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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Tintenzusammensetzung zur Verhinderung
des Blockierens von Tinte in Tintenstrahldruckern.
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Hintergrund
der Erfindung
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Tintenstrahldrucken
wird durchgeführt
durch Abgabe von Tintentröpfchen
von einem Druckkopf an ein Substrat. Die Tröpfchen werden durch Öffnungen
oder Düsen
im Druckkopf ausgestoßen
und werden auf das Substrat gerichtet, um darauf ein Bild zu bilden.
Im Gegensatz zu vielen anderen Arten des Druckens gibt es beim Tintenstrahldrucken
vorzugsweise keinen Kontakt zwischen dem Drucker und dem Substrat.
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Die
meisten der Tintenstrahldrucker, welche im Stand der Technik bekannt
sind, können
als kontinuierliche oder Impulsvorrichtungen charakterisiert werden,
in Abhängigkeit
vom Mechanismus, durch welchen die Tintentröpfchen auf das Substrat gerichtet
werden. Bei kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen wird ein im wesentlichen
ununterbrochener Strom von Tinte aus einer Düse ausgestoßen und bricht in Tröpfchen auf.
Die Tröpfchen
tragen eine elektrische Ladung, so dass sie durch ein angelegtes
elektrisches Feld abgelenkt werden können, welches gemäß dem bestimmten,
aufzuzeichnenden Bild moduliert wird. Das elektrische Feld richtet
die Tröpfchen
entweder zum Substrat oder zu einem Tintenrezirkulationsbehälter hin.
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Bei
sogenannten „Impuls"- oder „Tropfen
nach Bedarf"-Tintenstrahldruckern
wird die Bildbildung vielmehr durch selektives Beaufschlagen mit
Energie oder Abschalten von Energie, zum Beispiel eines piezoelektrischen
Wandlers oder Solenoids, gesteuert als durch Modulation eines angelegten
elektrischen Feldes. Die Tinte wird im Druckkopf oder der Düse gespeichert
bis es notwendig ist, ein Bild auf dem Substrat zu bilden. Der Drucker
wird dann durch Drucksignale aktiviert, um Druck an die Tinte anzulegen
und eine ausgewählte Anzahl
von einzelnen Tintentröpfchen
zum Substrat hin abzugeben.
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Da
die Tinte aus Impuls-Typ-Druckern nur periodisch ausgestoßen wird,
zeigen diese Vorrichtungen eine Anzahl von Problemen, welche man
typischerweise bei kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen nicht antrifft.
Diese Probleme, welche während
den relativ kurzen Intervallen zwischen den einzelnen Drucksignalen während eines
einzelnen Druckzyklus auftreten, schließen unregelmäßig geformte
Tropfen und/oder einen unrichtigen Abstand der Tropfen ein. Die
Grundursache dieser Probleme kann der Bewegung des Tintenmeniskus
zur Zeit, wenn ein Drucksignal erzeugt wird, zugeschrieben werden,
insbesondere wo Anstrengungen gemacht werden, bei einer Frequenz
von über
3 kHz zu drucken. Ein Lösungsansatz
dieser Probleme ist im US-Patent
4 266 232, im Namen von Juliana, Jr. et al dargestellt, welches
einen Impulsdrucker offenbart, bei welchem Tintentropfen von im
wesentlichen einheitlicher Größe und Abstand
durch Anlegen von Antriebspulsen in einer wechselseitig synchronen
Art bei jedem von vorbestimmten gleichen Intervallen erzeugt werden. Die
Amplitude der Antriebspulse wird so gesteuert, dass die Amplitude
der Antriebspulse unter der eines Drucksignals ist, wenn kein Tropfen
geformt werden soll. Ein noch besserer Lösungsweg wird durch das US-Patent
4 459 601 im Namen von Howkins dargestellt, wobei eine Füllen-vor-Auslösung-Betriebsweise
offenbart ist, d.h. ein Puls vorbestimmter Länge wird verwendet, um das
Füllen
der Strahlkammer zu initiieren, und das Abschießen eines Tröpfchens
geschieht an der hinteren Kante des Pulses.
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Gewisse
andere Probleme, welche mit Impulstintenstrahldruckern zusammenhängen, betreffen
die beträchtlich
längeren
Intervalle zwischen Druckzyklen. Im Gegensatz zu kontinuierlichen
Tintenstrahldruckern werden Impulsvorrichtungen typischerweise während relativ
langer Intervalle im Stand-by-
oder Ruhemodus gehalten, manchmal in der Größenordnung von Sekunden, Minuten
oder selbst Stunden. Während
dieser Intervalle wird der Tinte erlaubt zu stehen, sich zu verdicken
aufgrund von Verdunstung von Tintenkomponenten, und möglicherweise
die Düsen
des Druckkopfes zu verstopfen. Impulsdrucker können einen Druckzyklus mit solch
verdicktem Material darin beginnen. Viele der Anfahrprobleme, welche
bei Impulsdruckern auftreten, sind der Tinte zuzuschreiben, welcher
man erlaubt hatte, die Düsen
während
der Ruheperioden zu verstopfen. Verstopfung durch Tinte ist in kontinuierlichen
Systemen weniger bedeutend, da dort typischerweise weniger Unterbrechungen
im Tintenstrom sind und jede solche Unterbrechung eine beträchtlich
kürzere
Dauer hat. Selbst dort, wo man Tinte in einem kontinuierlichen Tintenstrahldrucker
stehen und sich verfestigen lässt,
ist er leichter zu reinigen aufgrund der beträchtlich höheren Drücke, bei welchen diese Vorrichtungen
arbeiten.
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Eine
Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen sind im Stand der Technik
bekannt, um ein Verstopfen in Tintenstrahldruckern während Ruheperioden
zu verhindern. Das US-Patent 4 970 527 im Namen von Gatten offenbart
zum Beispiel einen Tintenstrahldrucker, welcher das Verstopfen durch
Drucken einiger weniger Tintenpunkte verhindert, wenn der Drucker
im Leerlauf ist. Das Verfahren von Gatten verschwendet jedoch Tinte und
Drucksubstrat.
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Das
US-Patent 3 925 789 im Namen von Kashio offenbart eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung,
welche einen Zeitschalter enthält
zur Bestimmung der Länge
einer Ruheperiode und ein Mittel zum vorläufigen Ausstoßen von
Tinte aus einer Düse,
wenn die Ruheperiode eine vorbestimmte Zeitdauer übersteigt. Die
ausgestoßene
Tinte wird nicht auf ein Drucksubstrat gerichtet, sondern vielmehr
auf eine Tintensammelvorrichtung. Das US-Patent 4 540 997 im Namen
von Biggs u.a. offenbart einen Tintenstrahldrucker, bei welchem
das Verstopfen minimiert wird durch Transportieren der Düsen während Ruheperioden,
um mit einer Waschstation zu kommunizieren, und dann Ausstoßen von
Tinte aus den Düsen
in die Waschstation, wenn der Drucker einen vorbestimmten Zeitraum
nicht gearbeitet hat.
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Das
US-Patent 5 329 293 im Namen von Liker offenbart eine Tintenstrahldruckvorrichtung,
bei welcher das Verstopfen minimiert wird durch Pulsen der Tinte
in der Düse
während
Ruheperioden. Das gelieferte Pulssignal ist geringer als die Größe eines
Pulssignals, welches bewirken würde,
dass Tinte aus der Düse
ausgestoßen
wird. Diese Technik wird als Subpulsen bezeichnet. Das Subpulsverfahren
und die Vorrichtung sind wirksam und effizient beim Verhindern,
dass Tinte die Düse
verstopft. Jedoch bei einigen extrem schnell trocknenden Tinten
führt das
Subpulsen zu einer konstanten Verdunstung von Lösungsmittel aus der Tinte.
Als Folge kann die gesamte Tinte in der Düse eine Erhöhung der Viskosität während des
Subpulszeitraums erleiden. Die Viskosität kann unter Umständen zu
stark ansteigen und den Betrieb des Druckers ungünstig beeinflussen.
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Das
Dokument US-A-4 597 794 offenbart eine Tinte des Pigmenttyps zur
Verwendung in Tintenstrahldruckern. Die in dem Dokument offenbarte
herkömmliche
Tintenzusammensetzung weist Pigmentteilchen, einen Glykolether,
Acetonalkohol und ein Polymer auf. Der Glykolether, welcher in der
herkömmlichen
Zusammensetzung enthalten ist, weist einen Propylenglykolmethylether
auf. Im Stand der Technik wird eine Tintenzusammensetzung in Betracht
gezogen, welche (unter anderem) die Ausstoßstabilität, die Lagerstabilität über einen
langen Zeitraum und die Fixierbarkeit zufrieden stellt. Zu diesem
Zweck wird eine Tinte hergestellt durch Dispergieren von feinen
Pigmentteilchen in einem wässrigen
Dispersionsmedium, welches ein Polymer enthält, welches sowohl einen hydrophilen
als auch einen hydrophoben Bestandteil aufweist. Ferner werden Polyalkohole,
wie z.B. Ethylenglykole in die herkömmliche Tintenzusammensetzung
aufgenommen, um verschiedene Eigenschaften zu verbessern, die bei
der Tinte des Pigmenttyps erforderlich sind.
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Das
Dokument
US 4 791 165 offenbart
eine Tintenzusammensetzung, die besonders für thermische Tintenstrahldrucker
geeignet ist. Um eine Tintenzusammensetzung mit einer verbesserten
Blasenbildung und Zerfall an Widerstandsflächen zu schaffen, weist die
herkömmliche
Tintenzusammensetzung ein Glykol, Wasser, ein Polymer und einen
Farbstoff auf.
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Es
besteht deshalb ein Bedarf an relativ einfachen Verfahren und Vorrichtungen
zum Verhindern des Blockierens des Tintenstrahles bei schneller
trocknenden Tinten, welche keine Tinte oder Drucksubstrat verschwenden
und welche keine zusätzlichen
Vorrichtungen benötigen,
wie Tintensammelvorrichtungen und Waschstationen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine Tintenzusammensetzung zur Vermeidung
des Verstopfens in Impulstintenstrahldruckern. Es wurde gemäß der Erfindung
herausgefunden, dass eine Tintenblockade während Ruheperioden verhindert
werden kann durch Vorsehen einer Tinte, welche die Eigenschaft hat,
eine Barriere höher
viskoser Tinte zu bilden, wo die Tinte die Umgebungsluft kontaktiert.
Als Ergebnis schirmt diese Viskositätsbarriere die übrige Tinte
von den Wirkungen der Luftexposition während der Ruheperiode ab. Danach wird
die Barriere durch eine Reihe von Subpulsen entfernt, welche die
Viskositätsbarriere
homogenisieren und dadurch die Düse
freimachen.
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Als
ein Beispiel enthalten Tintenstrahldrucker mindestens eine Düse mit einer Öffnung zum
Ausstoßen von
Tintentröpfchen
als Antwort auf eine Sequenz von Steuersignalen, wobei die Sequenz
Auslösesignale
(firing signals) und Subauslösesignale
(sub-firing signals) aufweist, eine Kammer zur Aufnahme einer Tinte
in Fluidverbindung mit der Öffnung,
so dass die Tinte eine Barriere von Tinte mit hoher Viskosität an der Öffnung bildet,
wenn immer die Düse
in einem Ruhezustand ist, Steuermittel zur Erzeugung der Sequenz
von Steuersignalen und zum Steuern der Amplitude der Steuersignale.
Das Steuermittel erzeugt nach einer vorbestimmten Ruheperiode eine
Vielzahl von Subauslösesignalen.
Die Subauslösesignale
haben Amplituden, welche wirksam sind, um die Barriere von der Öffnung zu
entfernen, doch welche unwirksam sind, um Tintentröpfchen daraus
auszustoßen.
Das Steuermittel erzeugt nach der Erzeugung von Subauslösesignalen
für eine
zweite vorbestimmte Zeitdauer eine Vielzahl von Auslösesignalen.
Die Auslösesignale
haben Amplituden, welche wirksam sind, um Tröpfchen von Tinte aus der Düse auszustoßen; wogegen
die Subauslösesignale
Amplituden haben, welche wirksam sind, um die Barriere von der Öffnung zu
entfernen, doch welche unwirksam sind, um Tintentröpfen daraus
auszustoßen.
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Dieser
Drucker wird betrieben, indem man der Tinte in der Düse erlaubt,
während
einer Ruheperiode mit einer vorbestimmten Zeitdauer der Umgebungsluft
ausgesetzt zu werden, so dass sich eine Barriere mit höherer Viskosität in der
Tinte nahe der Öffnung
bildet. Danach werden, bevor man den Drucker benutzt, eine Vielzahl
von Subpulssignalen erzeugt, welche wirksam sind, um die Barriere
zu entfernen, doch welche unwirksam sind, Tintentröpfchen auszustoßen. Nachdem
die Barriere entfernt worden ist, kann eine Vielzahl von Auslösesignalen
nach Bedarf erzeugt werden, um Tintentröpfchen aus der Düse auszustoßen.
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Eine
repräsentative
Tinte, welche die gewünschten
schnell trocknenden Eigenschaften zeigt, weist einen Farbstoff,
Propylenglykolmethylether, Diacetonalkohol und mindestens ein Harz,
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Polyesterharzen und Styrolacrylharzen,
auf. Der Propylenglykolmethylether stellt ungefähr 44 Gewichts-% der Tinte
dar. Der Diacetonalkohol stellt ungefähr 40,6 Gewichts-% der Tinte
dar. Das Polyesterharz stellt ungefähr 6,3 Gewichts-% der Tinte
dar. Und das Styrolacrylharz stellt ungefähr 1,7 Gewichts-% der Tinte
dar.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
zahlreichen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können von
einem Fachmann durch Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren besser
verstanden werden, bei welchen
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1 eine
schematische Darstellung ist, welche eine Impulstintenstrahldruckvorrichtung
zeigt,
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2 eine schematische Darstellung ist, welche
ein Auslösesignal,
welches an eine Druckkopfdüse angelegt
wird, und die Bewegung von Tinte innerhalb der Düse als Antwort auf das Signal
zeigt,
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3 eine schematische Darstellung ist, welche
ein Sub-Auslösesignal,
welches an eine Druckkopfdüse
angelegt wird, und die Bewegung von Tinte innerhalb der Düse als Antwort
auf das Signal zeigt,
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4 eine schematische Darstellung der Barriere
ist, welche am Meniskus der Tinte innerhalb der Düse gebildet
ist;
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5 ein
Flussdiagramm der Sequenz der Auslöse- und Subauslösesignale
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung
mit praktisch jedem Impuls- oder „Tropfen-nach-Bedarf"-Tintenstrahldrucker
verwendet werden, welcher Stand-by- oder Ruheperioden unterworfen
ist. Mit Bezug auf 1 ist eine repräsentative
Druckvorrichtung dargestellt, welche einen Druckkopf 10 mit
einer Vielzahl von Düsen 12 und
Steuermittel 16 aufweist, welche elektrisch mit dem Druckkopf
gekoppelt sind.
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Jeder
der großen
Vielfalt von Druckköpfen,
welche im Stand der Technik bekannt sind, kann angewendet werden,
so lange er mindestens eine Düse
enthält,
welche Tintentröpfchen
als Antwort auf Steuersignale ausstößt. Es wird bevorzugt, dass
der Druckkopf ein piezoelektrischer Typ ist, bevorzugter ein MICROCODER 32/16
Flüssigtintenstrahl-Bilddruckkopf,
welcher im Handel erhältlich
ist von Trident, Inc. aus Brookfield, CT.
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Das
Steuermittel 16 kann irgendeines der im Stand der Technik
bekannten sein, welches in der Lage ist, Steuersignale zu erzeugen.
Wie in 1 dargestellt enthält das Steuermittel 16 vorzugsweise
eine Energiequelle 16a, einen Spannungs- oder Stromregler 16b,
einen Signalgenerator 16c, und eine Zeitsteuerungsschaltung 16d zur
Bestimmung des Intervalls zwischen Auslösesignalen. Es wird bevorzugt,
dass ein Spannungsregler verwendet wird und dass der Signalgenerator
Signale erzeugt, welche unter Softwaresteuerung initiiert werden.
Steuermittel, welche der Praxis dieser Erfindung zugänglich sind,
enthalten Rechnervorrichtungen, wie z.B. Mikroprozessoren, Mikrosteuereinrichtungen,
Kondensatoren, Schalter, Schaltkreise, logische Gatter, oder äquivalente
Logik-Vorrichtungen. Bevorzugte Steuermittel 16 enthalten
einen Personalcomputer, welcher mit einer Trident-l6-Kanal-Analog-Treiberplatine,
Teile-Nummer 016-7008-01 gekoppelt ist, welche im Handel von Trident,
Inc. erhältlich
ist. Die bevorzugte Treiberplatine erzeugt ein Steuersignal in Form einer
RC-Zeitkonstantengesteuerten Wellenform mit einem 14,5 μs vorderen
Puls, welchem eine 1,5 μs
Auszeit, und ein 3,5 μs
hinterer Puls folgt. Die US-Patentanmeldung Nr. 08/823 718, eingereicht
am 25. März
1997 mit dem Titel „High
Performance Impulse Ink Jet Method and Apparatus" offenbart Auslösewellenformen zum Ausstoßen von
Tinte aus einer Tintenstrahldüse
und enthält
die bevorzugten Auslöseimpulse.
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Wie
in den 1 und 2A–2E dargestellt
können
ein oder mehr Tintentröpfchen 14c aus
den Düsen 12 in
Richtung zum Substrat 20 hin ausgestoßen werden durch selektives
Beaufschlagen piezoelektrischer Wandler 13 mit Energie
und Abschalten von Energie. Jeder Wandler 13 kann an einer
Membran, einem Dichtungsmittel oder einem anderen flexiblen Element 15a befestigt
werden, welches in physischem Kontakt mit einem Tintenvolumen 14a,
welches innerhalb der Kammer 15 enthalten ist, steht. Die
Wandler werden durch die Anwendung von Steuersignalen mit Energie
versorgt oder abgeschaltet. Obwohl die Steuersignalwellenform aus
vielen bekannten Tintentröpfchen-Auslösesignalen
ausgewählt
werden könnte,
ist zwecks Kürze
und Einfachheit des Verständnisses
das Auslösesignal
in 2A in Form einer Rechteckwelle dargestellt.
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Wie
im Hintergrundsabschnitt oben erörtert,
sind Subpulstechniken im Stand der Technik bekannt, wobei ein Signal
mit geringerer Amplitude während
Ruheperioden vorgesehen ist, um zu verhindern, dass die Düse verstopft. 3A–3E zeigen,
wie die Tinte innerhalb einer Düse
auf ein Subpuls-Signal reagieren kann. Wie in 3A dargestellt
hat das Subpuls-Signal typischerweise eine kleinere Amplitude und
eine kürzere
Dauer als ein voller Tropfenaustoß-Puls. Als solches ist der
Puls ausreichend, um die Tinte innerhalb der Düse zu bewegen, ohne sie daraus
auszustoßen.
Solch eine Technik wurde verwendet, wenn ein Drucker in einem Ruhezustand
ist, um zu verhindern, dass schnell trocknende, auf Lösungsmittel
basierende Tinten austrocknen und die Düse verstopfen. (Siehe zum Beispiel
US-Patent Nr. 4 459 601 wegen eines Subpulsschemas, welches Pulse
an die Düse
anlegt, welche ausreichend sind, die Tinte in der Düse zu bewegen
und ein Verstopfen zu verhindern, aber welche nicht ausreichend
sind, um Tintentröpfchen
auszustoßen).
Die Erfinder glauben, dass das Subpulsen durch konstantes Mischen
der Tinte innerhalb der Düse,
um eine gleich bleibende Viskosität aufrechtzuerhalten, funktioniert.
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Bei
bestimmten Druckanwendungen ist es vorteilhaft, eine Tinte zu haben,
welche eine extrem schnelle Trocknungszeit hat. Bei einigen der
schneller trocknenden Tinten würde
die bloße
Anwendung von Subpulsen eventuell die Viskosität der Tinte innerhalb der Düse zu einem
dicken, unbrauchbaren Zustand erhöhen. Die vorliegende Erfindung
erkennt, dass, wenn man einer schnell trocknenden Tinte erlaubt,
in der Düse
zu trocken, dies eine Barriere aus suspendierten Feststoffen mit
höherer
Viskosität
zwischen der Düsenöffnung und
der in der Kammer 15 enthaltenen Tinte bildet. Die Tintenstrahlindustrie
hat im allgemeinen versucht, solch eine Wirkung zu verhindern, da
solch eine Barriere ein dicker Pfropfen werden würde, welcher ein Verstopfen der
Düse und
einen unzureichenden Betrieb derselben verursachen würde. Im
Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Erfindung diese früher unerwünschte Eigenschaft
schnell trocknender Tinten und verwendet sie zu einem deutlichen
Vorteil. Durch eine richtige Tintenzusammensetzung bildet sich die
Barriere im wesentlichen in so einer Weise, dass sie die Verdunstung
von Lösungsmitteln
in der Tinte vorteilhaft steuert. Das Ergebnis ist Tinte in der
Kammer, welche eine relativ konstante Viskosität aufrechterhält. Gemäß der Erfindung wird
eine Tinte hergestellt, welche extrem schnell trocknende Eigenschaften
hat, so dass während
der Ruheperiode sich schnell eine Viskositätsbarriere an der Öffnung der
Düse bildet.
Auf Lösungsmittel
und Harz basierende Tinten, wie vollständiger unten beschrieben, haben
die gewünschten
Eigenschaften gezeigt.
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Die
Tintenzusammensetzungen gemäß der Erfindung
enthalten einen Glykolether mit einem niedrigen Siedepunkt, d.h.
unter 150°C,
vorzugsweise einen Glykolalkylether mit ungefähr 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugter
3 bis 7 Kohlenstoffatomen, und am bevorzugtesten 4 Kohlenstoffatomen.
Der Glykolalkylether ist Propylenglykolmethylether. Die Tintenzusammensetzung weist
ungefähr
44 Gewichts-% Propylenglykolmethylether auf. Die Tintenzusammensetzungen
weisen ferner einen Ketonalkohol mit vorzugsweise ungefähr 1 bis
10 Kohlenstoffatomen auf. Ein bevorzugter Alkohol ist Diacetonalkohol.
Diese Komponente weist vorzugsweise 20 bis 60 Gewichts-% der Tinte
auf, bevorzugter 35 bis 45% und am bevorzugtesten ungefähr 40,6
Gewichts-%.
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Die
Tintenzusammensetzungen dieser Erfindung enthalten ferner mindestens
ein Harz ausgewählt aus
Polyesterharzen und Acrylharzen, wie z.B. Styrolacrylharz. Die Tintenzusammensetzung
enthält
vorzugsweise ungefähr
1 bis 20% eines alkohollöslichen
Polyesters, bevorzugter ungefähr
5 bis 10%, und am bevorzugtesten 6,3%. Ein bevorzugter alkohollöslicher
Polyester ist Prince 5180, hergestellt von Lawter International,
Northbrook, Ill. Die Tintenzusammensetzung weist vorzugsweise ungefähr 1 bis
10% eines Styrolacrylpolymers auf, bevorzugter 1 bis 3%, wobei 1,7%
am bevorzugtesten ist. Ein bevorzugtes Styrol-Acrylpolymer ist Joncryl
678, erhältlich
von S.C. Johnson & Son,
Inc.
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Die
Tintenzusammensetzungen enthalten auch einen Farbstoff. Die Wahl
des Farbstoffes und seine Konzentration hängt prinzipiell von der Löslichkeit
des Farbstoffes und der Intensität
seiner Farbe bei einer besonderen Anwendung ab. Der Farbstoff wird
vorzugsweise ausgewählt,
um die Tintenzusammensetzung dem menschlichen Auge oder einer mechanischen
Datensammelvorrichtung, wie z.B. einem Strichcodescanner oder einer
anderen Art von optischem Zeichenleser, sichtbar zu machen. Ein
bevorzugter Farbstoff enthält
ein Farbmittel wie z.B. Orasol Black RLI, welches von Ciba-Geigy
Co. aus Ardsley, N.Y. erhältlich
ist.
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Eine
besonders bevorzugte Tinte, welche die gewünschten schnell trocknenden
Eigenschaften zeigt, wurde wie folgt hergestellt:
| Propylenglykolmethylether | 44,0% |
| Diacetonalkohol | 40,6% |
| Prince
5180 | 6,3% |
| Joncryl
678 | 1,7% |
| Orasol
Black RLI | 7,4% |
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Die
Tintenzusammensetzung dieser Erfindung kann ferner ein oder mehrere
der im Stand der Technik bekannten Tintenadditive enthalten, so
lange der Zusatz der Additive nicht die entscheidenden Trocknungseigenschaften
wie unten detaillierter beschrieben, ändert.
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Gemäß der Erfindung
wird die Tintenzusammensetzung so gewählt, dass man eine Viskositätsbarriere aus
suspendierten Feststoffen, welche tatsächlich ein fester Körper werden
kann, sich über
der Öffnung
der Düse
bilden lässt
während
Ruheperioden, welche eine vorbestimmte Zeitdauer, die basierend
auf der Tintenzusammensetzung und anderen Faktoren ausgewählt wird, überschreiten.
Danach wird, wenn Drucken gefordert wird, ein Subpulsen ausgelöst, bevor
das Drucken aufgenommen werden kann, um die Viskositätsbarriere durch
Rehomogenisierung der Barriere mit frischer Tinte zu entfernen.
Obwohl man nicht wünscht
durch irgendeine besondere Theorie gebunden zu sein, wird angenommen,
dass die theoretische Erklärung
der Funktion der Viskositätsbarriere
so ist, wie weiter unten detailliert beschrieben wird.
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Ohne
Subpulsen wird schnell ein Lösungsmittel-Konzentrationsgradient
an der Oberfläche
der Tinte in der Düsenöffnung gebildet,
wenn das flüchtige
Lösungsmittel
verdunstet (siehe 4A). Die Bildung dieses Viskositätsgradienten
oder Barriere 18 verlangsamt dramatisch die Rate des Lösungsmittelverlusts
aus der Düse 12.
Im Gegensatz zu vielen Tinten tritt bei einer richtig gewählten Tinte,
wie z.B. der oben beschriebenen Zusammensetzung, die Rehomogenisierung
schnell unter der Störwirkung
der Subpulse ein. Durch anfängliches
Subpulsen einer Düse,
welche die schnell trocknende Tinte enthält, kann daher eine Düse 12,
welche eine Stunde oder mehr im Ruhezustand war, erfolgreich nach
wenigen Sekunden Subpulsen wieder ausgelöst werden.
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Im
Gegensatz dazu wird, wenn ein konstantes Subpulssystem bei solch
einer schnell trocknenden Tinte, wie der oben beschriebenen bevorzugten
Tinte, angewendet wird, die Tintenviskosität innerhalb der Düse 12 zu
stark steigen und eine schlechte Druckleistung erzeugen. Bei solch
einem System wird angenommen, dass das Subpulsen Wirbelströme erzeugt,
welche die Tinte in der Düse 12 umrühren und
ihre Homogenität aufrechterhalten.
Als ein Ergebnis wird frisches Lösungsmittel
kontinuierlich an der Düsenöffnung präsentiert, und
es wird kein Viskositätsgradient
gebildet. Über
ausgedehnte Subpulszeiträume
wird das Lösungsmittelniveau
in der Düse 12 extrem
verringert und bewirkt, dass die Viskosität der Tinte beträchtlich
steigt, insbesondere an den Rändern
der Düse 12,
wo das Subpulsen die geringste Wirkung hat (siehe 4B).
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Die
bevorzugte Schrittsequenz, um die Viskositätsbarriere und das Subpulsen
anzuwenden, sind im Flussdiagramm von 5 dargestellt.
Die Anfahrsequenz beginnt immer dann, wenn eine Düse über einen ausgedehnten
Zeitraum im Leerlauf war (Schritt 20). Nach dem Anfahren
wird die Düse 12 über einen
vorbestimmten Zeitraum subgepulst. Die Subpulse haben vorzugsweise
eine Pulsbreite von ungefähr
1,5 μs und eine
Frequenz von ungefähr
5 kHz (Schritt 22). Die Subpulsamplitude wird so gewählt, dass
sie die Tinte bewegt, doch nicht ausreicht, um die Tinte aus der
Düse 12 auszustoßen. Die
besonderen Subpulsparameter wurden gewählt, um wirkungsvoll bei der
bevorzugten Tinte zu arbeiten. Andere Parameter können ersetzt werden
und ähnliche
Ergebnisse erzeugen, insbesondere dort, wo die Tintenzusammensetzung
sich von der bevorzugten hier offenbarten Tinte unterscheidet. Die
vorbestimmte Dauer der Subpulsierungszeit ist die Zeit, welche benötigt wird,
um sicherzustellen, dass die Tinte in der Düse mit frischer Tinte aus der
Kammer rehomogenisiert wird. Es wurde festgestellt, dass 5 Sekunden
eine ausreichende Zeit sind, um die Viskositätsbarriere aufzubrechen, welche
durch die bevorzugte oben beschriebene Tintenzusammensetzung gebildet
wird. Natürlich
könnten
andere Rehomogenisierungsperioden verwendet werden, in Abhängigkeit
von den besonderen Eigenschaften der ausgewählten Tinte und der gewünschten
Betriebsqualität.
Nach dem 5-Sekunden-Zeitraum (Schritt 24) wird die Druckfunktion
der Düse
aktiviert (Schritt 26). Die Düse ist dann bereit, um nach
Bedarf Tröpfchen
auszustoßen,
bis der Druckvorgang vollendet ist, und kehrt dann in einen Ruhezustand zurück (Schritt 28).
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Während der
Drucker aktiv ist und für
einen Zeitraum danach kann das Subpulsen der Tinte weitergehen,
um eine konstante Viskosität
der Tinte aufrechtzuerhalten, wie bei einem konstanten Subpulssystem.
D.h. genau wie bei konstanten Subpulssystemen zieht das hier offenbarte
System in Erwägung,
dass der Drucker mit eingeschaltetem konstantem Subpulsen über einen
vorbestimmten Zeitraum aktiviert bleiben kann, ohne die Düse zu verstopfen
oder die Tintenviskosität
auf ein unbrauchbares Niveau zu heben. Wenn jedoch der Drucker über einen
ausgedehnten Zeitraum (ungefähr
15 Minuten im vorliegenden Beispiel) im Leerlauf bleibt, sollte
das Subpulsen aufhören
und es erlauben, dass sich die Viskositätsbarriere 18 über der Öffnung bildet (siehe
auch 4A). Folglich ist ein Zeitschalter auf ungefähr 15 Minuten
gesetzt, während
welcher Zeit das Drucken nach Bedarf wieder beginnen kann (Schritte 30, 32).
Nachdem diese Zeit abgelaufen ist, wird das Subpulsieren gestoppt
und ein Neustart erfordert die Vollendung der Anfahrsequenz, um
die Viskositätsbarriere
zu rehomogenisieren (Schritte 34, 36).
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Fachleute
werden es zu schätzen
wissen, dass zahlreiche Änderungen
und Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
vorgenommen werden können,
und dass solche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang
der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
Zum Beispiel kann es möglich
sein, anstatt Steuersignale durch Modulieren der Amplitude der angelegten
elektrischen Energie zu erzeugen, solche Signale durch Modulieren
angelegter Lichtenergie oder Wärme
zu erzeugen.