DE69320308T2

DE69320308T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Drucken mit Tintenübertragung

Info

Publication number: DE69320308T2
Application number: DE1993620308
Authority: DE
Inventors: Si-Ty Pleasanton Ca 94566 Lam; An-Chung R. Cupertino Ca 95014 Lin; Young-Soo Los Altos Ca 94022 You
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2013-12-01
Also published as: JPH06293140A; EP0600712B1; JP3384597B2; EP0600712A3; DE69320308D1; EP0600712A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Tintentransferdruckens und insbesondere auf das Tintentransferdrucken, das durch eine Viskositätsänderung in der Tinte getrieben wird.
Im Laufe der Jahre wurden viele Versuche unternommen, um eine Drucktechnik zu entwickeln, die eine einfache mechanische Struktur hat. Die Hoffnung bestand darin, daß eine solche Drucktechnik zu zuverlassigen preisgünstigen Produkten führen würde. Aus einigen Gründen waren bekannte Drucktechniken nicht in der Lage, diese Ziele vollständig zu erfüllen.
Bekannte thermische Drucktechniken haben bestimmte Nachteile. Das direkte thermische Drucken erfordert beispielsweise ein spezielles wärmeempfindliches Papier. Das thermische Transferdrucken verwendet uneffizienterweise Tintenbänder, was zu höheren Kosten für die Bandverwendung insbesondere beim Farbdrucken führt. Ein weiterer Nachteil von thermischen Druckern besteht darin, daß ihre Druckgeschwindigkeit für ein großvolumiges Drucken zu langsam ist.
Das Tintenstrahldrucken hat viele Nachteile, dasselbe hat jedoch weiterhin bestimmte Zuverlässigkeitsprobleme. Ein llauptnachteil von Tintenstrahlen, nämlich Tintenstrahlgeräte vom Blasentyp, besteht darin, daß sich in den Düsen Ablagerungen bilden, wenn die organischen Verbindungen in der Tinte bei hohen Temperaturen (z. B. 350ºC) zerbrechen. Die hohen Temperaturen werden benötigt, um die Blasen zu erzeugen, die bewirken, daß ein Tropfen ausgestoßen wird. Als Ergebnis besitzen Tintenstrahidüsen vom Blasentyp an den Düsen ein Verstopfungs- oder Verkrustungsproblem. Ein weiterer Nachteil von Tintenstrahlen besteht darin, daß die Tinte eine niedrige Viskosität haben muß (z. B. typischerweise < 10 Centipoise), was den Typ und die Vielzahl von Tinten ernsthaft einschränkt, welche verwendet werden können. Die Druckgeschwindigkeit von Tintenstrahlen ist ebenfalls für ein großvolumiges Drucken zu langsam.
Zusätzliche Hintergrundinformationen bezüglich bekannter Drucktechniken sind in "Computer Graphics - Technology and Applications", Bd. II - "Output Hardcopy Devices", von Robert C. Durbeck und Sol Sherr, San Diego, 1988, zu finden.
Bei Hon, U.S.-Patent 4,608,577, ist eine thermische Druckvorrichtung vom Tintenstrahltyp beschrieben. Die Druckvorrichtung umfaßt einen Film oder Riemen mit einer Mehrzahl von Löchern, welcher der herkömmlichen Tintenstrahldüse entspricht. Die Löcher in dem Film oder Riemen sind mit Tinte gefüllt. Die Tinte in den Löchern wird dann erwärmt (verdampft), bis ein Blasendruck bewirkt, daß die Tinte auf das Papier strahlenmäßig abgegeben wird.
In Bupara, U.S.-Patent 4,675,694, ist ein Drucker beschrieben. Der Drucker umfaßt ein perforierte Druckplatte, einzelne Heizer und einen Tintenbehälter Die verwendete Tinte ist eine Phasenänderungs- oder Heißschmelztinte, welche bei Zimmertemperatur fest ist. Der Drucker arbeitet mit dem Prinzip, daß, wenn ein Anteil der festen Tinte, die in den Löchern der Druckplatte enthalten ist, erwärmt wird, derselbe eine Volumenausdehnung (aufgrund seiner Änderung von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand) unternimmt, was bewirkt, daß Tinte aus den Löchern vordringt, die erwärmt worden sind. Nachdem sich die Tinte in bestimmten Löchern ausgebreitet hat, wird ein Druckmedium in Kontakt mit der verflüssigten Tinte gebracht, um einen Transfer derselben zu bewirken. Das Druckmedium muß in Kontakt mit der verflüssigten Tinte gebracht werden, bevor die Tinte ausküht. Alternativ kann das Druckmedium in Kontakt mit der Druckplatte bereits vor der Volumenausdehnung plaziert werden.
In Saito, U.S.-Patent 4,561,789, ist eine thermische Tintentransferdrucksystem beschrieben. Das System umfaßt einen Tintenbehälter, eine wärmeerzeugungseinrichtung zum Aktivieren der Tinte und einen porösen thermischen Druckkopf.
In Cielo u. a., U.S.-Patent 4,275,290, ist eine thermisch aktivierter Flüssigtintendrucker beschrieben. Der Drucker umfaßt einen Tintenbehälter mit einer Mehrzahl von Öffnungen. Die Treiberkraft des Druckers ist das Anlegen von bkalisierter Wärme an Tinte in einer Öffnung, was zumindest eine teilweise Verdampfung der Tinte und/oder Reduktion der oberflächenspannung bewirkt. Als Ergebnis fließt Tinte aus den erwärmten Öffnungen. Vorzugsweise erzeugt das Erwärmen Blasen, welche bewirken, daß Tintentropfen ausgestoßen werden. Alternativ wirkt das Erwärmen nur, um die Oberflächenspannung zu reduzieren, was bewirkt, daß Tinte durch die erwärmten Öffnungen fließt. Diese alternative Operation verwendet einen hydrostatischen Druck, der kleiner als die Oberflächenspannung der nicht-erwärmten Tinte an der Tintenoberfläche ist.
In Cielo u. a., U.S.-Patent 4,164,745, ist eine Verfahren zum Variieren der Menge von Tinte, die auf ein Blatt Papier aufgebracht wird, das sich an einer Öffnung vorbeibewegt, basierend auf der Viskosität der Tinte beschrieben. Die Breite einer gedruckten Zeile kann beispielsweise gesteuert werden. Das Verfahren, das dort beschrieben ist, ist nicht in der Lage, den Tintenfluß vollständig zu steuern. Das heißt, daß der Tintenfluß durchgehend ist. Nur die Menge der fließenden Tinte ist variabel. In dieser Hinsicht schafft Cielo u. a. ('745) einen Umweg, um zu verhindern, daß der durchgehende Tintenfluß aus einer Öffnung über einen Zwischenraum auf das Papier fließt, jedoch nur dann, wenn die Viskosität über einen vorbestimmten Wert ist. Die Tinte, die aus einer Öffnung fließt, muß einen Zwischenraum überwinden, bevor sie das Papier erreicht.
Wie es nachfolgend offensichtlich wird, schafft die vorliegende Erfindung eine neue und nicht naheliegende Technik zum Drucken, die das Potential besitzt, in einem großen Bereich von Anwendungsmöglichkeiten zum Einsatz zu kommen. Die vorliegende Erfindung überwindet viele Nachteile bekannter Drucktechniken, da sie nicht nur ein einfaches und zuverlässiges Design hat, sondern auch die Fähigkeit, ein Drucken mit hoher Auflösung zu erreichen. Die Technik, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, ist auf Drucker, Digitalkopierer, Videodrucker, Faksimilemaschinen, usw., anwendbar. Ein Farb- und Graustufendrucken oder -Kopieren ist bei dieser Technik ebenfalls verfügbar.
Ferner war der Stand der Technik nicht in der Lage, die Vorteile und nützlichen Eigenschaften des viskositätsgetriebenen Druckens zu würdigen. Die vorliegende Erfindung kann ohne weiteres und auf genaue Art und Weise das Drucken steuern, indem die Viskosität der Tinte geändert wird. Eine solche Steuerung ist der Steuerung überlegen, die durch das Blasen-, das Phasenänderungs- oder das oberflächenspannungsgetriebene Drucken geliefert wird. Cielo u. a. ('745) nimmt an, daß die Tinte immer durch die Öffnungen fließt, und er unternimmt den Versuch, die Menge von Tinte zu steuern, die auf Papier aufgebracht wird, indem die Tintenviskosität verwendet wird. Bupara arbeitet mit der Volumenexpansion von fester Tinte, wenn sich die Phase derselben von fest zu flüssig ändert. Die Technik von Bupara ist sehr mühsam und zeitaufwendig, da sie eine große Anzahl von Verfahren benötigt, um Tinte auf Papier zu übertragen. Cielo u. a. ('290) arbeitet entweder in einem Verdampfungsmodus, indem Tinte aus Öffnungen über einen Zwischenraum auf Papier ausgestoßen wird, oder in einem Oberflächenspannungs- und Druckmodus, indem Tinte aus Öffnungen unter Druck fließt, wenn Wärme an die Öffnungen angelegt wird. Der Verdampfungsmodus von Cielo u. a. ist dem Tintenstrahl vom Blasentyp ähnlich und daher völlig unähnlich zur vorliegenden Erfindung. Der Oberflächenspannungs- und Druckmodus von Cielo u. a. ist in seiner Ausführbarkeit fraglich. Es ist nämlich unklar, wie ein Tintentransfer stattfinden soll, da das Papier niemals die Öffnungsplatte berührt. Ferner wird es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich sein, einen praktischen Drucker zu bauen, der auf der Oberflächenspannung baut, um das Druckverfähren zu steuern.
Obwohl es bekannt ist, daß Oberflächenspannung und Viskosität mit der Temperatur variieren, ist der Betrag der Veränderung zwischen der Oberflächenspannung und der Viskosität drastisch unterschiedlich. Die nachfolgend gezeigte Tabelle 1 zeigt, daß die Viskositätsänderung von Fluiden, die zu Tinte ähnlich sind, über einer Temperaturnderung von &sub8;&sub0;a im Vergleich zu der geringen Änderung bei der Oberflächenspannung drastisch ist. Die bekannten Fluide mit Glycerol und Ethylen-Glycol werden verwendet, um die Charakteristika von Tinten zu modellieren, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sein könnten. TABELLE 1
Wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, überschreitet der Betrag der Änderung der Viskosität wesentlich die Änderung der Oberf lächenspannung. Dieser große Betrag an Viskositätsänderung schafft einen starken Steuerungspegel, der notwendig ist, um ein zuverlässiges preisgünstiges Produkt herzustellen. Dagegen würde ein Gerät, das auf der Oberflächenspannung aufbaut, schwierig zu steuern sein, da der Betrag der Änderung der Oberflächenspannung gegenüber einer vernünftigen Temperaturänderung von einem Entwurfs- oder Ingenieursstandpunkt aus nicht wesentlich ist.
Zusammengefaßt scheitert der Stand der Technik darin, die Vorteile und nützlichen Eigenschaften eines Druckers zu würdigen, der durch eine Viskositätsänderung der Tinte getrieben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Tintentransferdruckgerät geschaffen, das ein Tintenmaterial, einen Tintenbehälter und eine perforierte Oberfläche aufweist, wobei die Tinte von dem Behälter zu einem Druckmedium über die perforierte Oberfläche übertragen wird, wobei die perforierte Oberfläche eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, wobei das Druckgerät den Tintentransfer durch Reduzieren der Viskosität der Tinte in der Nrhe bestimmter Öffnungen steuert, um dadurch zu erlauben, daß eine gesteuerte Menge der Tinte in der Nähe der bestimmten Öffnungen über die bestimmten Öffnungen auf die perforierte Oberfläche fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Tinte unter Umgebungsbedingungen zwischen 10 mNs/m² und 20 mNs/m² (cps) liegt.
Das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Tintentransferprozeß zu treiben, indem die Viskosität der Tinte in der Nähe einer bestimmten der Perforationen verändert wird. Die Viskosität der Tinte neben jeder Perforation kann unter Verwendung einer Anzahl von Techniken, einschließlich thermischer, magnetischer und elektrischer Techniken, verändert werden.
Unter Umgebungsbedingungen verhindert die Viskosität der Tinte einen Tintenfluß durch die Perforationen der Tintentransferoberfläche. Eine Änderung der Viskosität der Tinte in der Nähe bestimmter Perforationen bewirkt, daß eine gesteuerte Menge der Tinte neben jeder dieser bestimmten Perforationen durch diese bestimmten Perforationen und auf die Tintentransferoberf läche fließt. Das heißt, daß die Tinte nur dann fließt, wenn die Viskosität der Tinte verändert worden ist.
Die Tinte, die auf die Tintentransferoberfläche geflossen ist, bildet Tintenpunkte auf der Tintentransferoberfläche über diesen bestimmten Öffnungen. Die Tintenpunkte können dann auf ein Druckmedium übertragen werden, wodurch ein Bild gedruckt wird. Die Tintenpunkte können durch Berühren des Druckmediums mit der Tintentransferoberfläche übertragen werden. Alternativ kann es vorgezogen werden, zu Anfang die Tintenpunkte auf eine Zwischenoberfläche zu übertragen und danach die Tintenpunkte von der Zwischenoberfläche auf das Druckmedium zu übertragen.
Wenn das Ausbreiten der Tintenpunkte auf der Tintentransferoberf läche gesteuert wird, kann ferner ein verbessertes Drucken erhalten werden. Durch Versehen des Tintentransferdruckgeräts mit zumindest einer konzentrischen Region auf der Tintentransferoberf läche um jede Perforation herum, kann das Ausbreiten der Tinte genau gesteuert werden. Die konzentrischen Regionen bilden Flußbarrieren, welche das Ausbreiten der Tinte an jeder Öffnung hindern. Die verbesserte Punktgrößensteuerung, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird, ermöglicht es, daß die Druckqualität bei dem Druckgerät verbessert ist.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Anzahl von nützlichen Eigenschaften einschließlich folgender. Die Drucktechnik der vorliegenden Erfindung ist in der Lage schnell und mit hoher Auflösung zu drucken. Zusätzlich kann die Drucktechnik ein Graustufenfärben, ein durchgehendes Färben und ein Vollfarbendrucken schaffen, wenn ein Bild gedruckt wird. Die Drucktechnik der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls eine herausragende Druckqualität auf einer Vielzahl von Druckmedien unter Verwendung eines weiten Bereichs von Tinten schaffen. Ferner kann die Drucktechnik daraufhin ausgerichtet werden, ein Zeichen, eine Zeile oder eine Seite zu einem Zeitpunkt zu drucken.
Die vorliegende Erfindung wird ohne weiteres durch die fol gende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen sein, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Strukturelemente bezeichnen. Es zeigen:
Fig. 1 ein dreidimensionales Diagramm eines perforierten Tintentransfergeräts, welches einen Tintenbehälter und ein perforiertes Blatt gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 2 ein dreidimensionales Diagramm, das einen kleinen Druckkopf im Vergleich zu einer zu druckenden Seite darstellt;
Fig. 3 ein dreidimensionales Diagramm, das einen Zeilendruckkopf im Vergleich zu einer zu druckenden Seite darstellt;
Fig. 4 ein Querschnittsdiagramm eines perforierten Tintentransfergeräts in einem nicht-druckenden Zustand;
Fig. 5A ein Querschnittsdiagramm eines perforierten Tintentransfergeräts in einem Druckzustand;
Fig. 5B ein detailliertes Querschnittsdiagramm einer Öffnung des Tintentransfergeräts, das in Fig. 5A dargestellt ist;
Fig. 6A bis 6D schematische Diagramme, die verschiedene Techniken zum Zuführen thermischer Energie zu ausgewählten Öffnungen darstellen;
Fig. 7 ein Diagramm von oben, das eine Matrix von Drähten zeigt, die mit Widerständen verbunden sind, welche mit jeder Öffnung gekoppelt sind;
Fig. 8A und 8B Querschnittsdiagramme, die Ausführungsbeispiele zum Anlegen eines elektrischen Felds an ausgewählte Öffnungen darstellen;
Fig. 9 ein Querschnittsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel zum Anlegen eines Magnetfeldes an ausgewählte Öffnungen darstellt;
Fig. 10A eine Ansicht von oben, die einen Tintenkanal darstellt, der unter einem perforierten Blatt gebildet ist;
Fig. 10B ein Seitendiagramm, das den in Fig. 10A gezeigten Tintenkanal darstellt;
Fig. 11 eine Ansicht von oben, die einen Tintenkanal darstellt, der unter einem kreisförmigen Druckkopf gebildet ist;
Fig. 12 ein dreidimensionales Diagramm, das ein Tintentransfersystem darstellt, das eine Tintentransferfläche und eine Nachbehandlungsfläche aufweist;
Fig. 13A bis 13E dreidimensionale Diagramme, die strukturell Implementationen für ein Farbtintentransfergerät darstellen;
Fig. 14 ein dreidimensionales Diagramm, das ein Tintentransfersystem darstellt, welches eine Zwischentransferoberfläche verwendet;
Fig. 15 ein Querschnittsdiagramm, das einen rechteckigen Tintenbehälter darstellt, der eine Druckkammer und einen Kolben umfaßt, um die Tinte unter Druck zu setzen;
Fig. 16A ein dreidimensionales Diagramm, das einen zylindrischen Tintenbehälter zeigt, der einen Innenzylinder, eine Druckkammer und einen Kolben, um die Tinte unter Druck zu setzen, umfaßt;
Fig. 16B ein Querschnittsdiagramm des zylindrischen Tintenbehälters, der in Fig. 16A dargestellt ist;
Fig. 17 eine detaillierte Ansicht von oben des Tintentransfergeräts, das in Fig. 1 dargestellt ist, wobei konzentrische Ringe, die um jede Öffnung angeordnet sind, gezeigt sind; und
Fig. 18 ein detailliertes Querschnittsdiagramm einer Öffnung des Tintentransfergeräts mit geätzten Ringen.
Fig. 1 stellt ein perforiertes Tintentransfergerät 1 dar, welches einen Tintenbehälter 2 und eine Tintentransferoberfläche 4 (Kontaktoberfläche) umfaßt. Der Tintenbehälter 2 hält Tinte, die zum Drucken verwendet wird. Die Tintentransferoberfläche 4 hat eine Mehrzahl von Öffnungen 6. Jede Öffnung 6 der Tintentransferoberfläche 4 entspricht einem Tintenpunkt, der auf einem Druckmedium gedruckt werden kann.
Bevor der detaillierte Betrieb des Tintentransfergeräts 1 erklärt wird, ist es nützlich, die physischen Merkmale des Tintenbehälters 2 und der Tintentransferoberfläche 4 zu erörtern. Allgemein gesagt sind die Größe, Form und Konstruktion sowohl des Tintenbehälters 2 als auch der Tintentransferoberfläche 4 sehr flexibel.
Insbesondere ist die Tintentransferoberfläche 4 ein flaches perforiertes Blatt. Verschiedene andere perforierte Oberflächen können jedoch verwendet werden (siehe beispielsweise Fig. 11, 13A bis 13E). Daher ist die Größe und Form der Tintentransferoberfläche 4 nicht wesentlich. Die Tintentransferoberf läche 4 kann zylindrisch geformt sein, wobei sie einen Umfang hat, der kleiner, gleich oder größer als die Länge einer Seite ist.
Es kann bevorzugt sein, die Tintentransferoberf läche 4 der art zu dimensionieren, daß sie die Größe einer Papierseite etwas überschreitet (d. h. eine Seitengrößentintentransferoberfläche). Eine Seitengrößentintentransferoberfläche 4 würde die Druckgeschwindigkeit erhöhen, indem Tinte auf eine Seite zu einem Zeitpunkt übertragen wird. Ein Drucken einer Seite zu einem Zeitpunkt ist typischerweise schneller als das Drucken eines Zeichens oder einer Zeile zu einem Zeitpunkt, da das Druckmedium die Tintentransferoberfläche 4 nur einmal pro Seite kontaktieren muß. Andererseits kann, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, das Tintentransfergerät 1 einen Druckkopf 8 bilden, bei dem die Länge und Breite der Tintentransferoberfläche 4 relativ klein im Vergleich zur Größe einer Seite sein kann. In einem solchen Fall muß der Druckkopf 8 ein Druckmedium 10 mehrere Male kontaktieren, damit eine Seite gedruckt wird (siehe gestrichelte Linie in Fig. 2). Der Druckkopf 8 kann ebenfalls eine Vielzahl von Größen und Formen haben. Wie es beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, könnte der Druckkopf ein Zeilendruckkopf 12 sein, der eine Zeile zu einem Zeitpunkt drucken würde.
Somit sind die physischen Merkmale des Tintentransfergeräts 1 nicht wesentlich. Daher können die Größe, Form und Konfiguration des Tintentransfergeräts 1 (Tintenbehälter 2 und Tintentransferoberfläche 4) für spezifische Anwendungen entwickelt werden.
Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, einen breiten Bereich von Auflösungen, nämlich von einer niedrigen Auflösung von 10 dpi (dpi = dots per inch = Punkte pro Zoll) zu einer sehr hohen Auflösung über 1.000 dpi, zu erreichen. Jeder Punkt entspricht einer Öffnung 6 in der Tintentransferoberf läche 4. Folglich wird ein Tintentransfergerät mit 600 dpi 36.000 Öffnungen pro Quadratzoll haben.
Obwohl die Form der Öffnungen 6, die in Fig. 1 gezeigt sind, kreisförmig ist, ist die Form der Öffnungen 6 nicht wesentlich. Die Öffnungen 6 könnten beispielsweise oval oder quadratisch sein. Die Größe der Öffnungen 6 in der Tintentrans feroberfläche 4 reicht von 10 um bis 100 um, abhängig von der erwünschten Druckauf lösung. Die Dicke der Öffnungen 6 reicht von 10 bis 500 um, abhängig von der Auflösung und den erwünschten Anwendungen. Die Öffnungen 6 werden durch Mikrobearbeitungsverfahren, wie z. B. Laserablation, Naßätzen oder Plasmaätzen, gebildet, welche auf dem Gebiet der Halbleiterverarbeitung allgemein bekannt sind.
Die Tintentransferoberfläche 4 (z. B. das perforierte Blatt) kann aus einer breiten Vielzahl von Materialien hergestellt sein. Insbesondere kann das perforierte Blatt 4 aus einem Maschensieb aus rostfreiem Stahl gebildet sein, aus Nickel elektrogebildet sein oder aus verarbeitetem Polyimid (z. B. KAPTON oder UPILEX von E.I. DuPont Company bzw. Ube Company, Japan) hergestellt sein.
Der Betrieb des Tintentransfergeräts 1 wird nachfolgend detailliert erläutert. In Fig. 4 ist eine Querschnittansicht eines Tintentransfergeräts 1 in einem nicht-druckenden Zustand dargestellt. Der Tintenbehälter 2 enthält Tinte 14. Die Viskosität der Tinte 14 bei Zimmertemperatur ist vorzugsweise größer als 20 mNs/m² (cps). Eine breite Vielzahl von Tinten, die preisgünstige kommerzielle umfassen, sind in der Lage (oder können auf einfache Art und Weise dazu gebracht werden), die Viskositätsanforderung der vorliegenden Erfindung zu erfüllen. Ein Druckeinlaß 16 in dem Tintenbehälter 2 bringt einen positiven Druck auf die Tinte 14. Die Menge an Druck auf der Tinte 14 hängt von der Viskosität der Tinte 14 und der Geometrie der Öffnungen 6 ab. Bei Experimenten, die Glycerol mit einem Öffnungsdurchmesser von 50 um und einer Dicke von 125 um verwenden, verwendeten die Erfinder erfolgreicherweise einen angelegten Druck in der Größenordnung von 1.066 bis 2.066 N/m² (8 bis 20 Torr). Vorzugsweise ist der angelegte Druck konstant, derart, daß das Volumen innerhalb jedes Tintentropfens konstant ist.
In dem nicht-druckenden Zustand fließt keine Tinte oder tritt keine Tinte aus den Öffnungen 6 der Tintentransfer oberf läche 4 hervor, selbst wenn ein positiver oder Über- Druck an dem Druckeinlaß 16 angelegt wird. Das heißt, daß für eine spezielle verwendete Tinte 14 der angelegte Druck nicht so groß ist, daß ein Tintenfluß durch die Öffnungen 6 bewirkt wird, während die Anordnung bei Zimmertemperatur ist. Unabhangig davon, ob das Druckmedium 10 in Kontakt mit der Tintentransferoberfläche 4 gebracht wird oder nicht, kann somit keine Tinte auf das Druckmedium 10 übertragen werden, während sich das Tintentransfergerät 1 in dem nicht-druckenden Zustand befindet.
Andererseits kann das Tintentransfergerät 1 in einen Druckzustand umgeschaltet werden, bei dem Tinte selektiv auf das Druckmedium 10 übertragen werden kann. Das Gerät 1 wird von einem nicht-druckenden Zustand in einen druckenden Zustand auf einer Öffnung-um-Öffnung-Basis umgeschaltet, indem die Viskosität der Tinte, die jeder Öffnung 6 zugeordnet ist, lokal verändert wird.
Wenn die Viskosität der Tinte 14 reduziert wird, fließt die Tinte 14 mit der verringerten Viskosität durch die Öffnungen 6 auf die Tintentransferoberfläche 4, um einen Tintenpunkt zu bilden. Obwohl die Tinte mit der reduzierten Viskosität auf die Tintentransferoberfläche 4 mittels Kapillarwirkung fließen kann, sollte die Tinte 14 innerhalb des Tintenbehälters 2 an dem Druckeinlaß 16 mit einem kleinen positiven Druck unter Druck gesetzt werden. Der an den Tintenbehälter 2 angelegte Druck ist derart, daß es ausreichend ist, die Tinte mit der reduzierten Viskosität durch die Öffnungen 6 zu drücken, jedoch nicht so hoch, um zu bewirken, daß die Tinte mit nicht-reduzierter Viskosität durch die Öffnungen 6 fließt. Das Tintentransferverfahren wird nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 5A detaillierter erläutert.
Fig. SA ist ein Querschnittsdiagramm eines Tintentransfergeräts 1 in einem Druckzustand. Die Fig. 4 und 5A sind grundsätzlich von gleicher Struktur mit Ausnahme davon, daß das Gerät in Fig. 5A divergierende Öffnungswände sowie thermische Barrieren 17 umfaßt, welche nachfolgend detaillierter erläutert werden. Obwohl die Öffnungswände, die in Fig. 5A gezeigt sind, divergent sind, könnten die Öffnungswnde genauso konvergent oder gerade sein, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Die Öffnungen 6 könnten ebenfalls divergent sein.
In Fig. 5A sind drei Öffnungen 6 der Tintentransferoberfläche 4 dargestellt. Wie es jedoch in Fig. 5A gezeigt ist, ist Tinte nur durch die mittlere Öffnung 6 zu der Tintentransferoberfläche 4 geflossen. Die Tinte, die über die mittlere Öffnung 6 auf die Tintentransferoberfläche 4 geflossen ist, wird auf das Druckmedium 10 übertragen, indem das Druckmedium 10 in Kontakt mit der Tintentransferoberfläche 4 des Tintentransfergeräts 1 gebracht wird. Die Tintentransferoberfläche 4 wird dann von jeder Tinte freigemacht (obwohl ein bestimmter mikroskopischer Rest existieren wird) und kann unmittelbar wiederverwendet werden.
In Fig. 5A wurde nur die Viskosität der Tinte 14 in der Nähe der mittleren Öffnung 6 reduziert. Als Ergebnis war die Tinte 14 in der Nähe der mittleren Öffnung 6 in der Lage, durch die mittlere Öffnung 6 auf die Tintentransferoberfläche 4 hauptsächlich aufgrund des über den Druckeinlaß 16 angelegten Drucks zu fließen. Andernfalls war die Viskosität der Tinte 14 in der Nähe der rechten und linken Öffnung 6 nicht reduziert und bleibt daher hoch genug, um zu verhindern, daß der angelegte Druck die Tinte durch die linke und rechte Öffnung 6 drückt. Wie es in Fig. 5A gezeigt ist, ist daher die Tinte 14 in der Nähe der linken und rechten Öffnung 6 nicht auf die Tintentransferoberf läche 4 geflossen.
Fig. 5B ist eine detaillierte Ansicht einer Öffnung 6 des Tintentransfergeräts 1, das in Fig. 5A gezeigt ist. Fig. 5B ist gegeben, um zu erklären, was damit gemeint ist, daß die Viskosität der Tinte verringert wird, die in der Nähe (oder in enger Nachbarschaft) einer speziellen Öffnung ist. In Fig. 5B ist eine Öffnung 6 derart gezeigt, daß sie teilweise mit Tinte gefüllt ist und direkt mit dem Tintenbehälter 2 unter der Öffnung 6 gekoppelt ist. Die Punkt-Strich-Linie (a), die in Fig. 5B gezeigt ist, zeigt den Abschnitt der Tinte 14 an, in dem die Viskosität reduziert ist, d. h. die Tinte, die als Tinte aufgefaßt werden kann, die sich neben der Öffnung 6 befindet. In der Praxis werden jedoch weitere Anteile der Tinte, die weiter von der Öffnung 6 entfernt sind, ebenfalls einer Viskositätsänderung unterzogen, jedoch weniger stark. Dennoch besteht die Idee darin, die Viskosität der Tinte zu reduzieren, wobei mit der Tinte begonnen wird, die sich am nächsten zu der Öffnung 6 befindet, derart, daß eine vorbestimmte Menge an Tinte durch die Öffnung 6 zu der anderen Oberfläche des Tintenbehälters 2 fließen wird, um einen Tintenpunkt mit einer speziellen Größe zu erzeugen. Abhängig von der verwendeten Technik, der Öffnungsgröße, der Viskositt der Tinte bei Umgebungsbedingungen, des Drucks, der Größe des erwünschten Tintendrucks, usw., können die tatsächlichen Betriebsparameter ohne weiteres experimentell bestimmt werden.
Es ist wichtig, daß die Viskosität der Tinte 14 nur in der Nähe der Öffnungen 6 reduziert wird, aus denen Tinte fließen soll. Durch selektives Reduzieren der Viskosität der Tinte 14 in der Nähe der Öffnungen 6, aus der ein Tintenpunkt oder Pixel erwünscht ist, kann ein Bild gedruckt werden. Das heißt, daß jede Öffnung 6 einen Tintenpunkt in dem gedruckten Bild darstellt. Wenn die Viskosität der Tinte 14 in der Nähe einer speziellen ffnung reduziert worden ist, wird ein Tintenpunkt in dem gedruckten Bild an einer Position, die der speziellen Öffnung entspricht, erzeugt. Andererseits wird kein Tintenpunkt in dem gedruckten Bild an der Position erzeugt, der der speziellen Öffnung entspricht, wenn die Viskosität der Tinte 14 in der Nähe der speziellen Öffnung nicht reduziert worden ist.
Die Tinte, die auf die Tintentransferoberfläche 4 geflossen ist, bleibt auf der Tintentransferoberfläche 4, bis sie auf das Druckmedium 10 übertragen wird. Das heißt, daß die Tinte mit reduzierter Viskosität, die auf die Tintentransferoberfläche geflossen ist, nicht in die Öffnungen zurückgehen wird, aus denen dieselbe kam, unabhängig davon, ob die Viskosität der Tinte auf ihren normalen Viskositätspegel zurückkehrt.
Folglich ist das Tintentransferverfahren, das durch die vorliegende Erfindung durchgeführt wird, viskositätsgetrieben. Insbesondere wird die Viskosität der Tinte als Schalter verwendet. Normalerweise, bei Umgebungsbedingungen, ist die Viskosität der Tinte bezüglich des angelegten Drucks ausreichend hoch, um den Tintenfluß zu verhindern (d. h. ausgeschaltet). Andererseits wird bei Betriebsbedingungen ein Tintenpunkt auf einem gedruckten Bild erzeugt (d. h. eingeschaltet), wenn die Viskosität der Tinte in der Nähe der Öffnung, die dem Punkt entspricht, verringert wird. Die Viskosität der Tinte hat die folgenden Funktionsbeziehungen:
VISKOSITÄT = f [T, E, H, pH, hv],
dabei ist T die Temperatur, E das elektrische Feld und H das magnetische Feld. Daher kann die Viskosität der Tinte in der Nähe bestimmter Öffnungen 6 auf eine Anzahl von unterschiedlichen Arten und Weisen verringert werden, einschließlich des Erhöhens der Temperatur, des Anlegens eines elektrischen oder magnetischen Felds, des Verringerns des pH-Werts und des Erhöhens von hv. Die Temperatur und hv sind darin eng aufeinander bezogen, daß ein Erhöhen der Lichtintensität ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur ist. Obwohl es wesentlich ist, daß die Viskosität der Tinte verringert wird, ist das Verfahren oder die Technik, die verwendet werden, um die Viskosität zu verringern, nicht wesentlich.
Bei Zimmertemperatur (Umgebungsbedingungen) kann die Tinte eine viskose Tinte sein, deren Viskosität zwischen 10 und 20 mNs/m² (cps) ist. Bei Betriebsbedingungen wird die Tinte jedoch eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität werden.
Umgebungsbedingungen werden als Bedingungen definiert, bei denen das Tintentransfergerät 1 in einem nicht-druckenden Zustand ist. Bei Umgebungsbedingungen wird beispielsweise keine externe Erregungsenergie (thermisch, elektrisch oder magnetisch) an das Gerät 1 angelegt. Als Ergebnis wird die gesamte Tinte innerhalb des Tintentransfergeräts 1 bei Zimmertemperatur oder bei einer bestimmten aktiv gesteuerten Temperatur sein. Betriebsbedingungen sind andererseits als Bedingungen definiert, bei denen das Tintentransfergerät 1 in einem Druckzustand ist. Bei Betriebsbedingungen wird beispielsweise externe Energie (thermisch, elektrisch oder magnetisch) an as Gerät 1 angelegt. Die Tinte kann abhängig von dem Typ der angelegten Energie auf Zimmertemperatur sein oder nicht.
Die Tintenzusammensetzung wird basierend auf dem Verfahren, das verwendet wird, um die Viskosität der Tinte zu verändem, ausgewählt. Bei einem Ausführungsbeispiel, das ein Magnetfeld verwendet, um die Viskositätsänderung einzuführen, enthält die Tinte magnetische tonerartige Materialien. Bei einem Ausführungsbeispiel, welches ein elektrisches Feld verwendet, um die Viskositätsänderung einzuführen, ist die Tinte dagegen ein elektrorheologisches Fluid, wie es beispielsweise in der Fachveröffentlichung "Design of Devices Using Electrorheological Fluids", SAE Technical Paper Series #881134, von T. Ducios von der Lord Corporation (1988), beschrieben ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel, das auf thermische Art und Weise eine Viskositätsreduktion einführt, kann die Tinte folgende Bestandteile aufweisen: ein Färbemittel 2 bis 10% (gewichtsmäßig); einen Träger (mehrere Träger) 93 bis 60%; Additive 5 bis 30%. Das Färbemittel kann entweder einen Farbstoff oder Pigmente aufweisen. Der Träger oder die Trägermaßnahmen können Wachse, Monomere, Oligomere oder Polygomere sein. Die Wachsmaterialien umfassen beispielsweise natürliche Wachse, wie z. B. Carnaubawachs und synthetische Wachse, wie z. B. Stearinsäurederivate. Die monomerischen, oligemischen und polymerischen Trägermaterialien umfassen Acryl, Vinylderivate, Monomere vom Estertyp und Copolymere. Die Trägermaterialien umfassen ferner Glukosederivate und Kolophoniumderivate. Der Träger oder das Trägermittel können ebenfalls eine Mischung eines Lösungsmittels, wie z. B. Wasser, und einer viskosen Flüssigkeit, wie z. B. aus der Glycolserie (Ethylen-Glycol, Diethylen- Glycol, Propylen-Glycol, Butandiol, Glycerol, usw.) und der Polyethylen-Glycol-Serie, sein. Das Tintenträgermittel bzw. der Träger kann ebenfalls eine kommerzielle lithographische, Siebdruck- oder Gravurtinte umfassen. Die Additive umfassen beispielsweise verschiedene Typen von oberflrchenaktiven Stoffen und viskositätsreduzierenden Stoffen, von Härte- und Verstärkungsmitteln, Verbesserungsmittel für optische Eigenschaften (Transparenz) und Verbesserungsmittel für die Löslichkeit von Farbstoffen. Zusätze können keine wesentliche Anforderung sein. Dennoch besteht der Zweck der Zusätze oder Additive darin, die Viskosität und Oberflächenspannung der Tinte zu modifizieren, um die Druckqualität und die Systemzuverlässigkeit zu verbessern.
Eine Art und Weise, um die Viskosität der Tinte 14 zu steuern, besteht in der Temperatur. Bei Raumtemperatur hat die Tinte 14 eine Viskosität zwischen 10 und 20 mNs/m² (cps) Sowie jedoch die Temperatur der Tinte 14 zunimmt, nimmt die Viskosität der Tinte 14 ab. Tabelle 1 zeigt die Menge an Viskositätsänderung über einer Temperaturänderung von 80º für mehrere Fluide. Insbesondere wurde die Viskosität von Glycerol um 95% reduziert, während die Viskosität von Ethylen-Glycol um 70% reduziert wurde.
Somit wird das Anlegen von lokalisierter Wärme wirken, um den Tintenfluß 14 von dem Tintenbehälter 2 zu der Tintentransferoberfläche 4 über die Öffnungen 6 einzuleiten. Insbesondere bewirkt das Anlegen von Wärme an bestimmte Öffnungen, daß die Tinte in der Nähe dieser Öffnungen erwärmt wird. Die Erwärmung der Tinte verringert die Viskosität der Tinte. Wenn die Viskosität der Tinte unter einen kritischen Pegel fällt, bewirkt der angelegte Druck, daß die erwärmte Tinte durch die entsprechenden Öffnungen zu der Tintentransferoberfläche 4 fließt.
Die Fig. 6A bis 6D zeigen verschiedene Strukturen, die verwendet werden können, um die Tinte 14 in der Nähe bestimmter Öffnungen 6 lokal zu erwärmen, um dadurch ihre Viskosität zu verringern.
In Fig. 6A ist ein thermischer Druckkopf 8 gezeigt, der ein Heizerelement 18 hat. Das Heizerelement 18 ist in der Nähe (vorzugsweise über) jeder Öffnung 6 plaziert, aus der ein Tintenpunkt erwünscht ist. Wenn es so plaziert ist, wirkt das Erwärmungselement 18, um die Tinte in der Nähe der Öffnung 16 zu erwärmen, über der der Druckkopf 8 plaziert ist, indem ein Wärmefluß zu der Tinte geschaffen wird, die in der Öffnung 6 enthalten ist. Die erwärmte Tinte fließt dann zu der Oberfläche der Tintentransferoberfläche 4 (dem perforierten Blatt), wo sie bleibt, bis sie auf das Druckmedium 10 übertragen wird. Daher kann ein gedrucktes Bild erzeugt werden, indem der thermische Druckkopf 8 über jede Öffnung 6, aus der ein Tintendruck erwünscht ist, bewegt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Druckkopf 8 jede Öffnung 6 für eine gesamte Seite erwärmen kann, bevor eine Tinte, die dadurch hervorgebracht worden ist, auf das Druckmedium 10 übertragen wird. Dies ist der Fall, da die Tinte auf die Tintentransferoberfläche 4 über eine spezielle Öffnung 6 geflossen ist, wobei die Tinte, die derart geflossen ist, nicht erwärmt bleiben muß. Das heißt, daß die Tinte abkühlen kann, sobald sie die Tintentransferoberfläche 4 erreicht hat, da sich nicht zurück in die Öffnung 6 gesaugt wird, aus der sie kam. Die Tinte wird somit auf der Tintentransferoberfläche bleiben, bis sie auf das Druckmedium übertragen worden ist, um die Viskosittsreduktion (z. B. durch T, E, H, pH, hv) einzuleiten. Als Ergebnis kann die Größe des Druckkopfs 8 von sehr klein, derart, daß nur die Tinte in der Nähe einer einfachen Öffnung zu einem Zeitpunkt erwärmt wird (siehe Fig. 6A), zu sehr groß variieren, derart, daß alle Öffnungen gleichzeitig erwärmt werden. Ein vernünftiger Kompromiß an Geschwindigkeit und Kosten dürfte zu einem Druckkopf 8 führen, der sich irgendwo zwischen den beiden Extremen befindet, wobei vielleicht ein Zeilendruckkopf entsteht, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
In Fig. 6B werden Heizer 20 (Widerstände) und thermische Leiter 22 verwendet, um die thermische Energie zu liefern, die notwendig ist, um die Viskosität der Tinte 14 neben be stimmten Öffnungen 6 selektiv zu verringern. Obwohl die Heizer 20 derart gezeigt sind, daß sie an der Unterseite der Tintentransferoberfläche 4 an jeder Öffnung 6 angebracht sind, können die Heizer 20 auf jede Art und Weise positioniert sein, vorausgesetzt, daß sie einer Öffnung 6 eng zugeordnet sind. Die Heizer 20 könnten beispielsweise innerhalb des perforierten Blatts 4 selbst zurückgesetzt vorhanden sein.
Vorzugsweise hat jeder Heizer 20 einen thermischen Leiter 22, der mit demselben gekoppelt ist, um das Übertragen von Wärme von dem Heizer 20 zu der Tinte 14 in der entsprechenden Öffnung zu erleichtern. Es wird bevorzugt, die Tinte in der Nähe einer Öffnung 6 symmetrisch zu erwärmen, um ein gleichmäßiges Erwärmen zu erhalten. Der Heizer 20 könnte beispielsweise entweder eine Ringform haben, oder es könnten vier kleine Heizer gleichmäßig um jede Öffnung herum beabstandet sein.
Fig. 7 stellt eine Schicht einer Tintentransferoberf läche 4 mit Koaxialwiderständen 20' an jeder Öffnung 6 dar, die durch Drähte 24 auf Matrixart miteinander verschaltet sind. Fig. 7 stellt ferner eine Steuereinheit/Energiequelle 25 zum Steuern des Zuführens von elektrischer Energie zu den Widerständen 20' dar.
Die Tintentransferoberfläche 4 besteht aus einer breiten Vielzahl von Materialien, wie z. B. Keramik, Glas, Kunst stoff, usw. Die Drähte 24 ermöglichen es, daß jeder Koaxialwiderstand 20' einzeln angesprochen wird bzw. adressiert wird, derart, daß elektrische Energie zu den Koaxialwiderständen 20' geliefert werden kann, die den Öffnungen 6 entsprechen, aus denen ein Tintenpunkt erwünscht ist. Die Heizer 20 und 20' sowie die Drähte 24 können durch Dickfilmoder Dünnfilmverfahren gebildet werden, welche bekannte Techniken sind.
Die Rückseite der Tintentransferoberfläche 4 (perforiertes Blatt) kann eine Dünnfilmstruktur umfassen, die beispielsweise ein Glassubstrat, eine Widerstandsschicht, metallische elektrische Leiter und eine Passivierungsschicht aufweist. Die Dünnfilmstruktur ist zu der des Druckkopfs ThinkJet (ThinkJet ist eine eingetragene Marke) ähnlich, der bekannt ist und detailliert im Hewlett-Packard Journal, Bd. 36, Nr. 5, besonders in dem Artikel mit dem Titel "Development of the Thin-Film Structure for the Thinkjet Printhead" ab Seite 27 dieses Journals beschrieben ist. Da die Tintenblasenerzeugung jedoch nicht erforderlich ist, wird die Dünnfilmstruktur für die vorliegende Erfindung weiter vereinfacht. Im Gegensatz zu einem Tintenstrahlgerät, bei dem die Widerstandsschicht auf dem Substrat und unter den Öffnungen positioniert ist, positioniert die vorliegende Erfindung die Widerstandsschicht derart, daß die dadurch erzeugte Wärme sehr nahe bei den Öffnungen 6 ist. In Fig. 6B sind die Heizer 20 beispielsweise koaxial mit den Öffnungen und an der inneren Oberfläche der Tintentransferoberfläche 4 angebracht. Alternativ könnten die Heizer 20 entweder in den Öffnungen selbst oder auf der äußeren Oberfläche der Tintentransferoberfläche 4 plaziert sein. Dieses Ausführungsbeispiel kann die Viskosität der Tinte in den Öffnungen in etwa 100 Mikrosekunden ausreichend verringern. Ferner können die thermischen Leiter 22 verwendet werden, um beim Erwärmen der Tinte innerhalb der Öffnungen zu helfen.
Die elektrische Energie, die den Heizern zugeführt wird, hängt von einer Anzahl von Parametern, z. B. der Zusammensetzung der Tinte, dem Widerstand, der Spannung, der Pulsbreite und der Periode, ab. Diese Parameter können ohne weiteres für spezifische Entwürfe bestimmt werden. Es wird sogar davon ausgegangen, daß ein thermisches Ausführungsbeispiel (Fig. 6B), das eine glycerolbasierte Tinte verwendet, unter Verwendung von Heizern mit einem Widerstandswert zwischen 5 und 200 Ohm erfolgreich betrieben werden könnte, wobei Pulse mit einer Spannung zwischen 0,5 und 50 Volt und einer Pulsbreite zwischen 5 us und 4 ms angelegt werden.
Die Fig. 6C und 6D zeigen, daß die thermische Energie unter Verwendung von Licht (hv) der Tinte in der Nähe der Öffnungen 6 zugeführt werden kann. Das Licht kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls, einer Infrarotleuchte, einer Blitzleuchte, einer Ultraviolettleuchte oder einer Glühleuchte zugeführt werden. In Fig. 6C erzeugt ein Laser 26 einen Laserstrahl, der von einem Spiegel 30 auf eine gegebene Öffnung 6 der Tintentransferoberfläche 4 reflektiert wird. Dieser Typ einer Konfiguration kann ohne weiteres und schnell jede Öffnung 6 der Tintentransferoberfläche 4 adressieren, derart, daß die Tinte durch den Laserstrahl lokal erwärmt werden kann. In Fig. 6D werden eine Infrarotlicht(IR-) Quelle 32 und ein reflektierendes Gehäuse 34 verwendet, um Infrarotlicht auf die Öffnungen 6 der Tintentransferoberfläche 4 zu fokussieren. Andere Typen von Lichtquellen können verwendet werden, um die Tinte in den Öffnungen zu erwärmen.
Alternative Wege, um die Viskosität der Tinte 14 zu steuern, betreffen das Anlegen eines elektrischen Felds (E), das Anlegen eines magnetischen Felds (M) oder das Verringern des pH-Werts. Da das Verringern des pH-Werts eng auf das Anlegen eines elektrischen Felds bezogen ist (d. h. das Anlegen eines elektrischen Felds wirkt, um den pH-Wert zu verringern), wird diese Art und Weise nicht getrennt erörtert.
Die Fig. 8A und 8B stellen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar, bei denen ein elektrisches Feld erzeugt wird, um die Viskositätsreduktion zu induzieren. In Fig. 8A sind Elektroden 38-1, 38-2 auf der Unterseite der Tintentransferoberfläche 4 vorgesehen. Die Elektroden 38-1, 38-2 sind durch Leiter 40 mit einem Wechselstromgenerator 42 verbunden. Der Wechselstromgenerator 42 arbeitet unter der Steuerung einer Steuereinheit (nicht gezeigt), um ein elektrisches Feld E in der Öffnung 6 der Tintentransferoberfläche 4 zu erzeugen, um dadurch die Viskosität der Tinte 14 in der Nähe der Öffnung 6 zu reduzieren. In Fig. 88 sind die Elektroden 38-1, 38-2 anders ausgerichtet. Insbesondere ist die Elektrode 38-1 eine obere Elektrode, während die Elektrode 38-2 eine untere Elektrode 40 ist. Zusätzlich sind thermische Barrieren 17 (nachfolgend beschrieben) bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Viele anderen Elektrodenkonfigurationen können verwendet werden, um das notwendige elektrische Feld zu erzeugen. Eine Rolle oder eine Platte, welche das Druckmedium 10 zu der Tintentransferoberfläche 4 liefert, könnte sogar ebenfalls als eine obere Elektrode verwendet werden.
Fig. 9 stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, welches ein magnetisches Feld zu ausgewählten Öffnungen liefert, um eine Viskositätsreduktion einzuführen. Dieses Ausführungsbeispiel ist zu Fig. 8A strukturell ähnlich mit Ausnahme davon, daß Spulen 46-1, 46-2 statt Elektroden 38-1, 38-2 verwendet werden. Die Spulen 46-1, 46-2 können unter Verwendung von Techniken hergestellt werden, welche beim Erzeugen von Magnetaufzeichnungsdünnfilmköpfen verwendet werden. Wenn die Spulen 46-1, 46-2 durch den Wechselstromgenerator 42 aktiviert werden, wird ein magnetisches Feld H in der Öffnung 6 erzeugt. Das Magnetfeld H bewirkt eine Reduktion der Viskosität der Tinte in der Nähe der Öffnung 6. Viele weitere Konfigurationen sind möglich, solange ein magnetisches Feld in der Nähe der Öffnung erzeugt wird.
Ein optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Tinte an jeder der Öffnungen thermisch zu isolieren. Eine thermische Isolation verbessert das Verhalten des Tintentransfergeräts durch Verringern eines Wärmeverlusts zu der umgebenden Tinte hin und durch einen Schutz gegenüber einem Nebensprechen zwischen den Öffnungen 6.
Das Tintentransfergerät 1, das in Fig. 5A dargestellt ist, umfaßt thermische Barrieren 17, die dazu dienen, eine thermische Isolation zwischen nahegelegenen Öffnungen 6 zu schaffen. Insbesondere wirken die Barrieren 17, um einen Wärmeverlust zu der umgebenden Tinte innerhalb des Tintenbehälters 2 zu verringern, und um einen Schutz gegen Übersprechen zwischen benachbarten Öffnungen zu liefern. Die Barriere 17, die in Fig. 5A gezeigt ist, ist koaxial zu der mittleren Öffnung 6, um die Tinte 14 in der Nähe der mittleren Öffnung 6 von der Tinte in der Nähe anderer Öffnungen zu trennen. Die Barriere 17 erstreckt sich von der inneren Oberfläche der Tintentransferoberfläche 4 ungefähr 50 um nach unten in den Tintenbehälter 2. Die Barrieren 17 können unter Verwendung einer Vielzahl von herkömmlichen Techniken, wie z. B. Ätzen, Abscheiden oder mittels eines photobelichtbaren Trockenfilmphotolacks (z. B. RISTON oder VACREL, welche Warennamen für Polymermaterialien der E.I. DuPont Company aus Wilmington, Del., sind), hergestellt werden. Die Tiefenkonfiguration der Barrieren 17, die oben erörtert wurden, sind nicht wesentlich.
Der strukturelle Entwurf von Tintenkanälen innerhalb eines Tintenbehälters kann ebenfalls eine thermische Trennung zwischen Öffnungen schaffen. Und zwar durch Isolieren von Anteilen der Tinte in Tintenkanälen, die Tinte zu bestimmten Öffnungen liefern, wobei eine bestimmte thermische Isolation der Tinte auftritt. Die Fig. 10A und 10B und 11 zeigen Beispiele für Tintenkanäle 48, die verwendet werden können, um eine Trennung zwischen Öffnungen 6 zu liefern. In solchen Fällen ist der Tintenbehälter 2 eine Hauptversorgung für die Tinte, und die Tintenkanäle 48 empfangen Tinte von der Hauptversorgung.
In Fig. 10A liefern die Tintenkanäle 48 Tinte 14 zu den Öffnungen 6. Als Ergebnis ist die Tinte, die einer speziellen Öffnung zugeordnet ist, thermisch von anderen Öffnungen 6 isoliert bzw. getrennt. Fig. 10B stellt eine Seitenansicht des Tintenkanals 48, der in Fig. 10A gezeigt ist, dar. Die Tinte 14 innerhalb des Tintenbehälters 2 wird zu einer Öffnung 6 über den Kanal 48 zugeführt. Innerhalb des Tintenkanals 48 fließt die Tinte zu Anfang von dem Behälter 2 nach oben und dann zu einer Öffnung 6 hinüber. Daher wird die Tinte 14 zu der Öffnung 6 in einer Richtung zugeführt, die senkrecht zu der Richtung ist, in der die Tinte 14 aus der Öffnung 6 während eines Druckzustands fließt.
Fig. 11 stellt eine Ansicht von oben eines kreisförmigen Druckkopfs 4, 8 dar, in dem die Öffnungen 6 in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind. Der Tintenkanal 48, der in Fig. 11 gezeigt ist, liefert Tinte 14 zu allen Öffnungen 6 des Druckkopfs 4, 8. Wieder, wie in den Fig. 10A und 10B, wird die Tinte zu den Öffnungen 6 in einer Richtung zugeführt, die senkrecht zu der Richtung ist, in der die Tinte 14 aus der Öffnung 6 während eines Druckzustands fließt. Der Aufbau der Tintenkammer 48, die in Fig. 11 gezeigt ist, ist ferner darin vorteilhaft, daß der Druck der Tinte 14 an jeder Öffnung 6 gleich ist. Auf der anderen Seite ist unter Verwendung des Aufbaus der Tintenkammer 48, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist, der Druck der Tinte 14 an den Öffnungen 6 nicht so gleichmäßig verteilt, da die Mehrzahl von Kanälen 48 verwendet werden, und der Tintenweg zu jeder Öffnung 6 nicht immer die gleiche Länge hat. Obwohl ferner die Kanäle 48 das Gegensprechen reduzieren, erfordern sie aber einen größeren Druck als Ausführungsbeispiele, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind, welche keine solchen Kanäle aufweisen.
Ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in einem Nachbehandlungsbereich, wo die Tinte, die auf das Druckmedium 10 übertragen worden ist, festgemacht wird. Fig. 12 stellt ein Tintentransfersystem dar, welches einen Tintentransferbereich und einen Nachbehandlungsbereich umfaßt. Der Tintentransferbereich enthält das Tintentransferelement 1, welches detailliert oben beschrieben worden ist. Das Druckmedium 10 wird zu dem Tintentransferbereich zugeführt, wo das Tintentransfergerät 1 arbeitet, um Tinte auf das Druckmedium zu übertragen. An diesem Punkt enthält das Druckmedium 10 ein gedrucktes Bild, die Tinte dürfte jedoch naß oder klebrig sein. Darüberhinaus dürfte das Bild nicht dauerhaft sein und oft erhaben sein. Daher kann ein Festmachen oder Aushärten der Bilder auf dem Druckmedium 10 notwendig sein. Dann wird das Druckmedium 10 mit der Tinte zu dem Nachbehandlungsbereich geführt, wo eine thermische Tintenbefestigungseinheit 50 vorgesehen ist. Die thermische Tintenbefestigungseinheit 50 verwendet Wärme, um die Tinte an dem Druckmedium 10 zu befestigen und/oder auf dem Druckmedium 10 zu verschmelzen. Ein breiter Bereich von thermischen Tintenbefestigungseinheiten 50 kann verwendet werden. Die Wärme der thermischen Tintenbefestigungseinheit 50 könnte beispielsweise durch einen Laserstrahl, eine Lichtquelle, eine erwärmte Walze oder eine Platte oder einen Ofen geliefert werden. Ein zusätzlicher Vorteil des Verwendens der erwärmten Rolle oder Platte besteht darin, daß durch ein geringes Unterdrucksetzen der Walzen bzw. Rollen die Bilder abgeflacht werden können.
Ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von Farbtinte. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung ohne weiteres an das Farbdrucken angepaßt sein. Da die vorliegende Erfindung eine solche breite Vielzahl von Tinten verwenden kann, besteht die einzige Sache, die zu tun ist, darin, die Farbe der Tinte innerhalb des Tintenbehälters zu ändern. Grundsätzlich gesagt kann das Tintentransfergerät 1 beispielsweise in jeder Farbtinte drucken, die in dem Tintenbehälter 2 plaziert ist. Um jedoch ein Vollfarbendrucken zu erhalten, müssen Tinten, die den drei Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb entsprechen sowie Schwarz gleichzeitig vorgesehen werden. Daher kann ein Vollfarbendrucken vorgesehen werden, indem vier Tintentransfergeräte 1 relativ zueinander vorausgerichtet werden, wobei jedes Gerät eine andere Farbtinte hat. Der Aufbau eines solchen Geräts würde im Vergleich zu existierenden Farbdruckern relativ einfach sein. Ferner würden die vielen Vorteile der vorliegenden Erfindung, nämlich die hohe Auflösung, die preisgünstige Herstellung und der einfache Aufbau, bleiben.
Die Fig. 13A bis 13E stellen mehrere strukturelle Implementationen für ein Farbtintentransfergerät 52 dar. Es ist jedoch wichtig anzumerken, daß das Farbtintentransfergerät 52 viele verschiedenen Größen und Formen haben kann. Fig. 13A stellt ein lineares Array mit der Breite einer Seite dar, bei dem das Gerät 52 die Breite des Druckmediums 10 in jeder der vier Farben drucken kann. Das seitenbreite lineare Array umfaßt eine Cyan-Kammer 1a, eine Magenta-Kammer 1b, eine Gelb-Kammer 1c und eine Schwarz-Kammer 1d. Jede Kammer 1a bis 1d liefert Farbtinte zu einer getrennten Gruppe von Öffnungen 6, welche der speziellen Kammer entsprechen. Das heißt, daß die Cyan-Kammer 1a eine Cyan-Farbtinte zu den Öffnungen 6a liefert, die Magenta-Kammer 1b eine Magenta- Farbtinte zu den Öffnungen 6b liefert, die Gelb-Kammer lc eine Gelb-Farbtinte zu den Öffnungen 6c liefert, und die Schwarz-Kammer 1d eine Schwarz-Tinte zu den Öffnungen 6d liefert. Somit wird durch Kombinieren der Tinte von den verschiedenen Kammern ein Vollfarbendrucken erreicht.
Fig. 13B stellt ein Vollseiten-Array-Ausführungsbeispiel dar, bei dem Tintenkammern 1e bis 1h ermöglichen, daß das Farbtintentransfergerät 52 eine Seite zu einem Zeitpunkt in jeder der drei Primärfarben und in Schwarz druckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede Tintenkammer 1e bis ih etwas größer als eine zu druckende Seite. Fig. 13C stellt ein kubisches Array dar, bei dem jede Seitenoberfläche ein Tintentransfergerät 1 mit einer Tintenkammer 1i bis 1l mit einer unterschiedliche gefärbten Tinte ist. Fig. 13D stellt ein gekrümmtes kubisches Array mit Farbtintenkammern lm bis 1p dar. Fig. 13E stellt ein Zylinderarray mit Farbtintenkammern 1q bis 1t dar. Die Größe und Form der Tintenkammern 1a bis 1t ist flexibel, jedoch abhängig von der Konfiguration des erwünschten Farbtintentransfergeräts 52.
Ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung einer Zwischentransferoberfläche. Fig. 14 stellt ein Tintentransfergerät 1 dar, welches eine Zwischentransferoberfläche 54 verwendet, um beim Übertragen der Tinte von der Oberfläche des Tintenbehälters 2 zu dem Druckmedium 10 zu helfen. Wie es oben erörtert wurde, besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß eine breite Vielzahl von Druckmedien 10 verwendet werden kann, einschließlich normalen Papiers und Transparenzfolien. Da jedoch die vorliegende Erfindung in der Lage ist, mit einer breiten Vielzahl von Druckmedien zu arbeiten, kann die Papierqualität und Absorptivität wesentlich variieren. Als Ergebnis kann es erwünscht sein, die Tinte zuerst auf die äußere Oberfläche des Tintenbehälters 2 zu der Zwischentransferoberfläche 54 zu übertragen.
Fig. 14 zeigt beispielsweise einen zylindrischen Tintenbehälter 2, der eine zylindrische Zwischentransferoberfläche 54 berührt. Die Zwischentransferoberfläche 54 wird eine bekannte Qualität und Absorptivität haben, derart, daß die Tinte auf saubere Art und Weise zu der Zwischentransferoberfläche 54 übertragen wird. Das heißt, daß praktisch keine Tinte auf der äußeren Oberfläche des Tintenbehälters 2 bleiben wird. Als Beispiel kann die äußere Oberfläche der Zwischentransferoberf läche 54 aus einem Polymermaterial, wie z. B. Mylar oder Gummi, bestehen. Ferner muß die Größe der Zwischentransferoberfläche 54 nicht zu der des Tintenbehälters 2 ähnlich sein.
Sobald die Tinte auf der Zwischentransferoberfläche 54 ist, kann die Tinte zu dem Druckmedium 10 übertragen werden, indem das Druckmedium 10 mit der Zwischentransferoberfläche 54 unter Verwendung einer einer Anzahl von Techniken in Berührung gebracht wird. Fig. 14 zeigt, wie die Tinte auf das Druckmedium 10 unter Verwendung einer Rolle übertragen wird, die das Druckmedium 10 gegen die Zwischentransferoberfläche 54 drückt. Nachdem die Tinte auf das Druckmedium 10 übertra gen worden ist, wird die Zwischentransferoberfläche 54 gereinigt, um irgendeine Resttinte, die nicht übertragen worden ist, zu entfernen. Ein Gummiabstreichmesser (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um das Reinigungsverfahren durchzuführen.
Noch ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung ist vielleicht eine bevorzugte Art und Weise, um den Tintenbehälter 2 unter Druck zu setzen. Gemäß diesem Merkmal wird der Tintenbehälter 2 selbst unter Druck gesetzt, ohne daß ein Druckeinlaß 16 vorhanden ist (siehe Fig. 4). Die Fig. 15, 16A und 16B stellen Implementationen dieses Merkmals dar. Der Tintenbehälter 2 umfaßt ferner einen Kolben 58, eine unter Druck gesetzte innere Kammer 60 und eine Tintenkammer 61, jedoch nicht länger einen Druckeinlaß 16. Der Kolben 58 ist mit einem o-Ring 62 ausgestattet, derart, daß die Tintenkammer 61 von der unter Druck gesetzten inneren Kammer 60 getrennt ist. Der Druck, der durch die Innenkammer 60, die unter Druck gesetzt ist, angelegt wird, bewirkt, daß sich der Kolben 58 zu der Tintentransferoberfläche 4 hin bewegt, während die Tinte aus den Öffnungen 6 während des Druckens fließt.
Fig. 15 stellt dieses Merkmal in einem rechteckigen Tintenbehälter dar, während die Fig. 16A und 16B dieses Merkmal bezüglich eines zylindrischen Tintenbehälters darstellen. Bezüglich des zylindrischen Tintenbehälters wird ebenfalls ein Innenzylinder 64 benötigt. In diesem Fall berühren der Kolben 58 und der o-Ring 62 den inneren Zylinder 64, wie es in Fig. 16B gezeigt ist. Der Innenzylinder 64 ist ebenfalls kürzer als der zylinderförmige Tintenbehälter 2. Sowie Tinte von den Öffnungen 6 während des Druckens fließt, wird sich der Kolben 58 bewegen, um sich in die unter Druck gesetzte Kammer 60 auszubreiten und das Volumen der Tintenkammer 61 zu reduzieren. Diese Kolbenbewegung drückt Tinte aus der Tintenkammer 61 und zu den Öffnungen 6 über Kanäle 66 (siehe Fig. 16B). Daher wird die Tinte unter Verwendung der unter Druck gesetzten Kammer 60 unter Druck gesetzt. Obwohl der an die Tinte angelegte Druck abnehmen wird, wenn die Tintenmenge innerhalb der Tintenkammer 61 abnimmt, kann das Gerät aufgebaut werden, derart, daß die Druckvariation innerhalb eines akzeptablen Betriebsbereichs ist.
Noch ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Größe der erzeugten Tintenpunkte zu steuern. Die Bildqualität kann nicht nur durch Erhöhen der Auflösung, sondern ebenfalls durch Verwendung von Halbtontechniken verbessert werden. Der Informationsgehalt eines Halbtonbildes geht über Auflösung hinaus und umfaßt unterschiedliche Punktgrößen und kann sogar unterschiedliche Formen der Tintenpunkte umfassen. Als Beispiel wird ein Bild mit 150 Punkten pro Zoll (dpi) mit 16 Punktgrößen eine Qualität haben, die mit einem Bild mit 600 dpi und einer einzigen Punktgröße vergleichbar ist. Um daher hochqualitative gedruckte Bilder unter Verwendung eines Tintentransfergeräts 1 zu erzeugen, ist es daher wünschenswert, nicht nur das Tintenvolumen durchgängig zu steuern, das aus einer Öffnung 6 auf die Tintentransferoberfläche 4 fließt, sondern ebenfalls das Ausbreiten der Tinte, die auf die Tintentransferoberfläche 4 geflossen ist. Durch Steuern des Ausbreitens der Tintenpunkte werden Bilder, die unter Verwendung von durchgehender Farbgebung und Mehrfarbendrucken erzeugt worden sind, eine herausragende Druckqualität haben.
Das Tintenvolumen, das durch eine Öffnung 6 fließt, kann durch Steuern der Menge und Dauer der angelegten viskositätsreduzierenden Energie geregelt werden. Grundsätzlich ist das Tintenvolumen größer, je mehr Energie angelegt wird. Die viskositätreduzierende Energie wird typischerweise durch eine thermische, eine elektrische oder eine magnetische Einrichtung zugeführt. Bei einem thermisch aktivierten System erwärmt beispielsweise eine Lichtquelle oder ein resistives Heizerelement die Tinte in der Nähe einer speziellen Öffnung 6. Um das Tintenvolumen zu erhöhen, das durch die spezielle Öffnung 6 und auf das Tintentransfergerät 1 fließt, können die Pulsbreite, die Spannung und/oder Periode erhöht werden. Das Ergebnis ist ein Tintenpunkt mit einem größeren Tintenvolumen.
Wenn das Volumen des Tintenpunkts erhöht wird, wird die Ausbreitung der Tinte auf der Tintentransferoberf läche 4 wichtiger. Wenn das Tintenvolumen innerhalb des Tintenpunkts klein ist, dann stellt die Ausbreitung des Tintenpunkts keine wesentliche Sorge dar. Sowie das Volumen des Tintenpunkts jedoch erhöht wird, wird die Ausbreitung der Tinte immer wichtiger. Das Ausbreiten des Tintenpunkts ist besonders wichtig, wenn verschiedene Größen von Punkten gedruckt werden, um ein durchgehendes Farbgeben zu erhalten, oder wenn verschiedene Farben von Tinte für ein Vielfarbendrucken gemischt werden.
Wenn ferner in vielen Farben gedruckt wird, ist es vorteilhaft, sowohl das Ausbreiten als auch das Volumen der Tinte an jeder Öffnung zu steuern. Farbtinte kann auf viele Arten und Weisen gemischt werden, wenn sowohl das Volumen als auch das Ausbreiten gesteuert werden. Wenn man beispielsweise ein Farbtintentransferdruckgerät hätte und ein Magentapixel mit einer roten Mitte drucken wollte, könnten die folgenden Schritte auftreten. Zuerst würde ein größeres Volumen an Magentatinte auf der Tintentransferoberfläche über eine Öffnung plaziert werden. Die Ausbreitung der Magentatinte würde ebenfalls gesteuert werden, um sicherzustellen, daß die Tinte gleichmäßig über einen relativ großen vorbestimmten Radius aus der Öffnung ausgebreitet ist. Der Magentatintenpunkt würde dann auf eine Zwischenoberfläche oder ein Druckmedium übertragen werden. Anschließend würde ein kleines Volumen Gelbtinte auf der Tintentransferoberfläche plaziert werden. Die Ausbreitung der Gelbtinte auf der Tintentransferoberf läche würde gesteuert werden, um sicherzustellen, daß die Ausbreitung desselben nur über einen kleinen vorbestimmten Radius aus der Öffnung reicht. Der kleine gelbe Punkt würde dann auf die Zwischenoberfläche oder das Druckmedium in der Mitte des größeren Magentapunkts übertragen werden. Der Gelbtintenpunkt würde dann mit der Magentatinte vermischt werden, um eine rote Mitte in dem Magentapunkt zu erzeugen. Anschließend würde die Tinte auf dem Druckmedium befestigt werden.
Durch Steuern der Ausbreitung der Tinte an jeder Öffnung 6 ("Tintenpunktausbreitung" genannt) kann somit eine bessere und visuell ansprechendere Druckqualität erhalten werden. So kann beispielsweise ein durchgehendes Graustufenfärben durch Steuern der Tintenpunktausbreitung erreicht werden. Bei einem Farbtintentransferdruckgerät können zusätzlich verschiedenfarbige Tinten eindeutig gemischt werden, indem sowohl das Volumen als auch die Tintenpunktausbreitung für jede Tintenfarbe gesteuert werden.
Zwei Ausführungsbeispiele zum Steuern der Tintenpunktausbreitung werden nachfolgend beschrieben. Ein erstes Ausführungsbeispiel schafft Ringe mit abwechselnden Benetzungsund Nicht-Benetzungs-Oberflächen auf einer Tintentransferoberfläche 4. Ein zweites Ausführungsbeispiel liefert geätzte Rillen in einer Tintentransferoberfläche 4.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden abwechselnde Ringe aus Benetzungs- und Nicht-Benetzungs-Oberflächen um jede Öffnung 6 der Tintentransferoberfläche 4 vorgesehen. Fig. 17 stellt eine Ansicht von oben einer Tintentransferoberfläche 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dar. Die Tintentransferoberfläche 4, die in Fig. 17 gezeigt ist, enthält neun Öffnungen 6. Die Öffnungen 6 betragen 50 um im Durchmesser und sind voneinander um 100 um Mitte-zu-Mitte beabstandet. Um jede Öffnung 6 befinden sich drei Benetzungsringe 72 und zwei Nicht-Benetzungs-Ringe 74. Jeder der Ringe hat eine Breite von 5 um. Die Anzahl, Form und Größe der Ringe, welche in Fig. 17 gezeigt sind, sind lediglich darstellend und keine Begrenzungen für die Erfindung. Die Form der Ringe 72, 74 könnte beisielsweise oval oder quadratisch sein.
Die Benetzungs- und Nicht-Benetzungs-Ringe 72, 74 bilden Flußbarrieren, welche das Tintenpunktausbreiten verhindern. An jedem Übergang von einem Benetzungsring 72 zu einem Nicht-Benetzungs-Ring 74 wird der Tintenpunkt, der versucht, sich von einer Öffnung aus auszubreiten, einer Flußbarriere begegnen. Die Barriere resultiert aus dem Übergang von einer Region mit niedriger Oberflächenspannung zu einer Region mit hoher Oberflächenspannung. Die Barriere verhindert das Tintenpunktausbreiten, bis sich das Tintenvolumen aufbaut, um die Barriere zu überwinden.
Eine Art und Weise, um die Benetzungs- und Nicht-Benetzungs-Ringe 72, 74 herzustellen, besteht darin, den Abschnitt der Tintentransferoberfläche 4, der bestimmten Ringen entspricht, mit Benetzungs- oder Nicht-Benetzungs-Materialien zu beschichten. Die Benetzungs- und Nicht-Benetzungs-Ringe können hergestellt werden, indem eine chemische Beschichtung an bestimmte Abschnitte der Tintentransferoberfläche 4 aufgebracht wird. Bezüglich wässriger Tinten sind Beispiele für Benetzungs-Chemikalien Siliziumdioxid und Aluminiumoxid. Beispiele für nicht-benetzende Chemikalien sind Fluorkohlenstoffverbindungen, wie z. B. fluoraliphatische polymerische Ester (z. B. FC-430 von der 3M Company).
Wenn die obere Oberfläche der äußeren Tintentransferoberfläche 4 normalerweise eine nicht-benetzende Oberfläche ist, wie z. B. Fluorkohlenstoff (z. B. TEFLON) für wässrige Tinten oder Polyimid (z. B. KAPTON, von der E.I. DuPont Company hergestellt), kann eine Beschichtung einer Benetzungschemikahe, wie z. B. Siliziumdioxid, unter Verwendung eines plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidungsverfahrens aufgebracht werden, um Benetzungsringe 72 zu bilden. Insbesondere wird das Benetzungsmittel auf konzentrische Regionen der oberen Oberfläche um jede Öffnung 6 herum aufgebracht. Die konzentrischen Regionen des Benetzungsmittels, das derart aufgebracht worden ist, bilden die Benetzungsringe 72. Obwohl die konzentrischen Regionen eine gemeinsame Mitte haben, berühren sich die konzentrischen Regionen des Benetzungsmittels, die derart aufgebracht worden sind, nicht. Das heißt, daß die konzentrischen Benetzungsregionen, die durch das Benetzungsmittel gebildet sind, durch konzentrische Nicht-Benetzungs-Regionen getrennt sind. Da die obere Oberfläche nicht-benetzend ist, ist keine Oberflächenbehandlung erforderlich, um die Nicht-Benetzungs-Ringe 74 zu bilden. Daher werden die Nicht-Benetzungs-Ringe 74 identifiziert, wenn die Benetzungsringe 72 gebildet werden.
Eine weitere Art und Weise, um die Benetzungsringe 72 herzustellen, besteht darin, konzentrische Regionen der Tintentransferoberfläche 4 zu modifizieren. Diese Oberflächenmodifikationen können unter Verwendung herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden. Ein herkömmliches Verfahren setzt die konzentrischen Regionen der Tintentransferoberfläche 4 einem Gasplasma aus. Unter der Annahme, daß die Tintentransferoberfläche 4 eine Nicht-Benetzungs-Oberfläche, wie z. B. KAPTON, ist, ist beispielsweise mit Ausnahme der konzentrischen Regionen der Tintentransferoberfläche 4 die gesamte Oberfläche der Tintentransferoberfläche 4 mit einer Maske abgeschirmt. Die Tintentransferoberfläche 4 wird dann einem Gasplasma ausgesetzt, welches den nicht-maskierten Abschnitt der Oberfläche in Benetzungsringe 74 ändert. Beispiele für Gase, welche verwendet werden, sind Sauerstoffplasma, CH&sub4;/O&sub2;-Plasma oder Ionenimplantation.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden konzentrische Regionen in die Tintentransferoberfläche 4 geätzt. Fig. 18 stellt eine detaillierte Querschnittsansicht einer Tintentransferoberfläche 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dar.
In Fig. 18 sind die konzentrischen Regionen geätzte Ringe 76, 78. Die geätzten Ringe 76, 78 haben eine Breite von 1 um und eine Tiefe kleiner als 0,2 um. Die Anzahl, Tiefe und Breite der geätzten Ringe 76, 78, die in Fig. 18 gezeigt sind, sind für die Erfindung darstellend und keine Begrenzungen. Die geätzten Ringe 76, 78 steuern die Tintenpunktausbreitung. Obwohl die Tintentransferoberf läche 4 nicht-be netzend sein sollte, können die geätzten Ringe 76, 78 entweder benetzend oder nicht-benetzend sein. Die geätzten Ringe 76, 78 können auf der Tintentransferoberfläche 4 unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, wie z. B. dem reaktiven lonenätzen, dem Ionenstrahlschleifen oder der Excimer-Laser-Ablation, gebildet werden.
Dieses Ausführungsbeispiel begrenzt die Tintenpunktausbreitung unter Verwendung der Nicht-Benetzungs-Oberfläche der Tintentransferoberfläche. Sobald die geätzten Ringe 76, 78 gebildet sind, werden die Nicht-Benetzungs-Ringe 80, 82 identifiziert. Aufgrund der Oberflächenspannung der Nicht- Benetzungs-Ringe 80, 82 wird die Tinte, die von einer Öffnung 6 fließt, nicht über Nicht-Benetzungs-Ringe 80, 82 fließen wollen. Sowie jedoch zusätzliche Tinte durch die Öffnung 6 fließt, wird das Volumen des Tintenpunkts erhöht, derart, daß die Oberflächenspannung des Nicht-Benetzungs- Rings 80 überschritten wird. Sobald die Oberflächenspannung überschritten ist, wird sich die Tinte ausbreiten, und zwar genau bis zu dem nächsten Nicht-Benetzungs-Ring 82.
Die geätzten Ringe 76, 78 liefern eine verbesserte Flußbarriere für die Ausbreitung des Tintenpunkts. Insbesondere muß, damit Tinte über den nächsten Nicht-Benetzungs-Ring 82 ausgebreitet wird, der Volumenaufbau an Tinte die Oberflächenspannung des Nicht-Benetzungs-Rings 82 überschreiten. An diesem Nicht-Benetzungs-Ring 82 ist die Oberflächenspannung, die von dem Tintenpunkt zu sehen ist, größer als die Oberf lächenspannung, die zu sehen ist, wenn der Tintenpunkt versucht hätte, sich über den Nicht-Benetzungs-Ring 80 auszubreiten. Das Vorsehen des geätzten Rings 76 genau vor dem Nicht-Benetzungs-Ring 82 vergrößert nämlich die Barriere, die der Tintenpunkt überwinden muß, um sich bis zu dem nächsten Ring auszubreiten. Daher wird ein größeres Volumen an Tintenaufbau erforderlich sein, um die Barriere zu überwinden.
Die geätzten Ringe 76, 78 können unter Verwendung herkömmlicher Verfahren geätzt werden. Die Tintentransferoberf läche 4 kann beispielsweise Polyimid (z. B. KAPTON) sein, welche bezüglich einer wässrigen Tinte nicht-benetzend ist. Eine Maskenstruktur, die den Regionen entspricht, die nicht geätzt werden sollen, wird auf der Tintentransferoberfläche 4 plaziert. Die geätzten Ringe 76, 78 werden kann in der Tintentransferoberfläche 4 mittels Excimer-Laser-Ablation geätzt.
Es kann vorteilhaft sein, die Tintentransferoberfläche 4 nach jeder Verwendung zu reinigen. Insbesondere kann nach der Übertragung der Tintenpunkte auf der Tintentransferoberfläche 4 auf die Zwischenoberfläche oder das Druckmedium ein bestimmter Rest verbleiben. Die Resttinte kann unter Verwendung eines Abstreichmessers, das aus Gummi oder Tuch besteht, gereinigt werden. Ein Abstreichmesser aus Filzmaterial oder einem anderen Tuchmaterial dürfte bei einem Ausführungsbeispiel bevorzugt werden, welches geätzte Ringe verwendet.
Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, die Merkmale des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels zu kombinieren. Eine Tintentransferoberf läche könnte beispielsweise Benetzungsringe, Nicht-Benetzungs-Ringe und geätzte Ringe verwenden.
Die vielen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung offensichtlich, und es ist beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche alle solchen Merkmale und Vorteile der Erfindung abdecken. Da ferner viele Modifikationen und Änderungen für Fachleute ohne weiteres offensichtlich sein werden, ist es nicht erwünscht, die Erfindung auf den genauen Aufbau und Betrieb zu begrenzen, wie er dargestellt und beschrieben worden ist. Daher können alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente derart aufgefaßt werden, als daß sie innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung fallen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Ein Tintentransferdruckgerät (1) mit einem Tintenmaterial (14), einem Tintenbehälter (2) und einer perforierten Oberfläche (4), wobei die Tinte (14) von dem Behälter (2) zu einem Druckmedium (10) über die perforierte Oberfläche (4) übertragen wird, wobei die perforierte Oberfläche (4) eine Mehrzahl von Öffnungen (6) aufweist, wobei das Druckgerät (1) die Tintenübertragung durch Reduzieren der Viskosität der Tinte in der Nähe bestimmter der Öffnungen (6) steuert, wodurch es ermöglicht wird, daß eine gesteuerte Menge der Tinte in der Nähe der bestimmten der Öffnungen (6) über die bestimmten der Öffnungen (6) auf die perforierte Oberfläche (4) fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Tinte bei Zimmertemperatur zwischen 10 mNs/m² (cps) und 20 mNs/m² (cps) liegt.

2. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Viskosität der Tinte zum Drucken um zumindest 50% reduziert wird.

3. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Tinte im wesentlichen aus (gewichtsanteilig) 2 bis 10% Färbemittel, 93 bis 60% eines Trägers (von Trägern) und 5 bis 30% Additiven besteht.

4. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die perforierte Oberfläche 4 zumindest eine konzentrische Region (72, 74, 76, 78, 80, 82) um jede Öffnung (6) aufweist, um das Ausbreiten der Tinte zu steuern.

5. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 4, bei dem die konzentrische Region eine Flußbarriere an dem Übergang zwischen einer Benetzungsoberfläche (72) und einer Nicht-Benetzungs-Oberfläche (74) bildet.

6. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 4, bei dem die konzentrische Region eine Flußbarriere an dem Übergang zwischen einem geätzten Muster (76, 80) und einer Nicht-Benetzungs-Oberfläche (80, 82) bildet.

7. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Tintenbehälter (2) dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Tintenkammer (61) zum Halten der Tinte, eine unter Druck gesetzte Kammer (60) zum Unterdrucksetzen der Tinte innerhalb der Tintenkammer (61) und einen bewegbaren Kolben (58) zum Trennen der unter Druck gesetzten Kammer (60) von der Tintenkammer (61) aufweist.

8. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die perforierte Oberfläche (4) eine Kreisform aufweist, wobei der Tintenbehälter (2) einen gemeinsamen Kanal (48) und eine Mehrzahl von Tintenkanälen aufweist, wobei jeder der Tintenkanäle Tinte (14) zu zumindest einer der Öffnungen (6) zuführt, wobei sich die Tintenkanäle von dem gemeinsamen Kanal (48) radial nach außen erstrecken, der die Tinte von dem Tintenbehälter (2) zu den Tintenkanälen zuführt.

9. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß das Druckmedium (10) eine äußere Oberfläche der perforierten Oberfläche (4) berührt, um die Tinte, die auf die äußere Oberfläche geflossen ist, zu dem Druckmedium zu übertragen.

10. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Tintenbehälter (2) eine erste bis vierte Kammer (6a, 6b, 6c, 6d) aufweist, wobei jede eine Tinte mit unterschiedlicher Farbe hält, wobei jede der Öffnungen (6) einer der ersten bis vierten Kammer zugeordnet ist.

11. Ein Tintentransferdruckgerät gemäß Anspruch 10, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß jede der Kammern (6a, 6b, 6c, 6d) einen für dieselbe bestimmten Anteil der perforierten Oberfläche (4) aufweist, und daß ein gemeinsamer Abschnitt des Druckmediums (10) eine Mehrzahl der bestimmten Abschnitte der perforierten Oberfläche (4) berührt, um dadurch verschiedene Farben zu erzeugen.

12. Ein Tintentransferverfahren zum Übertragen von Tinte von einem Tintenbehälter zu einem Druckmedium (10), wobei der Tintenbehälter (2) einer Kontaktoberfläche (4) mit einer Mehrzahl von Perforationen (6) zugeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Anlegen eines Überdrucks an die Tinte;

(b) Verwenden einer Tinte mit einer Viskosität bei Zimmertemperatur, die zwischen 10 und 20 mNs/m² (cps) liegt, derart, daß die Tinte innerhalb des Behälters gehalten wird;

(c) Einführen einer Änderung in der Viskosität der Tinte in der Nähe bestimmter der Perforationen, um dadurch zu ermöglichen, daß eine gesteuerte Menge der Tinte in der Nähe jeder der bestimmten der Perforationen (6) über die bestimmten Perforationen (6) auf die Kontaktoberf läche (4) fließt; und

(d) Übertragen der Tinte, die auf die Kontaktoberfläche (4) geflossen ist, zu dem Druckmedium (10).

13. Ein Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt

(d) folgende Schritte aufweist:

(d1) Übertragen der Tinte auf der Kontaktoberfläche (4) zu einer Zwischentransferoberfläche (54); und

(d2) Übertragen der Tinte von der Zwischentransferoberfläche (54) zu dem Druckmedium (10).

14. Ein Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt des Einführens (c) durch einen der folgenden gekennzeichnet ist:

(i) lokales Erwärmen der Tinte in der Nähe der bestimmten der Perforationen (6), um die Viskosität der Tinte in der Nähe der bestimmten der Perforationen (6) zu reduzieren;

(ii) Anlegen eines elektrischen Feldes in der Nähe jeder der bestimmten der Perforationen (6), um die Viskosität der Tinte in der Nähe der bestimmten der Perforationen (6) zu verändern; und

(iii) Anlegen eines magnetischen Feldes in der Nähe jeder der bestimmten der Perforationen (6), um die Viskosität der Tinte in der Nähe der bestimmten der Perforationen (6) zu verändern.