und Druckplattensystem und aus diesem heraus zeigt.
Beim Tintenstrahldrucken hängt die Fleckgröße auf dem Papier von dem Anfangstropfenvolumen und dem Maß ab, mit dem der Tropfen mit der Unterlage wechselwirkt, wobei die genannte Wechselwirkung das Maß der Ausbreitung beeinflußt. Bei Tintenstrahlsystemen auf Wasserbasis befeuchtet die Tinte die Fasern und der Tropfen neigt dazu, sich auszubreiten, bis er vollständig von den Fasern absorbiert worden ist. Dies wird allgemein als ein Mangel betrachtet, da die absorbierenden Eigenschaften bei einer Art unbeschichteter Papiere so groß ist, daß stark unterschiedliche Druckeigenschaften auf unterschiedlichen Papieren erzeugt werden. Bei Drucksystemen mit Heißschmelz-Tinte befeuchtet die Tinte die Papierfasern auch, aber die Tropfenausbreitung ist durch das Abkühlen der Tinte begrenzt, die ihre Wärmeenergie mit den Papierfasern teilt, bis sie erstarrt oder bis ihre Viskosität so groß wird, daß die Ausbreitungsbewegung begrenzt wird. Glücklicherweise besitzen die meisten Papiere ausreichend ähnliche spezifische Wärmen, so daß die Tropfenausbreitung in hohem Maß durch die Anfangstemperatur des Tintentropfens und der Papierunterlage in bezug auf die Erstarrungstemperatur der Tinte bestimmt wird. Als Folge der Ähnlichkeit der Wärmeeigenschaften von Papieren können ähnliche Bilder auf unterschiedlichen Papieren erhalten werden, wenn die Unterlagentemperatur richtig gesteuert wird.
Bei Tintenstrahldruckern mit Heißschmelz-Tinte hängt die an eine Einheitsfläche einer Unterlage, wie Papier, abgegebene Wärmeenergie von der Temperatur der Heißschmelz-Tinte ab, wenn sie die Unterlage erreicht, von der Erstarrungsenergie der Heißschmelz-Tinte und der Bedeckung des Substrates mit Tinte während des Druckens. Die Temperatur der Unterlage unmittelbar nach dem Drucken hängt von der während des Drukkens abgegebenen Wärmeenergie ab, von der Ausgangstemperatur der Unterlage und von der Temperatur eines wärmeleitenden Elementes, wie einer Druckplatte, mit der die Unterlage in Wärmeübertragungsbeziehung ist.
Somit mag eine Heißschmelz-Tinte, die bei einer ausgewählten Temperatur unterhalb der Temperatur erstarrt, mit der sie auf die Unterlage aufgebracht worden ist, nahezu unmittelbar erstarren, wenn die Unterlage und ihre abstützende Druckplatte bei einer niederen Temperatur sind, im wesentlichen unterhalb der ausgewählten Temperatur, was bei Betriebsbeginn des Systems auftreten kann. Eine solche sofortige Erstarrung verhindert ein ausreichendes Eindringen der Heißschmelz-Tinte in die Unterlage, bevor sie erstarrt. Andererseits mögen, wenn die Unterlage und ihre abstützende Druckplatte bei einer Temperatur nahe oder oberhalb der Erstarrungstemperatur der Heißschmelz-Tinte sind, eine relativ lange Zeit, wie mehrere Sekunden, zum Erstarren erforderlich sein, wodurch eine ungesteuerte Tropfenausbreitung oder ein Durchschlagen des gedruckten Bildes zugelassen wird. Beispielsweise erhöht ein moderner Hochgeschwindigkeitsdrucker mit Heißschmelz-Tinte mit einem 96-Strahl-Kopf, der zwei Schichten Tintentropfen unterschiedlicher Farben bei einer Temperatur von 130ºC auf eine Unterlage mit einer Geschwindigkeit von 12.000 Tropfen pro Sekunde pro Strahl mit einer linearen Dichte von 11,8 Tropfen pro mm aufträgt, wodurch eine gesamte Tintendicke von 0,023 mm geschaffen wird, die Körpertemperatur einer Papierunterlage von 0, 1 mm um ungefähr 21ºC während des Druckvorganges. Bei einem derartigen fortlaufenden Drucken auf eine Unterlage, die sich über eine feste Druckplatte bewegt, erreicht die Druckplattentemperatur bald einen Wert, der nahe dem Erstarrungspunkt der Heißschmelz-Tinte liegt oder über diesen hinausgeht.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen stellt schematisch in graphischer Form die Wärmeenergie dar, die auf eine abstützende Druckplatte abgegeben wird, wenn ein sich über die Druckplatte bewegendes Blatt von 21,6 cm x 27,9 cm mit Heißschmelz-Tinte bedruckt wird.
Wie unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 beschrieben wird, gibt es eine Mehrzahl von Energieflüssen, die bestimmen, ob es eine Nettowärmeeingabe zu dem Papier/Druckplattensystem gibt, in welchem Fall die Temperatur dazu neigt, anzusteigen, oder ob es von dem Papier/Druckplattensystem eine Nettowärmeabgabe gibt, in welchem Fall die Temperatur des Druckbereiches abnehmen wird. Wärmeenergie wird dem System zugeführt durch Wärmeübertragung von dem erwärmten Druckkopf über den Luftspalt mittels Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung, durch die Enthalpie in den Tintentropfen, durch wahlweise elektrische Energie, die wahlweise durch die Heizeinrichtungssteuerung geliefert wird, und durch den Wärmeinhalt des Papieres, das in das System eintritt. Wärmeabgabe von dem System schließt ein Wärmeenergie in dem Papier und der Tinte (die bei einer höheren Temperatur als die Eintrittstemperatur des Papiers austritt), Wärmeübertragung von der Druckplatte und von dem Papier, das von dem Druckkopf nicht überdeckt ist, an die Umgebung über Konvektion, von der Druckplatte zu der umgebenden Struktur übertragene Wärme mittels Leitung durch Befestigungen und/oder wahlweise durch die Wärmepumpenwirkung der thermoelektrischen Kühleinrichtungen.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, nimmt die Wärmezufuhr die durch die Ordinate in der graphischen Darstellung dargestellt ist, mit zunehmender Blattbedruckungszeit und mit Zunehmender prozentualer Bedeckung der Unterlage zu. Bei dieser Darstellung sind typische Blattbedruckzeiten von ungefähr 10 Sekunden Minimum bis zu ungefähr 33 Sekunden Maximum gezeigt, und wie es in der graphischen Darstellung gezeigt ist, tritt die größte Nettowärmezufuhr bei der langsamsten Blattbedruckzeit auf, da das sich langsam bewegende Blatt weniger Wärmeenergie von dem Papier/Druckplattensystem abführt als durch die Enthalpie in den heißen Tintentropfen und durch die Wärmeübertragung von dem Druckkopf dem Pa-Pier/Druckplattensystem zugeführt wird.
In ähnlicher Weise nimmt zu irgendeiner gegebenen Blattbedruckzeit die Wärmezufuhr zu der Druckplatte mit zunehmender Drucküberdeckung zu, die der mit tinteüberdeckte Prozentteil der Blattfläche ist. Wo zwei oder mehrere Tinten unterschiedlicher Farbe aufgebracht werden, liegen die Farbtinten üblicherweise zumindest in einem gewissen Maß übereinander. Infolgedessen zeigt die graphische Darstellung in Fig.1 die Wärmezufuhr zu der Druckplatte nicht nur für eine Blattüberdeckung für 50% und 100%, sondern auch für Blattüberdeckungen von mehr als 100%, wie 150% und 200%, was der Überdekkung des gesamten Blattes mit zwei Tintenschichten entspricht. Im allgemeinen benötigen Blätter mit einer geringeren Überdeckung weniger Druckzeit.
Die Fig. 1 stellt die Wärmezufuhr zu der Druckplatte bei verschiedenen Druckbedingungen in vier Abschnitten dar, die mit I, II, III und IV bezeichnet sind. Der Abschnitt I zeigt die Wärmezufuhr zu der Druckplatte, wenn der normale volle Textbereich von 17,8 cm x 22,9 cm eines Blattes von 21,6 cm x 27,9 cm bis zu der vollen Dichte mit einer einzelnen Schicht Heißschmelz-Tinte bedruckt wird. Wenn bis zu zwei volle Schichten Heißschmelz-Tinte in übereinanderliegender Beziehung auf das Blatt während des Farbdruckens aufgebracht werden, ist die auf die Druckplatte überführte Wärmeenergie in dem mit II bezeichneten Abschnitt dargestellt. In diesem Fall wird, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, bis zu dem zweifachen der Wärmeenergie auf die Druckplatte übertragen.
Der in Fig. 1 mit III bezeichnete Abschnitt stellt die Wärmezufuhr zu der Druckplatte dar, wenn eine einzelne Tintenschicht bei bis zu der vollen Dichte auf eine Fläche einer "Vollseite" eines Blattes von 21,6 cm x 27,9 cm gedruckt wird, das heißt bis zu innerhalb von 0,965 cm von dem oberen, linken und unteren Rand und innerhalb von 0,25 cm von dem rechten Rand des Blattes, und der mit IV bezeichnete Abschnitt stellt die Wärmezufuhr des Bedruckens der Vollseitenfläche mit bis zu einer doppelten Schicht Heißschmelz-Tinte dar. Beim Farbdrucken von durchgehenden Musterflächen, wie Sektordarstellungen oder ähnliches, liegt der Betrieb häufig in den mit III und IV bezeichneten Bereichen, wobei eine sehr hohe Wärmeenergiezufuhr zu der Druckplatte geschaffen wird.
Die Druckplattentemperatur hängt nicht nur von der Geschwindigkeit der Wärmezufuhr sondern auch von der Geschwindigkeit der Abgabe der Wärmeenergie von der Druckplatte ab. Um eine ausgewählte Druckplattentemperatur aufrechtzuerhalten, die einen richtigen Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung mit Heißschmelz-Tinte sicherstellt, insbesondere unter Bedingungen, wie sie in den Abschnitten III und IV gezeigt sind, muß deshalb Wärmeenergie schnell und wirkungsvoll von der Druckplatte entfernt werden. Es wurde herausgefunden, daß die Entfernung von Wärmeenergie von einer Druckplatte durch Wärmeleitung oder Konvektion zu einem sich bewegenden Luftstrom unangemessen sein kann, insbesondere wenn die örtliche Umgebungslufttemperatur bis zu 5º oder 10ºC der Betriebssolltemperatur ansteigt. Zu diesem und anderen Zeitpunkten ist das System unfähig, ausreichend genau zu steuern, daß die Druckplattentemperatur innerhalb der erwünschten Grenzen für den optimalen Betrieb aufrechterhalten wird.
Beispielsweise befindet sich beim anfänglichen Einschaltbetrieb eine wärmeleitungsmäßig oder konvektionsmäßig abgekühlte Druckplatte auf Raumtemperatur (das heißt 21ºC), wohingegen es wünschenswert ist, die Unterlage bei ungefähr 40ºC zu halten, um ein ausreichendes Eindringen einer Heißschmelz-Tinte in eine faserige Unterlage, wie Papier, vor der Erstarrung zu erlauben. Deshalb ist in der Anfangsphase das Zuführen von Wärme zu der Druckplatte erforderlich. Andererseits erreicht, wenn das fortlaufende Drucken der oben beschriebenen Art auftritt, wobei eine 130ºC-Heißschmelz-Tinte verwendet wird, die Druckplattentemperatur beispielsweise schnell 40ºC und überschreitet sie und nähert sich der Erstarrungstemperatur der Heißschmelz-Tinte, wodurch das Entfernen von Wärme von der Druckplatte erforderlich ist. Ferner bewirken häufige und extreme Änderungen der Druckgeschwindigkeit, wie sie bei der Wiedergabe von durchgehend gefärbten Darstellungen auftreten, wie bei Sektordarstellungen abwechselnd mit einfarbigem Text, entsprechende Schwankungen der Druckplattentemperatur und der bedruckten Unterlage, was abwechselnde Bedingungen des Durchschlagens und nicht ausreichenden Eindringens von Tinte in die Unterlage zum Ergebnis hat.
Bei der repräsentativen Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird die Druckplattentemperatur einer Tintenstrahlvorrichtung mit Heißschmelz- Tinte bei einem erwünschten Wert aufrechterhalten, um fortlaufend optimale Druckbedingungen zu schaffen. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Blatt oder eine Bahn 10 aus Unterlagenmaterial, wie Papier, von einem Antriebssystem angetrieben, das einen Satz von Antriebsrollen 11 und 12 einschließt, die in der durch Pfeile angegebenen Richtung gedreht werden, um das Unterlagenmaterial durch den Spalt zwischen einem Tintenstrahlkopf 13 und einem Druckplattenzusammenbau 14 hindurch zu bewegen. Der Tintenstrahlkopf wird senkrecht zu der Ebene der Fig. 2 hin- und herbewegt, um eine Reihe von Tintenstrahltröpfchen 15 auf die Oberfläche der Unterlage in aufeinanderfolgenden Wegen, die sich quer zu der Bewegungsrichtung der Bahn 10 in einer herkömmlichen Weise erstrecken, auszustoßen. Der Druckplattenzusammenbau 14 schließt eine Druckplatte 16 ein, die in einem Gehäuse 17 angebracht ist, das Schlitzöffnungen 18 und 19 an dem oberen und unteren Rand der Druckplatte 16 und eine Auslaßöffnung 20 an der Rückseite des Gehäuses hat, die zu einer Unterdruckpumpe 21 oder einem Gebläse führt. Das Gehäuse 17 kann im wesentlichen luftdicht sein oder zum Zwecke einer im wesentlichen fortlaufenden Wärmeabfuhr an die Luft, selbst wenn das Papier die Seitenöffnungen überdeckt, mit zusätzlichen Luftöffnungen versehen sein. Wie man am besten in Fig. 3 sieht, erstrecken sich die Druckplatte 16 und die benachbarten Unterdruckschlitze 18 und 19 im wesentlichen über die Weite der Bahn 10 aus Unterlagenmaterial und die Bahn wird durch drei Antriebsrollen 11 angetrieben, die entsprechende Spalte mit benachbarten Andruckrollen 12 bilden, von denen eine in Fig. 2 gezeigt ist.
Um sicherzustellen, daß die Temperatur der Unterlage 10 auf dem erwünschten Wert gehalten wird, um ein ausreichendes Eindringen der heißschmelzenden Tintentropfen 15 ohne das Zulassen eines Durchschlagens zu erlauben, erfaßt eine Temperatursteuerungseinheit 22 die Temperatur der Druckplatte 16 über eine Leitung 23. Wenn es notwendig ist, die Druckplatte zu heizen, um die erwünschte Druckplattentemperatur aufrechtzuerhalten, beispielsweise bei Betriebsbeginn der Vorrichtung oder beim Drucken mit geringer Bedeckung oder bei geringen Blattbedruckzeiten, führt die Steuerungseinheit 22 über eine Leitung 24 einer Heizeinrichtung vom herkömmlichen Widerstandstyp oder einem Thermistor 25 Energie zu, um die Druckplatte zu heizen, bis sie die erwünschte Betriebstemperatur erreicht.
Zusätzlich ist eine elektrische Wärmepumpe 26 über eine Leitung 27 mit einer thermoelektrischen Kühleinrichtung 28, beispielsweise von dem mit CP 1.0-63-06L bezeichneten Typ, der von Melcor erhältlich ist, verbunden, die in Wärmeberührung mit der Vorlagenplatte 16 steht. Wenn die Temperatursteuerungseinheit 22 eine Druckplattentemperatur oberhalb des erwünschten Wertes erfaßt, die beispielsweise vom Drukken mit hoher Bedeckung oder mit langen Blattbedruckzeiten herstammt, aktiviert sie die Wärmepumpe über eine Leitung 29, um Wärmeenergie von der thermoelektrischen Kühleinrichtung 28 über die Leitung 27 zu der Pumpe zu übertragen, die ihrerseits Wärmeenergie zu einer Wärmesenke 30 überträgt. Die Wärmesenke 30, die beispielsweise ein strukturelles Halteelement für den gesamten Druckplattenzusammenbau sein kann, besitzt Lamellen 31 zur strahlungsmäßigen und konvektiven Wärmeableitung und ist mit einer Zwangsluftkühlanordnung 32 versehen, um eine ausreichend große Wärmeentfernungsrate sicherzustellen, damit die Wärmepumpe 26 die erwünschte Druckplattentemperatur aufrechterhalten kann. Wenn extremen Bedingungen begegnet wird, bei denen die Wärmeenergie der Bahn 10 und der Druckplatte 16 durch den Tintenstrahlkopf 13 mit einer Rate zugeführt wird, die die Leistung der thermoelektrischen Kühleinrichtung 28 und der Wärmepumpe 26 übersteigt, um die erwünschte Temperatur aufrechtzuerhalten, schickt die Steuerungseinheit 22 ein Befehlsignal über eine Leitung 33 zu einer Tintenstrahlsystem- Steuerungseinrichtung 34, die die Rate verringert, mit der Tintentropfen durch den Tintenstrahlkopf 13 auf die Bahn 10 aufgebracht werden, bis die Wärmepumpe wieder fähig ist, eine konstante Druckplattentemperatur aufrechtzuerhalten.
Obgleich die Druckplattentemperatur somit gesteuert wird, um eine sofortige Erstarrung der Tintentropfen in der Reihe 15 nach einem ausreichenden Eindringen in die Unterlage 10 sicherzustellen, mag die Temperatur der erstarrten Tintentropfen nicht ausreichend niedrig sein, wenn die Unterlage den Spalt zwischen den Antriebsrollen 11 und den Andruckrollen 12 erreicht, um ein Abtrennen von Tinte auf die Andruckrolle 12 der mittleren Antriebsrolle 11 gegenüberliegend, die in Fig. 3 gezeigt ist, zu verhindern. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, ist eine kleine Abkühlzone durch eine andere über eine Leitung 36 mit der Wärmepumpe 26 verbunden, thermoelektrische Kühleinrichtung 35 vorgesehen, die ausgestaltet ist, eine Temperatur in dieser Zone bei wenigstens 10º C niederer als die Temperatur der Druckplatte 16 zu halten, um eine vollständig Erstarrung der Tinte in dieser Zone sicherzustellen.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist die thermoelektrische Kühleinrichtung 35 zu der Antriebsrolle 11 ausgerichtet und mit der Andruckrolle so verbunden, daß der Streifen der Bahn 10, der zwischen diesen Rollen hindurchgeht, durch das Element 35 gekühlt wird. An den Rändern der Bahn 10 sind andererseits die anderen Antriebsrollen 11 und ihre zugeordneten Andruckrollen in einem schmalen Rand positioniert, in dem kein Drucken auftritt. Infolgedessen ist in diesen Bereichen ein Abkühlen nicht erforderlich.
Bei einer anderen Druckplattenausführungsform kann die Abkühlzone stromabwärts der temperaturgesteuerten Druckplatte vollständig über die Weite des Papiers vorgesehen sein. Diese Abkühlzone kann beispielsweise ein Abschnitt des Druckplattenhaltegliedes sein, das eine angemessene Wärmesenkfähigkeit hat.
Beim Betrieb wird, wenn erforderlich, die Druckplatte 16 durch die Heizeinrichtung 25 geheizt, um sie auf die erwünschte Temperatur zu erhöhen, wie 40º C. Die Unterdruckpumpe 21 führt Luft aus dem Gehäuse 17 heraus und zieht Luft durch die Öffnungen 18 und 19 ein, wie es durch die Pfeile in Fig. 2 angegeben ist, um die Bahn 10 in Wärmeberührung mit der Druckplatte 16 zu halten, wenn sie durch die Antriebsrollen 11 und die zugeordneten Andruckrollen 12 vorwärtsbewegt wird. Der Tintenstrahlkopf 13 sprüht Heißschmelz-Tinte 15 auf die Bahn 10 und die sich ergebende Zunahme der Druckplattentemperatur wird durch die Steuerungseinheit 22 erfaßt, die bewirkt, daß die Wärmepumpe 20 Wärmeenergie von der thermoelektrischen Kühleinrichtung 28 zu der Wärmesenke 30 und den Lamellen 31 überführt, von denen sie durch das Zwangsluftkühlsystem 32 entfernt wird.
Für herkömmliche Heißschmelz-Tinten hält der Tintenstrahlkopf 13 die Tinte bei einer Strahltemperatur von beispielsweise 130ºC, aber die Tinte erstarrt bei beispielsweise 60ºC, und die Druckplatte 16 sollte, um eine Erstarrung nach dem erwünschten Maß des Eintretens sicherzustellen, aber bevor ein Durchschlagen auftritt, innerhalb von ungefähr 3º- 5ºC einer ausgewählten niederen Temperatur, beispielsweise 40ºC, aufrechterhalten werden. Während des Normalbetriebes der Tintenstrahlvorrichtung jedoch kann die Umgebungstemperatur des Druckplattenzusammenbaus 14 und der ihn umgebenden Teile bei oder oberhalb von 40ºC sein. Demgemäß mag die Wärmepumpe 26 ausgestaltet sein, Wärme fortlaufend von den thermoelektrischen Kühleinrichtungen 28 und 32 zu der Wärmesenke 30 selbst während ruhiger Betriebsperioden des Systems zu übertragen. Während des Tintenstrahlbetriebes, überdies insbesondere beim Betrieb in den Bereichen II und IV in Fig. 1, wird wesentlich mehr Wärme von der Druckplatte abgezogen und zu der Wärmesenke 30 übertragen, die somit auf relativ hohe Temperaturen von beispielsweise 60-65ºC erwärmt werden kann, und die Wärmeenergie wird von der Wärmesenke 30 und den Lamellen 31 durch das Zwangsluftsystem 32 entfernt. Gleichzeitig wird die thermoelektrische Kühleinrichtung 32 in der Abkühlzone bei ungefähr 10ºC kälter als der Rest der Druckplatte, beispielsweise bei 30ºC, gehalten, was eine vollständige Erstarrung der Tinte vor dem Eingriff durch die Andruckrolle sicherstellt.
Da die Größe und Art des gedruckten Bildes stark variieren können es notwendig, eine temperaturgesteuerte Druckplatte mit hoher seitlicher Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, um Temperaturgradienten von einer Seite zu der anderen zu minimieren. Aluminium und Kupfer sind geeignete Druckplattenwerkstoffe, aber die Querschnittsfläche der Platte muß beträchtlich sein, in der Größenordnung von 3,2 cm² oder größer im Fall von Aluminium. Solche Druckplatten sind massiv und können viel Raum einnehmen und benötigen eine hohe Leistung oder eine lange Zeit auf die Betriebstemperatur aufgewärmt zu werden. Aus diesen Gründen kann eine Konstruktion, die die Eigenschaften eines Wärmerohres mit Verdampfung und Kondensation von Flüssigkeit verkörpert, verwendet werden, Energie zu übertragen.
Andere Schwierigkeiten können bei der Steuerung der Bahn auftreten, wenn sie sich über die Druckplatte in dem Druckbereich bewegt. Eine solche Schwierigkeit bezieht sich auf die örtliche Wärmeausdehnung von Folienmedien (beispielsweise Mylar, Warenzeichen) und eine andere bezieht sich auf die örtliche Verkürzung von Papier, wenn es erwärmt und durch die Druckplatte getrocknet wird. In diesen Fällen kann sich die Bahn wölben oder kräuseln und sich von der Druckplattenoberfläche um 0,13 mm oder mehr fortbewegen, was die Wärmeverbindung zwischen dem Papier und der Druckplatte verschlechtert und auch die Punktanordnungsgenauigkeit verschlechtert, indem der Aufprallpunkt des Strahles, insbesondere im Fall von Zwei-Richtungs-Drucken, geändert wird.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, kann die in Fig. 4 gezeigte Druckplattenausgestaltung verwendet werden. Bei dieser Anordnung stößt ein Tintenstrahlkopf 41 Tintentropfen 42 in Richtung zu einer Papierbahn 43 aus, die von einer gekrümmten Druckplatte 44 abgestützt wird, die bewirkt, daß das Papier 43 in einer gekrümmten Form gehalten und dadurch gegenüber einem Biegen und Kräuseln versteift wird. Eine geeignet gekrümmte Druckplatte 44 besitzt einen Krümmungsradius von ungefähr 125 bis 250 mm (5 bis 10 Zoll) und weist einen temperaturgesteuerten Abschnitt 45 in dem Druckbereich von der unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschriebenen Art auf und einen gekrümmten Einlaßabschnitt 46 und einen gekrümmten Auslaßabschnitt 47. Der Einlaß- und Auslaßabschnitt 46 und 47 erstreckt sich wenigstens 10º vor und 10º hinter dem temperaturgesteuerten Bereich 45. Somit muß sich der temperaturgesteuerte Bereich nicht über die gesamte Länge des gekrümmten Papierweges erstrecken, sondern kann nur ungefähr 1,27 mm der Papierlänge überdecken, wobei sich der Einlaßabschnitt 46 und der Auslaßabschnitt 47 des gekrümmten Papierweges bei Temperaturen befinden, die zur Papierhandhabung oder zum Abkühlen vor dem Durchgang in die Papierförderrollen von der in Fig. 2 gezeigten Art geeigneter sind. Ein Gehäuse 48 schließt die temperaturgesteuerte Zone für die Druckplatte 45 und ein temperaturgesteuertes Bauteil 49 ein, das eine thermoelektrische Kühleinrichtung von der unter Bezug auf die Fig. 2 beschriebenen Art einschließen kann, und ist in Berührung mit der Druckplatte 45 in der temperaturgesteuerten Zone angebracht. Eine Versorgungsleitung 50 speist die Heizeinrichtung in dem Bereich 45, wenn es erforderlich ist, der Druckplatte Wärme zu zuführen.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung wird der Energiefluß in und aus dem Papier/Druckplattensystem heraus dargestellt, wie folgt:

Energiefluß in das Papier/Druckplatten-System

q&sub1; = Strahlungsenergieübertragung von dem Tintenstrahlkopf 41.
q&sub2; = Wärmeleitung durch die Luft.
q&sub3; = Konvektion von dem Tintenstrahlkopf 41 zu der Druckplatte.
E = Enthalpie in den Tintentropfen.
q&sub4; = Wärmeenergie, die in das Papier bei der Temperatur Tein eintritt.
p = durch die Heizeinrichtung in die Druckplatte übertragene Wärme.

Energiefluß aus dem Papier/Druckplatten-System

q&sub5; = Wärmeenergie, die aus dem Papier und der Tinte bei der Temperatur Taus austritt.
q&sub6; = Wärmeenergie, die von der Druckplatte durch die konvektive Wärmeübertragung zu der Luft entfernt wird.
q&sub7; = Wärme, die von der Druckplatte durch Wärmeleitung durch die Halterungen und/oder die Wärmepumpenwirkung entfernt wird.

Claims

1. Eine Tintenstrahlvorrichtung umfassend einen Tintenstrahlkopf (13) zum Ausstoßen von Tropfen (15) geschmolzener Heißschmelz-Tinte auf eine Unterlage (10; 43), eine Druckplatte (16) zum Abstützen der Unterlage während des Betriebes des Tintenstrahlkopfes und eine Temperatursteuerungseinrichtung (22, 23, 24, 28) zum Beeinflussen der Temperatur der Druckplatte, um bei der Verwendung die Unterlage bei einer Temperatur aufrechtzuerhalten, die zur Erstarrung des Tintentropfens geeignet ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuerungseinrichtung einen Meßfühler (23) zum Erfassen von beginnenden Änderungen der Druckplattentemperatur, eine Temperatureinstelleinrichtung (25, 28), die eine Heizeinrichtung und/oder Kühleinrichtung zum Einstellen der Druckplattentemperatur einschließt, und eine Temperatursteuerungseinheit (22) aufweist, die auf den Meßfühler (23) anspricht und die Temperatureinstelleinrichtung (25, 28) steuert, wodurch die Temperatur der Druckplatte so gesteuert wird, daß die Unterlage im wesentlichen auf einer ausgewählten Temperatur unabhängig von Änderungen der Wärmeenergie aufrechterhalten wird, die auf die Unterlage in den Tintentropfen aufgebracht wird.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Kühleinrichtung (26, 28) eine Wärmepumpe (26; 45) zur Wärmeabfuhr von der Druckplatte einschließt.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Wärmepumpe (26, 28) eine thermoelektrische Kühleinrichtung (28) in Wärmeberührung mit der Druckplatte (16) einschließt.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, die eine elektrische Heizeinrichtung (25) einschließt, die auf die Temperatursteuerungseinrichtung (22, 23, 24, 28) zum Heizen der Druckplatte (16) anspricht, wenn die Temperatur der Platte unterhalb eines erwünschten Wertes ist.

5. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Andruckrollen-Antriebseinrichtung (12) zum Bewegen der Unterlage (10) in bezug auf den Tintenstrahl und die Druckplatte (16) einschließt, und bei der die Temperatureinstelleinrichtung eine zweite, thermoelektrische Kühleinrichtung (35) einschließt, die in ausgerichteter Beziehung zu der Andruckrolleneinrichtung (12) in der Bewegungsrichtung der Unterlage angeordnet ist, um Heißschmelz-Tinte, die auf einen Bereich einer Unterlage aufgebracht worden ist, vor Eingriff mit der Andruckrolleneinrichtung abzukühlen.

6. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die ein luftdichtes, die Druckplatte (16) umgebendes Gehäuse (17), eine mit dem Inneren der luftdichten Gehäuseeinrichtung in Verbindung stehende Unterdruckpumpe (21) und eine in dem luftdichten Gehäuse (17) vorgesehene Öffnung (18, 19) einschließt, um die Unterlage in Wärmeberührung mit der Druckplatte zurückzuhalten.

7. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Wärmesenke (30) in Wärmeberührung mit der Wärmepumpe (28) einschließt, um von ihr Wärme aufzunehmen und abzuleiten.

8. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Wärmesenke (30) ein strukturelles Element umfaßt, das die Druckplatte hält, und eine Zwangsluftkühleinrichtung (32) zum Kühlen der Wärmesenke einschließt.

9. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der die Wärmesenke (30) mit Lamellen (31) versehen ist, um das Kühlen der Wärmesenke zu erleichtern.

10. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die eine System-Steuerungseinrichtung (34) zum Steuern des Betriebes des Tintenstrahles einschließt und auf ein Steuersignal von der Temperatursteuerungseinrichtung anspricht ist, um die Betriebsgeschwindigkeit der Tintenstrahlvorrichtung zu ändern.

11. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Druckplatte eine gekrümmte Druckplattenoberfläche (44) und eine Einrichtung zum Zurückhalten der Unterlage in Berührung mit der gekrümmten Druckplattenoberfläche einschließt.

12. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die gekrümmte Druckplattenoberfläche (44) einen Krümmungsradius zwischen ungefähr 12,7 cm und ungefähr 25,4 cm aufweist und sich über wenigstens ungefähr 10º vor und 10º hinter dem Ort der Wärmepumpe (45) erstreckt.

13. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Temperatursteuerungseinrichtung (22, 23, 24, 28) die Temperatur der Druckplatte (16) auf einer ausgewählten Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Heißschmelz-Tinte aufrechterhält.

14. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der die ausgewählte Temperatur bei ungefähr 20ºC bis 30ºC unterhalb des Schmelzpunktes der Heißschmelz-Tinte ausgewählt ist.

15. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schmelzpunkt der Heißschmelz- Tinte ungefähr 60ºC ist.

16. Eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die ausgewählte Temperatur ungefähr 40ºC ist.