DE69824108T2

DE69824108T2 - Verfahren und gerät zum Modulieren der Tintenintensität beim Tintenstrahldrucken

Info

Publication number: DE69824108T2
Application number: DE69824108T
Authority: DE
Inventors: Wayne C Jaeger; Stephen M. Kroon
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: DE69824108D1; US6059404A; EP0911175B1; EP0911175A2; EP0911175A3; JPH11192735A; JP3608399B2

Description

Diese Erfindung betrifft Tintenstrahldruck und besonders ein Druckverfahren und einen Apparat für das Bereitstellen von Bildern mit Farbstufen verschiedener Intensität, besonders für das Bedrucken von Klarsichtfolien, die verwendet werden, um hochqualitative medizinische Bilder zu produzieren wie etwa Röntgenbilder, Ultraschallbilder, Nuklearmedizinbilder, Magnetresonanzbilder, Computer-erzeugte Tomographiebilder, Positronabstrahlungsbilder und angiographische Bilder.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und einen Apparat für Tintenstrahldrucken unter Verwendung von fester oder von die Phase wechselnder Tinte. EP-A-0 780 233 betrifft ebenfalls eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit Verwendung einer die Phase wechselnden Tinte, die bei Raumtemperatur in einem festen Zustand ist und in einen geschmolzenen Zustand gebracht wird, wenn sie auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird. Die Vorrichtung umfasst einen Heizer, der die phasenwechselnde Tinte in ihren Tintenbehältern erhitzt und schmilzt.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach dem Stand der Technik verwenden typisch eine oder mehrere Tinten einer einzigen Intensität. Bilder werden auf einem Aufzeichnungsmedium durch Ausstoßen von Tintentröpfchen von einem Tintenstrahlkopf auf das Medium aufgebracht. Farbtintenstrahldrucker verwenden typisch vier subtrahierende Primärfarben von Tinte: Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Nichtprimärfarben werden erzeugt durch Drucken unterschiedlicher subtrahierender Primärfarben übereinander. Eine Modulation der Intensität der Farbe des gedruckten Bilds, die im Folgenden Grauskalendrucken genannt wird, wird typisch durch eine von zwei Verfahren erreicht: (1) Modulieren des Durchmessers oder der Größe eines Tintenpunkts unter Beibehaltung der Anzahl von Punkten innerhalb einer spezifischen Fläche des Bilds; oder (2) Verändern der Anzahl der Punkte, die in einer spezifischen Fläche gedruckt werden, ohne Veränderung des Durchmessers eines einzelnen Punkts.
Eine Modulation der Tintenpunktgröße beinhaltet die Steuerung des Volumens eines jeden Tintentröpfchens, das durch den Tintenstrahlkopf ausgestoßen wird. Je größer die Punktgröße wird, um so dunkler wird die Farbintensität des gedruckten Bilds. Verfahren für die Modulation des Volumens der von dem Tintenstrahldruckkopf ausgestoßenen Tintentröpfchen sind in der Technik bekannt. Z. B. beschreibt das U.S. Patent Nr. 3,946,398 einen Drop-on-Demand-Tintenstrahldruckkopf, der Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe als Reaktion auf Druckimpulse ausstößt, die in einer Tintendruckkammer durch einen piezokeramischen Transducer (PZT) entwickelt werden. Das Tintentröpfchenvolumen wird moduliert durch Verändern des Betrags der elektrischen Wellenformenergie, die zur Erzeugung eines jeden Druckimpulses an den PZT angelegt wird. Jedoch verursacht eine Veränderung des Tintentröpfchenvolumens eine Veränderung der Tintentröpfchenausstoßgeschwindigkeit, was zu Tröpfchenauftreffpositionsfehlern führt.
Das U.S. Patent Nr. 4,393,384 beschreibt ein Verfahren für die voneinander unabhängige Steuerung sowohl des Tröpfchenvolumens als auch der Ausstoßgeschwindigkeit. Um Punkte vorzusehen, die für Bilder niedriger Intensität klein genug sind, ist eine sehr kleine Tintenstrahlöffnung erforderlich. Solch ein Tintenstrahldruckkopf ist schwierig herzustellen und verstopft leicht.
Andere Ansätze haben ein Verfahren für die Steuerung der Tröpfchenvolumengröße und der Ausstoßgeschwindigkeit mittels eines elektrischen Felds angewendet, das die Tintentröpfchen im umgekehrten Verhältnis zu ihrem Volumen beschleunigt, wodurch der Effekt der Schwankungen der Ausstoßgeschwindigkeit reduziert wird. Zusätzlich ermöglicht das elektrische Feld die Bildung eines Tintentröpfchens, das kleiner als der Durchmesser der Öffnung ist. Jedoch vergrößert die Verwendung des elektrischen Felds die Komplexität und Kosten des Druckers.
Das U.S. Patent Nr. 5,495,270, das am 27. Februar 1996 ausgegeben und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde, legt einen Tintenstrahldrucker offen, der Tintentröpfchen unterschiedlicher Volumina produziert, die im Wesentlichen dieselbe Ausstoßgeschwindigkeit haben, durch Vorsehen von vielfachen PZT-Antriebswellenformen. Die Anzahl der unterschiedlichen Tintentröpfchengrößen und deshalb die Anzahl der Graustufen, die unter Verwendung dieser Technik produziert werden können, ist sehr begrenzt. Zusätzlich ist die für die Verwirklichung dieser Technik erforderliche Technologie ziemlich komplex.
Beim Drucken mit einer Tintenpunktgröße gibt der Drucker Tröpfchen einer Größe ab, die groß genug sind, um ein Drucken mit einer für eine gegebene Auflösung angemessener "Feststofffüllung" zu ergeben. Die Farbintensität wird durch einen Prozess gesteuert, der als "dithering" bezeichnet wird, bei dem die wahrgenommene Intensität eines Felds von Punkten durch selektives Drucken oder nicht Drucken individueller Punkte innerhalb eines Felds moduliert wird, wodurch die Anzahl der Punkte in dem spezifischen Feld verändert wird. Falls z. B. eine 50 prozentige Durchschnittsintensität gewünscht wird, werden die Hälfte der Punkte in dem Feld gedruckt. Viele "dither"-Musterpunktdichten sind möglich, um einen weiten Bereich von Intensitätsstufen vorzusehen. Für ein zwei-mal-zwei-Punktfeld sind fünf Intensitätsstufenmuster möglich. Ein acht-mal-acht-Punktfeld kann 65 unterschiedliche Intensitätsstufen produzieren. Brauchbare Abstufungen der Farbe in einem Bild werden somit erreicht durch Verteilung einer großen Zahl durch "dithering" geeignet erzeugter Felder über das Aufzeichnungsmedium in einer vorbestimmten Anordnung.
Jedoch gibt es bei "dithering" einen Kompromiß zwischen der Anzahl der möglichen Intensitätsstufen und der Größe des Punktfelds, das für das Erreichen dieser Stufen erforderlich ist. Eine Vergrößerung der Größe der "dither"-Zelle führt zu einem Verlust der räumlichen Genauigkeit aufgrund der geringeren Auflösung der "dither"-Muster. Dies wiederum führt zu Druckbildern mit einem körnigen Aussehen.
Der Canon FP-510 Drucker verwendet Tintentröpfchen unterschiedlicher Größen, um ein Bild veränderter Farbintensität zu produzieren. Der Canon FP-510 Drucker verwendet auch drei unterschiedliche Dichten der flüssigen, wasserlöslichen Zyan- und Magenta-Tinte (dick, mittel und leicht), um bis zu 64 Farbabstufungen vorzusehen. Zusätzlich zu der Verwendung flüssiger Tinte kann der Canon FP-510 Drucker nur mit speziell beschichtetem Rollenpapier verwendet werden, wodurch die vielseitige Verwendung begrenzt wird.
Bei der Bildgebung für medizinische Diagnose besteht ein Bedarf für die Erzeugung von Bildern mit wesentlichem Kontrast zwischen abgebildeten und nicht abgebildeten Bereichen und für die Heraushebung der Unterschiede zwischen unterschiedlichen Stufen von Grau, die durch die Verwendung fester oder Phasenwechseltinte erreicht werden. Dennoch bleibt bei Verwendung von Tinten verschiedener Intensität für das Erreichen vielfacher Grauskalenstufen die Notwendigkeit einer langen Lagerhaltbarkeit und Lichtechtheit.
Deshalb besteht ein fortwährender Bedarf in der Technik nach einem einfachen, billigen und leicht zu verwendendem Tintenstrahldrucker und nach einem Druckverfahren, das ein hochauflösendes Graustufendrucken vorsieht, besonders in Anwendungen für die Bildgebung für medizinische Diagnose auf Transparentfilm und ohne Leistung und Nutzungsvielseitigkeit zu opfern.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Graustufentintenstrahldruckverfahren vorzusehen, welches hochqualitative Bilder ergibt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Graustufentintenstrahldruckverfahren und Apparat vorzusehen, welche hochqualitative Bilder mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Farbintensitäten ohne das körnige Erscheinungsbild produzieren, das mit "dithering" einhergeht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Graustufentintenstrahldruckverfahren und Apparat vorzusehen, welche konventionelle Tintenstrahlköpfe verwenden, wodurch die Anwendung existierende Druckkopftechnologie ermöglicht wird.
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Verfahren und Apparat vorzusehen, welche verwendet werden können, um Bilder auf einem jeden Standardaufzeichnungsmedium zu bilden.
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen hochauflösenden Graustufentintenstrahldrucker und Druckverfahren mit Verwendung von Phasenwechseltintenkompositionen vorzusehen, welche schwarzfärbende Mittel in thermisch stabilen Schwarzfärbsystemen in Verbindung mit einer klaren Tinte ohne jegliche Färbemittel umfassen, um Kontrast und Hervorhebung in die abgebildeten Bereiche zu bringen.
Die vorliegende Erfindung erreicht ihre Ziele durch Vorsehen eines Verfahrens für die Erzeugung eines Graustufendruckbilds mit variablen Farbintensitäten, welches die in Anspruch 1 angegebenen Schritte umfasst. Die vorliegende Erfindung sieht auch einen Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker vor für die Erzeugung von Druckbildern mit variablen Farbintensitäten, welcher die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale umfasst.
Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass das Verhältnis der das Färbsystem bildenden Farbmittel beim Einbringen in Tinten so eingestellt werden kann, dass ein mit dem Absorptionsspektrum von Silberhalogenidfilmen vergleichbares Absorptionsspektrum zwischen etwa 380 nm und etwa 630 nm herauskommt.
Es ist ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass das Bild, das mit den Phasenwechseltinten produziert wird, welche die Schwarzfärbsysteme und die klare Tinte bilden, die schwarze Silberhalogenidfarbe duplizieren, welche durch das menschliche Auge wahrgenommen wird, wenn es in einer Umgebung betrachtet wird, in der die medizinischen Bilder normaler Weise auf einem fluoreszierenden Lichtkasten betrachtet werden.
Es ist ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die Bilder, die mit den Phasenwechseltinten produziert werden, welche die Schwarzfärbsysteme und die klare Tinte bilden, eine gewünschte optische Dichte produzieren in dem abschließend gebildeten, kein Silberhalogenid enthaltenden Transparentfilm für Verwendung in Bildgebungsanwendungen für medizinische Diagnose.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass Phasenwechseltinten, die aus der Kombination eines Prozesses aus zusammengesetztem Schwarzfärbmittel, wie etwa einem Farbstoff, und einem anderen Färbemittel, wie etwa einem Farbstoff, mit einer Phasenwechseltintenbase und einer klaren Phasenwechseltinte produziert werden, in einem Tintenstrahlbildgebungssystem verwendet werden können, das umweltfreundlich und ein alternatives Bildgebungsverfahren mit relativ niedrigen Kosten im Vergleich zu dem chemisch nassen Prozesssystem mit fotografischem Film auf Silberhalogenidbasis ist, welches gegenwärtig bei der Bildgebung für medizinische Diagnosen angewendet wird.
Es ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Phasenwechseltinten, welche die kompatiblen Schwarzfärbmittelsysteme anwenden, keine Niederschläge oder Druckkopftintenstrahlöffnungsverstopfung aufweisen, wenn sie in einem Tintenstrahldrucker verwendet werden.
Es ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Schwarzfärbmittelsysteme mit Phasenwechseltinten kompatibel sind, wenn sie in Tintenstrahldruckern in Bildgebungsanwendungen für medizinische Diagnose verwendet werden.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Schwarzfärbmittelsysteme stationär sind und im Verlauf der Zeit nicht in die abgebildeten Bereiche auswandern.
Es ist ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass keine der Farbmittel in den Schwarzfärbmittelsystemen ausblühen; d. h. dass kein Farbmittel kristallisiert und zu der Oberfläche wandert, wo es sich als staubförmiges Puder auf der Oberfläche des Druckbilds manifestiert.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden nach der vorliegenden Erfindung erreicht durch Drucken mit schwarzen Grauskalen-Phasenwechseltinten unterschiedlicher Intensität und einer klaren Phasenwechseltintenbase, wodurch vielfache schwarze Grauskalenstufen und eine kontrastierender klarer Bereich produziert wird. Die Bildung der schwarzen Grauskalen-Phasenwechseltinten kann entweder vor der Plazierung der schwarzen Grauskalen-Phasenwechseltinten in den Drucker durchgeführt werden, oder kann innerhalb des Druckers stattfinden, um unterschiedliche Stufen der Farbintensität während des Druckprozesses zu produzieren. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Schwarzfärbmittelsysteme kombinieren ein Schwarzfärbmittel wie etwa einen Farbstoff mit einem niedrigen Absorptionsbereich mit mindestens einem zweiten Färbemittel wie etwa einen Farbstoff mit einem hohen Absorptionsbereich, der mit dem niedrigen Absorptionsbereich des Schwarzfärbmittels korrespondiert, um Tinten zu produzieren, die nützlich sind bei Tintenstrahlbildgebungsanwendungen für medizinische Diagnosen, um Bilder mit schwarzgefärbten Bereichen in dem für Menschen sichtbaren Reaktionsspektrum von etwa 380 nm bis etwa 670 nm zu erzeugen. Diese Bilder sind vergleichbar mit Bildern für medizinische Diagnose, die unter Verwendung von traditionellem fotografischen Film auf Silberhalogenid basis produziert werden, wenn sie unter Verwendung einer fluoreszierenden Lichtquelle betrachtet werden, die typisch von Radiologie-Ärzten verwendet wird.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden deutlicher werden bei Beachtung der folgenden detaillierten Offenlegung der Erfindung, insbesondere wenn sie zusammengenommen wird mit den begleitenden Zeichnungen, wobei
1 eine schematische Darstellung eines vierstufigen Grauskalen-Tintenstrahldruckers der vorliegenden Erfindung ist.
2A eine isometrische Darstellung der Mischdüse der vorliegenden Erfindung ist.
2B eine Schnittdarstellung eines piezoelektrischen Treibers der vorliegenden Erfindung ist.
3 eine fragmentarische, isometrische Darstellung einer Mischkammer der vorliegenden Erfindung ist.
Nach ihre Verwendung hier sind die folgenden Begriffe wie folgt zu verstehen:
Ein kompatibles Schwarzfärbsystem bedeutet mindestens ein Färbemittel, das in der Farbe schwarz und chemisch und physikalisch kompatibel (z. B. nicht reagierend und löslich) mit der Phasenwechseltintenbase und den Färbemitteln oder Farben selbst ist. Es ist zu verstehen, dass das Schwarzfärbmittel, das in dem kompatiblen Schwarzfärbsystem verwendet wird, ein Prozessschwarz (ein einziges Farbmittel) oder ein zusammengesetztes Schwarz (eine Mischung von Farbmitteln) sein kann. Lichtecht bedeutet, dass das Färbsystem beständig ist gegen Ausbleichen bei Belichtung. Thermisch stabil bedeutet, dass sich das Färbsystem bei den Betriebstemperaturen des Tintenstrahldrucksystems nicht entfärbt, leicht oxydiert oder anderweitig reagiert.
Niedriger Absorptionsbereich und hoher Absorptionsbereich bedeutet, dass die Absorption von Licht in dem niedrigen Absorptionsbereich im für Menschen sichtbaren Reaktionsspektrum kleiner als etwa 80% der Absorption von Licht in dem hohen Absorptionsbereich im für Menschen sichtbaren Reaktionsspektrum bei den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Färbemitteln ist. Dies wird reflektiert in dem Spektrum schwarzer Tinte, das niedrige Absorptionsbereiche von etwa 350 nm bis etwa 400 nm und hohe Absorptionsbereiche von etwa 550 nm bis etwa 630 nm hat. Es wird bemerkt, dass die für Menschen sichtbare Reaktion nur von etwa 400 nm bis etwa 670 nm ist.
Zusätzlich umfasst Kompatibilität vorzugsweise Färbemittel, die nicht ausblühen und eine starke Ergiebigkeit aufweisen. Nicht ausblühen bedeutet, dass kein Färbemittel auskristallisiert und zu der Oberfläche auswandert, wo es sich selbst als staubartiges Puder auf der Oberfläche des Druckbilds manifestiert. Nicht auswandern bedeutet, dass ein Färbemittel wie etwa ein Farbstoff im Verlauf der Zeit nicht innerhalb der abgebildeten Bereiche wandert, z. B. von einem dunkleren Bereich zu einem klaren oder helleren Bereich. Starke Ergiebigkeit bedeutet, dass ein Färbemittel eine starke Absorption pro Gewichtseinheit oder eine sehr tiefe (optische dichte) Farbe aus einer minimalen Menge des Färbemittels produziert. Es ist zu verstehen, dass Färbemittel oder Färbestoffe vorzugsweise Farbstoffe umfassen, aber genauso gut geeignete Pigmente, gefärbte, aus Isozyanat entwickelte Urethanwachse, polymerische Färbemittel und ihre Derivate und gefärbte, aus Isozyanat entwickelte Urea-Urethan-Mischkunststoffe umfassen können.
Die Phasenwechseltinten der vorliegenden Erfindung bestehen aus zwei Teilen, nämlich einem Anteil eines Färbemittelsystems und einem Anteil eines Phasenwechseltintenträgers oder einer Phasenwechseltintenbase, außer wo klare Tinte angewendet wird, die nur einen Anteil eines ungefärbten Phasenwechseltintenträgers oder einer Phasenwechseltintenbase verwendet.
Das Graustufendruckverfahren und Apparat der vorliegenden Erfindung verwenden Phasenwechseltinten. Bei Umgebungstemperatur sind diese Tinten in der festen Phase, sind aber bei erhöhter Betriebstemperatur eines Tintenstrahldruckers in der flüssigen Phase. In einem typischen Phasenwechseltintenstrahldrucker werden feste Barren von Phasenwechseltinte in getrennte Behälter plaziert. Sobald der Drucker angeschaltet ist, wird die Tinte über ihre Schmelztemperatur hinaus erhitzt und im Ruhezustand auf etwa 100°C gehalten. Wenn der Drucker den Betriebsbereitschaftszustand erreicht, wird die Tinte auf angenähert 120°C erhitzt und dem Tintenstrahlkopf zugeführt, der auf etwa 140°C gehalten wird.
Phasenwechseltinten bieten verschiedene Vorteile über flüssigen, wasserlöslichen Tinten. Erstens sind sie bei Raumtemperatur leicht zu lagern und zu handhaben. Zweitens ist das Problem der Düsenverstopfung aufgrund von Tintenverdampfung größten Teils beseitigt, was zu verbesserter Zuverlässigkeit des Druckers führt. Zusätzlich verfestigen sich Tintentröpfchen bei Kontakt mit dem Aufzeichnungsmedium sofort, wodurch Wanderung von Tinte entlang dem Medium verhindert und Abbildungsqualität verbessert wird.
Bevorzugte Phasenwechseltinten für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung haben hohe Flexibilität und hohe Schmelzpunkte, sehr bevorzugt von etwa 80°C, wodurch die Haltbarkeit der aus den Tinten gebildeten Abbildungen verbessert wird. Zusätzlich zeigen die bevorzugten Phasenwechseltinten eine niedrige Schmelzviskosität, was eine vergrößerte Effizienz des Ausstoßprozesses ergibt. Phasenwechseltintenbasen, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen jene, die in den U.S. Patenten Nr. 4,889,560 und 5,084,099 beschrieben sind. Andere Phasenwechseltintenbasen sind in der Technik bekannt und können mit der vorliegenden Erfindung nützlich verwendet werden.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Barren von Phasenwechseltinte mit unterschiedlichen Grauskalenstufen vorbereitet werden zuerst durch Erhitzen einer gefärbten Phasenwechseltinte auf über ihre Schmelztemperatur. Die geschmolzene gefärbte Tinte wird dann mit einer klaren Tintenbase gemischt, die keine Färbestoffe enthält, und zur Abkühlung auf Raumtemperatur gebracht, um einen festen Barren einer Grauskalentinte zu bilden. Durch Verändern des Verhältnisses der gefärbten Tintenbase zu der klaren Tintenbase werden unterschiedliche Stufen der Farbintensität erreicht. Das bevorzugte Verhältnis der gefärbten Tintenbase zu der klaren Tintenbase hängt von vielen Parametern ab, wie etwa Farbstoffbedingungen einschließlich z. B. der Färbergiebigkeit des Farbstoffs, der Tröpfchenmasse und der Art der verwendeten Tintenbase. Z. B. können Verhältnisse von 1 : 4, 1 : 8, 1 : 16, 1 : 32 und 1 : 64 von gefärbter Tintenbase zu der klarer Tintenbase verwendet werden. Die sich ergebenden Barren von Grauskalenphasenwechseltinte werden dann in einem Standard-Phasenwechseltintenstrahldrucker wie einem Tektronix Phaser^®300 oder Phaser^®350 angewendet, um Bilder hoher Auflösung zu produzieren.
Nach diesem Verfahren können hochqualitative Monochrombilder gebildet werden durch Erhitzen einer schwarzen Phasenwechseltintenbase auf ihre Schmelztemperatur und dann Verdünnen der Tinte mit einer klaren Tintenbase, wodurch Tinten unterschiedlicher Schattierung von Schwarz produziert werden können. Die sich ergebenden Barren von schwarzen Phasenwechseltinten werden in Standard-Phasenwechseltintenstrahldruckern verwendet, um Monochrombilder hoher Auflösung zu bilden. In diesem Verfahren werden Barren von klarer Phasenwechseltinte zusammen mit den Barren von schwarzer Phasenwechseltinte angewendet. Die Verwendung klarer Phasenwechseltinte ergibt eine vollständige Bedeckung mit Tinte und lässt keine unbedruckten Bereiche ohne Tinte zurück. Die Benutzung der klaren Phasenwechseltinte hilft bei der Erhaltung des Monochrombilds, das durch die vielfachen Schichten von schwarzer Graustufentinte gebildet ist, verhindert eine Punktvergrößerung, die durch Ausbreiten der schwarzen Graustufentintenpunkte verursacht wird, und ergibt Kontrast und Hervorhebung der Bildbereiche. Diese Technik ist besonders nützlich bei Bildgebung bei medizinischer Diagnose, bei der ein vom Computer erzeugtes Monochrombild direkt auf ein Standardaufzeichnungsmedium wie Transparentfilm oder alternativ Papier gedruckt werden kann, wodurch ein hochqualitatives Bild gebildet wird, was sowohl bequem zu betrachten als auch leicht zu handhaben ist.
Der prozentuale Anteil des schwarzen Färbemittels zu der Phasenwechseltintenbase wird bestimmt durch die ausreichende Menge des schwarzen Färbesystems, die notwendig ist, um die gewünschte Absorption zu erreichen. Der prozentuale Anteil des schwarzen Färbesystems zu der Tintenbase liegt nach Gewicht zwischen etwa 0,1 bis etwa 7 Teile auf hundert Teile (0,1% bis 7%), und vorzugsweise zwischen etwa 0,2 bis etwa 4 Teilen pro hundert Teilen nach Gewicht (0,2% bis 4%).
Der Anteil des Färbemittels der schwarzen Tinten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, besteht vorzugsweise aus zwei oder mehr Farbstoffen. Einer dieser Farbstoffe ist ein schwarzer Farbstoff wie etwa Color Index (C.I.) Solvent Black 45. Andere geeignete Farbstoffe können die Farbstoffe C.I. Solvent Black 22, 27, 28, 29 und 35 umfassen. Der am meisten bevorzugte Farbstoff ist C.I. Solvent Black 45. Jedoch kann jeder schwarze Farbstoff annehmbar sein, der die Kombination von Eigenschaften von (1) Löslichkeit in dem Anteil der Phasenwechseltintenbase, (2) thermische Stabilität und (3) ausreichende Lichtbeständigkeit hat, um für Bildgebungsanwendungen der medizinischen Diagnose nutzbar zu sein.
Die anderen Färbemittel des Färbemittelsystems der vorliegenden Erfindung werden primär deshalb ausgewählt, weil sie vermehrte Absorption in dem mangelhaften Bereich niedriger Absorption des sichtbaren Spektrums der schwarzen Färbemittel vorsehen (d. h. bei etwa 425 nm bis etwa 525 nm für C.I. Solvent Black 45. Ferner sollten diese anderen Färbemittel ebenfalls ausreichende Löslichkeit in dem Anteil der Phasenwechseltintenbase, thermische Stabilität, Kompatibilität mit dem schwarzen Färbemittel, keine Auswanderung und Lichtbeständigkeit haben, um für Bildgebungsanwendungen der medizinischen Diagnose nutzbar zu sein. Ferner ist vorzuziehen, dass dieses oder diese zusätzliche(n) Färbemittel hinsichtlich der Umwelt sicher und ungiftig sind, eine Registrierung nach dem Toxic Substance Control Act (TSCA) hat, nicht ausblüht, farbstark und kommerziell verfügbar ist. Besonders zwei Farbmittel, C.I. Disperse Orange 47 und C.I. Solvent Orange 60 werden als Färbemittel bevorzugt.
Wenn C.I. Disperse Orange 47 und C.I. Solvent Black 45 in Kombination verwendet werden, wurde herausgefunden, dass die Gewichtsanteile von C.I. Disperse Orange 47 zu C.I. Solvent Black 45 vorzugsweise von etwa 5 Teile bis etwa 10 Teile von orangefarbigem Farbstoff auf 100 Teile von schwarzem Farbstoff, stärker bevorzugt von etwa 7 Teile bis etwa 8,5 Teile von orangefarbigem Farbstoff auf 100 Teile von schwarzem Farbstoff betragen. Es wird angenommen, dass die Verhältnisse anderer geeigneter Farbstoffe abhängig von ihren individuellen Färbestärken eingestellt würden.
Die sich ergebende Absorption des Färbesystems in der Phasenwechseltinte sollte angenähert gleich über das sichtbare Spektrum von 380 nm bis etwa 630 nm sein (d. h., dass die Absorption in einem Bereich nicht niedriger als 80 Prozent der Absorption in einem anderen Bereich ist). Der funktionale Ansatz ist, die Absorption zwischen den Bereichen hoher Absorption und den Bereichen niedriger Absorption anzugleichen. Dies ergibt ein Färbesystem, in dem die individuellen Absorptionen von C.I. Solvent Black 45 und C.I. Disperse Orange 47 kombiniert werden, was eine im Wesentlichen ausgeglichene Absorption über den Abschnitt des sichtbaren Spektrums ergibt, auf den Menschen reagieren. Ferner sollten die Tinten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, alle oben angeführten Wunscheigenschaften des Färbemittels besitzen. In Fällen, in denen Pigmente als Färbemittel angewendet werden, kann ein Dispergens oder Tensid verwendet werden, um ein Absetzen oder eine Ansammlung der Pigmente zu verhindern.
In einem bevorzugten Fall umfassen die Phasenwechseltintenbasekompositionen, die mit den besonderen schwarzen Tinten der gewünschten optischen Dichte verwendet werden, eine Tetraamid-Mischung und eine funktionelle Monoamid-Mischung und ein Modifizierungsmittel, welches einen Haftverstärker, einen Weichmacher und ein Antioxidant umfasst. Die bevorzugten Zusammensetzungsbereiche dieser Phasenwechseltintenbasekompositionen sind wie folgt: von etwa 10 bis etwa 50 und stärker bevorzugt von etwa 15 bis etwa 30 Gewichtsprozent einer Tetraamid-Mischung, von etwa 30 bis etwa 80 und stärker bevorzugt von etwa 40 bis etwa 55 Gewichtsprozent einer Monoamid-Mischung, von etwa 0 bis etwa 40 und stärker bevorzugt von etwa 15 bis etwa 35 Gewichtsprozent einer Haftverstärkers, von etwa 0 bis etwa 30 und stärker bevorzugt von etwa 4 bis etwa 10 Gewichtsprozent einer Weichmachers und von etwa 0 bis etwa 2 und stärker bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 1 Gewichtsprozent eines Antioxidants. Diese Phasenwechseltintenbasen werden in weiterem Detail beschrieben in dem U.S. Patent Nr. 5,372,852, das am 13 Dezember 1994 herausgegeben und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugeteilt wurde.
Im Betrieb sind die Grauskalentinten und die klare Phasenwechseltintenbase, die in dem Prozess und System der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorzugsweise anfangs in fester Form und werden dann zu dem geschmolzenen Zustand durch die Anwendung von Wärmeenergie übergeführt, um die Temperatur von etwa 85°C auf etwa 150°C zu erhöhen. Temperaturen oberhalb dieses Bereichs würden eine Verschlechterung oder ein chemisches Aufbrechen der Tinte im Verlauf der Zeit verursachen. Die geschmolzenen Tinten werden dann in Rasterform von den Tintenstrahldüsen in dem Druckkopf zu der freiliegenden Oberfläche der flüssigen Schicht angebracht, welche die vorübergehende Übertragungsfläche bildet, wo sie auf eine Zwischentemperatur abkühlen und zu einem dehnfähigen Zustand verfestigen, in dem sie auf die endgültige Aufnahmefläche übertragen werden über eine Kontaktübertragung beim Eintritt in die Berührungslinie zwischen der Andruck- und Verschmelzungswalze und der flüssigen Schicht, welche die vorübergehende Übertra gungsfläche auf der Trägerfläche oder Trommel bildet. Diese Zwischentemperatur, bei der die verfestigte Tinte in einem dehnbaren Zustand gehalten wird, liegt zwischen 30°C und 80 °C.
Sobald das verfestigte, dehnbare Tintenbild in die Klemmstelle kommt, wird es zu seiner endgültigen Bildgestaltung verformt und haftet oder ist an dem endgültigen Aufnahmesubstrat befestigt entweder durch den von der Andruck- und Verschmelzungswalze gegen das Tintenbild auf dem endgültigen Aufnahmesubstrat ausgeübte Druck oder durch die Kombination von Druck und Hitze, die durch einen Heizapparat zugeführt wird. Ein zusätzlicher Heizapparat könnte optional angewendet werden, um Wärme zuzuführen, um den Prozess an diesem Punkt zu erleichtern. Der auf das Tintenbild ausgeübte Druck liegt zwischen etwa 10 und etwa 2000 psi (pounds per square inch) und stärker bevorzugt zwischen etwa 200 und etwa 1000 psi. Der Druck muss ausreichend sein, damit das Tintenbild an dem endgültigen Aufnahmesubstrat anhaftet und ausreichend verformt zu sein, dass Licht durch das Tintenbild geradlinig oder ohne signifikanter Ablenkung in seinem Pfad von dem Einlass bis zum Auslass in solchen Fällen durchgelassen wird, in denen das endgültige Aufnahmesubstrat eine Transparentfolie ist. Sobald es an dem endgültigen Aufnahmesubstrat anhaftet, kühlt das Tintenbild auf eine Umgebungstemperatur von etwa 20°C bis etwa 25°C ab. Die das Bild bildende Tinte muss geschmeidig sein oder nachzugeben in der Lage sein oder eine plastische Verformung ohne Brechen aushalten, wenn es oberhalb der Glasübergangstemperatur gehalten wird. Unterhalb der Glasübergangstemperatur ist die Tinte spröde. Die Temperatur des Tintenbilds im geschmeidigen Zustand liegt zwischen etwa –10°C und etwa dem Schmelzpunkt, oder niedriger als etwa 85°C. Der hier beschriebene indirekte Druckprozess wird in größerem Detail in U.S. Patent Nr. 5,389,958 beschrieben, das am 14 Februar 1995 erteilt und dem Halter der vorliegenden Erfindung zugeteilt wurde.
Eine andere wichtige Eigenschaft der Phasenwechseltinten ist Viskosität. Die Viskosität der geschmolzenen Tinte muss mit den Anforderungen des Tintenstrahldruckkopfs übereinstimmen. Für die Zwecke dieser Erfindung wird die Viskosität der Phasenwechseltinte auf einem Bohlin Modell CS-50 Rheometer unter Verwendung einer Becher-und-Scheibe-Geometrie gemessen. Es ist vorzuziehen, dass die Viskosität der Phasenwechseltintenkomposition der vorliegenden Erfindung bei etwa 140°C zwischen etwa 10 und etwa 16 Centipoise (cPs) liegt, und stärker bevorzugt zwischen etwa 12 und etwa 14 cPs liegt.
Die Viskosität der bevorzugten Phasenwechseltintenkomposition kann eingestellt werden durch entweder mehr Monoamid-Mischung oder durch mehr Tetraamid-Mischung. Ein Hinzufügen von mehr Monoamid-Mischung wird die Viskosität reduzieren, während ein Hinzufügen von mehr Tetraamid-Mischung die Viskosität erhöhen wird.
Das endgültige Aufnahmesubstrat für die Verwendung mit der Tinte der vorliegenden Erfindung kann eine Varietät von Medien sein, einschließlich durchlässiger oder undurchlässiger, transparenter, halbtransparenter oder undurchsichtiger Substrate. Wenn Papier verwendet wird, kann die Menge der durch den Drucker abgelagerter Tinte für das Erreichen derselben scheinbaren optischen Dichte angenähert halb so viel wie die auf einer Transparentfolie wie einer transparenten Polyesterfolie abgelagerten Menge sein. Dies kommt daher, dass Licht im Reflexionsmode durch die Tinte auf dem Papier zweimal hindurchgeht, sowohl weg vom Auge als auch zum Auge hin. Bei einer Transparentfolie hingegen, die im Durchlichtmode betrachtet wird, geht das Licht zum Auge hin nur einmal hindurch. Der größere Dynamikbereich in der optischen Dichte für Transparentfolien im Vergleich mit reflektierenden Drucken macht Transparentfolien zu dem bevorzugten Medium für Bildgebung für die medizinische Diagnose, die erkennbar unterscheidbare nützliche Graustufen ergibt. Papier hat einen begrenzten Maximalbereich optischer Dichte, der bei Betrachtung im Reflexionsmode erreichbar ist, welche nicht zulässt, dass eine ausreichende Zahl von Schwarzstufen erreicht werden, um zuverlässig nützlich bei diagnostischen Anwendungen zu sein. Jedoch sind Transparentfolien das bevorzugte Medium für diagnostische Bildgebung, weil sie in der Lage sind, einen größeren Bereich der optischen Dichte zu liefern, verglichen mit Reflexionsdrucken.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt, dass vielfache Graustufen erreicht werden durch Verwendung von Tinten mit vier unterschiedlichen Konzentrationen von Färbesystemen, einzeln und durch überlappendes Drucken. In dieser Ausführungsform wird eine klare Tinte, die nur die Base ohne eine der schwarzen Färbesysteme verwendet, in Verbindung mit Tinten mit drei unterschiedlichen Gewichtsprozenten schwarzen Färbestoffs benutzt; insbesondere mit etwa 0,41 Gewichtsprozent schwarzen Farbstoffs, etwa 1,18 Gewichtsprozent schwarzen Farbstoffs und etwa 3,15 Gewichtsprozent schwarzen Farbstoffs. Diese drei Prozentsätze ergeben Tinten mit schwarzer Tinte niedriger, mittlerer bzw. hoher optischer Dichte. Alle schwarzen Tinten umfassen dasselbe Ver hältnis von orangefarbenem Farbstoff zu schwarzen Farbstoff, um eine gleichmäßigere Absorption über das sichtbare Spektrum zu erreichen. In dieser Ausführungsform werden die Farbstoffe C.I. Disperse Orange 47 und C.I. Solvent Black 45 zusammen verwendet. Sie werden in demselben Verhältnis für alle Tinten verwendet, vorzugsweise ist das Verhältnis von dem Farbstoff C.I. Disperse Orange 47 zu dem Farbstoff C.I. Solvent Black 45 von etwa 0,070 bis etwa 0,085 Teilen orangefarbenem Farbstoff zu einem Teil schwarzem Farbstoff. Dieses konstante Verhältnis von orangefarbenem Farbstoff zu schwarzem Farbstoff simuliert die schwarze Farbe, die bei Röntgenfilmen unter Verwendung eines Silberhalogenidfilms für medizinische Bildgebung erreicht wird. Das zusammengesetzte Schwarzfärbsystem der vorliegenden Erfindung kann angewendet werden, wobei individuelle Färbekomponenten eingestellt werden können, um ein Absorptionsspektrum zu ergeben, das vergleichbar ist mit dem eines Bilds auf Silberhalogenidfilm. Die Aufbereitung des dreistufigen schwarzen Tintensystems unter Ausschluss der klaren Tinte, ergibt Tinten unterschiedlicher Gesamtintensitäten, jedoch haben die einzelnen Färbekomponenten ein konstantes Verhältnis zueinander für jede der drei Tinten. Eine klare Tintenbase ohne jeden schwarzen oder orangefarbenen Farbstoff wird in medizinischen Bildgebungsanwendungen verwendet, um den Dynamikbereich in optischen Dichten von Tinten niedriger, mittlerer und hoher optischer Dichte zu erreichen.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Mischen der gefärbten Phasenwechseltinten mit einer klaren Tintenbase für die Vorsehung von Grauskalenstufen "im Fluge" innerhalb eines Phasenwechseltintenstrahldruckers durchgeführt. 1 ist eine schematische Darstellung eines vierstufigen Grauskalen-Tintenstrahldruckers der vorliegenden Erfindung. Barren von drei unterschiedlichen Grauskalenstufen von Farben der schwarzen Phasenwechseltinte, nämlich Schwarz niedriger Dichte, Schwarz mittlerer Dichte und Schwarz hoher Dichte, werden zusammen mit einer klaren Tintenbase in dem Drucker plaziert, wobei jede Farbe in einem getrennten konventionellen Tintenbehälter 10 plaziert wird. Die Barren werden erhitzt auf oberhalb der Schmelztemperatur der Tinten unter Verwendung von Standardtechniken, und die geschmolzene Tinte wird zu Mischkammern 12 gepumpt, in denen schwarzgefärbte Tinte mit klarer Tintenbase gemischt wird, um vielfache Grauskalenstufen zu produzieren. Jede Mischkammer 12 ist der Produktion einer Stufe der Grauskalentinte gewidmet.
Unterschiedliche Grauskalenstufen werden produziert durch Verändern des Verhältnisses von gefärbter Tinte zu klarer Tintenbase. Z. B. ergibt ein 1 : 7-Verhältnis von schwarzen Tintentröpfchen zu klaren Tintentröpfchen eine Grauskalenstufe von Schwarz, während ein 1 : 32-Verhältnis eine hellere Grauskalenstufe von Schwarz.
Von den Mischkammern 12 gelangt Grauskalentinte zu dem Druckkopf 14, in dem Tintentröpfchen von Bänken von Bilddüsen 16 auf ein Aufzeichnungsmedium ausgestoßen werden. Jede Bank von Tintendüsen ist vorzugsweise einer spezifischen Grauskalenstufe gewidmet. Ein Tintenstrahldruckkopf, der für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in dem U.S. Patent Nr. 5,087,930 offengelegt, das dem Halter der vorliegenden Anmeldung zugeteilt ist. Andere Druckkopfentwürfe sind in der Technik wohlbekannt und können nützlicher Weise mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Während die in 1 veranschaulichte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung drei Grauskalenstufen einer jeden schwarzen Tinte produziert, ist für eine in der Technik bewanderte Person offensichtlich, dass mehrere oder weniger Mischkammern verwendet werden können, um mehrere oder weniger Grauskalenstufen zu produzieren. Auf ähnliche Weise können weniger schwarze Farben in den Drucker eingebracht sein, um ein Bild mit einem reduzierten Bereich von Grauskalenstufen vorzusehen.
Geschmolzene Tinte wird von dem Behälter 10 zu der Mischkammer 12 mittels einer Mischdüse gepumpt. Wie in 2A gezeigt, umfasst jede Mischdüse einen Einlasskanal 18, eine Druckkammer 20 und einen Auslasskanal 22 mit einer Öffnung 24. Tinte fließt von dem Behälter 10 durch den Einlasskanal 18 und in die Druckkammer 20. Tinte verlässt die Druckkammer 20 über den Auslasskanal 22 zur Öffnung 24, von der Tintentröpfchen ausgestoßen werden.
Die Druckkammer 20 wird durch einen elektromechanischen Transducermechanismus, wie etwa ein piezoelektrischen Treiber, betrieben, wie in 2B gezeigt. Ein elektromechanischer Transducer 30, wie ein PZT, ist an dem Diaphragma 28 befestigt und liegt über der Druckkammer 20. Auf konventionelle Weise hat der Transducer 30 Metallfilmschichten 32, an die ein elektrischer Transducertreiber 34 elektrisch angeschlossen ist. Der Transducer 30 wird typisch in seinem Biegemode betrieben, so dass der Transducer 30 bei Anlegen einer Spannung über die Metallfilmschichten 32 seine Dimensionen zu verändern versucht. Weil er jedoch starr an dem Diaphragma angebracht ist, verbiegt sich der Transducer 30, verbiegt das Diaphragma 28 und verschiebt Tinte in der Druckkammer 20, wodurch der nach außen gerichtete Fluss von Tinte durch den Auslasskanal 22 zu der Öffnung 24 bewirkt wird. Während diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf einen spezifischen Pumpmechanismus beschrieben wurde, sind andere Pumpmechanismen, die in dieser Erfindung nützlicher Weise verwendet werden können, in der Technik wohlbekannt. Solche Pumpmechanismen umfassen elektromagnetische Stellglieder, elektrostatische Tintendüsen oder Verfahren, die mechanische Ventile verwenden.
Ein Mischkammer der vorliegenden Erfindung ist in 3 veranschaulicht. Zwei Mischdüsen stoßen Tröpfchen von den Öffnungen 24 in einer Öffnungsplatte 36 über einen Luftspalt 38 auf eine Mischplatte 40 aus. Eine Düse stößt gefärbte Tinte aus, während die andere Düse klare Tintenbase ausstößt, wodurch verhindert wird, dass Tinte in die Behälter 10 zurück diffundiert. Die Tintentröpfchen sammeln sich an der Mischplatte 40 und laufen in eine zweite Mischkammer 42. Dadurch wird die Tinte an der Mischplatte 40 und in einer weiteren Mischkammer 42 gemischt. Die gemischte Tinte gelangt dann durch eine Öffnung 44 zu einem Standard-Tintenstrahldruckkopf (nicht gezeigt). Das Verhältnis von gefärbter Tinte zu klarer Tintenbase wird gesteuert durch Verändern der Frequenz der Treiberwellenform, die an den PZT angelegt wird. Die wird leicht erreicht unter Verwendung von Software, die in der Technik wohlbekannt ist.
Um ein effizientes Mischen der gefärbten Tinte und der klaren Tintenbase sicherzustellen, haben die durch die Mischdüsen ausgestoßenen Tröpfchen ein kleines Volumen, vorzugsweise im Bereich von etwa 100 bis etwa 10000 pl, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 500 bis etwa 5000 pl, und am stärksten bevorzugt im Bereich von etwa 1000 bis etwa 2000 pl. Zur Vermeidung einer Poolbildung der Tinten auf der Mischplatte 40 und in der weiteren Mischkammer 42 hat die weitere Mischkammer 42 vorzugsweise ein kleines Volumen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die weitere Mischkammer 42 0,508 cm tief und etwa 0,127 cm lang und verengt sich von einer Breite von etwa 0,508 cm am Mischplattenende auf etwa 0,127 cm am Auslassende.
Die vorliegende Erfindung wird weiter veranschaulicht durch die folgenden Beispiele, in denen Beispiel 1 die Produktion eines hochqualitativen Monochrombilds unter Verwendung der ersten Ausführungsform der Erfindung beschreibt, und Beispiel 2 den Entwurf und den Test einer Mischdüse beschreibt, die in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Die Beispiele 3–6 zeigen die Verwendung einer klaren Tintenbase und wechselnde Farbstoffbeladung, um vielfache Stufen von Grauskalentinten zu kreieren, und Beispiel 7 zeigt das Drucken mit einer klaren Tintenbase und vielfachen Stufen von Grauskalentinten, um hochqualitative diagnostische Bilder auf Polyethylenfilm zu produzieren.
Beispiel 1
Ein Monochrombild hoher Auflösung wurde entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie folgt gebildet.
Eine schwarze Standard-Phasenwechseltintenbase, die von Tektronix, Inc. in Wilsonville, Oregon verfügbar ist, wurde auf angenähert 135°C erhitzt und mit einer klaren Tintenbase in den Verhältnissen 1 : 4, 1 : 16 und 1 : 64 schwarze Tintenbase zu klarer Tintenbase gemischt, um drei unterschiedliche Schattierungen von grauer Tinte zu produzieren. Die gemischten Tinten wurden in Formen gegossen und eine Abkühlung auf Raumtemperatur wurde zugelassen. Die sich ergebenden Barren von Grauskalentinten wurden zusammen mit einem Barren von 100% schwarzer Phasenwechseltinte voller Stärke in einen Tektronix Phaser 300 Tintenstrahldrucker eingesetzt. Ein hochqualitativer Monochromdruck, der keine Gammakorrektur benötigte, wurde unter Verwendung dieser Grauskalentinten produziert.
Der Druckschritt dieses Beispiels kann wiederholt werden, wobei ein Barren der klaren Tintenbase ebenfalls in den Drucker eingesetzt wurde, wobei die klare Tintenbase verwendet wurde, um jene Flächen des endgültigen Drucks zu bedrucken, welche keine gefärbten Komponenten hatten. Diese Prozedur produziert bei Ausführung auf Polyethylenfilm diagnostische Qualitätsbilder.
Beispiel 2
Eine Mischdüse für die Verwendung mit klarer und schwarzen Grauskalentinten der vorliegenden Erfindung wurde wie folgt entworfen.
Die notwendige Flussrate für jede Mischkammer 12 wurde bestimmt durch die Anzahl der zu versorgenden Bilddüsen, die Wiederholungsrate der Bilddüsen, die Größe der Bildtröpfchen und die Wiederholungsrate der Mischdüsen. Die maximale Massenflussrate für jede Kammer würde eine Vollseitenfüllung einer einzigen Grauskalenfarbe sein. Unter der Annahme, dass jede Mischkammer 16 Bilddüsen versorgt auf einem Druckkopf, der in einem 1-Seite-pro-2-Minuten-Mode läuft und Tröpfchen von 200 pl erzeugt, wird der maximal benötigte Fluss wie folgt berechnet:
Dies ergibt die folgende Massenflussrate für jede Kammer:
Diese Rate ist angenähert 9 mal größer als die Flussrate, die von Standard-Bilddüsen produziert wird. Z. B. haben die in einem konventionellen Druckkopf verwendeten Bilddüsen typisch eine Flussrate von 1,4 mg/s. Unter Verwendung eines eindimensionalen Modells mit zusammengefassten Parametern wurde berechnet, dass für das Erreichen der maximal benötigten Flussrate ein PZT-Antrieb mit einem Durchmesser von 0,635 cm (0,250 in) benötigt wird, der 11000 pl mit einer nominell 60 V Spitzenspannung verschiebt.
Unter Verwendung gegenwärtiger, in der Technik wohlbekannter Düsenentwurfswerkzeuge wurde vorausgesagt, dass eine Mischdüse mit den in Tabelle 1 gezeigten Dimensionen Tröpfchen von 2200 pl bei 2 kHz produzieren würde, um eine Massenflussrate von 3,8 mg/s zu ergeben.
Tabelle 1 Alle Dimensionen in cm
Eine Mischdüse mit diesen Dimensionen wurde konstruiert, und es wurde gefunden, dass sie Tröpfchen von 1400 pl bei 1 kHz produziert, was eine Massenflussrate von 1,2 mg/s ergibt. Diese Massenflussrate kann vergrößert werden durch Modifizieren des Mischdüsenentwurfs, um größere Tröpfchen bei einer schnelleren Wiederholungsrate oder durch Vergrößern der Anzahl der Mischdüsen pro Mischkammer zu bekommen.
Mischdüsen dieses Entwurfs werden verwendet, um klare Tintenbase und eine gefärbte Tintenbase von konventionellen Behältern zu mindestens zwei, vorzugsweise vier Mischkammern zu übertragen, in denen die Tinten in Verhältnissen von etwa 1 : 1 bis etwa 1 : 64 gefärbte Tinte zu klarer Tintenbase gemischt werden. Die so gebildeten Grauskalentinten werden zu einem Standard-Tintenstrahldruckkopf geführt und verwendet, um hochqualitative Bilder wechselnder Farbintensitäten zu bilden.
Beispiel 3
Ein Weichmacher (722 Gramm) und geschmolzenes Stearyl-Stearamid (3746 Gramm) und ein Antioxidant (16,00 Gramm) wurden (in dieser Reihenfolge) in einen auf 110°C vorgeheizten Edelstahlbehälter eingebracht. Die Komponenten wurden dann mit einem Propellermixer gemischt, und ein Resinoester-Kunstharz (1781,84 Gramm) wurde über 20 Minuten langsam zu der Mischung hinzugefügt, wobei die Mischungstemperatur auf mindestens 100°C gehalten wurde. Ein Dimer Tetra-Amid auf Säurebasis (1509,84 Gramm) wurde dann über 15 Minuten zu der Mischung hinzugefügt, wobei ebenfalls eine minimale Mischungstemperatur von 100°C erhalten wurde. Es wurde über 1 Stunde zugelassen, dass sich die Mischung mischt, bis das gesamte Tetra-Amid gelöst war. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein orangefarbener Farbstoff (10,08 Gramm) und ein schwarzer Farbstoff (208,01 Gramm) hinzugefügt, und es wurde ein Mischen für angenähert 2 Stunden zugelassen. Die Tinte wurde dann durch ein 2,0-Mikron-Filter (Pallfilter P/N PFY1U2-20ZJ, S/N 416) bei angenähert 5 psi Stickstoffdruck passiert.
Eine Probe dieses Produkts wurde auf Spektralstärke getestet. Es wurde gefunden, dass in dem filtrierten Produkt 2,60% schwarzer Farbstoff und 0,197% orangefarbener Farbstoff vorhanden war. Die Viskosität der Tinte wurde zu 12,89 Centipoise bei 140°C bestimmt, gemessen mit einem Bohlin Modell CS-50 Rheometer unter Verwendung einer Becher-und-Scheibe-Geometrie. Das Absorptionsverhältnis vom 475-nm-Bereich zum 580-nm-Bereich war für diese Tinte 0,978 : 1. Dynamisch-mechanische Analysen (DMA) wurden mit einem von Rheometrics, Inc. von Piscataway, N. J. hergestellten Rheometrics Solids Analyzer (RSA II) unter Verwendung eines Doppelhebelbalkens angewendet, um die folgenden physischen Eigenschaften zu bestimmen: Glasübergangstemperatur (T_g) = 10,8°C; Speichermodul E' = 2,5 × 10⁹ dynes/cm² bei 25°C und 1,5 × 10⁹ dynes/cm² bei 50°C; das Integral über logtanδ war 25,4 von etwa –40°C bis etwa 40°C. Die Tinte zeigte eine Phasenübergangstemperatur von etwa 90°C mittels der Technik der Differentialabtast-Kalometrie (DSC) unter Verwendung eines TA Instrument DSC 2910 Modulated DSC.
Beispiel 4
Ein Weichmacher (217,5 Gramm) und geschmolzenes Stearyl-Stearamid (1382,9 Gramm) und ein Antioxidant (5,4 Gramm) wurden (in dieser Reihenfolge) in einen auf 110°C vorgeheizten Edelstahlbehälter eingebracht. Die Komponenten wurden dann mit einem Propellermixer gemischt, und ein Resinoester-Kunstharz (579,3 Gramm) wurde über 20 Minuten langsam zu der Mischung hinzugefügt, wobei die Mischungstemperatur auf mindestens 100 °C gehalten wurde. Ein Dimer Tetra-Amid auf Säurebasis (516,5 Gramm) wurde dann über 15 Minuten zu der Mischung hinzugefügt, wobei ebenfalls eine minimale Mischungstemperatur von 100°C erhalten wurde. Es wurde über 1 Stunde zugelassen, dass sich die Mischung mischt, bis das gesamte Tetra-Amid gelöst war. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein orangefarbener Farbstoff (6,8 Gramm) und ein schwarzer Farbstoff (88,4 Gramm) hinzugefügt, und es wurde ein Mischen für angenähert 2 Stunden zugelassen. Die Tinte wurde dann durch ein 2,0-Mikron-Filter (Pallfilter P/N PFY1 U2-20ZJ, S/N 416) bei angenähert 5 psi Stickstoffdruck passiert.
Eine Probe dieses Produkts wurde auf Spektralstärke getestet. Es wurde gefunden, dass in dem filtrierten Produkt 3,081% schwarzer Farbstoff und 0,227% orangefarbener Farbstoff vorhanden war. Das Gewichtsverhältnis des orangefarbenen Farbstoffs zum schwarzen Farbstoff war 0,074 zu 1. Die Viskosität der Tinte wurde zu 12,88 Centipoise bei 140°C bestimmt, gemessen mit einem Bohlin Modell CS-50 Rheometer unter Verwendung einer Becher-und-Scheibe-Geometrie. Das Absorptionsverhältnis vom 475-nm-Bereich zum 580-nm-Bereich war für diese Tinte 0,970 : 1. Dynamisch-mechanische Analysen (DMA) wurden mit einem von Rheometrics, Inc. von Piscataway, N. J. hergestellten Rheometrics Solids Analyzer (RSA II) unter Verwendung eines Doppelhebelbalkens angewendet, um die folgenden physischen Eigenschaften zu bestimmen: Glasübergangstemperatur (T_g) = 10,8°C; Speichermodul E' = 2,3 × 10⁹ dynes/cm² bei 25°C und 1,4 × 10⁹ dynes/cm² bei 50°C; das Integral über logtanδ war 25,2 von etwa –40°C bis etwa 40°C. Die Tinte zeigte eine Phasenübergangstemperatur von etwa 90°C mittels der Technik der Differentialabtast-Kalometrie (DSC) unter Verwendung eines TA Instrument DSC 2910 Modulated DSC.
Beispiel 5
Ein Weichmacher (226,8 Gramm) und geschmolzenes Stearyl-Stearamid (1229,7 Gramm) und ein Antioxidant (5,4 Gramm) wurden (in dieser Reihenfolge) in einen auf 110°C vorgeheizten Edelstahlbehälter eingebracht. Die Komponenten wurden dann mit einem Propellermixer gemischt, und ein Resinoester-Kunstharz (668,6 Gramm) wurde über 20 Minuten langsam zu der Mischung hinzugefügt, wobei die Mischungstemperatur auf mindestens 100 °C gehalten wurde. Ein Dimer Tetra-Amid auf Säurebasis (567,8 Gramm) wurde dann über 15 Minuten zu der Mischung hinzugefügt, wobei ebenfalls eine minimale Mischungstemperatur von 100°C erhalten wurde. Es wurde über 1 Stunde zugelassen, dass sich die Mischung mischt, bis das gesamte Tetra-Amid gelöst war. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein orangefarbener Farbstoff (2,5 Gramm) und ein schwarzer Farbstoff (33,0 Gramm) hinzugefügt, und es wurde ein Mischen für angenähert 2 Stunden zugelassen. Die Tinte wurde dann durch ein 2,0-Mikron-Filter (Pallfilter P/N PFY1 U2-20ZJ, S/N 416) bei angenähert 5 psi Stickstoffdruck passiert.
Eine Probe dieses Produkts wurde auf Spektralstärke getestet. Es wurde gefunden, dass in dem filtrierten Produkt 1,21% schwarze Tinte und 0,086% orangefarbene Tinte vorhanden war. Das Gewichtsverhältnis des orangefarbenen Farbstoffs zum schwarzen Farbstoff war 0,071 zu 1. Die Viskosität der Tinte wurde zu 12,78 Centipoise bei 140°C bestimmt, gemessen mit einem Bohlin Modell CS-50 Rheometer unter Verwendung einer Becher-und-Scheibe-Geometrie. Das Absorptionsverhältnis vom 475-nm-Bereich zum 580-nm-Bereich war für diese Tinte 0,957 : 1. Dynamisch-mechanische Analysen (DMA) wurden mit einem von Rheometrics, Inc. von Piscataway, N. J. hergestellten Rheometrics Solids Analyzer (RSA II) unter Verwendung eines Doppelhebelbalkens angewendet, um die folgenden physischen Eigenschaften zu bestimmen: Glasübergangstemperatur (T_g) = 9,0°C; Speichermodul E' = 2,3 × 10⁹ dynes/cm² bei 25°C und 1,2 × 10⁹ dynes/cm² bei 50°C; das Integral über logtanδ war 27,6 von etwa –40°C bis etwa 40°C. Die Tinte zeigte eine Phasenübergangstemperatur von etwa 92°C mittels der Technik der Differentialabtast-Kalometrie (DSC) unter Verwendung eine TA Instrument DSC 2910 Modulated DSC.
Beispiel 6
Ein Weichmacher (212,5 Gramm) und geschmolzenes Stearyl-Stearamid (1180 Gramm) und ein Antioxidant (5,4 Gramm) wurden (in dieser Reihenfolge) in einen auf 110°C vorgeheizten Edelstahlbehälter eingebracht. Die Komponenten wurden dann mit einem Propellermixer gemischt, und ein Resinoester-Kunstharz (689,0 Gramm) wurde über 20 Minuten langsam zu der Mischung hinzugefügt, wobei die Mischungstemperatur auf mindestens 100 °C gehalten wurde. Ein Dimer Tetra-Amid auf Säurebasis (614,8 Gramm) wurde dann über 15 Minuten zu der Mischung hinzugefügt, wobei ebenfalls eine minimale Mischungstemperatur von 100°C erhalten wurde. Es wurde über 1 Stunde zugelassen, dass sich die Mischung mischt, bis das gesamte Tetra-Amid gelöst war. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein orangefarbener Farbstoff (0,9 Gramm) und ein schwarzer Farbstoff (11,1 Gramm) hinzugefügt, und es wurde ein Mischen für angenähert 2 Stunden zugelassen. Die Tinte wurde dann durch ein 2,0-Mikron-Filter (Pallfilter P/N PFY1 U2-20ZJ, S/N 416) bei angenähert 5 psi Stickstoffdruck passiert.
Eine Probe dieses Produkts wurde auf Spektralstärke getestet. Es wurde gefunden, dass in dem filtrierten Produkt 0,42% schwarze Tinte und 0,032% orangefarbene Tinte vorhanden war. Das Gewichtsverhältnis des orangefarbenen Farbstoffs zum schwarzen Farbstoff war 0,076 zu 1. Die Viskosität der Tinte wurde zu 12,83 Centipoise bei 140°C bestimmt, gemessen mit einem Bohlin Modell CS-50 Rheometer unter Verwendung einer Becher-und-Scheibe-Geometrie. Das Absorptionsverhältnis vom 475-nm-Bereich zum 580-nm-Bereich war für diese Tinte 0,983 : 1. Dynamisch-mechanische Analysen (DMA) wurden mit einem von Rheometrics, Inc. von Piscataway, N. J. hergestellten Rheometrics Solids Analyzer (RSA II) unter Verwendung eines Doppelhebelbalkens angewendet, um die folgenden physischen Eigenschaften zu bestimmen: Glasübergangstemperatur (T_g) = 9,5°C; Speichermodul E' = 2,3 × 10⁹ dynes/cm² bei 25°C und 1,2 × 10⁹ dynes/cm² bei 50°C; das Integral über logtanδ war 27,7 von etwa –40°C bis etwa 40°C. Die Tinte zeigte eine Phasenübergangstemperatur von etwa 93°C mittels der Technik der Differentialabtast-Kalometrie (DSC) unter Verwendung eine TA Instrument DSC 2910 Modulated DSC.
Beispiel 7
Eine klare Tinte ohne Schattierung durch ein Farbsystem wurde nach der folgenden Prozedur aufbereitet und verwendet, um den dynamischen Bereich optischer Dichten bei Verwendung in einem Tintenstrahldrucker mit schwarz schattierten Tinten niedriger, mittlerer und hoher optischer Dichten zu ermitteln. Ein Weichmacher (207,9 Gramm) und geschmolzenes Stearyl-Stearamid (1169,7 Gramm) und ein Antioxidant (5,4 Gramm) wurden (in dieser Reihenfolge) in einen auf 110°C vorgeheizten Edelstahlbehälter eingebracht. Die Komponenten wurden dann mit einem Propellermixer gemischt, und ein Resinoester-Kunstharz (711,0 Gramm) wurde über 20 Minuten langsam zu der Mischung hinzugefügt, wobei die Mischungstemperatur auf mindestens 100°C gehalten wurde. Ein Dimer Tetra-Amid auf Säurebasis (605,8 Gramm) wurde dann über 15 Minuten zu der Mischung hinzugefügt, wobei ebenfalls eine minimale Mischungstemperatur von 100°C erhalten wurde. Es wurde über 1 Stunde zugelassen, dass sich die Mischung mischt, bis das gesamte Tetra-Amid gelöst war. Die klare Tinte wurde dann durch ein 2,0-Mikron-Filter (Pallfilter P/N PFY1 U2-20ZJ, S/N 416) bei angenähert 5 psi Stickstoffdruck passiert.
Die Viskosität der klaren Tinte wurde zu 12,79 Centipoise bei 140°C bestimmt, gemessen mit einem Bohlin Modell CS-50 Rheometer unter Verwendung einer Becher-und-Scheibe-Geometrie. Dynamisch-mechanische Analysen (DMA) wurden mit einem von Rheometrics, Inc. von Piscataway, N. J. hergestellten Rheometrics Solids Analyzer (RSA II) unter Verwendung eines Doppelhebelbalkens angewendet, um die folgenden physischen Eigenschaften zu bestimmen: Glasübergangstemperatur (T_g) = 11,1°C; Speichermodul E' = 2,1 × 10⁹ dynes/cm² bei 25°C und 1,1 × 10⁹ dynes/cm² bei 50°C; das Integral über logtanδ war 27,0 von etwa –40°C bis etwa 40°C. Die Tinte zeigte eine Phasenübergangstemperatur von etwa 94°C mittels der Technik der Differentialabtast-Kalometrie (DSC) unter Verwendung eine TA Instrument DSC 2910 Modulated DSC.
Die folgenden Prozeduren wurden angewendet, um sichtbare Absorptionsspektren der Tintenproben in den Beispielen 3 bis 7 zu ermitteln, und um den Farbstoffgehalt dieser Proben zu bestimmen.
Eine Lösung der orangefarben schattierten, schwarzen Tinte wurde vorbereitet durch Abwiegen von etwa 0,16211 g der Tinte von Beispiel 3 in einen 250 ml Messbecher. Die Tinte wurde in n-Butanol aufgelöst. Nach vollständiger Auflösung wurde der Messbecher ganz mit n-Butanol aufgefüllt. Die Mischung wurde gründlich gemischt. Das Absorptionsspektrum der Probe wurde in einem doppelstrahligen Perkin-Elmer-Lambda-2S-UV-Visible-Spektrometer mit Erfassung von 350 nm bis 750 nm gegen eine Bezugszelle gemessen, welche das Lösungsmittel n-Butanol enthielt. Die Absorptionen bei 580 nm und 475 nm wurden verwendet, um die aktuelle Menge der zwei Farbstoffe zu berechnen, die in die Tinten nach dem Filtern eingebracht worden sind.
Bestimmung des Gehalts an schwarzem Farbstoff in Tinten, die das Schwarzfärbsystem enthalten
Im sichtbaren Absorptionsspektrum der Tinte von Beispiel 3 ist die Absorption bei 589 nm 0,5104 für 0,16211 g der Tintenprobe in 250,0 ml n-Butanol. Die Spektralstärke war 787 ml A/g (wobei A die Absorption ist). Eine kommerziell verfügbare schwarze Tinte für den Phaser^® 340 und 350 Farbdrucker, die 2,344% des Farbstoffs C.I. Solvent Black 45 enthielt, hat eine Spektralstärke von 710 ml A/g. Deshalb enthält die Tinte von Beispiel 3 787/710 × 2,344% oder 2,60% schwarzen Farbstoff.
Bestimmung des Gehalts an orangefarbenem Farbstoff in Tinten, die das Schwarzfärbsystem enthalten
Die Absorption bei 580 nm in dem sichtbaren Spektrum der Tinte in Beispiel 3 ist 0,5104, und kommt vollständig von dem schwarzen Farbstoff. Kein Anteil des orangefarbenen Farbstoffs absorbiert in diesem Bereich des Spektrums. Die Tinte, die nur schwarzen Farbstoff enthält, hat eine Absorption bei 475 nm, die 64,82% ihrer Absorption bei 580 nm beträgt. Deshalb beträgt die Absorption bei 475 nm in dem Spektrum, die dem schwarzen Farbstoff zuzuschreiben ist, 0,5104 × 0,6482 oder 0,3308. Da die Absorption in dem sichtbaren Spektrum der Tinte von Beispiel 3 tatsächlich 0,4991 ist, ist die zusätzliche Absorption vollständig der Menge des orangefarbenen Farbstoffs zuzuschreiben, der vorhanden ist, oder 0,4991 – 0,3308 = 0,1683. Der orangefarbene Farbstoff wurde bestimmt unter Verwendung des oben angeführten Spektrometers, dass er eine Absorption von 0,527 für jedes mg des Farbstoffs in 250 ml n-Butanol hat. Deshalb muss die Menge des orangefarbenen Farbstoffs in dem Schwarzfärbsystem 0,1683/0,527 = 0,319 mg sein. Eine Probengröße von 162,11 mg der Tinte von Beispiel 3 wurde verwendet, um das sichtbare Spektrum zu erzeugen. Deshalb ist der orangefarbene Anteil der Probe der Tinte von Beispiel 3 0,319 mg geteilt durch 162,11 mg oder 0,197% orangefarbener Farbstoff in der schwarzen Tinte. Das Verhältnis des orangefarbenen zum schwarzen Farbstoff beträgt 0,197 bis 2,6 oder 0,076 bis 1,00.
Test der thermischen Stabilität
Eine Tinte gleich der in Beispiel 3 oben beschriebenen Tinte wurde für 408 Stunden in einem Becherglas mit einem simulierten Druckkopfbehälter in einem Ofen auf etwa 145°C erhitzt. Die Spektralstärke (Milliliter Absorption pro Gramm) nimmt von etwa 771 auf 645 ab, oder anders ausgedrückt: die Tinte verlor etwa 16,3% ihrer anfänglichen Spektralstärke. Dies vergleicht sich sehr günstig mit tatsächlichen Betriebsbedingungen, wo erwartet werden kann, dass die Tinte der erhöhten Betriebstemperatur in dem Druckkopf von etwa 140 °C für höchstens und routinemäßig weniger als etwa 8 Stunden ausgesetzt ist.
Test der Kompatibilität
Es wurde gefunden, dass die schwarzen und der orangefarbenen Farbstoffe von den Beispielen 3–6 zueinander kompatibel waren bei Verwendung in einem Tektronix Phaser^® 350 Drucker mit einem modifizierten Druckkopf, bei dem die Farben Zyan, Gelb, Magenta und Schwarz ersetzt waren durch die klare Tinte und die Tinten der Beispiele 7, 6, 5 bzw. 4 mit niedriger, mittlerer bzw. hoher optischen Dichte. Kein Verstopfen einer der Öffnungen des Druckkopfs wurde beobachtet, selbst nicht bei vielfachen Reinigungs-/Wischzyklen in dem Drucker und selbst auch nicht bei ausgedehnter Verweilzeit der Testtinten in den Druckern.
Keine Reaktion trat zwischen diesen Tinten auf und keine Niederschläge wurden in den Tinten auf oder um die Druckkopfoberfläche herum während vielfacher normaler Reinigungszyklen gebildet, während der Drucker in Betrieb war.
Test der Haftfestigkeit
Proben der Tinten in den Beispielen 3 bis 7 und eine kommerziell verfügbare schwarze Tinte, die in einem Tektronix Phaser^® 350 Farbdrucker verwendet wird, wurden wie folgt auf Haftfestigkeit auf Transparentfilm oder Substraten getestet, die routinemäßig für fluoreszierende Lichtkastenbetrachtung in medizinischen Diagnosen verwendet werden. Der erste Satz von Daten steht für eine Probe, die zweimal abgebildet wurde, zuerst mit der Tinte von Beispiel 3 und dann mit der Tinte aus Beispiel 5, um eine 125 prozentige Abdeckung der Bildfläche zu erreichen. Die restlichen Proben wurden nur einmal abgebildet mit der angegebenen Tinte hoher, mittlerer, niedriger und klarer optischen Dichte und mit der kommerziell verfügbaren Tinte, um die Haftung an dem Transparentfilm-Substrat zu vergleichen.
Eine kleine Testvorrichtung, die eine Probe von 1,9'' im Quadrat einer Abbildung mit 100% vollgefüllter Phasenwechseltinte auf einem endgültig aufnehmenden Transparentfilm-Substrat stramm einspannt, wurde für jeden Test verwendet. Ein runder Plastikkopf von angenähert ½ Zoll Durchmesser und angenähert mit ¼ Zoll Vorsprung, der auf einer flachen Metallfeder montiert war, drückt auf die Medium- oder Bildrückseite der Probe, die vertikal und gerade über dem Mittelpunkt zentriert ist. Der Hammer wird angetrieben durch eine 3– 5 Zoll lange, 7/16 Zoll breite und etwa 0,0035 Zoll dicke Metallfeder, die unter Verwendung eines Auslöse- und Rückstellverfahrens zurück gekippt wird. Die Probe wird durch zwei aufrecht stehende Stäbe an jeder Seite gesichert, welche die entlang der Gesamtlänge einer jeden Seite durch Einklemmen der Probe zwischen den aufrecht stehendem und einem anderen Stück der Klammer einklemmt. Die Menge der Tinte, die auf dem abgebildeten Transparentfilm-Substrat nach Aufschlag verbleibt, wird bestimmt unter Verwendung eines Softwareprogramms für Bildanalyse und eines Flachbettscanners, wobei zuerst eine ausgewählte Fläche (ein 1,46'' × 1,09'' Rechteck) des vom Hammeraufschlag betroffenen Bilds mit einer Auflösung von 439 Punkten pro Zoll abtastet und dann die abgetastete Fläche analysiert wird. Das Softwareprogramm berechnet dann den Prozentsatz der Tinte, der von der abgetasteten Rechteckfläche entfernt wurde, was die Ausführung einer Interpolation ermöglicht, um den Prozentsatz der auf dem Transparentfilm-Substrat verbleibenden Tinte bereitzustellen, wie in Tabelle 2 gezeigt.
Test der Abriebfestigkeit
Ein Test der Haltbarkeit bei Abrieb von vollfüllender Phasenwechseltinte von Transparentfilm-Substraten unter Verwendung der Proben der Tinten und dem Druckverfahren für die Proben, die oben für den Test auf Haftfestigkeit beschriebenen wurden, wurde wie folgt durchgeführt. Eine Abriebtestvorrichtung mit variablem Gewicht wurde verwendet, die aus drei Armen mit beschwerten Abriebfingern und einer Metallplatte bestand, an der eine Druckprobe befestigt war. Die Metallplatte bewegt den bebilderten Druck unter den Abriebfingern.
Ein Druck mit 100% vollgefülltem Bild (mindestens 10'' lang und breit genug für bis zu sechs versetzt angeordneten Kratzspuren der Abriebfinger, wobei jede Spur etwa 2 Zoll lang ist) auf Transparentfilm-Substrat wurde an der beweglichen Metallplatte befestigt, so dass der Abrieb entlang der Länge des Substrats auf der Tintenbildseite verlief. Die drei Abriebfinger hatten ein Nettogewicht von 924 g, 660 g bzw. 396 g während des ersten Abriebs. Jeder Abriebfinger ist 0,5 Zoll breit und 1,245 Zoll lang, mit einer Kontaktpunktkurve, die einer Scheibe mit 0,995 Zoll Durchmesser gleichwertig war. Die Scheibe ist vor dem Abrieb frei von jeden Tintenpartikeln. Die Abriebfinger wurden an einem Ende des bebilderten Abschnitts des Substrats sanft abgesenkt, so dass die Ränder der Abriebfinger einen Kontaktwinkel von angenähert 75° entlang dem führenden Rand und angenähert 15° entlang dem nachfolgenden Rand bildeten (d. h. das Bild wurde gegen die Abriebfinger gezogen, nicht geschoben). Die bewegliche Metallplatte wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,45 ± 0,05 Zoll/s um 9 ± ¹/₃₂ Zoll bewegt. Ein zweiter Abrieb wurde auf den Transparentfilm- Substraten auf denselben Druckproben mit den drei Abriebfingern durchgeführt, welche ein Nettogewicht von 1188 g, 1056 g bzw. 792 g hatten.
Die Summe der Flächen der sich ergebenden sechs Abriebspuren für jedes der Transparentfilmmedien wurde unter Verwendung des oben hinsichtlich des Haftfestigkeitstest beschriebenen Flachbettscanners und des Bildgebungsanalysesoftwaresystems in mm² gemessen. Die Fläche mit entfernter Tinte wird in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Die Ergebnisse zeigen, dass schwarz schattierte Tinten in den Beispielen 3 bis 6 und die klare Tinte in Beispiel 7 eine bessere Haftfestigkeit auf Transparentfilmmedien vorsehen als die gegenwärtig kommerziell verfügbare, schwarze Tektronix-Phaser^®-350-Tinte und die zweimal abgebildeten oder überdruckten Proben, und die schwarz schattierten Tinten in den Beispielen 4 bis 6 zeigen ebenfalls einen besseren Widerstand gegen Abrieb.
Nach der Veranschaulichung und Beschreibung der Prinzipien unser Erfindung in einer ihrer bevorzugten Ausführungsformen sollte für die in der Technik bewanderten Personen leicht zu erkennen sein, dass die Erfindung in Anordnung und Detail modifiziert werden kann ohne von solchen Prinzipien abzuweichen. Z. B. kann die Tintenbase oder Tintenträgerkomposition für die Bildung der Tintenkomposition der vorliegenden Erfindung ein niedrig viskoses, halbkristallines oder kristallines Amid-Wachs, ein Ester-Wachs, ein Polyethylen-Wachs, ein mikrokristallines Wachs oder ein Paraffin in Kombination mit einem amorphen Material auf Kohlenwasserstoff- oder Kunstkarzbasis sein, oder ein Oligomer oder Polymer oder Copo lymer mit niedrigem Molekulargewicht, oder ein Haftverstärker, oder ein Weichmacher oder Kombinationen davon. Zusätzlich können die Phasenwechseltintenbase- oder -trägerkomposition von Isozyanat abgeleitete Urethan-Kunstharze, von Isozyanat abgeleitete Urethan-/Urea-Mischkunstharze, von Isozyanat abgeleitete Urethan-Wachse und Kombinationen davon umfassen, wie offengelegt ist in der anhängigen U.S. Patentanmeldung mit Seriennummer 08/672,815 mit dem Titel "Phase Change Ink Formulation Using Urethane und Urethane/Urea Isocyanate Derived Resins" und dem Anmeldungsdatum 28. Juni 1996 und 08/907,805 mit dem Titel "Phase Change Ink Formulation Using an Isocyanate Derived Wax and a Clear Ink Carrier Base" und dem Anmeldungsdatum 8. August 1997, die beide dem Halter der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. Die Kombination der Tintenträger- oder Tintenbasekomposition und des kompatiblen Schwarzfärbsystems kann entweder mit einem direkt druckenden Drucker oder einem indirekt übertragenden oder Offsetdrucker verwendet werden. Auch können die Phasenwechseltinten, die das Färbsystem der vorliegenden Erfindung anwenden, in Verbindung mit einer Haftverbesserungsbeschichtung verwendet werden, die auf das Transparentfilm-Substrat vor der Bildgebung aufgebracht wird. Es wird bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nützlich angewendet werden kann in Kombination mit verschiedenen Techniken nach dem Stand der Technik für das Erreichen von Veränderungen in Farbintensität einschließlich "dithering" und Veränderung der Tintentröpfchengröße, um eine verbesserte Grauskalenbildauflösung und Qualität zu bekommen. Alle hier angeführten Patente und Patentanmeldungen werden hiermit spezifisch durch Bezug in den maßgeblichen Teil eingebracht.
Es ist ein prinzipielles Merkmal der Erfindung, dass im Kontrast verbesserte Grauskalendrucke unter Verwendung von Druckern mit konventionellen Druckköpfen produziert werden können. Somit sind in der in 1 veranschaulichten Ausführungsform die Mischkammern 12 optional, und Drucke mit hohem Kontrast können produziert werden einfach durch Beladen der Tintenbehälter 10 mit einer Vielzahl von gefärbten (vorzugsweise schwarzen) Tinten mit unterschiedlichen Grauskalenstufen und durch Beladen eines Behälters 10 mit einer klaren Tintenbase und darauffolgender Ausführung eines konventionellen Drucks mit der klaren Tintenbase, die verwendet wird, um alle ungefärbten Bereiche zu füllen, wobei der Kontrast gegeben wird durch die unterschiedlichen Grauskalen der Tinten und der klaren Tintenbase.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Graustufen-Druckbildes mit variablen Farbsättigungen, das die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer farblosen Phasenwechsel-Tintenbase und einer Vielzahl farbiger Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte; b) Einleiten der farblosen Phasenwechsel-Tintenbase in einen ersten Tintenbehälter (10) und der Vielzahl farbiger Phasenwechsel-Tinten in eine entsprechende Vielzahl separater Tintenbehälter (10) in einem Drop-on-Demand-Phasenwechsel-Tintenstrahldrucker mit einem Druckkopf (14), der in Fluidverbindung mit den Tintenbehältern (10) steht; c) Schmelzen der farbigen Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte und der farblosen Phasenwechsel-Tintenbase; und d) Ausstoßen von Tröpfchen der farbigen Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte und der farblosen Phasenwechsel-Tintenbase aus dem Druckkopf (14) auf ein Aufzeichnungsmedium an einer Vielzahl von Positionen, um ein Bild mit variablen Farbsättigungen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens umfasst: Mischen einer schwarzen Phasenwechsel-Tinte mit der farblosen Tintenbasis in einer Vielzahl von Verhältnissen, wobei die Verhältnisse so ausgewählt werden, dass schwarze Tinten mit gewünschten Graustufenwerten erzeugt werden; Erzeugen von festen Blöcken der schwarzen Tinten mit Graustufenwerten; und Erzeugen von festen Blöcken der farblosen Tintenbase; und wobei der Schritt des Zuführens umfasst: Einsetzen der festen Blöcke der schwarzen Tinten mit Graustufenwerten und der farblosen Tintenbase in separate der Vielzahl von Tintenbehältern (10) in den Druckkopf (14) des Drop-on-Demand-Phasenwechsel-Tintenstrahldruckers; und der Schritt des Schmelzens umfasst: Schmelzen der festen Blöcke der schwarzen Tinten mit Graustufenwerten und der farblosen Tintenbase sowie Zuführen der schwarzen Tinten und der farblosen Tintenbase zu der Vielzahl von Tintenbehältern (10).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die schwarze Phasenwechsel-Tinte mit der farblosen Phasenwechsel-Tintenbase in den Verhältnissen 1 : 4, 1 : 16 sowie 1 : 64 gemischt wird, um Tinte mit drei unterschiedlichen Graustufenwerten bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede Phasenwechsel-Tinte mit unterschiedlichem Graustufenwert schwarz ist und das erzeugte Bild ein monochromes Bild ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4, wobei die schwarzen Graustufen-Phasenwechsel-Tinten Gewichtsanteile von schwarzem Farbstoff von ungefähr 0,41, ungefähr 1,18 und ungefähr 3,15 haben, um Tinte mit drei unterschiedlichen Graustufenwerten bereitzustellen.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker zum Erzeugen von Druckbildern mit variablen Farbsättigungen, der umfasst: a) einen ersten Tintenbehälter (10), der eine farblose Phasenwechsel-Tintenbase aufnimmt; b) eine Vielzahl von Behältern (10), die farbige Phasenwechsel-Tinten mit unterschiedlichen Graustufenwerten aufnehmen, wobei die farbige Phasenwechsel- Tinte mit unterschiedlichen Graustufenwerten spezielle Verhältnisse von Farbmitteln zu farbloser Tintenbase hat und das Verhältnis so ausgewählt wird, dass Tinte mit gewünschten Graustufenwerten erzeugt wird; und c) eine Einrichtung zum Überführen der farblosen Phasenwechsel-Tintenbase und der farbigen Phasenwechsel-Tinten mit unterschiedlichen Graustufenwerten zu einem Druckkopf (14), um Tröpfchen der farblosen Phasenwechsel-Tinten und der farbigen Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte an einer Vielzahl von Positionen auf ein Aufzeichnungsmedium auszustoßen und so ein Druckbild zu erzeugen.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach Anspruch 6, wobei die farbigen Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte schwarz sind und das Druckbild monochrom ist.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach Anspruch 7, wobei das monochrome Druckbild ein Bild für die medizinische Diagnose ist.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach Anspruch 8, wobei das Aufzeichnungsmedium eine Transparentfolie ist.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die farbigen Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte Gewichtsanteile von schwarzem Farbstoff von ungefähr 0,41, ungefähr 1,18 und ungefähr 3,15 haben, um Tinte mit drei unterschiedlichen Graustufenwerten bereitzustellen.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der schwarze Farbstoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Farbstoffen, Pigmenten und Wachsen besteht.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach Anspruch 11, wobei das schwarze Farbmittel ein Farbstoff ist.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die schwarzen Phasenwechsel-Tinten unterschiedlicher Graustufenwerte des Weiteren ein schwarzes Farbmittel und wenigstens ein anderes Färbemittel enthalten.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach Anspruch 13, wobei das wenigstens eine andere Färbemittel ein Farbstoff ist.
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker nach Anspruch 14, wobei der Farbstoff CI Disperse Orange 47 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Drucken eines Monochrom-Bildes mit gutem Kontrast zwischen Bereichen unterschiedlicher Sättigung, das umfasst: a) Bereitstellen einer farblosen Phasenwechsel-Tintenbase und einer Vielzahl schwarzer Phasenwechsel-Tinten mit unterschiedlichen Graustufenwerten für einen Drop-on-Demand-Phasenwechsel-Tintenstrahldrucker, und b) Ausstoßen von Tröpfchen der schwarzen Graustufenwert-Tinten und der farblosen Tintenbase aus dem Druckkopf des Drop-on-Demand-Phasenwechsel-Tintenstrahldruckers auf ein Aufzeichnungsmedium an einer Vielzahl von Positionen, um ein monochromes Druckbild zu erzeugen, wobei die farblose Tintenbase auf im Wesentlichen alle Teile des Bildes gespritzt wird, die nicht farbig sind, um den Bildbereichen Kontrast und Hervorhebung zu verleihen.
Monochromes Bild, das auf einem Aufzeichnungsmedium mit dem Verfahren nach Anspruch 16 erzeugt wird, wobei das Bild aus einer Vielzahl schwarzer Phasenwechsel-Tinten mit unterschiedlichen Graustufenwerten besteht und wobei die bildlosen Bereiche des Aufzeichnungsmediums mit einer farblosen Phasenwechsel-Tinte bedruckt werden, damit im Wesentlichen keine unbedruckten Bereiche ohne Tinte zurückbleiben.