DE69925559T2

DE69925559T2 - Unsichtbare lichtunempfindliche Tintenzusammensetzungen und Verfahren zu ihrer Verwendung

Info

Publication number: DE69925559T2
Application number: DE69925559T
Authority: DE
Inventors: William A. Houle
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: US6513921B1; EP0997503B1; JP4376380B2; DE69925559D1; EP0997503A1; JP2000129185A; US6149719A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenzusammensetzungen und -zufuhrsysteme, die denselben zugeordnet sind, und insbesondere auf unsichtbare Tintenmaterialien, die ein oder mehr chemische(s) Mittel umfassen, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, die jedoch fluoreszieren, wenn sie mit (1) fernem Rotlicht („FR"-Licht); (2) Infrarotlicht („IR"-Licht); oder (3) ultraviolettem Licht („UV"-Licht) belichtet werden, je nach den verwendeten jeweiligen chemischen Mitteln. Die sich ergebende Fluoreszenzemission kann anschließend durch die Verwendung eines geeigneten Erfassungssystems erfasst werden, wenn fernes Rotlicht/Infrarotlicht verwendet wird, oder kann durch das bloße Auge wahrgenommen werden, wenn ultraviolette Beleuchtung verwendet wird. Die unsichtbaren Tintenzusammensetzungen können auf einer Vielzahl unterschiedlicher Gebiete viele Verwendungsmöglichkeiten aufweisen und stellen einen Fortschritt in der Technologie der Erzeugung unsichtbarer Bilder dar.
In den letzten Jahren nahm die Nachfrage nach effektiven „unsichtbaren" Tintenzusammensetzungen stetig zu. Gemäß der traditionellen Definition weisen unsichtbare Tintenmaterialien eine breite Klasse an Tintenformulierungen auf, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht werden und mit „natürlichem" Licht (z.B. Licht von der Sonne) oder Licht von herkömmlichen Glühlampen und dergleichen betrachtet werden. Beide diese Lichtformen (sowie auch andere Formen, die normalerweise zu allgemeinen Beleuchtungszwecken in Privathaushalten, Firmen und dergleichen verwendet werden) sind kollektiv als „weißes" Licht charakterisiert, das eine Kombination all der verschiedenfarbigen Lichtanteile beinhaltet, die in einen Wellenlängenbereich zwischen etwa 300 und 700 nm fallen.
Unter diesen Beleuchtungsbedingungen sind die Tintenzusammensetzungen im Wesentlichen farblos. Erst nach einer Beleuchtung mit anderen, schmaleren Lichtwellenlängen werden die gedruckten Bilder sichtbar oder auf andere Weise erfassbar (entweder mit oder ohne zusätzliche Wahrnehmungsgeräte).
Die Verwendungsmöglichkeiten dieser Materialien sind unterschiedlich und weit verbreitet. Beispielsweise liefern unsichtbare Tintenprodukte viele Vorteile, wenn sie auf eine Vielzahl von Dokumenten gedruckt werden, einschließlich Versicherungspolicen, Schecks und anderer verwandter Materialien. Von besonderem Interesse ist die Verwendung unsichtbarer Tinten auf Unterlagen, die seitens Finanzinstitutionen erstellt werden (z.B. Schecks, Kontoauszüge, Leitwegunterlagen und dergleichen). Üblicherweise enthalten diese Dokumente eine große Vielzahl von Leitwegcodes, Kennnummern, Datenübersichten und dergleichen, die (aus zahlreichen Gründen, einschließlich sicherheitsrelevanter Belange) unter den oben angegebenen Bedingungen für das bloße Auge vorzugsweise unsichtbar bleiben. Desgleichen wird bei vielen Anwendungen gewünscht, dass eine „Strichcodierung" für eine Inventarkontrolle, für Produktmontageanwendungen in Fabriken und andere vergleichbare Zwecke auf eine Weise vorgenommen wird, bei der der jeweilige interessierende Strichcode auf den Produkten oder Dokumenten, die gerade bearbeitet werden, nicht in sichtbarer Form erscheint. Repräsentative Patentschriften, die die Verwendung unsichtbarer Tintenmaterialien zu Strichcodierungszwecken erörtern, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: US-Patentschriften Nrn. 5,282,894 an Albert et al.; 5,348,348 an Hanada et al. und 5,686,725 an Maruyama et al. Andere Patentschriften, die die Nützlichkeit unsichtbarer Tintenmaterialien für eine Vielzahl unterschiedlicher Zwecke beschreiben, umfassen US-Patentschriften Nrn. 4,243,694 an Mansukhani; 4,540,595 an Acitelli et al.; 5,093,147 an Andrus et al.; 5,215,838 an Tam et al.; 5,301,044 an Wright; 5,423,432 an Krutak et al.; 5,614,008 an Krutak et al.; 5,643,356 an Nohr et al.; 5,684,069 an Auslander; 5,702,511 an de Saint-Romain et al.; 5,703,229 an Krutak et al. und andere.
Zusätzlich zu den verschiedenen vorhandenen Patentschriften, die unsichtbare Tintenmaterialien im Allgemeinen behandeln, wurden eine Reihe von Patentschriften erteilt, die spezifische Lösungsansätze zum Handhaben und Formulieren unsichtbarer Tintenzusammensetzungen beschreiben. Beispielsweise offenbaren bestimmte Referenzdokumente unsichtbare Farbstoffverbindungen, die mit einer Vielzahl von polymeren Materialien „komplexiert" (z.B. chemisch gekoppelt oder auf andere Weise verbunden) werden (siehe die oben erwähnte US-Patentschrift Nr. 5,614,008). Die Polymere sind augenscheinlich dazu entworfen, die Fluoreszenzintensität der Farbstoffe zu verstärken. Ungeachtet der Vorteile, die dieser Prozess aufweist, kann das Vorliegen von polymeren Materialien in den fertig gestellten Tintenformulierungen (insbesondere denjenigen, die mit der bzw. den ausgewählten Farbstoffverbindung(en) komplexiert sind) bei Anwendungen, die ein Tintenstrahldrucken bei hoher Geschwindigkeit/hoher Auflösung beinhalten, das Niveau der Druckqualität verringern und die Zuverlässigkeit des Druckers insgesamt senken. Diese Situation kann auftreten, da diese Polymere oft unerwünschte Filme oder Ablagerungen in dem Drucksystem bilden, die eine effektive Tintentropfenbildung beeinträchtigen oder andernfalls verhindern. Folglich werden Bilder mit einer schlechten Druckqualität und einer unzureichenden Kantenschärfe erzeugt.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Tintenstrahltechnologie ist dieser Lösungsansatz bei der Markierung von Substraten unter Verwendung unsichtbarer Tinten von beträchtlichem Interesse. Tintenstrahldrucktechniken sind durch ein hohes Maß an Betriebseffizienz, geringe Kosten, eine hervorragende Druckqualität und eine rasche Tintenzufuhr gekennzeichnet. Thermotintenstrahldruckeinheiten sind diesbezüglich besonders wichtig. Drucksysteme, die Thermotinten strahltechnologie verwenden, beinhalten im Grunde eine Kassetteneinheit, die zumindest eine Tintenreservoirkammer aufweist, die in Fluidkommunikation mit einem Druckkopf steht. Der Druckkopf umfasst ein Substrat (vorzugsweise aus Silizium hergestellt), auf dem sich eine Mehrzahl von Dünnfilm-Heizwiderständen befinden. Eine selektive Aktivierung der Widerstände bewirkt eine thermische Anregung der in der Tintenkassette gespeicherten Tintenmaterialien und einen Auswurf derselben aus der Kassette. Repräsentative Thermotintenstrahlsysteme sind in den US-Patentschriften Nrn. 4,500,895 an Buck et al.; 4,771,295 an Baker et al.; 5,278,584 an Keefe et al. und im Hewlett-Packard Journal, Vol. 39, Nr. 4 (August 1988), die alle durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen sind, erörtert. Weitere Informationen bezüglich Tintenstrahldruckvorrichtungen (einschließlich derjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie beinhalten) werden bezüglich der vorliegenden Erfindung nachfolgend erörtert.
Die hierin beanspruchte Erfindung ist auf alle Arten von Tintenstrahldrucksystemen anwendbar, einschließlich derjenigen, die Kassetteneinheiten verwenden, die einen in sich abgeschlossenen Tintenvorrat in einem Gehäuse aufweisen, das direkt an einem Druckkopf angebracht ist, sowie alternativer Tintenstrahlsysteme, die einen Tintenvorrat verwenden, der entfernt von dem Druckkopf positioniert ist und unter Verwendung eines oder mehrerer Rohrleitungsbauglieder in Fluidkommunikation mit demselben steht. Die beanspruchten Materialien und Verfahren sind auch auf Tintenstrahldruckeinheiten anwendbar, die andere (z.B. nichtthermische) Tintenzufuhrverfahren verwenden, einschließlich derjenigen, die z.B. piezoelektrische Technologie beinhalten, wie nachfolgend erörtert wird.
Tintenstrahldrucktechniken und die Verwendung unsichtbarer Tintenmaterialien für die oben umrissenen Zwecke (und andere, verwandte Anwendungen) bieten viele wichtige Vorteile. Gemäß den bei Tintenstrahldrucksystemen (insbesondere Ther motintenstrahleinheiten) verwendeten spezialisierten Komponenten, die üblicherweise zahlreiche kleine Öffnungen, Durchgänge und dergleichen umfassen, durch die Tintenmaterialien gelangen müssen, müssen die zur Verwendung bei diesen Systemen ausgewählten Tinten sorgfältig bedacht werden. Andernfalls können eine Verschlechterung der Druckqualität und eine Abnahme der Betriebseffizienz auftreten. Zusätzlich zu diesen Faktoren müssen die interessierenden Tintenmaterialien viele andere Anforderungen erfüllen, einschließlich einer hohen Wasserechtheit, Lichtechtheit, Fluoreszenzintensität, Zerfließbeständigkeit und dergleichen. Die vorliegende Erfindung beinhaltet spezialisierte unsichtbare Tintenzusammensetzungen, die sich zur Verwendung bei Tintenstrahldrucksystemen (insbesondere bei denjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie verwenden) besonders eignen. Desgleichen überwinden die hierin beschriebenen Materialien und Verfahren zahlreiche Probleme, die mit bisherigen unsichtbaren Tintenformulierungen verbunden sind, und bieten viele Vorteile, einschließlich, aber nicht ausschließlich, der folgenden: (1) hohes Niveau der Druckqualität (insbesondere dann, wenn Thermotintenstrahltechnologie eingesetzt wird); (2) hervorragende Lichtechtheit und Wasserechtheit; (3) hervorragende Fluoreszenzintensität während einer Beleuchtung mit einer geeigneten Lichtquelle; und (4) ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, wenn sie in Verbindung mit Tintenstrahldrucksystemen (insbesondere mit denjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie einsetzen) verwendet werden.
Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung einen Vorteil auf dem Gebiet der Erzeugung von Bildern mit unsichtbarer Tinte, der ein seit langem bestehendes Erfordernis, wie es oben angegeben wurde, erfüllt. Aus der folgenden Erörterung wird ohne weiteres ersichtlich, dass die Erfindung bezüglich der Materialien und Vorgehensweisen, die sie verwendet, sowie bezüglich der Ergebnisse, die sie erzielt, neuartig ist. Somit stellt die beanspruchte Erfindung eine einzigartige Weiterentwicklung von beträchtlicher Bedeutung dar, die nun ausführlich erörtert wird.
Die EP-A-0468649 beschreibt anionische Phthalocyaninverbindungen, die als Farbkomponente von Tinten, insbesondere Tinten, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden, nützlich sind. Die bevorzugten Verbindungen sind cyanfarbige Verbindungen.
Die US-A-5614008 beschreibt wasserbasierte Tinten zum Tintenstrahldrucken, die unsichtbare Nahe-Infrarot-Fluorophore enthalten. Die fluorophorischen Nahe-Infrarot-Verbindungen umfassen ein Phthalocyanin, das zu einem Polyester komplexiert ist.
Die EP-A-0918077 beschreibt einen Farbmittelsatz einer hohen Leistungsfähigkeit zum Drucken, wobei eine der Farben ein Phthalocyaninpigment ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die eine hochempfindliche fluorophorische Verbindung enthält, die für das bloße Auge nicht sichtbar ist, die jedoch mit beträchtlicher Intensität fluoresziert, wenn sie mit fernem Rotlicht („FR"-Licht) oder Infrarotlicht („IR"-Licht) beleuchtet wird (hierin als Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophor oder fluorophorische Fern-Rot-/Infrarot-Verbindung charakterisiert).
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die eine hochsensible fluorophorische Fern-Rot-/Infrarot-Verbindung enthält, die nicht mit polymeren Zusatzstoffen oder anderen Inhaltsstoffen koordinativ gebunden ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die bei einem alternativen Ausführungsbeispiel desgleichen (in Kombination mit dem Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophor) eine ultraviolette fluorophorische Verbindung enthält, die für das bloße Auge unsichtbar ist, jedoch mit beträchtlicher Intensität fluoresziert, wenn sie mit ultraviolettem Licht („UV"-Licht) beleuchtet wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die sich äußerst gut für eine Verwendung bei Tintenstrahldrucksystemen (insbesondere denjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie einsetzen) eignet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die wasserecht und lichtecht ist und die in der Lage ist, gedruckte Bilder mit einer hohen Auflösung zu erzeugen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, bei der die in derselben befindlichen fluorophorischen Materialien fluoreszierende Eigenschaften aufweisen, aufgrund derer sie unter Verwendung eines minimalen Umfangs an Erfassungsgeräten ohne weiteres wahrgenommen werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die bei einer großen Bandbreite von Drucksystemen auf äußerst zuverlässige Weise eingesetzt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die die vorstehenden Vorteile liefert und dabei eine minimale Anzahl chemischer Inhaltsstoffe verwendet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die in der Lage ist, auf einer großen Bandbreite von Substraten klare und scharfe gedruckte Bilder zu erzeugen, wobei keine „speziellen" Substrate erforderlich sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige unsichtbare Tintenzusammensetzung zu liefern, die sich zur Verwendung bei vielen unterschiedlichen Anwendungen, Umgebungen und Situationen eignet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neuartiges Druckverfahren zu liefern, das die oben beschriebenen unsichtbaren Tintenmaterialien verwendet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neuartiges Druckverfahren zu liefern, das die oben beschriebenen unsichtbaren Tintenmaterialien verwendet, wobei zum Erzeugen von gedruckten Bildern Tintenstrahltechnologie eingesetzt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neuartiges Druckverfahren zu liefern, das die oben beschriebenen unsichtbaren Tintenmaterialien bei einer Thermotintenstrahldruckvorrichtung einsetzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neuartiges Druckverfahren zu liefern, das die oben beschriebenen unsichtbaren Tintenmaterialien einsetzt und das schnell, genau und zuverlässig ist und dabei eine hohe Druckqualität liefert.
Im Folgenden wird eine kurze Zusammenfassung der Erfindung und ihrer Vorteile geliefert, wobei spezifische Einzelheiten derselben in dem Abschnitt Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele angegeben sind. Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine äußerst effektive unsichtbare Tintenzusammensetzung und ein Bilderzeugungsver fahren, die in vielen verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden können. Insbesondere sind die verschiedenen Ausführungsbeispiele der beanspruchten Tintenzusammensetzung in der Lage, gedruckte Bilder auf einem ausgewählten Substrat (einschließlich Papiermaterialien) zu erzeugen, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht werden und mit „natürlichem" Licht (z.B. Licht von der Sonne) oder Licht von herkömmlichen Glühlampen und dergleichen betrachtet werden. Beide diese Lichtformen (sowie auch andere Formen, die normalerweise zu allgemeinen Beleuchtungszwecken in Privathaushalten, Firmen und dergleichen verwendet werden) sind kollektiv als „weißes" Licht charakterisiert, das eine Kombination all der verschiedenfarbigen Lichtanteile beinhaltet, die in einen Wellenlängenbereich zwischen etwa 300 und 700 nm fallen. Unter diesen Beleuchtungsbedingungen sind die Tintenzusammensetzungen im Wesentlichen farblos. Erst nach einer Beleuchtung mit anderen, schmaleren Lichtwellenlängen werden die gedruckten Bilder für den Betrachter sichtbar (entweder mit oder ohne zusätzliche Wahrnehmungsgeräte).
Um die „unsichtbaren" gedruckten Bilder wahrzunehmen, müssen sie entweder mit fernem Rotlicht oder Infrarotlicht (z.B. Licht in einem optimalen und nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 650 bis 715 nm, das sowohl die fernen roten als auch die infraroten Wellenlängen, die von primärem Interesse sind, einschließt) oder mit ultraviolettem Licht („UV"-Licht) (z.B. Licht in einem optimalen und nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 250 bis 380 nm) beleuchtet werden, je nach dem jeweiligen betrachteten Ausführungsbeispiel. Ungeachtet des zur Verwendung in einer gegebenen Situation ausgewählten spezifischen Ausführungsbeispiels ermöglichen die hierin beschriebenen Tintenzusammensetzungen (und die denselben zugeordneten Druckverfahren), dass gedruckte Bilder mit einer hohen Bildqualität erzeugt werden, wobei gleichzeitig die bei herkömmlichen unsichtbaren Tinten auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden. Polymere Zusatzstoffe oder „Komplexbildner" sind bei den nachfolgend erörterten Tintenformulierungen nicht erforderlich, wobei die beanspruchten Farbstoffverbindungen als „nicht koordinativ gebunden" charakterisiert sind. Der Begriff „nicht koordinativ gebunden" soll gemäß seiner Verwendung in dem vorliegenden Dokument eine Situation beinhalten, in der die interessierenden Farbstoffe nicht mit bestimmten Materialien (vor allem polymeren Verbindungen) chemisch verbunden sind und keine Farbstoff-„Komplexe" bilden. Folglich ist die Fähigkeit der Tinten, bei vielen verschiedenen Drucksystemen mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit auf effektive Weise zu funktionieren, insgesamt erhöht. Dies gilt besonders dann, wenn Thermotintenstrahlsysteme verwendet werden, um unsichtbare Bilder bei hoher Geschwindigkeit mit einer minimalen „Ausfallzeit" zu erzeugen. Zusätzliche Vorteile und spezifische Informationen bezüglich der Tintenformulierungen und Druckverfahren der Erfindung werden in dem Abschnitt Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele präsentiert, wobei die beanspruchten Produkte und Prozesse einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Technologie der Erzeugung unsichtbarer Bilder darstellen.
Bei einem primären Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Tintenzusammensetzung geliefert, die einen unsichtbaren Farbstoff umfasst, der einen nicht koordinativ gebundenen unsichtbaren Metallphthalocyaninfluorophor gemäß Anspruch 1 umfasst. Materialien, die gemäß der Erörterung in dem vorliegenden Dokument „unsichtbar" sind, beinhalten Zusammensetzungen, die für das bloße Auge unter den oben erwähnten Bedingungen nicht sichtbar sind. Der Begriff „Fluorophor" beinhaltet allgemein eine chemische Zusammensetzung, die in der Lage ist, auf eine Anregung mit Licht einer gegebenen Wellenlänge hin Licht zu absorbieren und anschließend Fluoreszenzlicht zu emittieren. Phthalocyanine (als Gruppe) umfassen definitionsgemäß im Grunde vier Isoindolgruppen (z.B. [(C₆H₄)C₂N]), die miteinander verbunden sind, um eine komplexe konjugierte Struktur zu bilden. Metallphthalocyaninmaterialien enthalten ein oder mehrere Me tallatome, die in der Phthalocyaninstruktur strategisch angeordnet sind. Der Begriff „nicht koordinativ gebunden" ist oben definiert und umfasst Metallphthalocyaninverbindungen, die chemisch nicht mit anderen Materialien (einschließlich organischer Polymere) verbunden sind, um komplexe Moleküle zu bilden, wie sie bei bekannten Systemen, z.B. den in der US-Patentschrift Nr. 5,614,008 Erörterten, verwendet werden. Von primärem Interesse ist in diesem Fall die Verwendung eines neuartigen, nicht koordinativ gebundenen unsichtbaren Aluminiumphthalocyaninfluorophor, wobei weitere Informationen bezüglich dieser Zusammensetzung nachfolgend geliefert werden.
Wie zuvor erwähnt wurde, kann die Verwendung von Farbstoff/Polymer-Komplexen bei Systemen, die zum Beispiel Thermotintenstrahltechnologie auf der Basis einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Auflösung (z.B. zumindest etwa 600 dpi [„dots per inch", Punkte pro Zoll] bei einer Frequenz von etwa 12 bis 16 kHz oder mehr) verwenden, Probleme bezüglich der Zuverlässigkeit und Bildqualität bereiten. Die Verwendung einer unsichtbaren metallphthalocyaninfluorophorischen (z.B. aluminiumphthalocyanin-fluorophorischen) Farbstoffzusammensetzung, die nicht koordinativ gebunden ist und in einem „freien" Zustand in Verbindung mit den hierin festgelegten Wellenlängenbereichen verwendet wird, stellt einen neuartigen Fortschritt auf dem Gebiet der Erzeugung von Bildern mit unsichtbarer Tinte dar, vor allem in Verbindung mit der Thermotintenstrahltechnologie.
Obwohl die vorliegende Erfindung in ihrem breitesten Sinne nicht auf spezifische, nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophore beschränkt ist, wurde entdeckt, dass durch die Verwendung eines speziellen wasserlöslichen, nicht koordinativ gebundenen Aluminiumphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophors unerwartet hervorragende Ergebnisse (bezüglich der Bildqualität, Wasserechtheit, Lichtechtheit, Zuverlässigkeit, Fluoreszenzintensität und dergleichen) erzielt werden. Dieses besondere Material soll hierin als „Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure" (oder Salze derselben) bezeichnet werden, die (in der Säureform) die folgende Strukturformel beinhaltet:
Vom Standpunkt der Nomenklatur betrachtet besteht die oben angeführte Zusammensetzung aus C₃₂H₁₆AlClN₈O₁₂S₄, wobei der folgende „Langschrift"-Name zutrifft: Chlor[29H,31H-phthalocyanin-2,9,17,24-tetrasulfonat(6-)-N29,N30,N32]-aluminat(4-). Wie in der vorstehenden Formel gezeigt ist, sind vier (-SO₃H)-Gruppen vorgesehen. Um Salze dieser Verbindung zu bilden, können die Wasserstoffionen in einer oder mehreren der (-SO₃H)-Gruppen (z.B. 1–4 der Gruppen) durch ein positives Gegenion ersetzt werden, das vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithium (Li⁺), Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺), Rubidium (Rb⁺), Calcium (Ca⁺²), Magnesium (Mg⁺²) , Aluminium (Al⁺³) , Ammonium (NH₄ ⁺) und wasserlöslichen Ammoniumverbindungen, z.B. den Methyl-, Ethyl- und Ethoxyderivaten derselben, besteht. Alle ausgewählten Gegenionen können identisch sein, wenn mehr als eine der (-SO₃H)-Gruppen beteiligt ist, oder es können Mischungen unterschiedlicher Gegenionen verwendet werden. Ein repräsentatives und nicht-einschränkendes Beispiel eines Salzes der oben aufgeführten Zusammensetzung (z.B. Natriumchloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonat) ist wie folgt vorgesehen:
Wiederum sind viele verschiedene Salze möglich (zusammen mit variierenden „Sättigungs"-Pegeln, die den oben gezeigten [SO₃ ^–1]-Gruppen zugeordnet sind). Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben sind im Handel von Ciba-Geigy Corp., Charlotte, NC (USA)/Basel, Schweiz, unter dem Namen „TINOLUX BBS" oder „Tetrabenzotetraazaporphin" erhältlich. Desgleichen enthält die fertig gestellte Tintenzusammensetzung bei einem bevorzugten und nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel etwa 1–200 ppm oder etwa 0,0001–0,02 Gew.-% des unsichtbaren Farbstoffmaterials (z.B. des nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Metall-Fern-Rot-/-Infrarot-Phthalocyaninfluorophors mit besonderer Bezugnahme auf Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben).
Die oben erörterten nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren metallphthalocyanin-Fern-Rot-/Infrarot-fluorophorischen Farbstoffzusammensetzungen (einschließlich Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure-/-Salz-Materialien) sind für das bloße Auge nicht erkennbar (z.B. sind „unsichtbar"), wie oben definiert wurde. Gemäß dem fluorophorischen Charakter derselben fluoreszieren derartige Materialien jedoch mit einem hohen Intensitätsgrad (nachfolgend erörtert), wenn sie mit fernem Rotlicht oder Infrarotlicht beleuchtet werden, das eine Wellenlänge aufweist, die ausreichend ist, um eine derartige Fluoreszenz zu bewirken (Licht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm, der sowohl die Fern-Rot- als auch die Infrarot-Wellenlängen, die von primärem Interesse sind, umfasst). Diese Fluoreszenzemission kann anschließend unter Verwendung eines geeigneten Erfassungs-/Beobachtungssystems erfasst und anderweitig charakterisiert (beobachtet) werden. Eine Fluoreszenzemission, die den vorstehenden Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophoren (z.B. den oben aufgeführten spezifischen und allgemeinen Materialien) zugeordnet ist, beinhaltet optimalerweise die Erzeugung von Licht innerhalb eines Wellenlängenbereichs von etwa 670–720 nm). Dieses Licht ist mit dem bloßen Auge nicht sichtbar und kann unter Verwendung geeigneter Erfassungsvorrichtungen, wie sie nachfolgend dargelegt werden, erfasst werden.
Die beanspruchte Tintenzusammensetzung umfasst desgleichen zumindest ein Tinten-„Trägermittel", das eine Anzahl unterschiedlicher Inhaltsstoffe in einer Kombination umfassen kann. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Tintenträgermittel (1) Wasser; (2) zumindest ein organisches Lösungsmittelmaterial (das auch als „Netzmittel", nämlich ein Feuchthaltemittel, fungieren kann); oder vorzugsweise Gemische derselben, wobei diese Zusammensetzungen in unterschiedlichen Anteilen vorliegen, wie in dem Abschnitt Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erörtert wird. Beispielhafte und bevorzugte organische Lösungsmittel/Trägermittel, die sich zur Verwendung bei der beanspruchten Tintenzusammensetzung eignen, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: 2-Pyrrolidon; ethoxyliertes Glycerol; Diethylenglycol; Tetraethylenglycol; 1,5-Pentandiol; 1,3-Propandiol; N-Methylpyrrolidon; 2-Propanol; 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol; und Gemische derselben. An diesem Punkt sollte betont werden, dass die vorliegende Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele nicht auf bestimmte Zusammensetzungen, Materialien, Anteile, Mengen und andere Parameter beschränkt sind, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben. Alle numerischen Werte und Bereiche, die in die ser Beschreibung geliefert werden, werden lediglich zu Beispielszwecken angegeben und stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, die dazu entworfen sind, eine maximale Betriebseffizienz zu erzielen. Als letzte Anmerkung bezüglich der interessierenden Tintenzusammensetzungen sei gesagt, dass sie eine Anzahl ergänzender (z.B. optionaler) Inhaltsstoffe umfassen können, die nachfolgend ziemlich ausführlich umrissen werden, einschließlich, ohne Einschränkung, Tenside, zusätzlicher Netzmittel (oben definiert), Biozide, Puffermittel und dergleichen. Spezifische und ausführliche Beispiele bevorzugter Tintenformulierungen werden in der folgenden Beschreibung erneut präsentiert.
Tintenformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung beinhalten die Hinzufügung einer zweiten unsichtbaren Farbstoffzusammensetzung, wobei der zweite Farbstoff zumindest einen unsichtbaren ultravioletten Fluorophor umfasst, der in „weißem" Licht oder anderen vergleichbaren Lichtformen, wie sie oben erörtert wurden, mit bloßem Auge nicht zu sehen ist. Wenn jedoch ultraviolettes Licht angewendet wird (z.B. Licht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 250–380 nm), fluoresziert der ultraviolette Fluorophor auf sichtbare Weise (z.B. in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 400–650 nm) und ist somit mit bloßem Auge erkennbar. Der oben erörterte unsichtbare ultraviolette Fluorophor soll hierin als „zweiter unsichtbarer Farbstoff" bezeichnet werden, wobei der nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor als „erster unsichtbarer Farbstoff" charakterisiert ist.
Diese Erfindung ist keinerlei Mengenangaben in Verbindung mit beiden der oben aufgeführten Fluorophore (die gemäß routinemäßigen vorläufigen Pilottests ermittelt werden können) beschränkt. Jedoch werden optimale Ergebnisse erzielt, wenn der erste unsichtbare Farbstoff (z.B. der nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor als allgemeine Klasse von Materi alien und die oben erwähnte bevorzugte Zusammensetzung [Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben]) etwa 1–200 ppm oder etwa 0,0001–0,02 %, des kombinierten Gesamtgewichts der Tintenzusammensetzung ausmacht und der zweite unsichtbare Farbstoff, nämlich der bzw. die beanspruchte(n) ultraviolette(n) Fluorophors bzw. Fluorophore, etwa 500–50000 ppm oder etwa 0,05–5 %, des kombinierten Gesamtgewichts der Tintenzusammensetzung ausmacht. Obwohl eine Anzahl unterschiedlicher ultravioletter Fluorophore ohne Einschränkung in Verbindung mit dem zweiten unsichtbaren Farbstoff verwendet werden können, umfassen exemplarische und bevorzugte Materialien, die für diesen Zweck geeignet sind, UV-absorbierende Stilbene, Pyrazoline, Cumarine, Carbostyrile, Pyrene und Gemische derselben, sind aber nicht auf diese beschränkt. Repräsentative Materialien in jeder dieser Klassen lauten wie folgt: (1) Stilbene: 4,4'-bis(Triazin-2-ylamino)stilben-2,2'-disulfonsäure; Benzensulfonsäure-2,2'-(1,2-ethendiyl)bis[5-[4-[bis(2-hydroxy-ethyl)amino]-6-[(4-sulfophenyl)amino]-1,3,5-triazin-2yl]amino-tetranatriumsalz; und 4,4'-bis[4-Diisopropano-lamino-6-(p-sulfoanilino)-s-triazin-2-yl-amin]stilben-natriumdisulfonat; (2) Pyrazoline: 1,2-Diphenyl-2-pyrazolin; (3) Cumarine: 7-Diethylamino-4-methylcumarin; 7-Hydroxy-4-methylcumarin; und 3-(2-Benzimidazolyl)-7-(diethylamino)cumarin; (4) Carbostyrile 2-Hydroxychinolin; und (5) Pyrene: N-(1-Pyrenbutanoyl)cysteinsäure. Ebenfalls von Interesse als ultravioletter Fluorophor sind Dibenzothiophen-5,5-dioxid sowie C.I. (Farbindex) optischer Aufheller 28; C.I. optischer Aufheller 220; und C.I. optischer Aufheller 264, wobei manche oder alle dieser C.I.-Zusammensetzungen mit den oben aufgeführten spezifischen Materialien vergleichbar oder strukturell äquivalent zu denselben sind. Die vorstehenden ultravioletten Fluorophore und andere sind von zahlreichen Quellen im Handel erhältlich, einschließlich, aber nicht ausschließlich, von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI (USA); Bayer Corporation, Pittsburgh, PA (USA) unter den Namen „BLANKOPHORE" oder „PHORWHITE"; von Ciba-Geigy Corpo ration, Greensboro, NC (USA)/Basel, Schweiz; Molecular Probes, Eugene, OR (USA); Sandoz Chemicals, Charlotte, NC (USA) unter den Namen „LEUKOPHOR"; und Sigma Co., St. Louis, MO (USA). Diese Materialien sind durch ihre Fähigkeit gekennzeichnet, auf eine Beleuchtung mit ultraviolettem Licht hin Fluoreszenzlicht zu erzeugen, das mit bloßem Auge zu sehen ist, wie in diesem Dokument erörtert wird.
Nachdem die Tintenzusammensetzungen, die in diesem Fall von primärem Interesse sind, und ihre Hauptkomponenten beschrieben wurden, werden nun bevorzugte Druckverfahren zusammengefasst, die die spezialisierten Tintenprodukte der Erfindung verwenden. Im Grunde können die Tinten ohne Einschränkung unter Verwendung einer großen Bandbreite von Drucksystemen bereitgestellt werden. Jedoch eignen sich die beanspruchten Tinten bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besonders für eine Bereitstellung unter Verwendung von Tintenstrahldruckeinheiten (insbesondere denjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie verwenden). Diese Eignung beruht auf den jeweiligen Inhaltsstoffen, die für eine Verwendung in den Tintenzusammensetzungen ausgewählt werden (besonders der nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor, nämlich Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben). Deshalb konzentriert sich die folgende Erörterung auf die Verwendung von Tintenstrahltechnologie, um die beanspruchten Tintenzusammensetzungen auf einem ausgewählten Substrat bereitzustellen, jedoch mit dem Verständnis, dass die hierin beschriebenen Tinten auch unter Verwendung verschiedener anderer Drucktechniken, die von Siebdruckverfahren bis hin zu herkömmlichen Offset-Verfahren reichen, transferiert werden können.
Um unter Verwendung der ausgewählten Tintenformulierungen ein gedrucktes unsichtbares Bild zu erzeugen, ist anfänglich ein Tintenzufuhrsystem vorgesehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Tintenzufuhrsystem allgemein in Form einer Tintenkassetteneinheit (die in einem ge eigneten Drucker angebracht ist) konfiguriert, die ein Gehäuse umfasst, das zumindest eine Tintenspeicherkammer in demselben aufweist. Die Tintenspeicherkammer enthält in derselben einen Vorrat an unsichtbarer Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung. Diesbezüglich ist das vorliegend beschriebene Druckverfahren gleichermaßen auf alle hierin erörterten Tintenzusammensetzungen anwendbar.
Das Tintenzufuhrsystem umfasst ferner einen Druckkopf, der sich in Fluidkommunikation mit der Tintenspeicherkammer und Tintenmaterialien in dem Gehäuse befindet, wobei der Druckkopf zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung zum Auswerfen von Tinte aus der Tintenspeicherkammer auf Aufforderung umfasst. Bei einem exemplarischen und bevorzugten Ausführungsbeispiel, das die Verwendung einer Thermotintenstrahlvorrichtung beinhaltet, umfasst der Druckkopf eine Mehrzahl von Widerständen und eine Außenplatte, die zumindest eine oder mehrere Tintenausstoßöffnungen durch die Platte aufweist.
Als Nächstes ist ein Substrat vorgesehen, das dazu entworfen ist, die unsichtbare Tinte aufzunehmen. Die vorliegende Erfindung ist auf keine bestimmten Substrate beschränkt, wobei eine breite Palette an Materialien zu diesem Zweck anwendbar ist, einschließlich Substraten, die aus Papier, Metall, Kunststoff und dergleichen hergestellt sind. Ein wichtiges Attribut der beanspruchten Tintenformulierungen und Verfahren besteht darin, dass keine „speziellen" Substrate (einschließlich kundenspezifisch hergestellter Papierprodukte) erforderlich sind.
Um den Druckvorgang einzuleiten, wird der Druckkopf des Tintenzufuhrsystems aktiviert, um die ausgewählte unsichtbare Tintenzusammensetzung aus der Tintenspeicherkammer des Gehäuses auf das Substrat aufzubringen. Die Aktivierung des Druckkopfes in einem Thermotintenstrahlsystem beinhaltet eine selektive Versorgung der Widerstände mit Energie, um die Tinte zu erhitzen und sie dadurch aus der Tintenspei cherkammer auszuwerfen. Wenn zum Aufbringen der Tinte Nicht-Thermotintenstrahl-Systeme verwendet werden, wird die Aktivierung des Druckkopfes unter Verwendung der jeweiligen betrachteten Tintenausstoßvorrichtungen bewerkstelligt, wobei die damit zusammenhängenden Prozeduren von System zu System variieren. Ferner sollte man verstehen, dass der oben erörterte Druckvorgang gleichermaßen auf (A) Systeme, bei denen der Tintenstrahldruckkopf direkt an dem Gehäuse angebracht ist, um eine einstückige, in sich geschlossene Kassetteneinheit zu bilden, die einen Tintenvorrat in dem Gehäuse aufweist; und (B) Systeme, bei denen das Gehäuse und die Tintenmaterialien in demselben entfernt von dem Druckkopf positioniert sind und unter Verwendung einer oder mehrerer Schlauchleitungen in Fluidkommunikation mit demselben stehen, anwendbar ist. Diesbezüglich schließen jegliche Angaben, die besagen, dass sich der Druckkopf in „Fluidkommunikation" mit der Tintenspeicherkammer und dem Gehäuse befindet oder „wirksam verbunden ist mit" denselben, beide vorstehende Variationen ein.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist das aus dieser Dual-Fluorophor-Tintenzusammensetzung erzeugte Bild für das bloße Auge ebenfalls unsichtbar, wenn es unter „normalem" oder „weißem" Licht betrachtet wird, wie zuvor angegeben wurde. Wenn eine Betrachtung/Erfassung des Bildes erwünscht ist, wird das unsichtbare gedruckte Bild mit Licht einer vorbestimmten Wellenlänge beleuchtet, die ausreichend ist, um zu bewirken, dass das gedruckte Bild Fluoreszenzlicht erzeugt. Das Licht, das zu diesem Zweck verwendet werden kann, umfasst: (1) entweder fernes Rotlicht oder Infrarotlicht, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm beinhaltet, der sowohl die Fern-Rot- als auch die Infrarotwellenlängen von primärem Interesse einschließt, wobei die besten Ergebnisse bei etwa 660 bis 690 nm erzielt werden; und/oder (2) ultraviolettes Licht in einem bevorzugten und nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 250–380 nm. Der derartige Einsatz von Licht bewirkt, dass die Tintenzusammensetzung auf äußerst effektive Weise fluoresziert. Wenn, im Einzelnen, fernes Rotlicht oder Infrarotlicht eingesetzt wird (z.B. in dem vorstehenden Bereich), wird Fluoreszenzlicht in einem optimalen, nichteinschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm (am besten etwa 670–710 nm) emittiert. Dieses emittierte Licht (das für das bloße Auge nicht sichtbar ist) kann anschließend unter Verwendung eines geeigneten Infrarot-Fluoreszenz-Erfassungssystems, das nachstehend näher erläutert wird, erfasst oder auf andere Weise wahrgenommen werden.
Wenn ultraviolettes Licht verwendet wird (z.B. in dem vorstehenden Bereich), wird Fluoreszenzlicht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 400–650 nm emittiert. Folglich ist das gedruckte Bild mit dem bloßen Auge zu sehen, und spezielle Wahrnehmungs- oder Erfassungsgeräte sind nicht erforderlich. Desgleichen ergibt sich die Einzigartigkeit dieses „kombinierten" FR/IR/IV-Fluorophorsystem ohne weiteres aus den nachfolgend bereitgestellten spezifischen Informationen.
Bei einem System, in dem eine Kombination aus fernem Rotlicht/Infrarotlicht und ultraviolettem Licht bei einem gedruckten Bild angewandt wird, das beide oben erwähnte Fluorophore enthält, beinhalten die Ergebnisse eine Kombination der oben beschriebenen Effekte. Im Einzelnen liegt eine „Doppelemissions"-Situation vor, die Fluoreszenzlicht von beiden Fluorophoren beinhaltet, das unter Verwendung einer der vorher beschriebenen Techniken wahrgenommen werden kann. Die Auswahl einer beliebigen gegebenen Technik (entweder eines entsprechenden Erfassungssystems oder des bloßen Auges) hängt davon ab, ob die wahrgenommene Emission von dem Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophor oder dem ultravioletten Fluorophor stammt.
Eine Entscheidung, eine Tintenzusammensetzung zu verwenden, die einen nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Me tallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor (insbesondere Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure (oder Salze derselben) in Kombination mit einem ultravioletten Fluorophor enthält, hängt von der beabsichtigten Verwendung des Markierungssystems ab. Beispielsweise liefert die Technik des kombinierten FR/IR/UV-Fluorophors folgende Vorteile: (1) ein hohes Maß an Flexibilität, das Benutzer des Systems in die Lage versetzt, entweder eine Fernes-Rotlicht/Infrarotlicht-Quelle oder eine Quelle ultravioletten Lichts bei einer einzigen Tintenzusammensetzung zu verwenden; und (2) erhöhte Sicherheit, da eine Lesbarkeit in zwei verschiedenen Wellenlängenregionen erforderlich ist. Ungeachtet dessen, welche Tintenformulierung zur Verwendung ausgewählt wird, stellt die vorliegende Erfindung einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Erzeugung von Bildern mit unsichtbarer Tinte dar. Insbesondere liefern die beanspruchten Tinten und Druckverfahren im Vergleich zu bisher bekannten Techniken viele wichtige Vorteile, einschließlich einer großen Einfachheit, einer Anwendbarkeit auf eine große Bandbreite von Drucksystemen mit einem Hauptaugenmerk auf der Thermotintenstrahltechnologie, Kosteneffizienz, hervorragende Druckqualität/Gleichmäßigkeit, ausgezeichnete Stabilität (nämlich Lichtechtheit und Wasserechtheit) und die allgemeine Fähigkeit, völlig unsichtbare Bilder zu erzeugen, die durch eine Beleuchtung derselben mit fernem Rotlicht, Infrarotlicht und/oder ultraviolettem Licht auf Aufforderung ohne weiteres erfasst werden.
Die oben präsentierte Zusammenfassung wurde dazu entworfen, eine kurze Übersicht über die Erfindung zu liefern, und soll den Schutzumfang derselben in keinster Weise einschränken. Im Folgenden wird nun eine ausführlichere, vollständig zur Durchführung befähigende und umfassende Einschätzung der Erfindung, einschließlich einer Erörterung der beanspruchten Tinten und Drucktechniken, bereitgestellt. Demgemäß werden diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung in der Ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine auseinander gezogene perspektivische schematische Ansicht einer repräsentativen Thermotintenstrahlkassetteneinheit, die bei den neuartigen Tintenzusammensetzungen und Druckverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
2 ist eine schematische, sequentielle Darstellung der Verfahrensschritte, die verwendet werden, um ein unsichtbares gedrucktes Bild auf einem Substrat zu erzeugen, woraufhin die Prozeduren folgen, die verwendet werden, um das Bild wahrzunehmen oder auf andere Weise zu erfassen.
3 ist eine schematische, sequentielle Darstellung der Verfahrensschritte, die verwendet werden, um unter Verwendung der Materialien und Verfahren der Erfindung ein unsichtbares gedrucktes Bild auf einem Substrat zu erzeugen, woraufhin die Prozeduren folgen, die verwendet werden, um das Bild wahrzunehmen oder auf andere Weise zu erfassen.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird nun ein neuartiges Markierungssystem zum Erzeugen unsichtbarer gedruckter Bilder auf einer großen Bandbreite von Substraten ausführlich beschrieben. Die interessierenden Tintenzusammensetzungen verwenden spezielle Kombinationen von Inhaltsstoffen, die deutlich von bisher bekannten Materialien abweichen. Diese Inhaltsstoffe eignen sich besonders zur Verwendung bei Tintenstrahldrucksystemen, insbesondere denjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie einsetzen. Die Einzigartigkeit der beanspruchten Tintenformulierungen, die zum Erzeugen unsichtbarer Bilder verwendeten spezialisierten Prozesse und die bestimmte Art und Weise, auf die die Bilder betrachtet werden, werden aus der folgenden Erörterung ohne weiteres ersichtlich.
Um für ein klares und umfassendes Verständnis der Erfindung zu sorgen, wird die folgende Beschreibung in drei Abschnitte unterteilt, nämlich (1) „A. Eine Übersicht über die Thermotintenstrahltechnologie"; (2) „B. Die Tintenzusammensetzungen"; und (3) „C. Druck- und Erfassungsverfahren".
A. Eine Übersicht über die Thermotintenstrahltechnologie
Die hierin beschriebenen neuartigen Tintenzusammensetzungen und Druckverfahren sind wiederum auf eine große Bandbreite von Druckvorrichtungen (die auch als „Tintenzufuhrsysteme" charakterisiert sind) anwendbar, die (1) ein Gehäuse, das eine Innenabteilung oder Innenkammer in demselben aufweist; (2) einen Druckkopf, der direkt oder entfernt mit dem Gehäuse verbunden ist und in Fluidkommunikation mit der Kammer steht; und (3) zumindest eine „Tintenausstoßvorrichtung", die dem Druckkopf zugeordnet ist, umfassen. Wie zuvor erwähnt wurde, ist der Begriff „Tintenausstoßvorrichtung" so definiert, dass dieselbe jegliche Komponente, jegliches System oder jegliche Vorrichtung, die auf Aufforderung Tinte aus dem Druckkopf selektiv ausstößt oder auswirft, einschließt. Thermotintenstrahlkassetten, die mehrere Heizwiderstände als Tintenausstoßvorrichtungen verwenden, sind zu diesem Zweck bevorzugt. Jedoch ist die beanspruchte Erfindung nicht auf bestimmte Tintenausstoßvorrichtungen oder Tintenstrahldrucktechnologien beschränkt, wie oben angegeben wurde. Stattdessen sind eine Vielzahl unterschiedlicher Tintenzufuhrvorrichtungen anwendbar, einschließlich piezoelektrischer Tropfensysteme des in der US- Patentschrift Nr. 4,329,698 an Smith offenbarten allgemeinen Typs, Punktmatrixsystemen der Vielfalt, die in der US-Patentschrift Nr. 4,749,291 an Kobayashi et al. beschrieben ist, sowie anderer vergleichbarer und funktional äquivalenter Systeme, die dazu entworfen sind, unter Verwendung einer oder mehrerer Tintenausstoßvorrichtungen Tinte bereitzustellen. Die spezifischen Betriebskomponenten, die diesen alternativen Systemen zugeordnet sind (z.B. die piezoelektrischen Elemente in der Vorrichtung der US-Patentschrift Nr. 4,329,698) sind in dem Begriff „Tintenausstoßvorrichtungen", wie er zuvor erwähnt wurde, enthalten.
Um ein umfassendes Verständnis der beanspruchten Erfindung, wenn sie sich auf die Thermotintenstrahltechnologie (die das bevorzugte System von primärem Interesse und primärer Neuheit ist) bezieht, wird nun eine Übersicht über diese Technik gegeben. Eine repräsentative Thermotintenstrahlkassetteneinheit ist in 1 bei Bezugszeichen 10 veranschaulicht. Es wird einleuchten, dass die Kassette 10 hierin zu Beispielszwecken präsentiert ist und keine Einschränkung darstellt. Zusätzlich ist die Kassette 10 in 1 in einem schematischen Format gezeigt, wobei ausführlichere Informationen bezüglich der Kassette 10 und ihrer verschiedenen Merkmale in den US-Patentschriften Nrn. 4,500,895 an Buck et al.; 4,771,295 an Baker et al.; 5,278,584 an Keefe et al.; und im Hewlett-Packard Journal, Vol. 39, Nr. 4 (August 1988), die alle durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen sind, zu finden sind.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 umfasst die Kassette 10 zuerst ein Gehäuse 12, das vorzugsweise aus Kunststoff, Metall oder einer Kombination von beiden hergestellt ist. Das Gehäuse 12 umfasst ferner eine obere Wand 16, eine untere Wand 18, eine erste Seitenwand 20 und eine zweite Seitenwand 22. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die obere Wand 16 und die untere Wand 18 im Wesentlichen parallel zueinander. Desgleichen sind auch die erste Sei tenwand 20 und die zweite Seitenwand 22 im Wesentlichen parallel zueinander.
Das Gehäuse 12 umfasst ferner eine Vorderwand 24 und eine Rückwand 26. Eine innere Tintenspeicherabteilung oder -kammer 30 in dem Gehäuse 12 (in 1 gestrichelt gezeigt), die dazu entworfen ist, einen Vorrat einer Tintenzusammensetzung 32 in derselben zu speichern (entweder in flüssiger [nicht in einer Struktur gebundenen] Form, in einem [nicht gezeigten] Bauglied vom Typ eines absorbierenden Schaums gespeichert oder in einer [nicht gezeigten] blasenartigen Struktur gespeichert) ist von der Vorderwand 24, der Rückwand 26, der oberen Wand 16, der unteren Wand 18, der ersten Seitenwand 20 und der zweiten Seitenwand 22 umgeben. Die Tintenzusammensetzung 32 beinhaltet die neuartigen Tintenformulierungen der vorliegenden Erfindung, wie nachfolgend ausführlich erläutert wird.
Die Vorderwand 24 umfasst ferner eine außen positionierte, sich nach außen erstreckende Druckkopfträgerstruktur 34, die einen im Wesentlichen rechteckigen mittigen Hohlraum 50 in derselben aufweist. Der mittige Hohlraum 50 weist eine untere Wand 52 auf, die in 1 mit einem Tintenauslasstor 54 in derselben gezeigt ist. Das Tintenauslasstor 54 verläuft gänzlich durch das Gehäuse 12 und kommuniziert folglich mit der Kammer 30 in dem Gehäuse 12, so dass Tintenmaterialien aus der Kammer 30 durch das Tintenauslasstor 54 nach außen fließen können.
Ebenfalls in dem mittigen Hohlraum 50 positioniert ist ein rechteckiger, sich nach oben erstreckender Anbringrahmen 56, dessen Funktion nachfolgend beschrieben wird. Wie in 1 schematisch gezeigt ist, ist der Anbringrahmen 56 im Wesentlichen gleichauf (bündig) mit der Vorderfläche 60 der Druckkopfträgerstruktur 34. Der Anbringrahmen 56 umfasst im Einzelnen doppelte längliche Seitenwände 62, 64.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist an dem Gehäuse 12 der Tintenkassette 10 ein Druckkopf, der in 1 allgemein bei Bezugszeichen 80 bezeichnet ist, starr befestigt (z.B. an der sich nach außen erstreckenden Druckkopfträgerstruktur 34 angebracht). Für die Zwecke dieser Erfindung und gemäß der herkömmlichen Terminologie umfasst der Druckkopf 80 in der Tat zwei Hauptkomponenten, die aneinander starr befestigt sind (wobei bestimmte Teilkomponenten zwischen denselben positioniert sind). Die erste Hauptkomponente, die zum Erzeugen des Druckkopfs 80 verwendet wird, besteht aus einem Substrat 82, das vorzugsweise aus Silizium hergestellt ist. An der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 werden unter Verwendung herkömmlicher Dünnfilmherstellungstechniken eine Mehrzahl von einzeln mit Energie versorgbaren Dünnfilmwiderständen 86 befestigt, die als „Tintenausstoßvorrichtungen" fungieren und vorzugsweise aus einer Tantal/Aluminium-Zusammensetzung, die in der Technik zum Bau von Widerständen bekannt ist, hergestellt sind. In der schematischen Darstellung der 1 ist lediglich eine kleine Anzahl von Widerständen 86 gezeigt, wobei die Widerstände 86 der Deutlichkeit halber in einem vergrößerten Format gezeigt sind. Unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Techniken ist auf der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 ferner eine Mehrzahl metallischer Leiterbahnen 90 (z.B. Schaltungselemente) vorgesehen, die mit den Widerständen 86 elektrisch kommunizieren. Die Leiterbahnen 90 kommunizieren ferner mit mehreren metallischen anschlussflächenähnlichen Kontaktregionen 92, die an den Enden 94, 95 des Substrats 82 auf der oberen Oberfläche 84 positioniert sind. Die Funktion all dieser Komponenten, die in Kombination hierin kollektiv als Widerstandsanordnung 96 bezeichnet werden, wird nachfolgend näher erörtert.
Es können verschiedene Materialien und Entwurfskonfigurationen verwendet werden, um die Widerstandsanordnung 96 zu bauen/konstruieren, wobei die vorliegende Erfindung zu diesem Zweck nicht auf bestimmte Elemente, Materialien und Komponenten beschränkt ist. Bei einem bevorzugten, reprä sentativen und nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel ist die Widerstandsanordnung 96 jedoch etwa 0,5 Zoll lang und enthält desgleichen 300 Widerstände 86, wodurch eine Auflösung von etwa 600 Punkten pro Zoll („dpi") ermöglicht wird. Das Substrat 82, das die Widerstände 86 auf demselben enthält, weist vorzugsweise eine Breite „W" (1) auf, die geringer ist als der Abstand „D" zwischen den Seitenwänden 62, 64 des Anbringrahmens 56. Folglich werden auf beiden Seiten des Substrats 82 Tintenflussdurchgänge gebildet, so dass Tinte, die aus dem Tintenauslasstor 54 in dem mittleren Hohlraum 50 fließt, letztlich in Kontakt mit den Widerständen 86 gelangen kann, wie nachstehend näher erörtert wird. Ferner sollte man beachten, dass das Substrat 82 je nach der Art der betrachteten Tintenkassette 10 eine Anzahl anderer (nicht gezeigter) Komponenten auf demselben umfassen kann.
Die zweite Hauptkomponente des Druckkopfes 80 ist sicher an der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 befestigt (wobei eine Anzahl von Materialschichten zwischen denselben liegt, einschließlich einer Barriereschicht [nicht gezeigt]). Im Einzelnen ist, wie in 1 veranschaulicht, eine Mündungsplatte 104 vorgesehen, die verwendet wird, um die ausgewählten Tintenzusammensetzungen auf ein dafür vorgesehenes Druckmedienmaterial oder -substrat (z.B. Papier) zu verteilen. Gemäß der beanspruchten Erfindung besteht die Mündungsplatte 104 aus einem Blendenbauglied 106 (in 1 schematisch gezeigt), das aus einer oder mehreren Metallzusammensetzungen (z.B. goldplattiertem Nickel oder anderen vergleichbaren Materialien) hergestellt ist. Die Mündungsplatte 104/das Blendenbauglied 106 weist bei einem repräsentativen und nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel eine Gesamtdicke von etwa 10–70 Mikrometer auf und ist so dimensioniert, dass es über das Substrat 82 passt und sich nach demselben richtet. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Abmessungen in Verbindung mit der Mündungsplatte 104 beschränkt sein, wobei die Erfindung voraussichtlich auf viele verschiedene Mündungsplatteneinheiten variabler Größe und Form anwendbar ist.
Ferner umfasst die Mündungsplatte 104 zumindest eine und vorzugsweise eine Mehrzahl von Öffnungen bzw. „Mündungen" durch dieselbe, die bei Bezugszeichen 108 bezeichnet sind. Diese Mündungen 108 sind in 1 in einem vergrößerten Format gezeigt. Jede Mündung 108 weist bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 0,01–0,05 mm auf. Bei dem fertig gestellten Druckkopf 80 sind alle oben aufgeführten Komponenten so zusammengebaut, dass jede der Mündungen 108 mit zumindest einem der Widerstände 86 (z.B. „Tintenausstoßvorrichtungen") auf dem Substrat 82 ausgerichtet ist. Folglich bewirkt eine Versorgung eines gegebenen Widerstands 86 mit Energie einen Auswurf von Tinte aus der gewünschten Mündung 108 durch die Mündungsplatte 104. Die beanspruchte Erfindung ist in Verbindung mit der Mündungsplatte 104 nicht auf eine bestimmte Größe, Gestalt oder auf bestimmte Abmessungscharakteristika beschränkt und ist desgleichen nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Anordnung von Mündungen 108 beschränkt. Bei einem in 1 gezeigten repräsentativen Ausführungsbeispiel sind die Mündungen 108 in zwei Reihen 110, 112 auf dem Blendenbauglied 106, das der Mündungsplatte 104 zugeordnet ist, angeordnet. Wenn diese Anordnung von Mündungen 108 eingesetzt wird, sind die Widerstände 86 an der Widerstandsanordnung 96 (z.B. dem Substrat 82) ebenfalls in zwei entsprechenden Reihen 114, 116 angeordnet, so dass die Reihen 114, 116 der Widerstände 86 mit den Reihen 110, 112 der Mündungen 108 im Wesentlichen ausgerichtet sind. Weitere Informationen bezüglich dieses Typs von System aus metallischen Mündungsplatten finden sich z.B. in der US-Patentschrift Nr. 4,500,895 an Buck et al., die durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist. Ferner sollte erwähnt werden, dass, obwohl das in 1 veranschaulichte System die Verwendung von aus Metallzusammensetzungen erzeugten Mündungsplatten beinhaltet, alternative Drucksysteme effektiv Mündungsplattenstrukturen verwendet haben, die aus nicht-metallischen organischen Polymerzusammensetzungen aufgebaut sind. Weitere Daten bezüglich der Verwendung von System aus nicht-metallischen, organischen Mündungsplatten finden sich in der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 (durch Bezugnahme aufgenommen).
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist desgleichen ein filmartiges flexibles Schaltungsbauglied 118 in Verbindung mit der Kassette 10 vorgesehen, das dazu entworfen ist, sich um die nach außen erstreckende Druckkopfträgerstruktur 34 in der fertig gestellten Tintenkassette 10 „herumzuwickeln". Es können viele verschiedene Materialien verwendet werden, um das Schaltungsbauglied 118 zu erzeugen, wobei repräsentative (nicht-einschränkende) Beispiele Polytetrafluorethylen (z.B. Teflon^®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid-Polyethylenterephthalat oder Gemische derselben umfassen. Desgleichen ist eine repräsentative handelsübliche organische Polymerzusammensetzung (z.B. auf Polyimidbasis), die sich zum Aufbauen des flexiblen Schaltungsbauglieds 118 eignet, ein Produkt, das von der DuPont Corporation, Wilmington, DE (USA) unter dem Markennamen „KAPTON" vertrieben wird. Das flexible Schaltungsbauglied 118 ist unter Verwendung herkömmlicher Klebematerialien (z.B. Epoxidharzzusammensetzungen, die zu diesem Zweck in der Technik bekannt sind) mittels einer Haftmittelbefestigung an der Druckkopfträgerstruktur 34 angebracht. Das flexible Schaltungsbauglied 118 ermöglicht, dass elektrische Signale von der (nicht gezeigten) Druckereinheit an die Widerstände 86 (oder andere Tintenausstoßvorrichtungen) auf dem Substrat 82 geliefert und gesendet werden, wie nachstehend erörtert wird. Das filmartige flexible Schaltungsbauglied 118 umfasst ferner eine obere Oberfläche 120 und eine untere Oberfläche 122 (1). Auf der unteren Oberfläche 122 des Schaltungsbauglieds 118 gebildet und in gestrichelten Linien in 1 gezeigt ist eine Mehrzahl von metallischen Schaltungsbahnen (z.B. aus goldplattiertem Kupfer) 124, die unter Verwendung bekannter Metallaufbringungs- und photoli thographischer Techniken auf die untere Oberfläche 122 aufgebracht werden. Auf der unteren Oberfläche 122 des flexiblen Schaltungsbauglieds 118 können viele verschiedene Schaltungsbahnmuster eingesetzt werden, wobei das spezifische Muster von der jeweils betrachteten Art von Tintenkassette 10 und Drucksystem abhängt. Ebenfalls bei Position 126 auf der oberen Oberfläche 120 des Schaltungsbauglieds 118 ist eine Mehrzahl von metallischen (z.B. aus goldplattiertem Kupfer bestehenden) Kontaktanschlussflächen 130 vorgesehen. Die Kontaktanschlussflächen 130 kommunizieren mit den darunter liegenden Schaltungsbahnen 124 auf der unteren Oberfläche 122 des Schaltungsbauglieds 118 über Öffnungen oder „Durchkontaktierungen" (nicht gezeigt), die durch das Schaltungsbauglied 118 verlaufen. Während der Verwendung der Tintenkassette 10 in einer Druckereinheit kommen die Anschlussflächen 130 in Kontakt mit entsprechenden Druckerelektroden, um elektrische Steuersignale von der Druckereinheit zum Zweck der letztendlichen Lieferung an die Widerstandsanordnung 96 an die Kontaktanschlussflächen 130 und Bahnen 124 an dem Schaltungsbauglied 118 zu übertragen. Eine elektrische Kommunikation zwischen der Widerstandsanordnung 96 und dem flexiblen Schaltungsbauglied 118 wird nachstehend erneut umrissen.
In der mittleren Region 132 des flexiblen Schaltungsbauglieds 118 vom Filmtyp ist ein Fenster 134 positioniert, das dazu dimensioniert ist, die Mündungsplatte 104 in demselben aufzunehmen. Wie in 1 schematisch gezeigt ist, umfasst das Fenster 134 eine obere Längskante 136 und eine untere Längskante 138. An der oberen und der unteren Längskante 136, 138 sind teilweise in dem Fenster 134 Anschlussleitungen 140 vom Balkentyp angeordnet, die bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel goldplattiertes Kupfer sind und die Abschlussenden (z.B. die den Kontaktanschlussflächen 130 gegenüberliegenden Enden) der auf der unteren Oberfläche 122 des flexiblen Schaltungsbauglieds 118 positionierten Schaltungsbahnen 124 bilden. Die Anschlussleitungen 140 sind für eine elektrische Verbindung mittels Lö ten, Thermokompressionsbonden und dergleichen mit den Kontaktregionen 92 auf der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnet sind, entworfen. Folglich wird eine elektrische Kommunikation von den Kontaktanschlussflächen 130 zu der Widerstandsanordnung 96 über die Schaltungsbahnen 124 an dem flexiblen Schaltungsbauglied 118 hergestellt. Elektrische Signale von der (nicht gezeigten) Druckereinheit können anschließend über die Leiterbahnen 90 auf dem Substrat 82 zu den Widerständen 86 wandern, so dass eine auf Aufforderung erfolgende Erhitzung der Widerstände 86 (eine Versorgung derselben mit Energie) erfolgen kann.
Es ist wichtig, zu betonen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den in 1 veranschaulichten und oben erörterten spezifischen Druckkopf 80 beschränkt ist, wobei sich viele andere Druckkopfentwürfe ebenfalls zur Verwendung gemäß der beanspruchten Erfindung eignen. Desgleichen soll man ebenfalls beachten, dass, wenn ein Mündungsplattensystem vom Typ eines nicht-metallischen organischen Polymers gewünscht wird, die Mündungsplatte 104 und das flexible Schaltungsbauglied 118 als eine einzige Einheit hergestellt werden können, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 erörtert ist.
Der abschließende Schritt beim Herstellen des fertig gestellten Druckkopfes 80 beinhaltet eine Befestigung der Mündungsplatte 104 in ihrer Position an den darunter liegenden Abschnitten des Druckkopfes 80, so dass die Mündungen 108 mit den Widerständen 86 auf dem Substrat 82 präzise ausgerichtet sind. Repräsentative Thermotintenstrahlkassetteneinheiten, die alle oder einen Teil der oben aufgeführten Komponenten verkörpern, sind im Handel von der Firma Hewlett-Packard, Palo Alto, CA (USA), unter den folgenden Produktbezeichnungen/-nummern erhältlich: 51641A, 51645A, 51640C, 51640A und 51649A, die als nicht-einschränkende Beispiele bereitgestellt sind. Diese Tintenkassetten und die oben in Verbindung mit 1 erörterte Tintenkassette 10 beinhalten ein „in sich abgeschlossenes" Tintenzufuhrsystem, das einen eingebauten bzw. „an Bord befindlichen" Tintenvorrat umfasst. Die beanspruchte Erfindung kann desgleichen mit anderen Systemen (sowohl Thermotintenstrahlals auch Nicht-Thermotintenstrahl-Systemen) verwendet werden, die einen Druckkopf und einen in einem Tintenaufnahmegefäß gespeicherten Tintenvorrat, der mit dem Druckkopf verbunden ist und mit demselben in Fluidkommunikation steht (auch als „außeraxiales" System bekannt), verwenden. Die Fluidkommunikation wird unter Verwendung einer oder mehrerer Schlauchleitungen bewerkstelligt. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist in der der vorliegenden Anmelderin gehörenden anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/869,446, die am 05.06.1997 eingereicht wurde und durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist, offenbart. Diesbezüglich sollen die Begriffe „wirksam verbunden" und „in Fluidkommunikation stehend", wie sie verwendet werden, um die Wechselbeziehung zwischen dem Druckkopf und dem Tintenaufnahmegefäß zu definieren, breit gefasst so ausgelegt werden, dass sie (A) ein System, in dem das Tintenaufnahmegefäß direkt an dem Druckkopf befestigt ist und in Fluidkommunikation mit demselben steht, um beispielsweise eine einzige Kassetteneinheit zu bilden, die einen „eingebauten" Tintenvorrat aufweist; und (B) ein „außeraxiales" System, wie es zuvor erörtert wurde, bei dem das Tintenaufnahmegefäß entfernt von dem Druckkopf beabstandet und nicht „direkt" an demselben befestigt ist, einschließen. Nachdem ein Beispiel einer Thermotintenstrahlkassette 10, die sich zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eignet, beschrieben wurde, werden nun die beanspruchten neuartigen Tintenzusammensetzungen und Bilderzeugungsverfahren erörtert.
B. Die Tintenzusammensetzungen
Wie in diesem Abschnitt dargelegt wird, werden neuartige farblose Tintenzusammensetzungen offenbart, die in der Lage sind, Bilder zu erzeugen, die „unsichtbar" sind. Gemäß der traditionellen Definition weisen unsichtbare Tintenmaterialien eine breite Klasse an Tintenformulierungen auf, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht werden und mit „natürlichem" Licht (z.B. Licht von der Sonne) oder Licht von herkömmlichen Glühlampen und dergleichen betrachtet werden. Beide diese Lichtformen (sowie auch andere Formen, die normalerweise zu allgemeinen Beleuchtungszwecken in Privathaushalten, Firmen und dergleichen verwendet werden) sind kollektiv als „weißes" Licht charakterisiert, das eine Kombination all der verschiedenfarbigen Lichtanteile beinhaltet, die in einen Wellenlängenbereich zwischen etwa 300 und 700 nm fallen. Unter diesen Beleuchtungsbedingungen sind die Tintenzusammensetzungen im Wesentlichen farblos. Erst nach einer Beleuchtung mit anderen, schmaleren Lichtwellenlängen werden die gedruckten Bilder sichtbar oder auf andere Weise erfassbar (entweder mit oder ohne zusätzliche Wahrnehmungsgeräte). Die in diesem Abschnitt dargelegten spezialisierten Tintenzusammensetzungen sind durch die Verwendung neuartiger Inhaltsstoffe gekennzeichnet, die kollektiv eine verbesserte Bildstabilität, eine hohe Druckqualität, die Erzeugung von Bildern, die unter Verwendung von Beleuchtungssystemen einer minimalen Komplexität erfasst/betrachtet werden, und eine Eignung für eine Aufbringung auf viele verschiedene Substrate mittels Hochgeschwindigkeits-Tintenstrahldruckern, die vorzugsweise Thermotintenstrahltechnologie verwenden, liefern. Die zwei Hauptausführungsbeispiele der beanspruchten Tintenzusammensetzung werden nun ausführlich erläutert.
1. Tintenzusammensetzung Nr. 1 (Referenzbeispiel)
Diese Tintenformulierung umfasst eine Anzahl von Inhaltsstoffen, die zusammenwirken, um die oben erörterten vorteilhaften Ergebnisse zu liefern. Im Einzelnen ist eine Tintenzusammensetzung vorgesehen, die einen unsichtbaren Farbstoff umfasst, der zumindest einen oder mehrere nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophore aufweist, die im Idealfall wasserlöslich sind. Der Begriff „unsichtbar", wie er hierin verwendet wird, ist oben erörtert und beinhaltet wiederum Materialien, die mit dem bloßen Auge nicht zu sehen sind. Das Wort „Fluorophor" beinhaltet allgemein eine chemische Zusammensetzung, die in der Lage ist, auf eine Anregung mit Licht einer gegebenen Wellenlänge hin Licht zu absorbieren und danach Fluoreszenzlicht zu emittieren. Die oben aufgeführte Zusammensetzung ist als Fern-Rot(„FR")-/Infrarot(„IR")-Fluorophor bezeichnet, da sie in der Lage ist, Fluoreszenzlicht (nachfolgend erläutert) zu emittieren, wenn sie mit Licht in dem Fern-Rot- oder Infrarot-Spektralbereich beleuchtet wird. Fernes Rotlicht beinhaltet normalerweise einen Wellenlängenbereich von etwa 650–700 nm, wobei Infrarotlicht einen Bereich beinhaltet, der etwa 700 nm übersteigt und bis etwa 1000 nm beträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die hierin beschriebenen Materialien vorwiegend dazu entworfen, zu fluoreszieren, wenn sie mit Licht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm (der die Fern-Rot- und Infrarot-Wellenlängen, die von primärem Interesse sind, umfasst) beleuchtet werden. Dieser Schritt führt zu einer Emission von Fluoreszenzlicht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm, wie später in diesem Abschnitt beschrieben wird.
Phthalocyanine (als Gruppe) umfassen definitionsgemäß im Grunde vier Isoindolgruppen (z.B. [(C₆H₄)C₂N]), die miteinander verbunden sind, um eine komplexe konjugierte Struktur zu bilden. Metallphthalocyaninmaterialien enthalten ein oder mehrere Metallatome, die in der Phthalocyaninstruktur strategisch angeordnet sind. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liefern Aluminiumphthalocyaninmaterialien ausgezeichnete Ergebnisse. Der Begriff „nicht koordinativ gebunden" umfasst gemäß der obigen Definition Metall (z.B. Aluminium) phthalocyaninverbindungen, die chemisch nicht mit anderen Materialien (einschließlich organischer Polymere) verbunden sind, um komplexe Moleküle zu bilden, wie sie bei bekannten Systemen, z.B. den in der US-Patentschrift Nr. 5,614,008 Erörterten, verwendet werden. Die Verwendung von unsichtbaren Farbstoff/Polymer-Komplexen kann bei Systemen, die zum Beispiel Thermotintenstrahltechnologie auf der Basis einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Auflösung (z.B. zumindest etwa 600 dpi [„dots per inch", Punkte pro Zoll] bei einer Frequenz von etwa 12 bis 16 kHz oder mehr) verwenden, Probleme bezüglich der Zuverlässigkeit und Bildqualität bereiten. Die Verwendung eines unsichtbaren metallphthalocyanin-fluorophorischen (z.B. aluminiumphthalocyanin-fluorophorischen) Farbstoffprodukts, das nicht koordinativ gebunden ist und in einem „freien" Zustand verwendet wird, stellt einen neuartigen Fortschritt auf dem Gebiet der Erzeugung von Bildern mit unsichtbarer Tinte dar, vor allem in Verbindung mit der Thermotintenstrahltechnologie.
Obwohl die vorliegende Erfindung in ihrem breitesten Sinne nicht auf spezifische, nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophore beschränkt ist, wurde entdeckt, dass durch die Verwendung eines speziellen wasserlöslichen, nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Aluminiumphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluoro-phors unerwartet hervorragende Ergebnisse (bezüglich der Bildqualität, Wasserechtheit, Lichtechtheit, Zuverlässigkeit, Fluoreszenzintensität und dergleichen) erzielt werden. Dieses besondere Material soll hierin als „Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure" (und Salze derselben) bezeichnet werden, die (in der Säureform) die folgende Strukturformel beinhaltet:
Vom Standpunkt der Nomenklatur betrachtet besteht die oben angeführte Zusammensetzung aus C₃₂H₁₆AlClN₈O₁₂S₄, wobei der folgende „Langschrift"-Name zutrifft: Chlor[29H,31H-phthalocyanin-2,9,17,24-tetrasulfonat(6-)-N29,N30,N32]-aluminat(4-). Dieses Material weist eine ungefähre relative Molekülmasse von etwa 895,22 auf. Wie in der vorstehenden Formel gezeigt ist, sind vier (-SO₃H)-Gruppen vorgesehen. Um Salze dieser Verbindung zu bilden, können die Wasserstoffionen in einer oder mehreren der (-SO₃H)-Gruppen (z.B. 1–4 der Gruppen) durch ein positives Gegenion ersetzt werden, das vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithium (Li⁺) , Natrium (Na⁺) , Kalium (K⁺) , Rubidium (Rb⁺), Calcium (Ca⁺²), Magnesium (Mg⁺²), Aluminium (Al⁺³) , Ammonium (NH₄ ⁺) und wasserlöslichen Ammoniumverbindungen, z.B. den Methyl-, Ethyl- und Ethoxyderivaten derselben, besteht. Alle ausgewählten Gegenionen können identisch sein, wenn mehr als eine der (-SO₃H)-Gruppen beteiligt ist, oder es können Mischungen unterschiedlicher Gegenionen verwendet werden. Ein repräsentatives und nichteinschränkendes Beispiel eines Salzes der oben aufgeführten Zusammensetzung (Natriumchloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonat) ist wie folgt vorgesehen:
Wiederum sind viele verschiedene Salze möglich (zusammen mit variierenden „Sättigungs"-Pegeln, die den oben gezeigten [SO₃ ^–1]-Gruppen zugeordnet sind). Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben sind im Handel von Ciba-Geigy Corp., Charlotte, NC (USA)/Basel, Schweiz, unter dem Namen „TINOLUX BBS" oder „Tetrabenzotetraazaporphin" erhältlich. Desgleichen enthält die fertig gestellte Tintenzusammensetzung bei einem bevorzugten und nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel etwa 1–200 ppm oder etwa 0,0001–0,02 Gew.-% des unsichtbaren Farbstoffmaterials (z.B. des nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophors mit besonderer Bezugnahme auf Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben). Diese Bandbreite ist anwendbar, wenn ein einzelner Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophor verwendet wird oder wenn mehrere Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophore in Kombination verwendet werden (wobei die vorstehende Bandbreite die Gesamtmenge an kombinierten Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophoren in der Tinte beinhaltet.
Die oben erörterten nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren metallphthalocyanin-Fern-Rot-/Infrarot-fluorophorischen Farbstoffzusammensetzungen (einschließlich Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure-/-Salz-Materialien) sind für das bloße Auge nicht erkennbar (z.B. sind „unsichtbar"), wie bereits erwähnt wurde. Gemäß dem fluorophorischen Charakter derselben fluoreszieren derartige Materialien jedoch mit einem hohen Intensitätsgrad (nachfolgend erörtert), wenn sie mit fernem Rotlicht oder Infrarotlicht beleuchtet werden (im Idealfall Licht in einem bevorzugten Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm). Diese Fluoreszenzemission kann anschließend unter Verwendung eines geeigneten Erfassungs-/Beobachtungssystems erfasst und anderweitig charakterisiert (beobachtet) werden, wie im nächsten Abschnitt angedeutet wird. Eine Fluoreszenzemission, die den vorstehenden Infrarot-Fluorophoren (z.B. den hierin aufgeführten spezifischen und allgemeinen Materialien) zugeordnet ist, beinhaltet die Erzeugung von Licht in den Fern-Rot- oder Infrarot-Wellenlängenregionen (im Idealfall in einem nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm [insbesondere dann, wenn Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben verwendet werden]). Dieses Licht ist mit dem bloßen Auge nicht sichtbar und kann unter Verwendung geeigneter Erfassungsvorrichtungen, wie sie nachfolgend angegeben werden, analysiert werden.
Der nächste interessierende Inhaltsstoff, der bei der diesem Ausführungsbeispiel zugeordneten Tintenzusammensetzung verwendet werden soll, beinhaltet ein Tinten„Trägermittel", das vorwiegend als Trägermedium für die anderen Komponenten in dem fertig gestellten Tintenprodukt verwendet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Tintenträgermittel aus (1) Wasser; (2) zumindest einem organischen Tintenlösungsmittelmaterial; oder vorzugsweise (3) Gemischen derselben, wobei diese Zusammensetzungen in unterschiedlichen Anteilen vorliegen, je nach Bedarf gemäß einem vorläufigen Pilottesten. Der Begriff „Lösungsmittel", wie er hierin verwendet wird, soll breitgefasst so ausgelegt werden, dass er ein Material beinhaltet, das verwendet wird, um den gewünschten Fluorophor bzw. die gewünschten Fluorophore in demselben auf homogene und gleichmäßige Weise zu tragen. Desgleichen fungiert das Lö sungsmittel inhärent auch als „Netzmittel", nämlich als Feuchthaltemittel, wobei der Begriff „Lösungsmittel" so ausgelegt wird, dass er Materialien einschließt, die zu Lösungsmittelzwecken, Netzmittelzwecken oder (am häufigsten) zu beiden Zwecken hinzugefügt werden. Beispielhafte und bevorzugte organische Tintenlösungsmittel, die sich zur Verwendung bei der beanspruchten Tintenzusammensetzung eignen, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: 2-Pyrrolidon; ethoxyliertes Glycerol; Diethylenglycol; Tetraethylenglycol; 1,5-Pentandiol; 1,3-Propandiol; N-Methylpyrrolidon; 2-Propanol; 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol; und Gemische derselben. An diesem Punkt sollte betont werden, dass diese Tintenzusammensetzung und ihre verschiedenen alternativen Ausführungsbeispiele nicht auf bestimmte Inhaltsstoffe, Materialien, Anteile, Mengen und andere Parameter beschränkt sind, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben. Alle numerischen Werte, die in diesem Abschnitt angegeben sind, werden lediglich zu Beispielszwecken geliefert und stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, die dazu entworfen sind, eine maximale Betriebseffizienz zu erzielen. Alle obigen Materialien können in verschiedenen Kombinationen verwendet werden, wie sie durch vorläufige Pilotstudien an den betreffenden Tintenformulierungen bestimmt werden.
Die diesem Ausführungsbeispiel zugeordnete Tintenzusammensetzung besteht im Grunde aus dem bzw. den oben erörterten ausgewählten Fluorophor(en) und dem Tintenträgermittel. Nach Zugabe des Fluorophors bzw. der Fluorophore in den hierin aufgelisteten bevorzugten Quantitätswerten (z.B. etwa 0,0001–0,02 Gew.-%, oder anderen Werten gemäß der Bestimmung durch das vorläufige Testen) ist die damit zu kombinierende Menge an Tintenträgermittel diejenige Quantität, die benötigt wird, um 100 Gew.-% zu erreichen. Mit anderen Worten bildet das Tintenträgermittel den Rest der betrachteten Tintenzusammensetzung über die Menge an im Gebrauch befindlichen Fluorophoren hinaus. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedoch bevorzugt, dass die diesem Ausführungsbeispiel zugeordnete Tintenzusammensetzung ein Tintenträgermittel verwendet, das zumindest 30 Gew.-% Wasser enthält. Ein beispielhaftes Tintenträgermittel enthält etwa 60–87 Gew.-% Wasser und etwa 10–37 Gew.-% eines oder mehrerer organischer Lösungsmittel, wobei den Rest zumindest eines der anderen nachfolgend aufgeführten Materialien bildet.
Als Nächstes kann die Tintenzusammensetzung als Bestandteil des Gesamttinten-„Trägermittels" eine Anzahl optionaler Inhaltsstoffe in variierenden Mengen umfassen. Beispielsweise kann ein optionales Biozid hinzugegeben werden, um jegliches Mikrobenwachstum in dem endgültigen Tintenprodukt zu verhindern. Beispielhafte Biozide, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen geschützte Produkte, die von Imperial Chemical Industries, Manchester, England, unter dem Warenzeichen PROXEL GXL; von Union Carbide, Danbury, CT (USA), unter dem Warenzeichen UCARCID 250; und von Huls America, Inc., Piscataway, NJ (USA), unter dem Warenzeichen NUOSEPT 95 vertrieben werden. Wenn ein Biozid verwendet wird, enthält die abschließende Tintenzusammensetzung im Idealfall etwa 0,05–0,5 Gew.-% Biozid, wobei 0,30 Gew.-% bevorzugt ist.
Ebenfalls als Bestandteil des Tinten-„Trägermittels" werden ein oder mehrere optionale Tensidmaterialien verwendet, die dazu entworfen sind, der fertig gestellten Tintenformulierung vorteilhafte Oberflächenspannungs- und Homogenitätscharakteristika zu verleihen. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Tensidzusammensetzungen im Allgemeinen beschränkt ist (von denen die meisten geschützt sind), umfassen exemplarische und bevorzugte Materialien, die für diesen Zweck geeignet sind, ein Tensidprodukt, das von Union Carbide Co., Danbury, CT (USA), unter dem Namen „Tergitol 15-S-5" vertrieben wird und das im Grunde ein C_11-15 -Pareth-5-Material der folgenden Formel umfasst: R₁R₂CH(C₂H₄O)₅OH [wobei R₁ und R₂ = C_11-15] und eine Zusammensetzung, die von Croda, Inc., Parsippany, NJ (USA), un ter dem Namen „Crodafos N-3 Acid" vertrieben wird und die ein Material umfasst, das aus Oleth-3-Phosphat oder Polyoxyethylen(3)oleyletherphosphat(säure) besteht, sind aber nicht auf diese beschränkt. Andere Tensidmaterialien, die sich zur Verwendung bei der interessierenden Tintenzusammensetzung eignen, umfassen eine Verbindung, die von McIntyre Chemical, Inc., University Park, IL (USA), unter dem Namen „Mackam OCT-50" vertrieben wird und die im Grunde aus einer Octylbetainzusammensetzung (z.B. C₈H₁₇N⨁CH₃CH₃CH₂COO⊖) besteht, sowie ein kommerzielles Tensid, das von Dow Chemical Company, Midland, MI (USA), unter dem Namen „Dowfax 8390" vertrieben wird und das eine Diphenylsulfonat-(Natrium-n-hexadecyldiphenyloxiddisulfonat)-Verbindung umfasst. Wiederum eignen sich all diese Verbindungen alleine oder in Kombination zur Verwendung bei der interessierenden Tintenzusammensetzung. Obwohl die hierin beschriebenen Tinten nicht auf bestimmte Quantitätswerte in Verbindung mit den optionalen Tensidmaterialien beschränkt sind (die wiederum gemäß einem routinemäßigen vorläufigen Pilottesten bestimmt werden können), ist bevorzugt, dass die abschließende Tintenzusammensetzung in derselben Tensid (falls es verwendet wird) in einer Menge von etwa 0,1–3 % des (kombinierten) Gesamtgewichts enthält.
Das resultierende Tintenprodukt kann anschließend direkt bei den Druckverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie nachfolgend näher erörtert wird. Nach der Fertigstellung weist die Tintenzusammensetzung bei diesem Ausführungsbeispiel üblicherweise eine durchschnittliche Viskosität von etwa 1,0–5,0 Centipoise bei einer Oberflächenspannung von etwa 30–45 Dyn/cm auf, obwohl diese Werte je nach den spezifischen Materialien, die zum Erzeugen der abschließenden Tintenformulierung ausgewählt werden, Schwankungen unterliegen. Wie zuvor angemerkt wurde, sind die beanspruchten Tintenzusammensetzungen nicht auf bestimmte Materialien oder Materialquantitäten beschränkt, es sei denn, es ist hierin etwas anderes angegeben.
Referenzbeispiel 1
Wiederum ist dieses Referenzbeispiel lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen. Insbesondere ermöglicht die Verwendung von Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure/-salzen, dass unerwartet hervorragende Ergebnisse erzielt werden, und diese(s) Material(en) wurde(n) wurde aus diesem Grund aus einer Reihe anderer Zusammensetzungen als optimales Material ausgewählt. Im Einzelnen weist dieser Farbstoff ausgezeichnete Wasserlöslichkeitscharakteristika, eine hohe Fluoreszenz und eine gute Lichtechtheit auf. Zudem vermeidet er die Erzeugung von schwachen oder fehlgeleiteten Tintentröpfchen bei Thermotintenstrahlsystemen und vermeidet gleichermaßen die Bildung von unerwünschten Rückständen in denselben, die zu einer Verstopfung und damit verbundenen Problemen führen können. Diese Formulierung und die anderen hierin beschriebenen Tintenzusammensetzungen sind für das bloße Auge unsichtbar (z.B. farblos), bis sie mit Licht einer entsprechenden Wel lenlänge beleuchtet werden, wie im nächsten Abschnitt genauer betrachtet wird.
2. Tintenzusammensetzung Nr. 2
Diese Tintenzusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst ferner eine Anzahl von Inhaltsstoffen, die zusammenwirken, um die hierin erörterten vorteilhaften Ergebnisse zu liefern. Bei diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Tintenformulierung alle Inhaltsstoffe, Anteile, physikalischen Charakteristika und anderen Parameter, die oben in Verbindung mit der Referenztintenzusammensetzung Nr. 1 erwähnt wurden, wenn nichts anderes angegeben ist. Diesbezüglich ist die vorstehende Erörterung bezüglich der Tintenzusammensetzung Nr. 1 durch Bezugnahme in diese Beschreibung der Tintenzusammensetzung Nr. 2 aufgenommen. Um jedoch eine vollständige, umfassende und zur Durchführung befähigende Offenbarung der Tintenzusammensetzung Nr. 2 und ihrer funktionalen Attribute zu liefern, wird nun eine ausführliche Übersicht über dieses Material präsentiert. Es ist wichtig zu beachten, dass das wichtigste Unterscheidungsmerkmal der Tintenzusammensetzung Nr. 2 gegenüber der Tintenzusammensetzung Nr. 1 die Verwendung einer Mehrzahl unsichtbarer Farbstoffmaterialien in der Tintenzusammensetzung Nr. 2 beinhaltet.
Die wichtigsten funktionalen Inhaltsstoffe bei der Tintenzusammensetzung Nr. 2 sind mehrere unsichtbare Farbstoffe, nämlich Farbstoffe, die bei „normalem" oder „weißem" Licht mit dem bloßen Auge nicht zu sehen sind, wie oben erörtert wurde, die jedoch trotzdem fluoreszieren, wenn sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet werden. Im Einzelnen beinhaltet die Tintenzusammensetzung Nr. 2 eine erste unsichtbare Farbstoffzusammensetzung, die einen nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor, wie er zuvor definiert wurde, umfasst. Wiederum können „komplexierte" Farbstoffzusam mensetzungen bei Systemen, die zum Beispiel Thermotintenstrahltechnologie auf der Basis einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Auflösung (z.B. zumindest etwa 600 dpi [„dots per inch", Punkte pro Zoll] bei einer Frequenz von etwa 12 bis 16 kHz oder mehr) verwenden, Probleme bezüglich der Zuverlässigkeit und Bildqualität bereiten. Die Verwendung eines unsichtbaren metallphthalocyaninfluorophorischen (z.B. aluminiumphthalocyaninfluorophorischen) Farbstoffprodukts, das nicht koordinativ gebunden ist und in einem „freien" Zustand verwendet wird, stellt einen neuartigen Fortschritt auf dem Gebiet der Erzeugung von Bildern mit unsichtbarer Tinte dar, vor allem in Verbindung mit der Thermotintenstrahltechnologie.
Obwohl die vorliegende Erfindung in ihrem breitesten Sinne nicht auf spezifische, nicht koordinativ gebundene, unsichtbare Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophore beschränkt ist, wurde entdeckt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Verwendung eines speziellen wasserlöslichen, nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Metall (z.B. Aluminium)phthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophors wieder unerwartet hervorragende Ergebnisse (bezüglich der Bildqualität, Wasserechtheit, Lichtechtheit, Zuverlässigkeit, Fluoreszenzintensität und dergleichen) erzielt werden. Dieses besondere Material soll hierin als „Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure" (und Salze derselben) bezeichnet werden, die (in der Säureform) dieselbe Strukturformel beinhaltet, die oben im Zusammenhang mit der Tintenzusammensetzung Nr. 1 angegeben wurde.
Vom Standpunkt der Nomenklatur betrachtet besteht die vorstehende Zusammensetzung aus C₃₂H₁₆AlClN₈O₁₂S₄, wobei der folgende „Langschrift"-Name zutrifft: Chlor[29H,31H-phthalocyanin-2,9,17,24-tetrasulfonat(6-)-N29,N30,N32]-aluminat(4-). Dieses Material weist eine ungefähre relative Molekülmasse von etwa 895,22 auf. Gemäß dieser Formel sind vier (-SO₃H)-Gruppen vorgesehen. Um Salze dieser Verbindung zu bilden, können die Wasserstoffionen in einer oder mehre ren der (-SO₃H)-Gruppen (z.B. 1–4 der Gruppen) durch ein positives Gegenion ersetzt werden, das vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithium (Li⁺), Natrium (Na⁺) , Kalium (K⁺) , Rubidium (Rb⁺) , Calcium (Ca⁺²) , Magnesium (Mg⁺²) , Aluminium (Al⁺³) , Ammonium (NH₄ ⁺) und wasserlöslichen Ammoniumverbindungen, z.B. den Methyl-, Ethyl- und Ethoxyderivaten derselben, besteht. Alle ausgewählten Gegenionen können identisch sein, wenn mehr als eine der (-SO₃H)-Gruppen beteiligt ist, oder es können Mischungen unterschiedlicher Gegenionen verwendet werden. Ein repräsentatives und nicht-einschränkendes Beispiel eines Salzes der oben aufgeführten Zusammensetzung (nämlich Natriumchloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonat) wurde oben im Zusammenhang mit der Tintenzusammensetzung Nr. 1 angegeben und ist gleichermaßen auf Tintenzusammensetzung Nr. 2 anwendbar.
Wiederum sind viele verschiedene Salze möglich (zusammen mit variierenden „Sättigungs"-Pegeln, die den oben gezeigten [SO₃ ^–1]-Gruppen zugeordnet sind). Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben sind im Handel von Ciba-Geigy Corp., Charlotte, NC (USA)/Basel, Schweiz, unter dem Namen „TINOLUX BBS" oder „Tetrabenzotetraazaporphin" erhältlich, wie zuvor erwähnt wurde. Desgleichen enthält die fertig gestellte Tintenzusammensetzung Nr. 2 bei einem bevorzugten und nichteinschränkenden Ausführungsbeispiel etwa 1–200 ppm oder etwa 0,0001–0,02 Gew.-% des ersten unsichtbaren Farbstoffmaterials (z.B. des bzw. der nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Fern-Rot-/-Infrarot-Metall [z.B. Aluminium]-phthalocyaninfluorophors bzw. -fluorophore mit besonderer Bezugnahme auf Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben). Diese Bandbreite ist anwendbar, wenn ein einzelner Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophor verwendet wird oder wenn mehrere Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophore in Kombination verwendet werden (wobei die vorstehende Bandbreite die Gesamtmenge an kombinierten Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophoren in der Tinte beinhaltet.
Die oben erörterten nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren metallphthalocyanin-Fern-Rot-/Infrarot-fluorophorischen Farbstoffzusammensetzungen (einschließlich Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure-/-Salz-Materialien) sind für das bloße Auge nicht erkennbar (z.B. sind „unsichtbar"), wie bereits erwähnt wurde. Gemäß dem fluorophorischen Charakter derselben fluoreszieren derartige Materialien jedoch mit einem hohen Intensitätsgrad (nachfolgend erörtert), wenn sie mit fernem Rotlicht oder Infrarotlicht beleuchtet werden (im Idealfall Licht in einem bevorzugten Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm, was die primär interessierenden Fern-Rot- und Infrarot-Wellenlängen einschließt). Diese Fluoreszenzemission kann anschließend unter Verwendung eines geeigneten Erfassungs- /Beobachtungssystems erfasst und anderweitig charakterisiert (beobachtet) werden, wie im nächsten Abschnitt angedeutet wird. Eine Fluoreszenzemission, die den vorstehenden Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophoren (z.B. den hierin aufgeführten spezifischen und allgemeinen Materialien) zugeordnet ist, beinhaltet die Erzeugung von Licht in den Fern-Rot- oder Infrarot-Wellenlängenregionen (im Idealfall in einem nicht-einschränkenden, beispielhaften Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm). Dieser spezifische Bereich ist insbesondere dann anwendbar, wenn Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben verwendet werden. Das resultierende Fluoreszenzlicht ist mit dem bloßen Auge nicht sichtbar und kann unter Verwendung geeigneter Erfassungsvorrichtungen, wie sie nachfolgend angegeben werden, analysiert werden.
Die Tintenzusammensetzung Nr. 2 enthält ferner einen zweiten unsichtbaren Farbstoff, um ein einzigartiges Produkt einer FR/IR/UV-Kombination zu bilden. Der zweite unsichtbare Farbstoff umfasst zumindest einen unsichtbaren ultravioletten Fluorophor. Dieses Material beinhaltet eine Zusam mensetzung, die gemäß der obigen Definition für das bloße Auge unsichtbar ist, jedoch fluoresziert, wenn sie mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird. Ultraviolettes Licht beinhaltet traditionell einen Wellenlängenbereich von etwa 250–400 nm, wobei das bei diesem Ausführungsbeispiel zu verwendende Licht idealerweise in einem nichteinschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 250–380 nm liegt. Das durch den ultravioletten Fluorophor erzeugte resultierende Fluoreszenzlicht weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 400–650 nm auf, der für das bloße Auge sichtbar ist. Es können ohne Einschränkung viele verschiedene Materialien als unsichtbarer ultravioletter Fluorophor verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie die oben aufgeführten funktionalen Charakteristika aufweisen/beibehalten. Jedoch umfassen beispielhafte und bevorzugte ultraviolette Fluorophore, die für diesen Zweck geeignet sind, UV-absorbierende Materialien in den folgenden Klassen, sind aber nicht auf diese beschränkt: Stilbene, Pyrazoline, Cumarine, Carbostyrile, Pyrene und Gemische derselben, sind aber nicht auf diese beschränkt. Repräsentative Materialien in jeder dieser Klassen lauten wie folgt: (1) Stilbene: 4,4'-bis(Triazin-2-ylamino)stilben-2,2'-disulfonsäure; Benzensulfonsäure-2,2'-(1,2-ethendiyl)bis[5-[4-[bis(2-hydroxy-ethyl)amino]-6-[(4-sulfophenyl)amino]-1,3,5-triazin-2yl]amino-tetranatriumsalz; und 4,4'-bis[4-Diisopropano-lamino-6-(p-sulfoanilino)-s-triazin-2-yl-amin]stilben-natriumdisulfonat; (2) Pyrazoline: 1,2-Diphenyl-2-pyrazolin; (3) Cumarine: 7-Diethylamino-4-methylcumarin; 7-Hydroxy-4-methylcumarin; und 3-(2-Benzimidazolyl)-7-(diethylamino)-cumarin; (4) Carbostyrile: 2-Hydroxychinolin; und (5) Pyrene: N-(1-Pyrenbutanoyl)cysteinsäure. Ebenfalls von Interesse als ultravioletter Fluorophor sind Dibenzothiophen-5,5-dioxid sowie C.I. (Farbindex) optischer Aufheller 28; C.I. optischer Aufheller 220; und C.I. optischer Aufheller 264, wobei manche oder alle dieser C.I.-Zusammensetzungen mit den oben aufgeführten spezifischen Materialien vergleichbar oder strukturell äquivalent zu denselben sind. Die vorstehenden ultravioletten Fluorophore und andere sind von zahlreichen Quellen im Handel erhältlich, einschließlich, aber nicht ausschließlich, von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI (USA); Bayer Corporation, Pittsburgh, PA (USA) unter den Namen „BLANKOPHORE" oder „PHORWHITE"; von Ciba-Geigy Corporation, Greensboro, NC (USA)/Basel, Schweiz; Molecular Probes, Eugene, OR (USA); Sandoz Chemicals, Charlotte, NC (USA) unter den Namen „LEUKOPHOR"; und Sigma Co., St. Louis, MO (USA). Die oben angegebene Liste soll als lediglich repräsentativ und nicht-einschränkend betrachtet werden. Wie zuvor erwähnt wurde, ist der ausgewählte ultraviolette Fluorophor unsichtbar, wenn er bei „normalem" oder „weißem" Licht mit bloßem Auge betrachtet wird, fluoresziert jedoch, wenn er mit ultraviolettem Licht (das im Idealfall in dem zuvor erwähnten Wellenlängenbereich liegt) beleuchtet wird. Desgleichen ist die durch den ultravioletten Fluorophor bzw. die ultravioletten Fluorophore gelieferte Fluoreszenzemission bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (einschließlich der oben erwähnten ultravioletten Fluorophore) ohne weiteres mit bloßem Auge zu sehen. Wie oben erwähnt wurde, emittieren sie im Idealfall Licht in einem nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 400–650 nm, wodurch sie ohne das Erfordernis spezieller Überwachungs- und Erfassungsgeräte betrachtet werden können.
Die Verwendung einer „dualen" fluorophorischen unsichtbaren Tintenzusammensetzung, die eine Kombination von sowohl ultravioletten als auch Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophoren enthält, bietet viele Vorteile. Beispielsweise liefert sie ein multifunktionales System zur Erzeugung unsichtbarer Bilder bei verschiedenen Sicherheitsniveaus. Die wichtigsten Attribute eines derartigen Systems beinhalten (1) eine beträchtlich erhöhte Flexibilität bezüglich dessen, dass die Verwendung entweder einer Fern-Rot-/Infrarot- oder einer ultravioletten Lesevorrichtungseinheit mit einer einzigen Tintenzusammensetzung ermöglicht wird; und (2) ein erhöhtes Sicherheitsniveau dadurch, dass eine Lesbarkeit in zwei verschiedenen Wellenlängenregionen erforderlich ist. Demgemäß stellt die Tintenzusammensetzung Nr. 2 einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Technologie unsichtbarer Tinten dar, wobei besonders auf die „duale" fluorophorische Beschaffenheit der Tinte Bezug genommen wird.
Obwohl die Tintenzusammensetzung Nr. 2 in Verbindung mit den darin verwendeten Inhaltsstoffen nicht auf bestimmte numerische Parameter beschränkt ist, enthält die fertig gestellte Tintenformulierung den zweiten unsichtbaren Farbstoffmaterial (ultravioletten Fluorophor vorzugsweise in einer Menge von etwa 500–50000 ppm oder etwa 0,05–5 Gew.-%). Dieser Bereich ist zutreffend, wenn ein einzelner ultravioletter Fluorophor verwendet wird oder wenn mehrere ultraviolette Fluorophore in Kombination verwendet werden (wobei der vorstehende Bereich die Gesamtmenge an kombinierten ultravioletten Fluorophoren in der Tinte beinhaltet).
Die übrigen bei der Tintenzusammensetzung Nr. 2 verwendeten Inhaltsstoffe sind im Wesentlichen dieselben wie diejenigen, die oben in Verbindung mit der Tintenzusammensetzung Nr. 1 aufgelistet wurden. Um jedoch wiederum eine vollständige und umfassende Offenbarung der beanspruchten Technologie zu ermöglichen, wird nun eine ausführliche Zusammenfassung dieser Inhaltsstoffe geliefert. Der nächste interessierende Inhaltsstoff, der bei der Tintenzusammensetzung Nr. 2 verwendet werden soll, beinhaltet ein Tinten-„Trägermittel", das vorwiegend als Trägermedium für die anderen Komponenten in dem fertig gestellten Tintenprodukt verwendet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Tintenträgermittel (1) Wasser; (2) zumindest ein organisches Tintenlösungsmittelmaterial; oder vorzugsweise (3) Gemische derselben, wobei diese Zusammensetzungen in unterschiedlichen Anteilen vorliegen, je nach Bedarf gemäß einem vorläufigen Pilottesten. Der Begriff „Lösungsmittel", wie er hierin verwendet wird, soll so ausgelegt wer den, dass er ein allgemein Material beinhaltet, das verwendet wird, um den gewünschten Fluorophor bzw. die gewünschten Fluorophore in demselben auf homogene und gleichmäßige Weise zu tragen. Desgleichen fungiert das Lösungsmittel inhärent auch als „Netzmittel", nämlich als Feuchthaltemittel, wobei der Begriff „Lösungsmittel" so ausgelegt wird, dass er Materialien einschließt, die zu Lösungsmittelzwecken, Netzmittelzwecken oder – am häufigsten – zu beiden diesen Zwecken hinzugefügt werden. Beispielhafte und bevorzugte organische Tintenlösungsmittel, die sich zur Verwendung bei der Tintenzusammensetzung Nr. 2 eignen, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: 2-Pyrrolidon; ethoxyliertes Glycerol; Diethylenglycol; Tetraethylenglycol; 1,5-Pentandiol; 1,3-Propandiol; N-Methylpyrrolidon; 2-Propanol; 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol; und Gemische derselben. An diesem Punkt sollte betont werden, dass diese Tintenzusammensetzung und ihre verschiedenen alternativen Ausführungsbeispiele nicht auf bestimmte Inhaltsstoffe, Materialien, Anteile, Mengen und andere Parameter beschränkt sind, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben. Alle numerischen Werte, die in diesem Abschnitt angegeben sind, werden lediglich zu Beispielszwecken geliefert und stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, die dazu entworfen sind, eine maximale Betriebseffizienz zu erzielen. Alle obigen Materialien können in verschiedenen Kombinationen verwendet werden, wie sie durch vorläufige Pilotstudien an den betreffenden Tintenformulierungen bestimmt werden. Die diesem Ausführungsbeispiel zugeordnete Tintenzusammensetzung besteht im Grunde aus dem bzw. den oben erörterten ausgewählten Fluorophor(en) und dem Tintenträgermittel. Nach Zugabe des Fluorophors bzw. der Fluorophore in den hierin aufgelisteten bevorzugten Quantitätswerten (z.B. etwa 0,0001–0,02 Gew.-% für den bzw. die Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor[e], etwa 0,05–5 Gew.-% für den bzw. die ultraviolette[n] Fluorophor[e], oder anderen Werten gemäß der Bestimmung durch das vorläufige Testen) ist die damit zu kombinierende Menge an Tintenträgermittel diejenige Quantität, die benötigt wird, um 100 Gew.-% zu erreichen. Mit anderen Worten bildet das Tintenträgermittel den Rest der Tintenzusammensetzung Nr. 2 über die Menge an im Gebrauch befindlichen Fluorophoren hinaus. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedoch bevorzugt, dass die diesem Ausführungsbeispiel zugeordnete Tintenzusammensetzung ein Tintenträgermittel verwendet, das zumindest 30 Gew.-% Wasser enthält. Ein beispielhaftes Tintenträgermittel enthält etwa 60–87 Gew.-% Wasser und etwa 10–37 Gew.-% eines oder mehrerer organischer Lösungsmittel, wobei den Rest zumindest eines der anderen nachfolgend aufgeführten Materialien bildet.
Die Tintenzusammensetzung Nr. 2 kann als Bestandteil des Gesamttinten-„Trägermittels" ferner eine Anzahl optionaler Inhaltsstoffe in variierenden Mengen umfassen. Beispielsweise kann ein optionales Biozid hinzugegeben werden, um jegliches Mikrobenwachstum in dem endgültigen Tintenprodukt zu verhindern. Beispielhafte Biozide, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen wiederum geschützte Produkte, die von Imperial Chemical Industries, Manchester, England, unter dem Warenzeichen PROXEL GXL; von Union Carbide, Danbury, CT (USA), unter dem Warenzeichen UCARCID 250; und von Huls America, Inc., Piscataway, NJ (USA), unter dem Warenzeichen NUOSEPT 95 vertrieben werden. Wenn ein Biozid verwendet wird, enthält die abschließende Tintenzusammensetzung im Idealfall etwa 0,05–0,5 Gew.-% Biozid, wobei 0,30 Gew.-% bevorzugt ist.
Ebenfalls als Bestandteil des Tinten-„Trägermittels" werden ein oder mehrere optionale Tensidmaterialien verwendet, die dazu entworfen sind, der fertig gestellten Tintenformulierung vorteilhafte Oberflächenspannungs- und Homogenitätscharakteristika zu verleihen. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Tensidzusammensetzungen im Allgemeinen beschränkt ist (von denen die meisten geschützt sind), umfassen exemplarische und bevorzugte Materialien, die für diesen Zweck geeignet sind, ein Tensidprodukt, das von Union Carbide Co., Danbury, CT (USA), unter dem Namen „Tergitol 15-S-5" vertrieben wird und das im Grunde ein C_11-15-Pareth-5-Material der folgenden Formel umfasst: R₁R₂CH(C₂H₄O)₅OH [wobei R₁ und R₂ = C_11-15 und eine Zusammensetzung, die von Croda, Inc., Parsippany, NJ (USA), unter dem Namen „Crodafos N-3 Acid" vertrieben wird und die ein Material umfasst, das aus Oleth-3-Phosphat oder Polyoxyethylen(3)oleyletherphosphat(säure) besteht, sind aber nicht auf diese beschränkt. Andere Tensidmaterialien, die sich zur Verwendung bei der Tintenzusammensetzung Nr. 2 eignen, umfassen ein Produkt, das von McIntyre Chemical, Inc., University Park, IL (USA), unter dem Namen „Mackam OCT-50" vertrieben wird und die im Grunde aus einer Octylbetainzusammensetzung (z.B. C₈H₁₇N⊕CH₃CH₃CH₂COO⊖) besteht, sowie ein kommerzielles Tensid, das von Dow Chemical Company, Midland, MI (USA), unter dem Namen „Dowfax 8390" vertrieben wird und das eine Diphenylsulfonat-(Natrium-n-hexadecyldiphenyloxiddisulfonat)-Verbindung umfasst. Wiederum eignen sich all diese Verbindungen alleine oder in Kombination zur Verwendung bei der Tintenzusammensetzung Nr. 2. Obwohl die hierin beschriebenen Tinten nicht auf bestimmte Quantitätswerte in Verbindung mit den optionalen Tensiden beschränkt sind (die wiederum gemäß einem routinemäßigen vorläufigen Pilottesten bestimmt werden können), enthält die Tintenzusammensetzung Nr. 2 vorzugsweise zu etwa 0,1–3 des (kombinierten) Gesamtgewichts Tensid.
Das resultierende Tintenprodukt kann anschließend direkt bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie nachfolgend näher erörtert wird. Nach der Fertigstellung weist die Tintenzusammensetzung bei diesem Ausführungsbeispiel üblicherweise eine durchschnittliche Viskosität von etwa 1,0–5,0 Centipoise bei einer Oberflächenspannung von etwa 30–45 Dyn/cm auf, obwohl diese Werte je nach den spezifischen Materialien, die zum Erzeugen der abschließenden Tintenformulierung ausgewählt werden, Schwankungen unterliegen. Wie zuvor angemerkt wurde, sind die hierin beschriebenen, interessierenden Tintenzusammensetzungen nicht auf bestimmte Materialien oder Materialquanti täten beschränkt, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben. Jedoch beinhaltet das folgende Beispiel eine repräsentative und bevorzugte Tintenzusammensetzung Nr. 2, die dazu entworfen ist, unter Verwendung der Thermotintenstrahldrucktechnologie ausgezeichnete Ergebnisse und eine unerwartet hervorragende Bilderzeugung zu liefern: Beispiel 2
Wiederum ist dieses Beispiel lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und stellt ein nichteinschränkendes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar. Insbesondere ermöglicht die Verwendung von Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure/-salzen, wie zuvor erörtert wurde, dass unerwartet hervorragende Ergebnisse erzielt werden, und diese(s) Material(en) wurde(n) aus diesem Grund aus einer Reihe anderer Zusammensetzungen als optimales Material ausgewählt. Eine spezifische Erörterung der durch die Verwendung dieses Produkts bereitgestellten Vorteile wurde oben in Verbindung mit der Tintenzusammensetzung Nr. 1 präsentiert und ist durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Nachdem die interessierenden bevorzugten und neuartigen Tintenformulierungen dargelegt wurden, werden nun die einzigartigen Bilderzeugungsverfahren, die denselben zugeordnet sind, erörtert. Wiederum sind die beanspruchten Verfahren und Materialien auf vielfältige Weise auf viele verschiedene Drucktechnologien anwendbar, obwohl sie, wie zuvor erwähnt wurde, besonders bei Systemen nützlich sind, die Thermotintenstrahltechnologie verwenden. Somit betont der folgende Absatz die Verwendung von Thermotintenstrahldrucktechniken mit dem Verständnis, dass die hierin präsentierten erfindungsgemäßen Konzepte nicht auf dieses spezifische Verfahren beschränkt sind.
C. Druck- und Erfassungsverfahren
1. Die Erzeugung unsichtbarer gedruckter Bilder unter Verwendung der Tintenzusammensetzung Nr. 1
Unter Bezugnahme auf 2 wird auf schematische Weise ein repräsentatives Verfahren zum Erzeugen eines unsichtbaren gedruckten Bildes auf einem Substrat, das anschließend auf Aufforderung erfasst werden kann, veranschaulicht. Obwohl die folgende Erörterung wieder ein Tintenstrahldrucksystem (das Thermotintenstrahltechnologie verwendet) beinhaltet, können viele andere Druckverfahren verwendet werden, um die beanspruchten Tintenzusammensetzungen zu liefern, einschließlich derjenigen, die von herkömmlichen Siebdruckvorgängen bis zu standardmäßigen Offset-Drucktechniken reichen.
Wie in 2 schematisch gezeigt ist, ist eine Tintenstrahldruckeinheit 200 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Druckvorrichtung verwendet wird. Zur Verwendung als Druckeinheit 200 können viele verschiedene Systeme ausgewählt werden, einschließlich Druckern, die von der Firma Hewlett-Packard, Palo Alto, CA (USA), unter folgenden Produktbezeichnungen hergestellt und vertrieben werden: DESKJET 400C, 500C, 540C, 660C, 693C, 820C, 850C, 870C, 1200C und 1600C. Ferner kann die Tintenstrahldruckeinheit 200 aus einem spezialisierten System bestehen, das in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/181589 der vorliegenden Anmelderin, die gleichzeitig mit dem vorliegenden Dokument am 28.10.98 eingereicht wurde (HP-Fallnr. 10981510-1) (EP-A-...), beschrieben ist. In der Druckeinheit 200 ist eine Thermotintenstrahlkassetteneinheit (z.B. die in 1 veranschaulichte und oben erörterte Kassette 10) vorgesehen, die mit einer ausgewählten Tintenzusammensetzung 32 versehen ist. Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Thermotintenstrahlkassette 10 ist angesichts ihrer Fähigkeit, die Tintenzusammensetzung 32 auf Aufforderung an ein ausgewähltes Substrat abzugeben, hierin als „Tintenzufuhrsystem" charakterisiert. Die in 2 gezeigte Tintenzusammensetzung 32 besteht aus der unsichtbaren Tintenzusammensetzung Nr. 1, die zuvor beschrieben wurde und die zumindest einen nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor (insbesondere Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben) enthält. Wiederum können bei den hierin beschriebenen Prozessen viele verschiedene Tintenstrahl- und Nicht- Tintenstrahl-Kassettentypen (z.B. „Tintenzufuhrsysteme") eingesetzt werden, wobei diese Systeme ein Gehäuse, einen in Fluidkommunikation mit dem Gehäuse stehenden Druckkopf (wobei das Gehäuse eine Tintenaufbewahrungs-/-speicherkammer enthält) und zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung in dem Druckkopf umfassen. Bezüglich spezifischer Thermotintenstrahlkassetten, die als Kassetteneinheit 10 verwendet werden können, ist diese Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Beispielsweise umfassen zahlreiche im Handel erhältliche Kassetteneinheiten, die für diesen Zweck geeignet sind, diejenigen, die unter den folgenden Produktbezeichnungen von der Firma Hewlett-Packard, Palo Alto, CA (USA), hergestellt werden: 51641A, 51645A, 51640C, 51640A, 51629A und 51649A. Alle hierin erörterten Verfahren sind gleichermaßen auch Tintenzufuhrsysteme anwendbar, die (1) einen direkt an dem Tinte enthaltenden Gehäuse befestigten Druckkopf; und (2) einen Druckkopf, der über eine oder mehrere Schlauchleitungen mit einem entfernt positionierten Gehäuse verbunden ist, das in demselben einen Tintenvorrat aufweist, wie zuvor erwähnt wurde, verwenden. Das letztgenannte System ist als „außeraxiale" Einheit bekannt, wie sie beispielsweise in der EP-A-0890441 erörtert ist. Somit ist die Erfindung nicht auf bestimmte Tintenzufuhrsysteme beschränkt, wobei viele verschiedene Varianten anwendbar sind.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 ist ein Substrat 202 vorgesehen und in die Druckeinheit 200 eingefügt (z.B. platziert). Die obere Oberfläche 204 des Substrats 202 ist zu der Tintenkassette 10 nach oben gewandt. Viele verschiedene Materialien können verwendet werden, um das Substrat 202 zu erzeugen, einschließlich, jedoch ohne Einschränkung, Papier (beschichtet oder unbeschichtet), Metall, Kunststofffilmmaterialien (die z.B. aus Polyesterharzen, Polycarbonatprodukten, Polyethylenverbindungen und anderen hergestellt sind), Glas und dergleichen. Diesbezüglich sind die beanspruchten Tintenzusammensetzungen und Druckverfahren nicht auf gegebene Substratmaterialien beschränkt, die ohne Einschränkung in Blatt-, Streifen-, Rollen- oder anderen Formen verwendet werden können. Jedoch sind die in 2–3 gezeigten Prozesse in Verbindung mit Finanzdokumenten auf Papierbasis, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Schecks, Auszügen, Versicherungspapieren, Leitwegunterlagen und dergleichen, besonders nützlich.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2 schematisch veranschaulicht ist, ist die Druckeinheit 200 mit einer Bilderzeugungsvorrichtung 208, die viele verschiedene Systeme beinhalten kann, elektrisch verbunden. Repräsentative Systeme sind aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Personal-Computer (z.B. des von Hewlett-Packard, Palo Alto, CA [USA], unter dem Warenzeichen „PAVILION^®" hergestellten Typs), einer Scannereinheit (z.B. von der Sorte, die von der Firma Hewlett-Packard, Palo Alto, CA [USA], unter dem Warenzeichen „SCANJET^®" vertrieben wird), aus beiden diesen Vorrichtungen oder aus jeglichem anderen geeigneten Bilderzeugungssystem (einschließlich eines Strichcodegenerators) besteht, was je nach der beabsichtigten Verwendung der Tintenzusammensetzungen schwankt. Die beanspruchten Prozesse sollen ebenfalls auf keine bestimmte Bilderzeugungsvorrichtung und kein bestimmtes Protokoll oder Format beschränkt sein.
Als Nächstes werden die Bilderzeugungsvorrichtung 208 und die Druckeinheit 200 zusammenwirkend aktiviert, um das gewünschte unsichtbare gedruckte Bild 210 (in 2 gestrichelt dargestellt) auf die obere Oberfläche 204 des Substrats 202 aufzubringen. Das gedruckte Bild 201 kann einen Strichcode, wie in 2 veranschaulicht, oder jegliches andere gewünschte Indizia bzw. Merkmal beinhalten. Sowohl die Bilderzeugungsvorrichtung 208 als auch die Druckeinheit 200 werden verwendet, um die Tintenkassette 10 selektiv zu steuern. Der Druckprozess wird durch Aktivierung der Tintenausstoßvorrichtungen (z.B. Dünnfilmwiderstände 86) in dem Druckkopf 80 der Tintenkassette 10 (siehe 1) eingeleitet. Der Begriff „Aktivierung" bei dem System der 2 soll wiederum eine Prozedur beinhalten, bei der die Dünnfilmwiderstände 86 der Tintenkassette 10 durch die Druckeinheit 200 angeleitet werden, die Tintenzusammensetzung 32 aus der Abteilung/Kammer 30 des Gehäuses 12 auf die obere Oberfläche 204 des Substrats 202 aufzubringen. Dies wird bewerkstelligt, indem die Dünnfilmwiderstände 86 in dem Druckkopf 80 der Kassette 10 mit Energie versorgt werden. Folglich wird Tinte, die sich unter der Mündungsplatte 104 befindet, thermisch angeregt und durch die Tintenausstoßmündungen 108 in der Platte 104 nach außen auf das Bildaufnahmesubstrat 202 ausgeworfen. Auf diese Weise kann die Kassette 10 dazu verwendet werden, das unsichtbare gedruckte Bild 210 unter Verwendung der Tintenzusammensetzung 32 auf das Substrat 202 aufzubringen. Das unsichtbare gedruckte Bild 210 wird als „unsichtbar" charakterisiert, da es bei „normalem", „Umgebungs"- oder „weißem" Licht nicht mit dem bloßen Auge zu sehen ist, wie oben erörtert wurde. Desgleichen ist das unsichtbare gedruckte Bild 210 gemäß den einzigartigen und spezialisierten chemischen Komponenten in der Tintenzusammensetzung 32 (nämlich Tintenzusammensetzung Nr. 1) bei einer Hohe-Auflösung-Kapazität stabil (z.B. wasserecht/lichtecht). Wiederum eignen sich die hierin erörterten Materialien und Prozesse für ein Drucken bei zumindest 600 dpi und einer Frequenz von etwa 12–16 kHz oder mehr.
An diesem Punkt wird das Substrat 202, das das unsichtbare gedruckte Bild 210 enthält, vorzugsweise aus der Druckeinheit 200 entfernt. Falls gewünscht, kann das gedruckte Bild 210 erfasst und auf andere Weise charakterisiert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das aus der Tintenzusammensetzung 32 erzeugte unsichtbare gedruckte Bild 210 beleuchtet, indem Licht bei einer Wellenlänge eingesetzt wird, die ausreichend ist, um zu bewirken, dass das gedruckte Bild 210 Fluoreszenzlicht erzeugt. Dies wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch bewerkstelligt, dass fernes Rotlicht oder Infrarotlicht auf das Bild 210 aufgebracht wird. Fernes Rotlicht beinhaltet üblicherweise einen Wel lenlängenbereich von etwa 650–700 nm, wobei Infrarotlicht einen Bereich beinhaltet, der zwischen etwa 700 nm und etwa 1000 nm liegt. Jedoch liegt das eingesetzte Licht bei einem bevorzugten und nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel, das zum Erzielen optimaler Ergebnisse entworfen ist, vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm (wobei ein Bereich von etwa 660–690 nm der beste ist). Obwohl das unsichtbare gedruckte Bild 210 eine gewisse Absorption im Fern-Rot-Abschnitt des sichtbaren Spektrums aufweist, wie oben erwähnt wurde, ist das Bild 210 wiederum auf Grund der verwendeten niedrigen Farbstoffkonzentrationen und der geringen Sensitivität des menschlichen Auges auf Wellenlängenwerte in dieser Region nicht mit bloßem Auge erfassbar.
Infolge dieses Schrittes emittieren die Tintenzusammensetzung 32 und das aus derselben erzeugte unsichtbare gedruckte Bild 210 Fern-Rot- oder Infrarot-Fluoreszenzlicht. Dieses Licht liegt im Idealfall in einem nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm (bevorzugt = etwa 670–710 nm), wenn die hierin erörterten chemischen Materialien verwendet werden (einschließlich, aber nicht ausschließlich, Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben). In 2 ist schematisch ein Fern-Rot-/Infrarot-Beleuchtungssystem 212 veranschaulicht, das dazu verwendet werden kann, fernes Rotlicht oder Infrarotlicht 214 innerhalb der vorstehenden Wellenlängenparameter auf das Substrat 202 und das unsichtbare gedruckte Bild 210 aufzubringen. In Verbindung mit dem Beleuchtungssystem 212 können viele verschiedene Lichtquellen verwendet werden (einschließlich standardmäßiger Rot-LED-Lichtabgabesysteme [LED = Licht emittierende Diode], Halogenglühbirnen-Beleuchtungsvorrichtungen, Metallhalogenid-Glühbirneneinheiten und anderer vergleichbarer Systeme, die bezüglich der Infrarot-Bilderzeugung in der Technik bekannt sind). Obwohl dieses Ausführungsbeispiel nicht auf bestimmte Systeme zu diesem Zweck beschränkt ist, umfassen beispielhafte kommerzielle Beleuchtungsvorrichtungen, die als Beleuch tungssystem 212 verwendet werden können, Produkte, die von Micro Laser Systems, Inc., Garden Grove, CA (USA) – Modell L4 780s-24; Illumination Technologies, Inc., Syracuse, NY (USA) – Modell 3900; und Nikon, Japan, unter der Bezeichnung „Metal Halide Fiber Optic Illuminator" (Metallhalogenid-Faseroptik-Beleuchtungsvorrichtung) vertrieben werden.
Wenn das Beleuchtungssystem 212 verwendet wird, um Licht 214 an das unsichtbare gedruckte Bild 210 abzugeben, fluoresziert dasselbe, um ein fluoreszierendes gedrucktes Bild zu ergeben, das in 2 bei Bezugszeichen 218 angegeben ist. Jedoch fluoresziert das fluoreszierende gedruckte Bild 218 nicht auf eine Weise, die für das bloße Auge sichtbar ist. Stattdessen fluoresziert es, indem es fernes Rotlicht oder Infrarotlicht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm (am besten etwa 670–710 nm) gemäß den spezifischen Materialien erzeugt, die verwendet werden, um die Tintenzusammensetzung 32 zu erzeugen, einschließlich des Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophors, unter besonderer Bezugnahme auf Chloraluminium(III)phthalocyanintetrasulfonsäure und Salze derselben. Um das fluoreszierende gedruckte Bild 218 auf der oberen Oberfläche 204 des Substrats 202 zu erfassen oder auf andere Weise zu charakterisieren, ist ein entsprechendes Erfassungssystem 220 vorgesehen. Das Erfassungssystem 220 kann ohne Einschränkung viele verschiedene Vorrichtungen und Komponenten beinhalten. Beispielsweise besteht das in 2 schematisch gezeigte System 220 aus einer standardmäßigen CCD-Kamera 222 (CCD = „charge coupled device", ladungsgekoppelte Vorrichtung), die mit einem entsprechenden Infrarotfilter 224 eines bekannten Aufbaus (z.B. bei einem repräsentativen, nicht-einschränkenden Beispiel einem herkömmlichen 700nm-Langpassfilter) ausgestattet ist. Auch andere Kamerasysteme eignen sich zur Verwendung hierin, wobei die vorstehende Anordnung von Komponenten lediglich zu Beispielzwecken vorgesehen ist. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 umfassen repräsentative im Handel erhältliche Erfassungsvor richtungen, die in Verbindung mit der Kamera 222 verwendet werden können, Kamerasysteme, die von Pulnix Co., Sunnyvale, CA (USA) – Modell 440 –, und von Global Supply Co., Toronto, Kanada – Modell UNI-IR5 – vertrieben werden, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Das spezifische Ausführungsbeispiel der 2 ist besonders dazu entworfen, Strichcodebilder zu lesen oder auf andere Weise zu erfassen. Nachdem die Kamera 222 aktiviert ist, werden die sich ergebenden elektronischen Bilder in einen in 2 schematisch veranschaulichten Bildprozessor 230 geleitet. Der Bildprozessor 230 kann viele verschiedene Systeme ohne Einschränkung beinhalten, einschließlich derjenigen, die dazu entworfen sind, Strichcodeinformationen zu erfassen, zu interpretieren und zu charakterisieren. Eine beispielhafte handelsübliche Vorrichtung, die für diesen Zweck geeignet ist, umfasst ein System, das von Accusort, Inc., Telford, PA (USA) – Modell 24 – hergestellt wird. Desgleichen können viele verschiedene Vorrichtungen in Verbindung mit dem Bildprozessor 230 verwendet werden, die von zuvor erörterten Strichcodelesevorrichtungen bis zu Videomonitoren reichen, die dazu entworfen sind, visuell wahrnehmbare Bilder aus durch die Kamera 222 erzeugten Signalen zu erzeugen. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Systeme, Teilsysteme oder Komponenten, die dem Bildprozessor 230 zugeordnet sind, die je nach der beabsichtigten Verwendung der Tintenformulierungen variieren, beschränkt. Ungeachtet dessen, welche Komponenten in dem Erfassungssystem 220 verwendet werden, ermöglicht es, dass das fluoreszierende gedruckte Bild 218 auf Aufforderung auf eine äußerst effektive Weise erfasst wird, wodurch der Bilderzeugungs- und Überwachungsprozess abgeschlossen wird.
Die Herstellung unsichtbarer gedruckter Bilder gemäß diesem Ausführungsbeispiel (das die Tintenzusammensetzung Nr. 1 verwendet) ermöglicht die Erzeugung klarer und stabiler gedruckter Bilder. Von besonderer Bedeutung ist die Fähigkeit, diese Ziele unter Verwendung vieler verschiedener Drucksysteme, einschließlich Hochgeschwindigkeits-Thermotintenstrahleinheiten, zu erreichen. Die resultierenden Bilder sind wiederum durch eine hohe Auflösung und einen hohen Durchsatz, eine ausgezeichnete Stabilität (einschließlich Wasserechtheit und Lichtechtheit) und die Fähigkeit, mit einem beträchtlichen Intensitätsgrad zu fluoreszieren, gekennzeichnet. Als letzte Anmerkung bezüglich des Systems der 2 sei gesagt, dass die Konfiguration von in derselben gezeigten Komponenten lediglich schematisch ist und nach Bedarf variiert werden kann.
2. Die Erzeugung unsichtbarer gedruckter Bilder unter Verwendung der Tintenzusammensetzung Nr. 2
Unter Bezugnahme auf 3 ist auf schematische Weise ein weiteres Verfahren zum Erzeugen eines unsichtbaren gedruckten Bildes auf einem Substrat veranschaulicht, das anschließend auf Aufforderung erfasst, betrachtet oder auf andere Weise charakterisiert werden kann. Dieses Verfahren verwendet die oben erörterte Tintenzusammensetzung Nr. 2, die ein Dual-Fluorophor-System verwendet, nämlich (1) einen ultravioletten Fluorophor; und (2) einen Fern-Rot-/Infrarot-Fluorophor in Kombination. Obwohl die folgende Erörterung vorwiegend ein Tintenstrahldrucksystem (das Thermotintenstrahltechnologie verwendet) beinhaltet, können wiederum viele andere Drucktechniken in Verbindung mit den interessierenden Tintenzusammensetzungen verwendet werden, einschließlich der oben erwähnten Alternativen.
Man muss verstehen, dass das diesem Ausführungsbeispiel zugeordnete Verfahren mit Ausnahme eines Postens, nämlich der Art und Weise, wie das unsichtbare gedruckte Bild erfasst wird, dieselben Schritte verwendet, die oben in Verbindung mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel aufgeführt wurden. Bezüglich der vorläufigen Stufen des beanspruchten Prozesses, die vor einer Betrachtung oder anders gearteten Erfassung des unsichtbaren gedruckten Bildes erfolgen, sind die oben in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel präsentierten Informationen durch Bezugnahme in den vorliegenden Abschnitt aufgenommen. Die Verwendung gemeinsamer Bezugszeichen in 2–3 bedeutet Prozessschritte und Materialien, die gleichermaßen auf beide Ausführungsbeispiele anwendbar sind. Um jedoch eine vollständige und zur Durchführung befähigende Offenbarung zu liefern, wird nun ein kurzer Überblick über die beanspruchte Vorgehensweise von Anfang bis Ende gegeben.
Unter Bezugnahme auf 3 ist wiederum eine Thermotintenstrahldruckeinheit 200 veranschaulicht, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Druckvorrichtung verwendet wird. Exemplarische handelsübliche Systeme, die der Druckeinheit 200 zugeordnet sind, wurden oben erörtert. Eine Thermotintenstrahlkassetteneinheit (z.B. Kassette 10, die in 1 gezeigt ist) ist desgleichen in der Druckeinheit 200 positioniert, die mit einer Tintenzusammensetzung 32 versorgt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Tintenzusammensetzung 32 die Tintenzusammensetzung Nr. 2, die als aktive Inhaltsstoffe (1) zumindest einen nicht koordinativ gebundenen, unsichtbaren Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophor (insbesondere Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben, die unerwartet hervorragende Ergebnisse liefern); und (2) zumindest einen unsichtbaren ultravioletten Fluorophor (wobei Beispiele hierfür oben im Abschnitt „B" präsentiert wurden) umfasst. Wiederum können bei den hierin beschriebenen Prozessen viele verschiedene Tintenstrahl- und Nicht-Tintenstrahl-Kassettentypen (z.B. „Tintenzufuhrsysteme") verwendet werden, wobei diese Systeme ein Gehäuse, einen mit dem Gehäuse (das eine Tintenaufbewahrungs-/-speicherkammer enthält) in Fluidkommunikation stehenden Druckkopf und zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung in dem Druckkopf umfassen. In Bezug auf spezifische Thermotintenstrahlkassetten, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Tintenkassetteneinheit 10 verwendet werden können, ist die Erfindung diesbezüglich nicht eingeschränkt. Repräsentati ve, im Handel erhältliche Kassetteneinheiten, die sich für diesen Zweck eignen, sind dieselben wie diejenigen, die oben in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel aufgelistet wurden. Alle hierin erörterten Verfahren sind gleichermaßen auf Tintenzufuhrsysteme anwendbar, die (1) einen direkt an dem Tinte enthaltenden Gehäuse befestigten Druckkopf; und (2) einen Druckkopf verwenden, der über eine oder mehrere Schlauchleitungen wirksam mit einem entfernt positionierten Gehäuse verbunden ist, das in demselben einen Tintenvorrat aufweist, wie oben angegeben wurde.
Als Nächstes ist ein Substrat 202 des zuvor erörterten Typs vorgesehen und in die Druckeinheit 200 eingefügt (z.B. platziert). Die obere Oberfläche 204 des Substrats 202 ist zu der Tintenkassette 10 nach oben gewandt. Viele verschiedene Materialien können verwendet werden, um das Substrat 202 zu erzeugen, einschließlich, jedoch ohne Einschränkung, Papier (beschichtet oder unbeschichtet), Metall, Kunststofffilmmaterialien (die z.B. aus Polyesterharzen, Polycarbonatprodukten, Polyethylenverbindungen und anderen hergestellt sind), Glas und dergleichen. Diesbezüglich sind die Tintenzusammensetzungen und Verfahren, die diesem Ausführungsbeispiel zugeordnet sind, nicht auf gegebene Substratmaterialien beschränkt, die ohne Einschränkung wiederum in Blatt-, Streifen-, Rollen- oder anderen Formen verwendet werden können. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der 3 schematisch veranschaulicht ist, ist die Druckeinheit 200 mit einer Bilderzeugungsvorrichtung 208, die viele verschiedene Systeme beinhalten kann, elektrisch verbunden. Repräsentative Systeme, die als Bilderzeugungsvorrichtung 208 verwendet werden können, sind dieselben wie diejenigen, die oben in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel aufgelistet wurden, einschließlich Personal-Computer, Scanner, Strichcodegeneratoren und dergleichen.
Dann werden die Bilderzeugungsvorrichtung 208 und die Druckeinheit 200 auf kooperative/zusammenwirkende Weise aktiviert, um das gewünschte unsichtbare gedruckte Bild 210 (in 2 gestrichelt dargestellt) auf die obere Oberfläche 204 des Substrats 202 aufzubringen. Das gedruckte Bild 201 kann einen Strichcode, wie in 3 veranschaulicht, oder jegliches andere gewünschte Indizia bzw. Merkmal beinhalten. Sowohl die Bilderzeugungsvorrichtung 208 als auch die Druckeinheit 200 werden verwendet, um die Tintenkassette 10 selektiv zu steuern. Der Druckprozess wird durch Aktivierung der Tintenausstoßvorrichtungen (z.B. Dünnfilmwiderstände 86) in dem Druckkopf 80 der Tintenkassette 10 (siehe 1) eingeleitet. Der Begriff „Aktivierung" bei dem System der 3 soll wiederum einen Prozess beinhalten, bei dem die Dünnfilmwiderstände 86 der Tintenkassette 10 durch die Druckeinheit 200 angeleitet werden, die Tintenzusammensetzung 32 aus der Abteilung/Kammer 30 des Gehäuses 12 auf die obere Oberfläche 204 des Substrats 200 aufzubringen. Dies wird erreicht, indem die Dünnfilmwiderstände 86 in dem Druckkopf 80 der Kassette 10 mit Energie versorgt werden. Folglich wird Tinte, die sich unter der Mündungsplatte 104 befindet, thermisch angeregt und durch die Tintenausstoßmündungen 108 in der Platte 104 nach außen auf das Bildaufnahmesubstrat 202 ausgeworfen. Auf diese Weise kann die Kassette 10 verwendet werden, um das unsichtbare gedruckte Bild 210 unter Verwendung der Tintenzusammensetzung 32 auf das Substrat 202 aufzubringen. Das unsichtbare gedruckte Bild 210 wird als „unsichtbar" charakterisiert, da es bei „normalem", „Umgebungs"- oder „weißem" Licht, wie zuvor definiert, wieder nicht mit dem bloßen Auge zu sehen ist, wie oben erörtert wurde. Desgleichen ist das unsichtbare gedruckte Bild 210 gemäß den einzigartigen und spezialisierten chemischen Komponenten in der Tintenzusammensetzung 32 (nämlich Tintenzusammensetzung Nr. 2) bei einer hohen Auflösung stabil (z.B. wasserfest/lichtecht). Wiederum eignen sich die in diesem alternativen Ausführungsbeispiel erörterten Materialien und Prozesse für ein Drucken bei zumindest 600 dpi und einer Frequenz von etwa 12–16 kHz oder mehr.
An diesem Punkt wird das Substrat 202, das das unsichtbare gedruckte Bild 210 auf demselben enthält, vorzugsweise aus der Druckeinheit 200 entfernt und mit Licht beleuchtet, dessen Wellenlänge ausreichend ist, um zu bewirken, dass die Tintenzusammensetzung 32 Fluoreszenzlicht aus derselben emittiert. Die Bedienperson des Systems hat bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nun eine Wahl bezüglich des Typs und der Art und Weise der Beleuchtung, die verwendet wird, um eine Beleuchtung/Erfassung zu bewerkstelligen. Die erste Option beinhaltet eine Vorgehensweise, die im Wesentlichen dieselbe ist wie der oben bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Prozess. Im Einzelnen wird das aus der Tintenzusammensetzung 32 erzeugte unsichtbare gedruckte Bild 210 beleuchtet, indem auf das gedruckte Bild 210 fernes Rotlicht oder Infrarotlicht abgegeben wird, um Fluoreszenzlicht zu erzeugen. Fernes Rotlicht beinhaltet üblicherweise einen Wellenlängenbereich von etwa 650–700 nm, wobei Infrarotlicht einen Bereich beinhaltet, der zwischen etwa 700 nm und etwa 1000 nm liegt, wie oben erwähnt wurde. Jedoch liegt das angewendete Licht bei einem bevorzugten und nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel, das zum Erzielen optimaler Ergebnisse entworfen ist, vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm (wobei ein Bereich von etwa 660–690 nm der beste ist). Infolge dieses Schrittes emittieren die Tintenzusammensetzung 32 und das aus derselben erzeugte unsichtbare gedruckte Bild 210 Fern-Rot- oder Infrarot-Fluoreszenzlicht. Dieses Licht liegt im Idealfall in einem nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 (bevorzugt = etwa 670–710 nm), wenn die hierin erörterten chemischen Materialien verwendet werden (einschließlich, aber nicht ausschließlich, Chloraluminium[III]phthalocyanintetrasulfonsäure oder Salze derselben). In 3 ist schematisch ein Fern-Rot-/Infrarot-Beleuchtungssystem 202 veranschaulicht, das verwendet werden kann, um fernes Rotlicht/Infrarotlicht 214 innerhalb des vorstehenden Wellenlängenbereichs auf das Substrat 202 und das unsichtbare gedruckte Bild 210 aufzubringen. In Verbindung mit dem Beleuchtungssystem 212 kön nen viele verschiedene Lichtquellen verwendet werden (einschließlich standardmäßiger Rot-LED-Lichtbeaufschlagungssysteme [LED = Licht emittierende Diode], Halogenglühbirnen-Beleuchtungsvorrichtungen, Metallhalogenit-Glühbirneneinheiten und anderen vergleichbaren Systemen, die bezüglich der Infrarot-Bilderzeugung in der Technik bekannt sind). Obwohl dieses Ausführungsbeispiel nicht auf bestimmte Systeme zu diesem Zweck beschränkt sein soll, umfassen beispielhafte kommerzielle Beleuchtungsvorrichtungen, die als das Beleuchtungssystem 212 verwendet werden können, die spezifischen Produkte, die oben im Zusammenhang mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel erwähnt wurden.
Wenn das Beleuchtungssystem 212 verwendet wird, um fernes Rotlicht/Infrarotlicht 214 an das unsichtbare gedruckte Bild 210 auf dem Substrat 202 abzugeben, fluoresziert dasselbe, um ein fluoreszierendes gedrucktes Bild zu ergeben, das in 3 bei Bezugszeichen 218 angegeben ist. Jedoch fluoresziert das fluoreszierende gedruckte Bild 218 nicht auf eine Weise, die für das bloße Auge sichtbar ist. Stattdessen fluoresziert es, indem es fernes Rotlicht oder Infrarotlicht in einem optimalen, nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm (am besten etwa 670–710 nm) gemäß den spezifischen Materialien erzeugt, die verwendet werden, um die Tintenzusammensetzung 32 zu erzeugen, einschließlich des Metallphthalocyanin-Fern-Rot-/-Infrarot-Fluorophors, unter besonderer Bezugnahme auf Chloraluminium(III)phthalocyanintetra-sulfonsäure und Salze derselben. Um das fluoreszierende gedruckte Bild 218 auf der oberen Oberfläche 204 des Substrats 202 zu erfassen oder auf andere Weise zu charakterisieren, ist ein entsprechendes Erfassungssystem 220 vorgesehen. Das Erfassungssystem 220 kann ohne Einschränkung viele verschiedene Vorrichtungen und Komponenten beinhalten. Beispielsweise besteht das in 3 schematisch gezeigte System 220 wieder aus einer standardmäßigen CCD-Kamera 222 (CCD = „charge coupled device", ladungsgekoppelte Vorrichtung), die mit einem ent sprechenden Infrarotfilter 224 eines bekannten Aufbaus (z.B. bei einem repräsentativen, nicht-einschränkenden Beispiel einem herkömmlichen 700nm-Langpassfilter) ausgestattet ist. Auch andere Kamerasysteme eignen sich zur Verwendung hierin, wobei die vorstehende Anordnung von Komponenten lediglich zu Beispielzwecken vorgesehen ist. Repräsentative im Handel erhältliche Erfassungsvorrichtungen, die in Verbindung mit der Kamera 222 verwendet werden können, umfassen die im Handel erhältlichen Kamerasysteme, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erörtert wurden, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Das spezifische Ausführungsbeispiel der 3 ist besonders dazu entworfen, Strichcodebilder zu lesen oder auf andere Weise zu erfassen. Nachdem die Kamera 222 aktiviert ist, werden die sich ergebenden elektronischen Bilder in einen in 3 schematisch gezeigten Bildprozessor 230 geleitet. Der Bildprozessor 230 kann viele verschiedene Systeme ohne Einschränkung beinhalten, einschließlich derjenigen, die dazu entworfen sind, Strichcodeinformationen zu erfassen, zu interpretieren und zu charakterisieren. Eine beispielhafte handelsübliche Vorrichtung, die für diesen Zweck geeignet ist, umfasst dasselbe repräsentative System, das zuvor im Zusammenhang mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Desgleichen können viele verschiedene Vorrichtungen als Bildprozessor 230 verwendet werden, die von Strichcodelesevorrichtungen bis zu Videomonitoren reichen, die dazu entworfen sind, visuell wahrnehmbare Bilder aus durch die Kamera 222 erzeugten Signalen zu erzeugen. Ungeachtet dessen, welche Komponenten in dem Erfassungssystem 220 verwendet werden, ermöglicht es, dass das fluoreszierende gedruckte Bild 218 auf Aufforderung auf eine äußerst effektive Weise erfasst wird, wodurch der Fern-Rot-/Infrarot-Bilderzeugungs- und -überwachungsprozess abgeschlossen wird.
Die Herstellung unsichtbarer gedruckter Bilder gemäß diesem Ausführungsbeispiel (das die Tintenzusammensetzung Nr. 2 verwendet) ermöglicht die Erzeugung klarer und stabiler gedruckter Bilder. Von besonderer Bedeutung ist die Fähigkeit, diese Ziele unter Verwendung vieler verschiedener Drucksysteme, einschließlich Hochgeschwindigkeits-Thermotintenstrahleinheiten, zu erreichen. Die resultierenden Bilder sind bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel wiederum durch eine hohe Auflösung und einen hohen Durchsatz, eine ausgezeichnete Stabilität (einschließlich Wasserechtheit und Lichtechtheit) und die Fähigkeit, mit einem beträchtlichen Intensitätsgrad zu fluoreszieren, gekennzeichnet.
Gemäß dem einzigartigen Dual-Fluorophor-Charakter der Tintenzusammensetzung Nr. 2 kann das unsichtbare gedruckte Bild 210 gleichermaßen anhand einer ultravioletten Beleuchtung betrachtet werden (3). Um dieses Ziel zu erreichen, wird das aus der Tintenzusammensetzung 32 erzeugte unsichtbare gedruckte Bild 210 beleuchtet, indem ultraviolettes Licht auf das Bild 210 abgegeben wird. Wie oben erwähnt wurde, beinhaltet ultraviolettes Licht traditionell einen Wellenlängenbereich von etwa 250–400 nm, wobei das bei diesem Ausführungsbeispiel abzugebende Licht optimalerweise in einem nicht-einschränkenden Wellenlängenbereich von etwa 250–380 nm liegt. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3 ist ein Ultraviolett-Beleuchtungssystem 240 schematisch veranschaulicht, das verwendet werden kann, um ultraviolettes Licht 242 an das Substrat 202 und das gedruckte Bild 210 abzugeben. In Verbindung mit dem Ultraviolett-Beleuchtungssystem 212 können viele verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, einschließlich bekannter Ultraviolett-Beleuchtungsvorrichtungen und/oder herkömmlicher „Schwarzlicht"-Systeme, jedoch ohne Beschränkung auf dieselben. Repräsentative, im Handel erhältliche Ultraviolett-Vorrichtungen, die zur Verwendung bei diesem Ausführungsbeispiel geeignet sind, umfassen Beleuchtungsvorrichtungen, die von Cole-Parmer Co., Vernon Hills, IL (USA) – Modell UVGL-58; und Nikon, Japan, unter dem Namen „Metal Halide Fiber Optic Illuminator" (Metallhalogenid-Faseroptik-Beleuchtungsvorrichtung) vertrieben werden.
Zum Betrachten des fluoreszierenden gedruckten Bildes (das in 3 mit dem Bezugszeichen 244 bezeichnet ist) auf der Oberseite 204 des Substrats 202 sind keine speziellen Geräte erforderlich. Diese Situation liegt deshalb vor, weil das durch das fluoreszierende gedruckte Bild 244 emittierte Licht eine optimale, nicht-einschränkende Wellenlänge von etwa 400–650 nm aufweist, die in der Tat ohne spezielle Wahrnehmungsgeräte für das bloße Auge sichtbar ist. Gemäß der Sichtbarkeit des gedruckten Bildes 244 kann es desgleichen auch mit einem (nicht gezeigten) herkömmlichen Videokamerasystem gesichtet werden.
Die Erzeugung unsichtbarer gedruckter Bilder unter Verwendung dieses bestimmten Ausführungsbeispiels (das die Tintenzusammensetzung Nr. 2 verwendet) liefert dieselben oben aufgeführten Vorteile, zusammen mit der Erzeugung von klar definierten ultravioletten Bildern. Von besonderer Bedeutung ist die Fähigkeit, diese Ziele unter Verwendung vieler verschiedener Drucksysteme, einschließlich Hochgeschwindigkeits-Thermotintenstrahleinheiten, zu erreichen. Die resultierenden Bilder sind wiederum durch eine hohe Auflösung und einen hohen Durchsatz, eine ausgezeichnete Stabilität (einschließlich Wasserechtheit und Lichtechtheit) und die Fähigkeit, mit einem beträchtlichen Intensitätsgrad zu fluoreszieren, gekennzeichnet.
Wie hierin beschrieben wurde, überwinden die beanspruchten Tintenzusammensetzungen und Druckverfahren zahlreiche Probleme, die mit bisherigen Unsichtbare-Tinte-Systemen verbunden sind, und liefern viele Vorteile, einschließlich, aber nicht ausschließlich, (1) einer hohen Druckqualität (insbesondere dann, wenn Thermotintenstrahltechnologie verwendet wird); (2) einer hervorragenden Lichtechtheit und Wasserechtheit; (3) einer ausgezeichneten Fluoreszenzintensität während einer Beleuchtung mit einer entsprechenden Licht quelle; und (4) eines hohen Maßes an Zuverlässigkeit bei Verwendung in Verbindung mit Tintenstrahldrucksystemen (insbesondere denjenigen, die Thermotintenstrahltechnologie verwenden). Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung einen Fortschritt in der Technologie der Erzeugung von Bildern mit unsichtbarer Tinte dar, der ein seit langem bestehendes Erfordernis erfüllt, wie hierin dargelegt wurde.
Nachdem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargelegt wurden, sei vorweggenommen, dass Fachleute geeignete Modifikationen an denselben vornehmen können, die trotzdem im Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche verbleiben.

Claims

Eine unsichtbare Tintenzusammensetzung (32), die folgende Merkmale aufweist: einen ersten unsichtbaren Farbstoff, der aus zumindest einem unsichtbaren Metallphthalocyaninfluorophor besteht, der Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm absorbiert und Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm emittiert; und ein Tintenträgermittel, das aus Wasser und zumindest einem organischen Lösungsmittel besteht, wobei der unsichtbare Metallphthalocyaninfluorophor nicht chemisch mit organischen Polymeren oder irgendeinem anderen Material verbunden ist und wobei die unsichtbare Tintenzusammensetzung ferner einen zweiten unsichtbaren Farbstoff aufweist, der aus zumindest einem ultravioletten Fluorophor besteht.
Eine unsichtbare Tintenzusammensetzung (32) gemäß Anspruch 1, bei der der erste unsichtbare Farbstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chloraluminium(III)-Phthalocyanin-Tetrasulfonsäure und Salzen derselben besteht.
Eine unsichtbare Tintenzusammensetzung (32) gemäß Anspruch 2, bei der das Tintenträgermittel 1,5-Pentandiol, 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol, 1,3-Propandiol, zumindest ein Tensid und Wasser umfasst.
Eine unsichtbare Tinte gemäß Anspruch 1, bei der der ultraviolette Fluorophor Benzensulfonsäure-2,2'-(1,2- ethylendiyl)bis[5-[4-[bis(2-hydroxyethyl)-amino)-6-[(4-sulfophenyl)amino]-1,3,5-triazin-2-yl]amino-tetranatriumsalz umfasst und das Tintenträgermittel 1,5-Pentandiol, 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol, 1,3-Propandiol, zumindest ein Tensid und Wasser umfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen eines unsichtbaren gedruckten Bildes (210) auf einem Substrat (202) und zum anschließenden Bewirken, dass das gedruckte Bild (210) fluoresziert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Tintenzufuhrsystems (10), das folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse (12), das zumindest eine Tintenspeicherkammer (30) in demselben aufweist, wobei die Tintenspeicherkammer (30) in derselben einen Vorrat einer unsichtbaren Tintenzusammensetzung (32) aufweist, wobei die Tintenzusammensetzung (32) einen unsichtbaren Farbstoff aufweist, der aus zumindest einem unsichtbaren Metallphthalocyaninfluorophor besteht, der Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 650–715 nm absorbiert und Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 670–720 nm emittiert, wobei der unsichtbare Metallphthalocyaninfluorophor nicht chemisch mit organischen Polymeren oder irgendeinem anderen Material verbunden ist, wobei die Tintenzusammensetzung (32) ferner zumindest ein organisches Lösungsmittel und einen zweiten unsichtbaren Farbstoff aufweist, der aus zumindest einem unsichtbaren ultravioletten Fluorophor besteht; und einen Druckkopf (80), der wirksam mit der Tintenspeicherkammer (30) in dem Gehäuse (12) verbunden ist, wobei der Druckkopf (80) zumindest eine Tin tenausstoßvorrichtung (86) zum Auswerfen der unsichtbaren Tintenzusammensetzung (32) aus der Tintenspeicherkammer (30) auf Anforderung umfasst; Bereitstellen eines Substrats (202); Aktivieren des Druckkopfes (80) des Tintenzufuhrsystems (10), um die unsichtbare Tintenzusammensetzung (32) von der Tintenspeicherkammer (30) auf das Substrat (202) zu liefern; und Anwenden von Licht (214) mit einer Wellenlänge von etwa 650–715 nm auf die unsichtbare Tintenzusammensetzung (32) auf dem Substrat (202), wobei das Anwenden des Lichts (214) bewirkt, dass die Tintenzusammensetzung (32) fluoreszierendes Licht (218) mit einer Wellenlänge von etwa 670–720 nm emittiert.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der unsichtbare Farbstoff einen Phthalocyaninfluorophor umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chloraluminium(III)-Phthalocyanin-Tetrasulfonsäure und deren Salzen besteht.
Ein Tintenzufuhrkassettensystem (10), das folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse (12), das zumindest eine Tintenspeicherkammer (30) in demselben aufweist, wobei die Tintenspeicherkammer (30) in derselben einen Vorrat einer unsichtbaren Tintenzusammensetzung (32) aufweist, wobei die Tintenzusammensetzung (32) einen unsichtbaren Farbstoff aufweist, der aus einem Phthalocyaninfluorophor besteht, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chloraluminium(III)-Phthalocyanin-Tetrasulfonsäure und deren Salzen besteht, wobei die Tintenzusammensetzung (32) ferner ein Tintenträgermittel umfasst, das aus Wasser und zumindest einem organischen Lösungsmittel besteht, wobei die Tintenzusammensetzung ferner einen zweiten unsichtbaren Farbstoff aufweist, der aus zumindest einem unsichtbaren ultravioletten Fluorophor besteht; und einen Druckkopf (80), der wirksam mit der Tintenspeicherkammer (30) in dem Gehäuse (12) verbunden ist, wobei der Druckkopf (80) zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung (86) zum Auswerfen der unsichtbaren Tintenzusammensetzung (32) aus der Tintenspeicherkammer (30) auf Anforderung umfasst.