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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen
zum Behandeln von quellbaren Medien beim Tintenstrahldrucken, bevorzugt
mit Fluid und/oder Wärme,
unmittelbar vor dem Drucken, um eine Tinteneindringung zu beschleunigen
und eine Koaleszenz zu verringern.
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Tintenstrahldruckmedien,
die eine quellbare Tintenaufnahmeschicht aufweisen (z. B. Gelatine und
andere Hydrogele, wie z. B. Polyvinylpyrrolidon und Copolymere,
einschließlich
Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxid), werden üblicherweise für eine Tintenstrahlphotobilderzeugung
verwendet. Diese Medien (normalerweise beschichtete Papiere) tendieren
dazu, bessere Lichtechtheit und Dauerhaftigkeit als poröse Medien
(wie z. B. blankes oder beschichtetes Papier) zu liefern, und verbessern manchmal
auch die Bildqualität.
Quellbare Tintenaufnahmeschichten unterliegen jedoch häufig einem Problem
einer langsamen Tintenaufnahme. Die Zeit, die benötigt wird,
damit eine Tintenaufnahmeschicht quillt und Tinte von einer Oberfläche absorbiert,
ist oft länger
als die Zeit, die benötigt
wird, damit ein poröses
Medium Tinte absorbiert. Bei hohen Druckgeschwindigkeiten kann Tinte
Pfützen
bilden oder „koaleszieren", bevor dieselbe
vollständig
absorbiert ist, was die erreichbare Bildqualität begrenzt.
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Die
EP-A-0,534,634 offenbart ein System zum Erzeugen von stabilen, wasserechten
und farbverlaufbeständigen
gedruckten Bildern. Das System umfasst zwei Hauptkomponenten. Die
erste Komponente besteht aus einer Tintenzusammensetzung, die zumindest
ein Farbstoffmaterial aufweist, das zumindest eine Carboxylgruppe
umfasst. Die zweite Komponente umfasst eine Salzlösung, die
zumindest eine nicht gebundene mehrwertige Komponente enthält. Die
Lösung
wird dann auf eine Vielzahl von Weisen auf ein Substrat aufgebracht,
einschließlich
einer Aufbringung unter Verwendung einer thermischen Tintenstrahltechnologie.
Danach oder gleichzeitig wird die Tintenzusammensetzung auf das
Substrat aufgebracht.
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Die
JP-A-63299,970 offenbart ein System, bei dem vor einem Drucken in
einer Tinte eine Lösung,
die ein mehrwertiges Metallsalz enthält, an ein Aufzeichnungsmedium
angehaftet wird. Dann wird, ohne dass das Medium speziell einem
Erwärmen oder
einem gezwungenen Trocknen unterzogen wird, die Tinte an den Teil
angehaftet, an den angehaftet wurde, wodurch die Säuregruppe
in dem Farbstoff und ein Kation in dem mehrwertigen Metallsalz miteinander
kombiniert werden, um ein Salz zu bilden, das in den verwendeten
Lösungsmitteln
unlöslich oder
kaum löslich
ist, und das so gebildete Salz erscheint als ein Bild.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein kostengünstiges Verfahren und eine
Vorrichtung, um eine Koaleszenz zu verringern und die Bildqualität zu verbessern.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern
der Druckqualität
gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Das
bevorzugte Verfahren kann die Druckqualität für einen Drucker verbessern,
der auf ein quellbares Medium druckt, und weist ein Aufbringen eines
Behandlungsfluids auf das quellbare Medium nicht länger als
eine Minute, bevor die Tinte auf das Medium aufgebracht wird, auf.
Dies kann z. B. durch die Verwendung einer eingereihten Vorrichtung
erreicht werden, die das Behandlungsfluid auf das Medium aufbringt,
wenn dasselbe durch den Drucker geht, bevor dasselbe den Druckkopf
erreicht, z. B. durch eine Rolle, einen Wischer, eine Sprühvorrichtung
oder einen Tintenstrahldruckkopf. Die Zeit zwischen dem Aufbringen
des Behandlungsfluids und der Tinte auf das Medium kann z. B. nicht
länger
als 15 Sekunden, fünf
Sekunden oder eine Sekunde sein. Das Medium kann erhitzt werden,
während
das Behandlungsfluid aufgebracht wird oder unmittelbar danach. Das Behandlungsfluid
kann ausgewählt sein,
um die Hydrophilie des quellbaren Mediums zu steigern. Z. B. kann
dasselbe ein polares Lösungsmittel
(z. B. Wasser) und ein Benetzungsmittel oder ein oberflächenaktives
Mittel aufweisen. Dasselbe kann ferner Trockenmittel enthalten.
Bei einigen Ausführungsbeispielen
weist das Behandlungsfluid etwa 5–30% Alkohole und/oder Diole
(z. B. etwa 8–20% 1,2-Hexandiol
und etwa 2–5%
1-Butanol), etwa 1–4% oberflächenaktives
Mittel (z. B. etwa 1–4%
Sekundäralkoholethoxylat)
und etwa 71–89%
Wasser auf.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
wird ein Verfahren zum Verbessern der Bildqualität durch ein Aufbringen eines
Behandlungsfluids auf ein Druckmedium geliefert, wobei das Behandlungsfluid ausgewählt ist,
um eine rasche Ausfällung
eines Farbmittels von einer Tinte zu bewirken, die verwendet wird,
um auf das Druckmedium zu drucken. Bei dem Farbmittel kann es sich
z. B. um ein Pigment oder einen Farbstoff handeln. Das Behandlungsfluid und
die Tinte können
so ausgewählt
sein, dass das Farbmittel ein unlösliches Salz mit dem Behandlungsfluid
bildet, wodurch das Farbmittel ausgefällt wird.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
wird ein Drucker zum Aufbringen eines Behandlungsfluids auf Druckmedien
geliefert. Der Drucker weist einen Vorbehandlungsaufbringer, der
das Behandlungsfluid aufbringt, und eine Tintendüse auf, die Tinte nicht später als
etwa eine Minute, nachdem das Behandlungsfluid aufgebracht worden
ist, aufbringt. Der Drucker kann auch eine Zuführvorrichtung aufweisen, die
das Druckmedium über
den Vorbehandlungsaufbringer führt,
bevor dasselbe in Kommunikation mit der Tintendüse gebracht wird. Der Vorbehandlungsaufbringer
kann z. B. eine Rolle (z. B. eine mikroporöse Rolle) und ein Fluidreservoir
aufweisen, wobei der Durchgang des Druckmediums über den Aufbringer bewirkt,
dass die Rolle Fluid von dem Reservoir auf das Druckmedium aufbringt.
Optional kann der Drucker auch eine Heizvorrichtung aufweisen, die das
Druckmedium benachbart zu dem Vorbehandlungsaufbringer erwärmt.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden nur beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei 1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Medienvorbehandlungsaufbringers und eines Druckkopfs in einem
Drucker zeigt.
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Es
wird angenommen, dass ein anfängliches langsames
Benetzen und Quellen von quellbaren Medien durch Tinte durch eine
Verzögerung
bei einer Polymeroberflächenneueinstellung
verursacht werden. Polymeroberflächen
sind mobile Systeme, die sich ständig
selbst bezüglich
ihrer Umgebung neu einstellen, um eine Grenzflächenenergie zu minimieren.
Im Fall der vielen quellbaren Medien, die Polymere aufweisen, die
sowohl hydrophile als auch hydrophobe Abschnitte aufweisen, umfasst
diese Einstellung eine Modifizierung des Hydrophilie der Oberfläche ansprechend
auf Veränderungen
der örtlichen Umgebung.
Abschnitte der Polymerketten verschieben sich, um die hydrophilen
oder hydrophoben Abschnitte der Ketten an der Polymer/Luft-Grenzfläche zu platzieren.
Eine feuchte Umgebung tendiert dazu, die Hydrophilie der Oberfläche zu steigern,
während eine
trockene Umgebung dazu tendiert, die Hydrophilie zu verringern.
Die Neueinstellung der Oberflächencharakteristika
ist normalerweise temperaturabhängig
und erfolgt bei höheren
Temperaturen schneller. Eine schnellere Benetzung und Absorption
von typischen Tinten werden ermöglicht,
wenn Medienoberflächen
stark hydrophil sind. Dies kann erreicht werden, indem starke Benetzungsmittel
und aggressive Lösungsmittel
in der Tintenformel verwendet werden, diese können jedoch das Tintenvorrats-
und -lieferungssystem schädigen
und tendieren oft dazu, die Gesamttintenstrahlsystemzuverlässigkeit
zu verschlechtern.
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Ein
schnelleres Benetzen kann auch durch ein Erwärmen des Mediums kurz vor oder
in der Druckzone erreicht werden, um die Einstellung der Polymeroberfläche auf
eine Aussetzung gegenüber der
Tinte zu beschleunigen. Dieser Lösungsansatz kann
jedoch die Empfindlichkeit des Systems gegenüber Umgebungsbedingungen erhöhen. Wenn
die Medien in einer Umgebung geringer Feuchtigkeit vorgewärmt werden,
können
ihre Oberflächen
noch trockener werden, was ihre Anfangsbenetzbarkeit verringert.
Einige Highend-Maschinen können
Mechanismen aufweisen, um Schwankungen von Umgebungstemperatur und
-feuchtigkeit zu kompensieren, aber diese Systeme erhöhen die
Komplexität
der Drucksysteme erheblich.
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Die
hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
können
diese Mängel
durch ein chemisches Einstellen der Hydrophilie der quellbaren Medienoberfläche vor
dem Drucken überwinden.
Ein amphiphiles Lösungsmittel
wird, bevorzugt in Verbindung mit einem Erwärmen, vor der Aufbringung von
Tinte verwendet. Ein derartiges Lösungsmittel beschleunigt das
Verschieben der Polymerketten an der Medienoberfläche ansprechend
auf Umgebungsveränderungen.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
wird das Lösungsmittel über eine
mikroporöse
Rolle aufgebracht, obwohl andere Verfahren zur Aufbringung, wie
z. B. Wischer und Sprühvorrichtungen,
ebenfalls verwendet werden können.
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Verwendete
Lösungsmittel
weisen bevorzugt polare Lösungsmittel
(z. B. Wasser) und Benetzungsmittel (z. B. Alkohole und Diole) und/oder
oberflächenaktive
Mittel (z. B. Sekundäralkoholethoxylate, wie
z. B. (C12–14H25–29)-O-(CH2CH2O)5–7H)
auf. Ein Lösungsmittel,
das zur Verwendung bei der Erfindung geeignet ist, weist etwa 8–20% 1,2-Hexandiol,
etwa 2–5%
1-Butanol, etwa 1–4%
Sekundäralkoholethoxylat
und etwa 71–89%
Wasser auf.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
weist das Behandlungsfluid etwa 8–20% 1,2-Hexandiol; etwa 2–5% 1-Butanol;
etwa 0,5–2% TERGITOL
15-S-5; etwa 0,5–2%
TERGITOL 15-S-7; und etwa 71–89% Wasser
auf.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel,
das in 1 gezeigt ist, wird ein Medium 10 durch
einen Vorbehandlungsaufbringer 12 geführt, bevor dasselbe unter dem
Druckkopf 14 durchgeht. Das Vorbehandlungssystem umfasst
eine Rolle 16 und ein Reservoir 18 für das Behandlungsfluid.
Optional kann auch eine Heizvorrichtung 20 verwendet werden,
um das Medium zu erwärmen,
wenn das Behandlungsfluid durch die Rolle 16 aufgebracht
wird. Alternativ dazu kann die Rolle selbst erwärmt werden, oder das Medium kann
durch andere Systeme erwärmt
werden, bevor dasselbe den Vorbehandlungsaufbringer erreicht.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann
durch ein Auswählen
des geeigneten mikroporösen
Materials für
die Rolle 16 die gewünschte
Menge von Behandlungsfluid auf das Medium 10 aufgebracht
werden, ohne dass die Notwendigkeit einer komplexen Lieferungs-
oder Dosiervorrichtung besteht. Z. B. sollten die ACU-RATE® Ölzuführrollen, die
von W.L. Gore & Associates
hergestellt werden, zu diesem Zweck geeignet sein. Ausführungsbeispiele,
die eine Lieferungs- oder Dosiervorrichtung aufweisen, werden ebenfalls
in Erwägung
gezogen.
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Das
Medium 10 bewegt sich kontinuierlich an dem Aufbringer 12 vorbei
zu dem Druckkopf 14. Somit ist die Zeitverzögerung zwischen
Oberflächenbehandlung
und Aufbringung von Tinte kurz (weniger als eine Minute, bevorzugt
weniger als 5 Sekunden, bevorzugter weniger als 1 Sekunde). Systeme
gemäß dem Stand
der Technik haben den Versuch unternommen, die Oberflächenchemie
von Medien außerhalb
des Druckers zu modifizieren, diese Systeme müssen jedoch eine mögliche langfristige
Lagerung der Medien unter variierenden Umgebungsbedingungen berücksichtigen.
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Eine
eingereihte Vorbehandlung von Medien, wie dieselbe hier gelehrt
wird, hat mehrere Vorteile. Eine Vorbehandlung beschleunigt eine
Tinteneindringung in die Tintenaufnahmeschicht des Mediums, wobei
ein Punktgewinn erhöht,
glattere Farbübergänge geliefert
und eine Koaleszenz verringert wird, während ein Drucken mit höherem Durchsatz ermöglicht wird.
Ein erhöhter
Punktgewinn kann die Menge an Tinte verringern, die benötigt wird,
um gesättigte
Farben zu erreichen, wodurch die Kosten pro Seite des Druckens verringert
werden und die Stiftzuverlässigkeit
verbessert wird.
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Außerdem verringert
das eingereihte Konditionieren des Mediums die Grundumgebungsempfindlichkeit
der Tinte/Medium-Wechselwirkung.
Wie es hier gelehrt wird, geht das Medium unmittelbar vor dem Drucken
durch die Behandlungs-„Sauna", was vorherige Umgebungseinwirkungen überspielen kann.
Folglich kann sich eine Kompensation von Umgebungsbedingungen erübrigen.
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Außerdem ermöglicht eine
Vorbehandlung der Medienoberfläche
gemäß der Erfindung
die Verwendung von Tinten, die weniger aggressive Lösungsmittel
und Benetzungsmittel aufweisen. Da diese Komponenten eine erhebliche
Verschlechterung von Tintenzuführmechanismen
verursachen können, kann
die Zuverlässigkeit
des Systems durch die Verwendung des hier gelehrten Systems verbessert
werden. Die einfacheren Mechanismen, die verwendet werden, um eine
kontinuierliche Beschichtung des Vorbehandlungsfluids aufzubringen,
sind einfacher zu entwerfen, um diese Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden,
als die relativ komplexe Struktur eines Druckkopfes.
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Die
Vorrichtung kann auch für
andere Typen von Medienvorbehandlung verwendet werden. Z. B. kann,
wenn mit pigmentierten Tinten gedruckt wird, eine Lösung aufgebracht
werden, die mit dem Pigmentträger
in Wechselwirkung tritt, um zu bewirken, dass das Pigment rasch
aus der Lösung
ausgefällt wird.
Indem man sich nicht auf Verdampfung und/oder Absorption stützt, um
den Träger
zu entfernen, kann das Pigment präziser platziert werden, was zu
einer verbesserten optischen Dichte und Kantenschärfe des
Ausdrucks führt.
Diese Eigenschaften können
auch für
ein schwarzes Pigment durch ein Unterdrucken mit farbiger Tinte
bei vielen blanken Papieren verbessert werden, aber ein Verwenden des
Vorbehandlungsverfahrens, das hier gelehrt wird, beschleunigt den
Durchsatz (da Tintenstrahldrucker normalerweise mehr Düsen für schwarze Tinte
als für
Farben aufweisen). Außerdem
können durch
ein gleichmäßiges Aufbringen
der Lösung
auf das Medium vor dem Drucken Pigmente aller Farben aus der Lösung heraus „gestoßen" werden, was die Farbsättigung
sowie die Kantenschärfe
verbessert. Eine ähnliche
Technik kann für
bestimmte Farbstoffe verwendet werden.
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Bei
Pigmenten, die durch Absorption eines anionischen Polymerdispersionsmittels
stabilisiert werden, selbstdispergierten Pigmenten, die anionische
Ladungen an ihren Oberflächen
aufweisen, oder anionischen Farbstoffen kann die Vorbehandlungsflüssigkeit
eine kationische Komponente aufweisen (z. B. mehrwertige Metallkationen,
wie z. B. Ca2+, Mg2+ oder
Fe3+, kationische Polymere, wie z. B. Polyethylenamine,
Polyethylenamine oder Polymerquaternäramine; oder kationische oberflächenaktive Mittel),
die ein unlösliches
Salz mit der anionischen Komponente des Pigments oder des Farbstoffs
bildet. Wenn die Tinte auf das behandelte Medium aufgebracht wird,
bildet die kationische Komponente der Vorbehandlungsflüssigkeit
ein Salz mit der anionischen Komponente der Tinte, das schnell aus
der Lösung
heraus „gestoßen" wird. Da die Entfernung
des Farbstoffs oder Pigments aus dem Lösungsmittel so schnell geht,
liegt weniger Dispersion des Farbstoffs oder des Pigments vor, was
zu einer verbesserten Kantenschärfe
führt.
Natürlich
kann diese Technik auch verwendet werden, um kationische Farbstoffe und
kationisch stabilisierte Pigmente zu stabilisieren, indem ein Anion
in die Vorbehandlungsflüssigkeit aufgenommen
wird (z. B. Polymere oder oberflächenaktive
Mittel, die -SO3–- oder COO–-Gruppen enthalten).
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Diese
Ausfällungsmittel
der Vorbehandlungsflüssigkeit
können
zusammen mit den Benetzungsmitteln und oberflächenaktiven Mitteln verwendet
werden, die verwendet werden, um die Tinteneindringung zu beschleunigen.
Das Ausfällungsmittel sollte
ausgewählt
sein, um in Lösung
mit den Benetzungsmitteln und oberflächenaktiven Mitteln stabil
zu sein, und letztere sollten ausgewählt sein, um die Farbmittelausfällungsfähigkeit
des Ausfällungsmittels
nicht übermäßig zu reduzieren.
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Andere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind für
Fachleute aus einer Betrachtung der Beschreibung oder der Praxis
der hier offenbarten Erfindung ersichtlich. Die Beschreibung und
die Beispiele sollen nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der
wahre Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angezeigt
wird.