DE69011663T2 - Behandlung von bildern mit heissschmelzbarer tinte. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Behandlung von Abbildungen mit bzw. aus heißschmelzbarer Tinte und insbesondere auf ein System zur Behandlung von Abbildungen aus heißschmelzbarer Tinte, um die Qualität der Abbildungen zu verbessern und zur gleichen Zeit ein Kräuseln zu verhindern und ein Wellen des Substrats zu unterbinden, das in der Bearbeitung der Abbildungen mit heißschmelzender Tinte auftreten kann.
• Bei der Präparation von Abbildungen aus heißschmelzbarer oder heißschmelzender Tinte kann eine verbesserte Qualität durch Beibehaltung der Temperatur der Tinte auf einem Substrat oberhalb ihres Schmelzpunkts für eine ausgewählte Zeit erhalten werden. Zum Beispiel führt, wie in der US-A-4,873,134 beschrieben ist, ein Aufheizen eines Transparentes mit heißschmelzender Tinte, das durch einen Tintentstrahldruck vorbereitet ist, auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der heißschmelzenden Tinte gefolgt durch eine schnelle Abkühlung zum verbesserten Transparenz-Projektionscharakteristiken. Für eine optimale Abbildungsqualität sollte die Zeit, während der die Tinte oberhalb ihres Schmelzpunkts gehalten wird, und die Geschwindigkeit der darauffolgenden schnellen Abkühlung gleichmäßig über die Abbildung sein. Weiterhin kann während diesem Verfahren das Transparenzsubstrat, das aus einem Blatt eines Polyestermaterials, wie beispielsweise Mylar, hergestellt sein kann, auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Substratmaterials liegt. In ähnlicher Weise kann, wie in der US-A-4,971,408 beschrieben ist, die Qualität der Abbildungen aus heißschmelzender Tinte auf porösen Substraten durch Halten des Substrats auf einer Temperatur oberhalb dessen Schmelzpunkts für eine ausgewählte Zeit verbessert werden.
• Wie in der US-A-4,751,528 beschrieben ist, tendiert allerdings, wenn ein Substratmaterial zwischen einem Hochtemperaturbereich und einem Niedrigtemperaturbereich hindurchführt, eine differenzielle, thermische Expansion des Substrats dazu, Kräuselungen in dem Substrat hervorzurufen. Aufgrund der schnellen und extremen Temperaturänderung, denen ein Substrat während einer Behandlung des Typs, der in der vorstehend erwähnten US-A-4,873,134 und der US-A-4,971,408 beschrieben ist, unterworfen werden kann, besteht eine starke Tendenz des Substrats zum Kräuseln. Ein solches Kräuseln bewirkt eine Trennung der Bereiche des Substrats von der Heiz- und/oder Kühlflache, die durch eine nichtgleichmäßige Aufheizung und/oder Abkühlung der Tintentropfen auf dem Substrat verursacht wird, verbunden mit einem Qualitätsverlust der Abbildung. Um ein solches Kräuseln zu verhindern, kann das Substrat auf einer gekrümmten Platte getragen werden.
• Das Ansprechverhalten auf ein Aufheizen des Substratmaterials, wie beispielsweise transparente Substrate aus Polyester und Papiersubstrate, unterscheidet sich, und der Kräuselungseffekt wird in solchen Substraten auf unterschiedliche Weise verursacht. Wenn eine Bahn oder ein Blatt eines Papiersubstrats von der Umgebungstemperatur in eine aufgeheizte Zone führt, dehnt sie sich so aus, daß sich die Breite der Bahn vergrößert, allerdings, nachdem das Papier für eine Zeitdauer (typischerweise 5 bis 10 Sekunden) aufgeheizt worden ist, verliert es Feuchtigkeit und es schrumpft zusammen, wodurch die Bahn oder das Blatt kleiner wird. Andererseits verbleibt die Breite eines Polyestersubstrats größer, nachdem es in eine aufgeheizte Zone hineinführt, so daß dem Kräuselungseffekt, der von einem solchen Durchgang herrührt, entgegengewirkt oder er auf einem unterschiedlichen Weg verhindert wird. Während einer schnellen Behandlung des Typs, der hier beschrieben ist, ist allerdings der Feuchtigkeitsverlust aus dem Papiersubstrat nicht wesentlich, so daß im allgemeinen dieselben Verfahren benutzt werden können, um eine Kräuselung in beiden Substrattypen während der Behandlung, die hier beschrieben wird, zu verhindern.
• Wenn ein Polyestersubstrat auf einer Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur gehalten wird, verliert das Substrat seine vorgegebene Flachheit und tendiert dazu, sich der form anzupassen, in der es gehalten wird, wenn es aufgeheizt wird. Demzufolge werden, wenn eine gekrümmte Auflagefläche vorgesehen wird, um ein Kräuseln zu verhindern, Transparente mit heißschmelzender Tinte, die aufgeheizt worden sind, während sie sich auf der gekrümmten Oberfläche befinden, mit einer Welle verformt, die sie daran hindert, daß sie sich flach auf eine Projektionsauflagefläche auflegen, wodurch die projizierte Abbildung nicht zufriedenstellend ist. Papiersubstrate können ebenso durch eine solche Bearbeitung gewellt werden.
• Die US-A-4,751,528 offenbart ein Gerät zur Behandlung von Abbildungen aus heißschmelzender Tinte, wobei das Gerät eine Aufheizeinrichtung, die eine Aufheizzone bildet, eine Abkühleinrichtung, die eine Abkühlzone angrenzend an die Aufheizzone bildet, um geschmolzene Tinte auf dem Substrat schnell abzukühlen, und eine Antriebseinrichtung zur Bewegung eines Substrats unter einer kontrollierten Geschwindigkeit durch die Aufheizzone und die Abkühlzone in Folge aufweist; und gemäß einem ersten Gedanken der vorliegenden Erfindung ist ein solches Gerät dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizzone während der Verwendung die feste, heißschmelzende Tinte auf einem Substrat auf eine ausgewählte Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der heißschmelzenden Tinte aufheizt, und daß die kontrollierte Geschwindigkeit derart ist, daß die heißschmelzende Tinte auf dem Substrat auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunkts für eine Zeitdauer im Bereich von 0,5 bis 10 Sekunden aufgeheizt wird und sie unmittelbar danach auf eine Temperatur unterhalb seines Schmelzpunkts innerhalb einer Sekunde abgekühlt wird.
• Die US-A-4,751,528 offenbart ein Verfahren zur Vorbereitung eines Transparents, das ein Aufbringen heißschmelzender Tinte auf der Oberfläche eines transparenten Substrats, um ein dreidimensionales Tintenmuster zu bilden, das eine obere Oberfläche besitzt, die eine gekrümmte Konfiguration enthält, und das Verfestigen der Tinte aufweist; und gemäß einem zweiten Gedanken der vorliegenden Erfindung ist ein solches Gerät durch ein Aufheizen der verfestigten, heißschmelzenden Tinte auf eine ausgewählte Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der heißschmelzenden Tinte und Aufrechterhaltung der Tinte in dem Muster bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte während eines Zeitintervalls von mindestens 0,5s, um die Konfiguration der oberen Oberfläche zu verändern, gekennzeichnet.
• In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
• Figur 1 eine schematische Schnittansicht, die eine repräsentative Anordnung zur Behandlung von Bildern bzw. Abbildungen mit bzw. aus heißschmelzender Tinte gemäß der Erfindung darstellt; und
• Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung, die in Figur 1 dargestellt ist, die die Auflageplattenordnung in größerer Einzelheit darstellt.
• Die typische Ausfuhrungsform der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, weist ein Gerät 10 auf, das eine Aufheizzone zur Aufheizung eines Druckes 11 aus heißschmelzender Tinte, um die Tinte für eine ausgewählte Zeitdauer zu schmelzen, und eine Schnellabkühlzone zum schnellen Abkühlen der Abbildung aus heißschmelzender Tinte am Ende der ausgewählten Zeitperiode, um einen Druck 12 zu erzeugen, in dem sich die heißschmelzende Tinte ausgebreitet hat, um so eine verbesserte Abbildungsqualität ohne störende Wellen zu bilden, aufweist. Die Aufheizzone wird durch eine Substrataufheizplatte 13, die in größerem Detail nachfolgend beschrieben wird, auf die der Druck 11 durch eine Eingabeantriebswalze 14 und eine damit zusammenwirkende Klemmwalze 15 zugeführt wird, gebildet ist. Eine Kühlplatte 16, die ebenfalls nachfolgend beschrieben wird, besitzt eine damit zusammenwirkende Antriebswalze 17, um den Druck 11 von der Aufheizplatte 13 aufzunehmen und die Abbildung darauf aus heißschmelzender Tinte schnell abzukühlen, während der Druck von der Aufheizzone wegbewegt wird.
• Wie in fig. 1 dargestellt ist, besitzt die Kühlplatte 16 zwei Reihen aus Kühlrippen 18 und 19, und die gesamte Behandlungsanordnung für die Abbildung mit heißschmelzender Tinte wird in einem Gehäuse 20 eingeschlossen. Eine Federvorrichtung 21, die durch die innere Oberfläche des Gehäuses 20 getragen wird, besitzt einen federarm 22, der die Fläche 23 der Kühlplatte 16 gegen die Ausgabeantriebswalze 17 drückt, wobei die Kühlplatte schwenkbar durch eine Welle 24 nahe dem Ende eines Arms 25 benachbart zu der Klemmwalze 15 gelagert wird. Das Gehäuse ist 50 angeordnet, um eine Luftzirkulation entweder durch Konvektion oder durch ein (nicht dargestelltes) Gebläse entlang den Reihen der Rippen 18 und 19 zu ermöglichen, um Wärme von dar Kühlplatte abzuführen und die Temperatur der Platte innerhalb eines erwünschten Bereichs, wie beispielsweise unterhalb von 55ºC, zu halten, um eine schnelle Abkühlung der heißschmelzenden Tinte in der Abbildung auf dem Substrat sicherzustellen, nachdem es die Heizzone verläßt. Alternativ, kann, falls dies erforderlich ist, die Kühlplatte durch eine Flüssigkeitszirkulation oder durch eine thermoelektrische Kühleinrichtung gekühlt werden.
• Die Heizplatte 13 umfaßt eine elektrische Heizeinrichtung 26, die an der hinteren Oberläche eines Plattenkörpers 27 befestigt ist und durch eine Isolationsschicht 28 abgedeckt wird, die auch den Zwischenraum zwischen der Aufheiz- und Kühlplatte ausfüllt, um eine direkte Aufheizung des benachbarten Bereichs der Kühlplatte 16 zu unterbinden. Alternativ kann, falls dies erforderlich ist, ein Luftspalt zwischen den benachbarten Enden der Aufheiz- und Kühlplatte gebildet werden. Um eine verbesserte Qualität der Abbildung aus heißschmelzender Tinte durch Verspritzen von heißschmelzenden Tintentropfen, die auf einem Substrat 30 durch einen Tintenstrahldrucker niedergeschlagen werden, wie dies in der vorstehend erwähnten US-A-4,873,134 und der US-A-4,971,408 beschrieben ist, zu erhalten,sollte das Substrat 30 in der Aufheizzone auf eine kontrollierte Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte aufgeheizt werden, wie beispielsweise 95ºC, und zwar für eine Zeitdauer von beispielsweise 0,5 bis 10s und vorzugsweise 1 bis 5s, vorzugsweise durch berührungsmäßige Wärmeübertragung.
• Ein Führungsteil 31, das von einer Substrateingriffsoberfläche 32 des aufgeheizten Plattenkörpers 27 beabstandet ist, ist so angeordnet, um die Aufheizzone zu umschließen und die Führungs- und Schleppkante des Substrats 30 zu führen, um es durch die Eingangswalzen 14 und 15 durch die Aufheizzone in den Klemmspalt zwischen der Kühlplatte 16 und der Ausgangsantriebswalze 17 zu schieben. Demgemäß wird die Temperatur des Plattenkörpers 27 auf einem erwünschten Niveau oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte gehalten und die Antriebswalzen 14 und 17 sind so angeordnet, wie dies nachfolgend beschrieben wird, um jeden Bereich der Transparenz 11 in der Aufheizzone für die erwünschte Zeitdauer aufrechtzuerhalten.
• Da das Substrat durch Kontaktwärmeübertragung mit einer temperaturgesteuerten Auflageplatte übertragen wird, wird sich die Temperatur des Substrats der Temperatur der Auflageplatte unter einer Geschwindigkeit mit einer thermischen Zeitkonstanten annähern, d.h. die Zeit, in der die Temperaturdifferenz um 63%, von etwa 0,05 s auf 0,10 s, verringert wird. Hierdurch können, falls die Plattentemperatur ausreichend oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte liegt, die erwünschten Substrat- und Tintentemperaturen innerhalb der ersten 0,1 s bis 0,4 s erreicht werden, und danach ist es nur aus thermischer Sicht erforderlich, das Substrat gegen eine Abkühlung zu schützen, bevor es die Aufheizzone verläßt. Wie am besten in Figur 2 zu sehen ist, besitzt die aufgeheizte Substrateingriffsoberfläche 32 auf der Auflage 27 einen gekrümmten Oberflächenabschnitt 33 an dem Eingangsende, einen im wesentlichen flachen mittleren Abschnitt 34 und einen anderen, gekrümmten Abschnitt 35 an dem ausgangsseitigen Ende der Aufheizzone. Ein Kräuseln des Substrats beeinträchtigt nicht nur das Erscheinungsbild des Drucks, sondern, was noch wichtiger ist, bewirkt, daß Bereiche des Substrats außerhalb des Kontakts mit der Aufheiz- und Kühlplatte gehalten werden. Dort, wo eine Wärmeübertragung unter thermischem Kontakt erforderlich ist, wie in der beschriebenen Plattenanordnung, kann eine Trennung des Substrats von der Plattenoberfläche um mehr als 1 oder 2 mil (0,025 oder 0,05mm) die Wärmeübertragungszeitkonstante um einen faktor von zwei oder mehr erhöhen, so daß die erwünschten Wärme- und Abkühlraten nicht erreicht werden können.
• Die gekrümmten Oberflächen 33 und 35 sind so aufgebaut, daß sie eine Krümmung besitzen, die ausreichend ist, um ein Kräuseln des Substrats 11 zu verhindern, wenn es sich zwischen Raumtemperatur an dem eingangsseitigen Ende und der Hochtemperaturaufheizzone und zwischen der Aufheizzone und der Niedrigtemperaturkühlplatte bewegt. Beispielsweise können diese gekrümmten Oberflächen einen Radius von kleiner als 8 cm, und vorzugsweise von 3 cm bis 5 cm, haben. Der mittlere Abschnitt 34 der Aufheizplatte ist vorzugsweise flach, allerdings kann er, falls dies erwünscht ist, geringfügig gekrümmt sein, solange wie die Krümmung, die auf ein transparentes Substrat während seines Durchgangs entlang der Aufheizplatte übertragen wird, nicht groß genug ist, um zu verhindern, daß sie durch die darauffolgende Entwellungswirkung der Kühlplatte nicht wiederaufgehoben wird. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius des mittleren Abschnitts 34 mindestens 5 cm.
• Die optimalen Krümmungen der Eingangs- und Ausgangsoberflächen 33 und 35 und des mittleren Abschnitts 34 hängen, falls sie gekrümmt sind, von der Umgebungstemperatur, der Verfahrenstemperatur, die mit der Schmelztemperatur der Tinte in Relation steht, und der Glasübergangstemperatur des Substrats ab. Natürlich werden die Krümmungen, falls die Glasübergangstemperatur des Substrats oberhalb der Prozeßtemperatur liegt, nicht bewirken, daß sich das Substrat wellt, und solange wie der Radius klein genug ist, um ein Kräuseln zu verhindern, sind die Werte der Krümmung nicht wichtig. Der Krümmungsradius, der erforderlich ist, um ein Kräuseln zu verhindern, wird durch die folgende Gleichung gegeben:
• R ≤ E t k/ΔT α
• wobei E das Young'sche Modul des Substratmaterials bei der Prozeßtemperatur ist, t die Dicke des Substrats ist, k eine Konstante ist, ΔT die Differenz zwischen der Prozeßtemperatur und dem niedrigeren von der Einlaßtemperatur und der Abkühltemperatur ist, und α der thermische Expansionskoeffizient des Substratmaterials ist. Da Mylar ein hohes Young'sches Modul und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten besitzt, ist es ein bevorzugtes Material für die Verwendung als transparentes Substrat. Zusätzlich sollte die winkelmäßige Länge jeder der eingangsseitigen und ausgangsseitigen, gekrümmten Oberflächen, d. h. der Bereich 33 und der Bereich 35 zusammen mit den angrenzenden Isolations- und Kühlplattenflächen, groß genug sein, um eine gute mechanische Stabilität des gekrümmten Substrats zu erzielen. Für ein Mylar-Substrat mit einer Dicke von 4 mil (0,1 mm), wobei es sich um die Größe und den Typ handelt, der meistens erhältlich ist, und für die meisten Papiersubstrate, ist die winkelmäßige Länge von diesen Oberflächen vorzugsweise mindestens 10º, erwünschterweise 15º.
• Um das Substrat 30 durch die Aufheizzone mit einer kontrollierten Geschwindigkeit zu befördern, ist die Ausgangsantriebswalze 17 so angeordnet, um das Substrat mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die schneller ist, als es durch die Eingangsantriebswalze 14 angetrieben wird, und die Eingangsantriebswalze besitzt eine Einwegkupplung, die so angeordnet ist, um dem Substrat zu ermöglichen, sich zu wenden, während ein ausreichender Zug bewirkt wird, um das Substrat gegen die Oberfläche 32 der Platte 27 zu halten. Die geringere Geschwindigkeit der Eingangsantriebswalze 14 wird so ausgewählt, um der Führungskante des Substrats 11 zu ermöglichen, daß sie in der Aufheizzone für eine geringfügig längere Dauer zurückgehalten wird, um irgendeine Fehlstelle eines engen Kontakts mit der Oberfläche 32 zu kompensieren, bevor das Substrat zwischen der Antriebswalze 17 und der Oberfläche 23 der Abkühlplatte 16 in Eingriff gebracht wird.
• Zum Beispiel kann die Eingangsantriebswalze 14 so angeordnet werden, um das Substrat 11 mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 cm/s vorzuschieben, wobei die Ausgangsantriebswalze 17 so angeordnet ist, um das Substrat mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 cm/s vorzuschieben. Mit einer Gesamtlänge der aufgeheizten Plattenoberfläche 32 von etwa 2,5 cm bildet diese Anordnung eine Verweilzeit in der Aufheizzone von etwa 5 s für die Führungskante des Substrats, die nicht dicht gegen die Oberfläche 32 gehalten wird, da sie noch nicht durch die Ausgangsantriebswalze 17 ergriffen worden ist, und eine Verweilzeit von etwa 2,5 s für den Rest des Substrats 11, das, mit Ausnahme des Schleppendes, dicht gegen die aufgeheizte Oberfläche 32 der Auflage gehalten wird, nachdem die Führungskante durch die Ausgangsantriebswalze 17 ergriffen worden ist. Da das Substrat im wesentlichen für die Zeit aufgeheizt worden ist, mit der das Schleppende die Eingangsantriebswalze 16 verläßt, ist es nicht notwendig, dieses Ende in innigem Kontakt mit der Auflageoberfläche zu halten. Vorzugsweise wird die Substratantriebsgeschwindigkeit durch die Antriebswalze 17 in dem Bereich von etwa 0,25 bis 5 cm/s und vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 bis 2 cm/s vorgesehen.
• In der dargestellten Ausführungsform kann die winkelmäßige Länge des eingangsseitigen, gekrümmten Oberflächenabschnitts 33 etwa 10º sein, die eine linear gekrümmte Oberflächenlänge von etwa 0,6 cm bildet, und die winkelmäßige Länge des ausgangsseitigen, gekrümmten Oberflächenabschnitts 35 kann etwa 5º sein, die eine gekrümmte Oberflächenlänge von etwa 0,3 cm so bildet, daß, bei einer Antriebsgeschwindigkeit von 1 cm/s, die Verweilzeit des Bereichs des Substrats, der mit der ausgangsseitigen, gekrümmten Oberfläche in Berührung steht, nur etwa 0,3 s beträgt. Andererseits wird das Substrat nahezu oder gegen den flachen Bereich 34 der Platte für etwa 1,6 s gehalten. Als Ergebnis der Blattsteifigkeit des Substratmaterials wird das Substrat nicht notwendigerweise vollständig in Kontakt mit der Plattenoberfläche 32 entlang der gesamten Länge des mittleren Abschnitts 34 gehalten.
• Da das Polyestermaterial eines Substrats, wie beispielsweise Mylar, demzufolge gegen den flachen oder den im wesentlichen flachen Oberflächenbereich 34 während eines großen Teils seines Durchgangs durch die Aufheizzone und für eine Zeit gehalten wird, die lange genug ist, um dem Substratmaterial eine Entspannung zu ermöglichen, behält es nur wenig der Krümmung zurück, die von seinem Durchgang entlang der gekrümmten Oberflächenbereiche der Plattenoberfläche 32 herrührt.
• Die Kühlpatte 16 besitzt eine Abkühlzone 36 benachbart zu dem ausgangsseitigen Ende der Aufheizzone, die das Substrat 30 aufnimmt, wenn es aus der Aufheizzone herausführt, und die Tintenabbildung darauf mit einer schnellen Geschwindigkeit abkühlt, um eine Kristallisation und ein Einfrieren zu vermeiden. Zu diesem Zweck sollte die Kühlplattentemperatur in der Abkühlzone 36 niedrig genug sein, um die Tinte mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50ºC/s und vorzugsweise mindestens 500ºC/s abzukühlen. Eine Abkühlung durch berührungsmäßige Wärmeübertragung auf einer Metall- oder anderen wärmeleitenden Oberfläche ist für diesen Zweck ausreichend, so lange wie die Kühloberfläche ausreichend unterhalb der Schmelztemperatur der Tinte gehalten wird. Vorzugsweise beträgt die Kühlplattentemperatur in der Abkühlzone mindestens 10ºC unterhalb des Schmelzpunkts der Tinte und in erwünschter Weise liegt sie mindestens 30ºC unterhalb des Schmelzpunkts.
• Mit einer Kühlzonentempteratur von 30ºC unterhalb des Tintenschmelzpunktes und einem Substrat, das sich mit einer Geschwindigkeit von etwa cm/s bewegt, wird die geschmolzene Tinte auf dem Substrat in im wesentlichen weniger als einer Sekunde, und vorzugsweise in weniger als einer halben Sekunde, fest, und zwar entsprechend einem Abstand von geringer als 1 cm, so daß eine Kühlzone 36, die eine Länge von 1 cm besitzt, ausreichend sein sollte. Deshalb wird, falls die Antriebswalze 17 mit der Oberfläche des Substrats 30, das die Tintentropfen trägt, mindestens 1 cm jenseits des Beginns der Kühlzone in Eingriff gelangt, die Tinte fest, bevor die Antriebswalze in die Oberfläche eingreift, wodurch irgendein Ausbreiten oder eine andere Deformation der Tintentropfen verhindert wird, die die angestrebte bzw. projezierte Abbildungsqualität der Transparenz herabsetzen könnte. Dies vermeidet auch irgendeine Verlagerung von weicher Tinte auf die Antriebswalze, die Abbildungsdefekte in einem nachfolgenden Teil desselben Drucks oder anderer Drucke bilden könnten.
• Da keine druckmäßigen, eine Kräuselung hervorrufenden Beanspruchungen in dem Substrat vorhanden sind, bis das Substrat abgekühlt wird, ist es wichtig, die Krümmung an dem ausgangsseitigen Ende der Heizzone in die Kühlzone 36 fortzuführen. für diesen Zweck besitzt die Oberfläche der Isolationsschicht 28 zwischen der Aufheizplatte und der Kühlplatte und der Oberfläche 23 der Kühlplatte in der Kühlzone dieselbe Krümmung wie diejenige des Bereichs 35 der Aufheizplattenoberfläche 32. Dies verhindert nicht nur eine Kräuselung, sondern stellt auch einen guten Kontakt des Substrats mit der Oberfläche 23 der Kühlplatte in der Kühlzone sicher, um eine gute Wärmeübertragung so zu erhalten, daß irgendwelche geschmolzenen Tintentropfen auf dem Substrat fest werden, bevor sie die Ausgangsantriebswalze erreichen. Zum Beispiel ist, falls die Abkühlzeit 150 Millisekunden beträgt und das Substrat mit 1 cm/s verschoben wird, eine Kühlzonenlänge von einigen Millimetern ausreichend.
• Nachdem das Substrat die Kühlzone 36 passiert hat und von der Ausgangsantriebswalze 17 ergriffen ist, wird es gegen eine gekrümmte Kühlplattenoberfläche 37 gehalten und um diese herumgeführt, die eine umgekehrte Krümmung im Hinblick auf die Oberflächenbereiche 33 und 35 besitzt. Gerade dann, wenn ein transparentes Substrat schon unterhalb des Glasübergangspunktes des Substratmaterials abgekühlt worden ist, wenn es die Antriebswalze 17 erreicht, wurde es als überraschend herausgefunden, daß die Kräuselung, die in dem Substrat durch die gekrümmten Oberflächen der aufgeheizten Platte gebildet werden, durch Hindurchführen von diesem entlang der umgekehrt gekrümmten Kühlplattenoberfläche 37 unmittelbar nach dem Verlassen der Kühlzone verringert oder eliminiert wird. Der Radius der Krümmung der umgekehrt gekrümmten Oberfläche 36 sollte geringer als derjenige der Oberflächen 33 und 35 sein, und erwünschterweise ist der Krümmungsradius geringer als die Hälfte desjenigen der Oberflächen 33 und 35. In einer bevorzugten Anordnung beträgt der Radius der Oberflächen 37 etwa ein Viertel desjenigen der Oberflächen 33 und 35, d. h. etwa ein cm. Der Effekt des Entkräuselns bzw. Entkrummens ist überraschend, da die Beanspruchung in einem Mylar-Substrat von 4 mil (0,1mm) in dem gekrümmten Abschnitt 36 mit dem Radius von 1 cm nur etwa 1,8x10&sup6;kg/m² (2.500 psi) ist, die geringer als 25%. der Umformfestigkeit des Materials bei einer Kühlplattentemperatur von etwa 45ºC ist.
• In einem typischen Beispiel wird ein Druck 11, der feste Tintentropfen 38 aus heißer, geschmolzener Tinte besitzt, die auf der Oberfläche des Substrats 30 während eines Tintenstrahldruckens niedergeschlagen werden, durch eine Aufheizzone, die eine Plattentemperatur von etwa 95ºC besitzt, mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/s durchgeführt. In der Aufheizzone werden feste Tintentropfen, die einen Schmelzpunkt von etwa 80ºC besitzen, geschmolzen und es wird ihnen ermöglicht, sich auf der Oberfläche des Substrats auszubreiten, um Tropfen 39 zu bilden, die eine größere Fläche und einen vergrößerten Krümmungsradius besitzen, was zu einer verbesserten Abbildungsqualität führt, wie dies in der vorstehend erwähnten US-A-4,873,134 und der US-A-4,971,408 beschrieben ist. In den Zeichnungen sind die Tropfen 38 und 39, die zum Beispiel etwa 0,1-0,2 mm im Durchmesser sein können, in einer übertriebenen Größe dargestellt, um die Änderung der Oberflächenform zu zeigen, die aus der Behandlung resultiert.
• Wenn das Substrat 11 durch die Aufheizzone hindurchführt, bewegt es sich in thermischer Berührung mit der Oberfläche 23 der Kühlplatte 16 in der Kühlzone 36, die, in diesem Beispiel, auf etwa 45ºC gehalten wird. Mit einem guten thermischen Kontakt zwischen dem Substrat und der Oberfläche 23 aufgrund der gekrümmten fläche in der Kühlzone beträgt die thermische Übergangszeitkonstante etwa 0,1 s, wodurch bewirkt wird, daß die Temperatur des Substrats und dessen Tintenabbildung um etwa 32ºC (63% der Differenz zwischen 95ºC und 45ºC) auf etwa 63ºC auf etwa 0,1 s oder etwa 1 mm der Substratbewegung in der Kühlzone verringert wird. Die mittlere Geschwindigkeit der Abkühlung während dieser Zeitperiode beträgt 320ºC/s, allerdings ist die anfängliche Kühlgeschwindigkeit während der Zeit, in der die Temperatur auf ein Niveau unterhalb des Schmelzpunkts von 80ºC verringert wird, höher, da die Kühlgeschwindigkeit eine negative, exponentielle Funktion ist. Während der nächsten 0,1 s fällt die Temperatur auf etwa 52ºC ab und die Tintentemperatur nähert sich weiter 45ºC an, wenn sich das Substrat entlang der Kühlplatte bewegt.
• Eine solche schnelle Kühlung verhindert eine wesentliche Kristallisation und Einfrierung der Tintenabbildung und stellt sicher, daß die Tintentropfen 39 fest werden, bevor sie mit der Antriebswalze 17 in Eingriff treten. Deshalb wird das Substrat 11 um die umgekehrt gekrümmte Oberfläche 37 der Platte geführt, was zu einer wesentlichen Eliminierung irgendeiner Krümmung führt, die durch den Durchgang des Substrats 30 entlang der gekrümmten Oberflächen 33 und 35 verursacht wird, während sie sich auf einer erhöhten Temperatur befinden.
• Obwohl die Erfindung hier unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden schließlich viele Modifikationen und Variationen darin für den Fachmann ersichtlich. Zum Beispiel sind die gekrümmten Oberflächen 33, 35, 36 und 37 hier unter Bezugnahme auf Krümmungen mit festgelegtem Radius beschrieben. Es wird allerdings ersichtlich, daß diese Oberflächen sich variierende Krümmungsradien besitzen können.

Claims (38)

1. Gerät zur Behandlung von Abbildungen mit bzw. aus heißschmelzbarer Tinte, wobei das Gerät eine Aufheizeinrichtung (13), die eine Aufheizzone bildet, eine Abkühleinrichtung (16), die eine Abkühlzone angrenzend an die Aufheizzone bildet, um geschmolzene Tinte auf dem Substrat schnell abzukühlen, und eine Antriebseinrichtung (14,17) zur Bewegung eines Substrats mit einer kontrollierten Geschwindigkeit durch die Aufheizzone und die Abkühlzone in folge aufweist; gekennzeichnet dadurch, daß die Aufheizzone während der Verwendung feste, heißschmelzende Tinte auf einem Substrat (30) auf eine ausgewählte Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der heißschmelzenden Tinte aufheizt, und daß die kontrollierte Geschwindigkeit derart ist, daß die heißschmelzende Tinte auf dem Substrat auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunkts für eine Zeitdauer im Bereich von 0,5 bis 10 Sekunden aufgeheizt wird und sie unmittelbar danach auf eine Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunkts innerhalb einer Sekunde abgekühlt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung (14,17) das Substrat mit einer kontrollierten Geschwindigkeit innerhalb des Bereichs von 0,25 cm/s bis 5 cm/s bewegt.

3. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung (14,17) das Substrat mit einer kontrollierten Geschwindigkeit innerhalb des Bereichs von 0,5 cm/s bis 2 cm/s bewegt.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die heißschmelzende Tinte auf einer Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunkts für eine Zeitdauer im Bereich von 1 bis 5 s gehalten wird.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die heißschmelzende Tinte auf eine Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunkts innerhalb von 0,5 s abgekühlt wird.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufheizeinrichtung eine Aufheizplatte (13) aufweist, die so angeordnet ist, um einen thermischen Kontaktwärmeübergang zwischen der Aufheizplatte und dem Substrat (30) zu bilden.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abkühleinrichtung eine Kühlplatte (16) aufweist, die so angeordnet ist, um einen thermischen Kontaktwärmeübergang zwischen der Kühlplatte und dem Substrat (30) zu bilden.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin Eingangseinrichtungen, die eine gekrümmte Oberfläche (33) zum Tragen des Substrats (30) besitzen, wenn es sich in die Aufheizzone bewegt, um eine Kräuseln zu verhindern, und Ausgangseinrichtungen aufweist, die eine gekrümmte Oberfläche (35) zum Tragen des Substrats besitzen, wenn es sich von der Aufheizzone in die Kühlzone bewegt, um ein Kräuseln zu verhindern.

9. Gerät nach Anspruch 8, wobei der Krümmungsradius jeder der gekrümmten Oberflächen (33,35) geringer als 8 cm ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, wobei der Krümmungsradius jeder der gekrümmten Oberflächen (33,35) geringer als 5 cm ist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die winkelmäßige Länge jeder der gekrümmten Oberflächen (33,35) mindestens 5º beträgt.

12. Gerät nach Anspruch 11, wobei die winkelmäßige Länge jeder der gekrümmten Oberflächen (33,35) mindestens 10º beträgt.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, das Einrichtungen (34) zum Tragen des Substrats (30) innerhalb der Aufheizzone umfaßt, während ein Krümmungsradius des Substrats beibehalten wird, der größer als derjenige der gekrümmten Oberflächen (33,35) ist.

14. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung (34) zum Tragen des Substrats (30) innerhalb der Aufheizzone einen Krümmungsradius beibehält, der mindestens 5 cm beträgt.

15. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung (34) zum Tragen des Substrats innerhalb der Aufheizzone das Substrat (30) im wesentlichen flach hält.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 15, das Führungseinrichtungen (23) zur Führung des Substrats (30) in der Kühlzone umfaßt, die eine Oberfläche besitzen, die in der entgegengesetzten Richtung hinsichtlich der gekrümmten Oberflächen (33,35) der Eingangs- und Ausgangseinrichtungen gekrümmt sind.

17. Gerät nach Anspruch 16, wobei der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche (37) in den Kühlzonen-Führungseinrichtungen (23) geringer als diejenige jeder der gekrümmten Oberflächen (33,35) der Eingangseinrichtungen und der Ausgangseinrichtungen ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, wobei der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche (37) in den Kühlzonen-Führungseinrichtungen (23) geringer als etwa die Hälfte derjenigen jeder der gekrümmten Oberflächen (33,35) der Eingangseinrichtungen und der Ausgangseinrichtungen ist.

19. Gerät nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche (37) in den Kühlzonen-Führungseinrichtungen (23) nicht mehr als 1 cm beträgt.

20. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (14,17) eine Eingangsantriebseinrichtung (14) zur Bewegung eines Substrats (30) in die Aufheizzone und eine Ausgangsantriebseinrichtung (17) zur Bewegung des Substrats durch die Kühlzone umfaßt.

21. Gerät nach Anspruch 20, wobei die Ausgangsantriebseinrichtung (17) das Substrat mit einer schnelleren Geschwindigkeit als die Eingangsantriebseinrichtung (14) bewegt.

22. Gerät nach Anspruch 20 oder 21, das eine Einwegkupplungseinrichtung umfaßt, die der Eingangsantriebseinrichtung (14) zugeordnet ist.

23. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Aufheizeinrichtung eine Platte (13) ist, die eine erste, gekrümmte Oberfläche (33) an einem eingangsseitigen Ende, eine zweite, gekrümmte Oberfläche (35) an einem ausgangsseitigen Ende und eine Oberfläche (34) zwischen den zwei gekrümmten Flächen besitzt, die eine geringere Krümmung als die gekrümmten Oberflächen besitzt, und wobei die Antriebseinrichtung (14,17) eine erste Antriebseinrichtung (14) zur Richtung des Substrats (30) zu dem eingangsseitigen Ende der Aufheizplatteneinrichtung und eine zweite Antriebseinrichtung (17) zum Abziehen des Substrats von dem ausgangsseitigen Ende der aufgeheizten Platteneinrich tung aufweist.

24. Gerät nach Anspruch 23, wobei die zweite Antriebseinrichtung (17) so aufgebaut ist, um das Substrat (30) mit einer höheren Geschwindigkeit als die erste Antriebseinrichtung (14) zu bewegen.

25. Gerät nach Anspruch 24, wobei die erste Antriebseinrichtung (14) eine Einwegkupplungseinrichtung zur Ausübung eines Zugs auf das Substrat (30) umfaßt, wenn es durch die zweite Antriebseinrichtung angetrieben wird.

26. Gerät nach einem der Ansprüche 23 bis 25, das eine Gegenwellungseinrichtung umfaßt, die eine Platte aufweist, die eine Oberfläche mit einem konkaven Bereich (37) besitzt, und wobei die zweite Antriebseinrichtung (17) eine Antriebswalze, die mit der Oberfläche der Platte zusammenwirkt, um in das Substrat (30) einzugreifen und es entlang der konkaven Oberfläche zu bewegen, und Einrichtungen (22) zum Drücken einer der zweiten Antriebseinrichtung und der Oberfläche auf die Platte gegeneinander aufweist.

27. Gerät nach einem der Ansprüche 23 bis 26, das eine Kühlplatteneinrichtung (16) benachbart zu dem ausgangsseitigen Ende der Aufheizplatteneinrichtung (13) zum Kühlen einer Abbildung aus heißschmelzender Tinte auf dem Substrat (30) unter einer schnellen Geschwindigkeit umfaßt.

28. Gerät nach Anspruch 27, wobei die Kühlplatteneinrichtung (16) eine gekrümmte Oberfläche besitzt, um einen guten Wärmeübergangskontakt zwischen der Platte und dem Substrat (30) zu bilden.

29. Gerät nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, wobei die Kühlplatteneinrichtung (16) eine Mehrzahl von Kühlrippen (18,19) aufweist, die so angeordnet sind, um eine Platte auf eine Temperatur geringer als der Schmelzpunkt der heißschmelzenden Tinte in der Abbildung mit heißschmelzender Tinte, die durch das Gerät behandelt wird, zu halten.

30. Verfahren zum Vorbereiten eines Transparentes, das das Aufbringen einer heißschmelzenden Tinte auf die Oberfläche eines transparenten Substrats (30), um ein dreidimensionales Tintenmuster zu bilden, das eine obere Oberfläche besitzt, die eine gekrümmte Konfiguration enthält, und das Verfestigen der Tinte aufweist; gekennzeichnet durch Aufheizen der verfestigten, heißschmelzenden Tinte auf eine ausgewählte Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der heißschmelzenden Tinte und Aufrechterhaltung der Tinte in dem Muster auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte während eines Zeitintervalls von mindestens 0,5s, um die Konfiguration der oberen Oberfläche zu verändern.

31. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Tinte auf einer Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunkts während 0,5 bis 10s gehalten wird.

32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Tinte auf einer Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes während 1 bis 5s gehalten wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Temperatur innerhalb des Bereichs von etwa 5ºC bis etwa 40ºC oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte gehalten wird.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 10ºC bis etwa 30ºC oberhalb des Schmelzpunkts der Tinte gehalten wird.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, das den Schritt der schnellen Abkühlung der Tinte nach dem Zeitintervall einschließt, um die Kristallisation oder ein Einfrieren der Tinte zu reduzieren.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Tinte mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50ºC pro Sekunde abgekühlt wird.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Tinte mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100ºC pro Sekunde abgekühlt wird.

38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Tinte mit einer Geschwindigkeit von 500ºC bis 100ºC pro Sekunde abgekühlt wird.