DE69937767T2

DE69937767T2 - Apparat und Verfahren zum Schmelzfixieren von Bildern

Info

Publication number: DE69937767T2
Application number: DE69937767T
Authority: DE
Inventors: Ronald F. Wilsonville Burr; Donald R. Tualatin Titterington; Michael F. Tigard Deily
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: EP0938975A3; EP0938975B1; EP0938975A2; DE69937767D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schmelzfixieren von Bildern in einem Tintenstrahl-Drucksystem, und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, die getrennte Arbeitsschritte für Bildübertragung und Schmelzfixieren des Bildes zum verbesserten Schmelzfixieren eines Tintenbildes auf einem Medium verwenden.
Das Tintenstrahldrucken betrifft das Ausstoßen von Tintentropfen aus Öffnungen in einem Druckkopf auf eine empfangende Oberfläche, um ein Bild auszubilden. Das Bild wird durch ein gitterähnliches Muster von möglichen Tropfenorten aufgebaut, üblicherweise als Bildelemente bezeichnet. Die Auflösung des Bildes wird durch die Anzahl der Tintentropfen oder Flecken pro Inch (dots per inch: dpi) ausgedrückt, wobei die üblichen Auflösungen 300 dpi und 600 dpi sind.
Tintenstrahl-Drucksysteme verwenden üblicherweise entweder direktes Drucken oder eine Offset-Druckarchitektur. In einem typischen direkten Drucksystem wird Tinte aus Düsen in dem Druckkopf direkt auf das endgültig empfangende Substrat ausgestoßen. Bei einem Offset-Drucksystem wird das Bild auf einer Zwischenübertragungsfläche ausgebildet und nachfolgend auf das endgültig empfangende Substrat übertragen. Die Zwischenübertragungsfläche kann die Form einer flüssigen Schicht annehmen, die auf eine Trägerfläche angewandt wird, wie etwa eine Trommel. Der Druckkopf stößt Tinte auf die Zwischenübertragungsfläche aus, um ein Tintenbild auf derselben auszubilden. Sobald ein Tintenbild vollständig abgelagert wurde, wird das endgültig empfangende Substrat daraufhin in Berührung mit der Zwischenübertragungsfläche gebracht und das Tintenbild wird auf das endgültig empfangende Substrat übertragen.
US-Patent 5,389,958 mit dem Titel "IMAGING PROCESS" und für den Einreicher der vorliegenden Anmeldung erteilt (das '958-Patent), liefert ein Beispiel für eine indirekte oder Offset-Druckarchitektur, die Phasenänderungstinte verwendet. Die Zwischenübertragungsfläche wird durch ein Saugkissen aufgebracht, das in einer Spendervorrichtung untergebracht ist. Vor der Bilderzeugung wird der Spender in Berührung mit der rotierenden Trommel angehoben, um die flüssige Zwischenübertragungsoberfläche anzuwenden oder aufzufrischen.
Sobald die flüssige Zwischenübertragungsfläche aufgebracht wurde, wird der Spender zurückgezogen und der Druckkopf stößt Tropfen aus Tinte aus, um ein Tintenbild auf der flüssigen Zwischenübertragungsfläche auszubilden. Die Tinte wird in geschmolzener Form angewandt, nachdem diese aus ihrer Form im festen Zustand aufgeschmolzen wurde. Das Tintenbild geht auf der flüssigen Zwischenübertragungsfläche durch Kühlen in einen plastischen festen Zwischenzustand über, wenn sich die Trommel weiterhin dreht. Wenn die Bilderzeugung abgeschlossen worden ist, wird eine Übertragungswalze in Berührung zu der Trommel bewegt, um eine druckbeaufschlagte Übertragungsspalte zwischen der Walze und der gekrümmten Oberfläche der Zwischenübertragungsfläche/Trommel auszubilden. Ein endgültig empfangendes Substrat, wie etwa ein Blatt eines Mediums, wird daraufhin in die Übertragungsspalte eingeführt, und das Tintenbild wird auf das endgültig empfangende Substrat übertragen.
Um eine akzeptable Bildübertragung und endgültige Bildqualität bereitzustellen, muss eine geeignete Kombination von Druck und Temperatur auf das Tintenbild auf dem endgültig empfangenden Substrat angewandt werden. US-Patent Nr. 5,777,650 mit dem Titel "PRESSURE ROLLER" und erteilt für den Anmelder der vorliegenden Anmeldung, offenbart eine Walze zur Fixierung eines Tintenbildes auf einem endgültig empfangenden Substrat. Die bevorzugte Ausführung der Walze wird im Zusammenhang mit einer Offset-Tintenstrahldruckvorrichtung ähnlich zu derjenigen, die in dem '958-Patent beschrieben wird, beschrieben. In dieser Ausführung wird das endgültig empfangende Medium auf eine bevorzugte Temperatur von ungefähr 63°C vorgeheizt und der Druck in der Übertragungsspalte ist vorzugsweise ungefähr 7,929 kPa (1150 psi). Weiterhin beträgt die Geschwindigkeit des endgültig empfangenden Mediums durch die Übertragungsspalte ungefähr 13 cm/s (fünf inch/sec).
Bei einem Farbdrucksystem ist das Tintenbild auf der endgültig empfangenden Fläche aus individuellen Tropfen von Tinte zusammengesetzt, die primäre und sekundäre Farben ausbilden. Die primären und/oder sekundären Farben können zwei oder mehr Tropfen von Tinte einschließen, die übereinander angeordnet sind. Bei dem Bildübertragungsprozess wird das Bild von der Trommel auf das endgültig empfangende Substrat übertragen. Ein Abschnitt des Tintenbildes wird in das endgültig empfangende Substrat eingeschmolzen oder gepresst. Die Höhe der übrigen Tinte, die oberhalb der Fläche des endgültig empfangenden Substrates liegt, wird als die "Tintenstapelhöhe" bezeichnet.
Die Tintenstapelhöhe eines Bildes beeinflusst "das Aussehen und die Haptik" des Bildes. Im Allgemeinen wird eine geringere Tintenstapelhöhe bevorzugt, da das Erscheinungsbild des Bildes einem Bild, das durch eine übliche Bandpresse erzeugt wird, mehr gleichen wird. Die Tintenstapelhöhe beeinflusst ebenso die Möglichkeit für eine Nutzer, auf dem Bild zu schreiben. Bei Bildern, die eine Tintenstapelhöhe aufweisen, die sich 0,025 mm (1 × 10^–3 inch) und höhere nähert, wird die Spitze eines Schreibinstruments häufig durch den "Tintenstapel" durchfurchen. Dies kann den Tintenschreibfluss mit einem Kugelschreiber behindern oder die Graphitschreibfläche eines Bleistifts daran hindern, das empfangende Substrat zu berühren und zu markieren. Weiterhin kann, abhängig von der Zusammensetzung der in dem Drucker verwendeten Tinte, die Tintenstapelhöhe das Medium darin behindern, durch einen automatischen Dokumentenförderer in einem Fotokopierer transportiert zu werden.
Bei Offsetdruckern mit phasenändernder Tinte nach dem Stand der Technik, wie etwa dem Drucker, der in dem '958-Patent beschrieben ist, liegt die Tintenstapelhöhe der Bilder auf der endgültig empfangenden Fläche im Bereich von ungefähr 0,25 μm (1 × 10^–5 inch) für ein einzelnes Bildelement von primärer Farbe bis ungefähr 25 μm (1 × 10^–3 inch) für eine voll aufgefüllte sekundäre Farbe. Ein Flüssigtintenstrahldrucker, der einen direkten Druckprozess und eine wasserbasierende Tinte verwendet, erzeugt im Vergleich Bilder, die eine vernachlässigbare Tintenstapelhöhe von weniger als 0,25 μm (1 × 10^–5 inch) aufweisen.
Bei dem vorstehend für das '958-Patent beschriebenen Bildübertragungsprozess werden höhere Temperaturen und Drucke bei dem Übertragungsprozess allgemein niedrigere Tintenstapelhöhen ergeben. Höhere Drucke bei dem Übertragungsprozess vergrößern jedoch die Lasten auf den Druckwalzen, der Trägerfläche oder der Trommel und anderen Druckerkomponenten. Dies beschleunigt die Abnützung auf diesen Komponenten und neigt dazu, die maximale Druckgeschwindigkeit der Vorrichtung zu begrenzen. Vergrößerte Spaltentemperaturen können doppelseitiges Drucken verbieten und verursachen, dass das Tintenbild sich teilweise verflüssigt und verschmiert. Diese unerwünschten Effekte werden in einem Offsetdrucksystem vergrößert, in dem der Bildübertragungsprozess kontinuierlich durchgeführt wird; das bedeutet, dass die Trägerfläche oder Trommel sich unter kontinuierlicher Last befindet und eine hohe Spaltentemperatur aufrechterhalten wird. Daher besteht ein Bedarf für ein Bild-Schmelzfixiersystem, das die Tintenbild-Stapelhöhe verringert, höhe re Druckgeschwindigkeiten ermöglicht, den Übertragungsspaltendruck verringert und weitere Nachteile im Stand der Technik überwindet.
EP 0 606 490-A1 beschreibt Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren und Vorrichtungen vom Typ der Zwischenübertragung. Die Vorrichtung umfasst einen Tintenstrahldruckkopf zum Drucken einer Tintenzusammensetzung auf eine Zwischentrommel. Das Tintenbild auf der Trommel wird auf eine Temperatur erwärmt, die nicht niedriger als der Erweichungs- oder Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes der Tinte ist. Daraufhin wird der Film aus Tinte auf ein Aufzeichnungspapier in einer Übertragungsspalte übertragen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Heizeinrichtung, die eine Spalte bereitstellt, durch welche das Aufzeichnungspapier mit dem Tintenbild auf demselben geleitet wird.
EP-A-0635369 beschreibt ein Applikationssystem mit Zwischenübertragungsfläche. Die Vorrichtung umfasst eine erste Trommel, die eine Zwischenübertragungsfläche ausbildet und eine zweite Trommel, die eine Spalte mit der ersten Trommel ausbildet. Innerhalb der Spalte wird das Bild übertragen auf und schmelzfixiert auf einem endgültigen Substrat.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Schmelzfixierung eines Bildes in einem Tintenstrahldrucksystem bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung und das Verfahren getrennte Bildübertragungs- und Schmelzfixierungsarbeitsschritte verwendet, um die Schmelzfixierung eines Tintenbildes auf einem Medium zu verbessern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung und das Verfahren höhere Druckgeschwindigkeiten durch Verwendung von getrennten Bildübertragungs- und Schmelzfixierungsarbeitsschritten erlauben.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, dass der Schmelzfixierungsarbeitsschritt verwendet werden kann, um eine Beschichtung auf dem endgültig empfangenden Substrat anzuwenden.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung und das Verfahren in der Lage sind, Bilder zu erzeugen, die eine Tintenstapelhöhe von 0,0178 mm (7 × 10^–4 inch) und weniger aufweisen.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung und das Verfahren die Last auf der Trommel und der Übertragungswalze durch Verwendung eines niedrigeren Drucks bei dem Arbeitsschritt zur Bildübertragung reduzieren.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Vorrichtung und das Verfahren in der Lage sind, die Tintenstapelhöhe in Bildern für eine bessere Bildhaltbarkeit und eine verbesserte Schreibfähigkeit zu verringern.
Die vorstehenden Ziele werden durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Offsetdrucken in einem Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1 und einem Tintenstrahldrucksystem gemäß Anspruch 15 erreicht. Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Die Spaltendrucke, die bei dem Bildübertragungsschritt verwendet werden können, sind allgemein kleiner als ungefähr 13,79 × 10⁶ Pa (2000 psi), vorzugsweise weniger als ungefähr 5,52 × 10⁶ Pa (800 psi), besonders vorzugsweise ungefähr 69 × 10³ Pa (10 psi) bis ungefähr 4,83 × 10⁶ Pa (700 psi) und noch mehr vorzugsweise ungefähr 689 × 10³ Pa (100 psi) bis 4,14 × 10⁶ Pa (600 psi), und am meisten vorzugsweise ungefähr 1,38 × 10⁶ Pa (200 psi) bis ungefähr 4,14 × 10⁶ Pa (600 psi).
Die Spaltendrucke, die bei dem Bildschmelzfixierungsschritt verwendet werden können, sind allgemein weniger als ungefähr 27,58 × 10⁶ Pa (4000 psi), vorzugsweise ungefähr 2,76 × 10⁶ Pa (400 psi) bis ungefähr 13,79 × 10⁶ Pa (2000 psi), besonders vorzugsweise ungefähr 3,45 × 10⁶ Pa (500 psi) bis ungefähr 6,89 × 10⁶ Pa (1000 psi) und am meisten vorzugsweise ungefähr 4,14 × 10⁶ Pa (600 psi) bis ungefähr 6,89 × 10⁶ Pa (1000 psi).
Die nachfolgende Beschreibung beabsichtigt, die Erfindung ausschließlich beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen zu veranschaulichen:
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Offset-Tintenstrahldruckvorrichtung mit mehreren Druckköpfen, die die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 ist eine vergrößerte schematische Veranschaulichung der Übertragung eines Tintenbildes von der flüssigen Zwischenübertragungsfläche auf ein endgültig empfangendes Substrat.
3 ist eine schematische Veranschaulichung des sekundären Schmelzfixierungs-Arbeitsschritts der vorliegenden Erfindung, der das endgültig empfangende Substrat beim Durchlauf durch die Schmelzfixierungsspalte zeigt.
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer indirekten oder Offset-Tintenstrahldruckvorrichtung 10 mit mehreren Druckköpfen, die das sekundäre Schmelzfixierungsverfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Druckvorrichtung 10 ist im europäischen Patent Nr. EP 0938974 A3 mit dem Titel "PHASE CHANGE INK PRINTING ARCHITECTURE SUITABLE FOR HIGH SPEED IMAGING" näher beschrieben, das dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung erteilt wurde.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung des Schmelzfixierungsverfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf dessen Verwendung in diesem Typ von Druckvorrichtungen. Es ist jedoch anzumerken, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen anderen Druckvorrichtungen verwendet werden kann, die verschiedene bilderzeugende Technologien und/oder Architekturen verwenden wie etwa direktes Tintenstrahldrucken, bei dem Tintentropfen unmittelbar auf ein empfangendes Substrat ausgestoßen werden. Dementsprechend wird die nachfolgende Beschreibung nur als veranschaulichend für eine Ausführung der vorliegenden Erfindung angesehen.
Die bilderzeugende Vorrichtung 10 in der 1 verwendet einen Offsetdruckprozess, um eine Vielzahl von Tintentropfen bildweise auf einem endgültig empfangenden Substrat anzuordnen. In der bevorzugten Ausführung schließt die Vorrichtung 10 16 Druckkopfmodule 12A bis 12N, 12P und 12Q ein, die um eine Trägerfläche oder Trommel 14 herum angeordnet sind. Mit nachfolgendem Bezug auf die 2 stoßen die Druckkopfmodule Tropfen aus Tinte 23, 25 in einem geschmolzenen oder flüssigen Zustand auf eine Zwischenübertragungsfläche 9 auf der Trommel 14 aus. Die Zwischenübertragungsfläche 9 ist vorzugsweise eine flüssige Schicht, die auf die Trommel 14 durch Berührung der Trommel mit einer Spenderbaugruppe 16 (siehe 1) angewandt wird. Geeignete Flüssigkeiten, die als Zwischenübertragungsfläche verwendet werden können, schließen Wasser, fluorinierte Öle, Glycol, Netzmittel, Mineralöl, Siliconöl, funktionale Öle und Kombinationen derselben ein. Die bevorzugte Flüssigkeit ist Aminosiliconöl.
Wie in 1 gezeigt, schließt die Spenderbaugruppe 16 ein Reservoir 18, ein Saugkissen 20 zur Anwendung der Flüssigkeit, und eine Dosierklinge 22 zur richtigen Dosierung der Flüssigkeit auf der Oberfläche der Trommel 14 ein. Das Saugkissen 20 ist vorzugsweise aus irgendeinem geeigneten, nicht gewebten, synthetischen Textilmaterial mit einer relativ glatten Oberfläche ausgebildet. Eine bevorzugte Konfiguration kann ein glattes Saugkissen 20 anwenden, das über einem porösen Trägermaterial angeordnet ist, wie etwa ein Polyesterfilz. Beide Materialien sind von BMP Corporation als BMP-Produkte NR 90 und PE 1100-UL jeweils erhältlich. Die Dosierklinge dosiert die Flüssigkeit so, dass diese eine Dicke von ungefähr 0,025 μm bis ungefähr 60 μm und besonders vorzugsweise von ungefähr 0,05 bis ungefähr 10 μm aufweist. Um eine kontinuierliche Bilderzeugung und Drucken zu ermöglichen, ist das Saugkissen 20 und die Klinge 22 kontinuierlich mit der Trommel 14 in Berührung. Das Reservoir 18 kann ebenso als ein getrenntes Flüssigkeitsversorgungssystem (nicht gezeigt) vorgehalten werden, um eine nicht unterbrochene Versorgung mit Flüssigkeit sicherzustellen.
Die Trägerfläche kann die Form einer Trommel 14 annehmen, wie in 1 gezeigt, oder kann alternativ ein Band, eine Bahn, eine Platte oder ein anderer passender Aufbau sein. Die Trägerfläche 14 kann aus irgendeinem geeigneten Material ausgebildet werden, wie etwa Metalle einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Aluminium, Nickel oder Eisenphosphat, Elastomere, einschließlich, aber nicht begrenzt auf Fluorelastomere, Perfluorelastomere, Silicongummi und Polybutadien, Kunststoffe einschließlich, aber nicht begrenzt auf Polytetrafluorethylen, angereichert mit Polyphenylensulfid, thermoplastische Kunststoffe wie etwa Polyethylen, Nylon, und FEP-Duroplaste, wie etwa Acetale oder Keramiken. Das bevorzugte Material ist eloxiertes Aluminium.
Mit weiterem Bezug auf die 1 und 2 wird flüssige oder geschmolzene Tinte von den Druckkopfmodulen 12A bis 12N, 12P und 12Q auf die Zwischenübertragungsfläche 9 auf der Trommel 14 ausgestoßen, um ein Tintenbild darauf auszubilden. Ein endgültig empfangendes Substrat oder Medium 11 wird durch einen Vorheizer 30 und in eine Übertragungsspalte 32 geführt, die zwischen der Trommel 14 und einer Übertragungswalze 34 ausgebildet ist. Der Vorheizer 30 heizt das Medium 11 auf eine Temperatur zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C und vorzugsweise auf ungefähr 70 °C vor. In der bevorzugten Ausführung weist die Übertragungswalze 34 einen metallischen Kern, vorzugsweise aus Stahl, mit einer elastomerischen Beschichtung 15 auf, die eine Shore D-Härte von 40 bis 45 (Shore D rating) aufweist (siehe 2). Geeignete elastomere Beschichtungsmaterialien schließen Silicone, Urethane, Nitrile, EPDM oder andere geeignete federnde Materialien ein. Mit weiterem Bezug auf die 2 kommt die elastomere Beschichtung 15 auf der Walze 34 mit dem Medium 11 auf der gegenüberliegenden Seite zu der Seite in Eingriff, auf die das Tintenbild von der beaufschlagten Fläche der Zwischenübertragungsfläche 9 übertragen wird. Wie nachfolgend eingehender erläutert wird, wird das Medium 11, wenn dieses durch die Spalte 32 läuft, gegen das abgelagerte Tintenbild gepresst, um das Tintenbild auf das Medium zu übertragen.
Der Druck, der in der Übertragungsspalte 32 auf das Tintenbild/Medium 11 in Kombination mit der Temperatur des Tintenbildes und des Mediums 11 ausgeübt wird und die Verbleibdauer des Mediums in der Spalte sollten ausreichend sein, um sicherzustellen, dass das Tintenbild vollständig auf das Medium 11 übertragen wird. Die 2 veranschaulicht schematisch die Abfolge, die stattfindet, wenn Tropfen aus Tinte 23, 25, 27 und 29, die einen Abschnitt des Tintenbildes ausbilden, auf das endgültig empfangende Substrat 11 übertragen werden. In der bevorzugten Ausführung weisen die Trommel 14 und die Übertragungswalze 34 eine Länge von ungefähr 35 cm (14 inch) auf und die Breite der Übertragungsspalte ist zwischen ungefähr 0,508 mm (0,020 inch) und ungefähr 3,553 mm (0,140 inch), und besonders vorzugsweise zwischen 1,777 mm (0,070 inch) und ungefähr 2,28 mm (0,090 inch). Die Kraft, die die Übertragungswalze 34 in Berührung mit der Trommel 14 drückt, ist zwischen ungefähr 445 N (100 lbf) und ungefähr 3558 N (800 lbf) und vorzugsweise ungefähr 3114 N (700 lbf). Für eine Breite der Übertragungsspalte von 2,28 mm (0,090 inch) beträgt der bevorzugte Spaltendruck ungefähr 3,83 × 10⁶ Pa (556 psi).
Mit weiterem Bezug auf die 1 werden die flüssige Zwischenübertragungsfläche 9 auf der Oberfläche der Walze 14 und das darauf abgelegte Tintenbild innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs durch eine geeignete Heizeinrichtung 28 gehalten. Die Heizeinrichtung 28 kann ein Strahlungsheizer sein, der wie gezeigt angeordnet ist, oder, alternativ dazu, innerhalb der Trommel 14 angeordnet sein. Die Heizeinrichtung 28 erhöht die Temperatur der Trommel/flüssigen Zwischenübertragungsfläche 9 von der Umgebungstemperatur auf zwischen ungefähr 25 °C und ungefähr 100 °C oder höher. Die Temperatur hängt von der genauen Natur der angewandten Flüssigkeit in der Zwischenübertragungsfläche 9, der Zusammensetzung der Tinte, die das Tintenbild ausbildet und von anderen Parametern des Druckprozesses ab. Bei Verwendung von Aminosiliconöl als Zwischenüber tragungsfläche und der vorstehend beschriebenen bevorzugten Tinte liegt ein mehr bevorzugter Temperaturbereich für die Trommel 14/die flüssige Zwischenübertragungsfläche 9 zwischen ungefähr 45 °C bis ungefähr 90 °C, wobei die am meisten bevorzugte Temperatur ungefähr 65 °C ist.
In der bevorzugten Ausführung wird eine phasenändernde Tinte in der Druckvorrichtung 10 verwendet. Die phasenändernde Tinte liegt anfangs in fester Form vor und wird daraufhin in einen geschmolzenen Zustand durch die Anwendung von Wärmeenergie übergeführt, um die Temperatur auf zwischen ungefähr 85 °C und ungefähr 150 °C zu erhöhen. Die geschmolzene Tinte wird daraufhin von den Düsen 42 in den Druckkopfmodulen 12A bis 12N, 12P und 12Q rasterartig auf die beaufschlagte Fläche der flüssigen Zwischenübertragungsfläche 9 angewandt. Die Tinte kühlt auf eine Zwischentemperatur ab und verfestigt sich zu einem plastischen Zustand, in dem dieselbe auf das endgültig empfangende Substrat 11 über die Übertragungsspalte 32 übertragen wird. Diese Zwischentemperatur, bei der die Tinte in ihrem plastischen Zustand gehalten wird, liegt zwischen ungefähr 30 °C und ungefähr 80 °C, vorzugsweise bei ungefähr 65 °C.
Die für die Ausbildung des Tintenbildes verwendete Tinte weist vorzugsweise fluidische und mechanische Eigenschaften auf, die die Parameter befriedigen, welche für das indirekte Hochgeschwindigkeitsdrucken bei Geschwindigkeiten von 100 ppm und höher benötigt werden. Insbesondere muss die Viskosität der Tinte in einem geschmolzenen Zustand mit den Anforderungen der Druckkopfmodule zusammenpassen, die angewandt werden, um dieselbe auf die Zwischenübertragungsfläche 9 anzuwenden. Die Viskosität der geschmolzenen Tinte muss ebenso in Bezug auf andere physikalische und rheologische Eigenschaften der Tinte als ein Feststoff optimiert werden, wie etwa Fließfestigkeit, Härte, Elastizitätsmodul, Verlustmodul, Verhältnis von Verlustmodul zu Elastizitätsmodul und Duktilität. Weiterhin muss die Härtezeit, die für die geschmolzenen Tintentropfen auf der Zwischenübertragungsfläche 9/Trommel 14 erforderlich ist, um einen plastischen Zustand zu erreichen, der für die Übertragung geeignet ist, ausreichend kurz sein, um die gewünschte Druckgeschwindigkeit zu unterstützen.
Eine bevorzugte phasenändernde Tinte umfasst eine Trägerzusammensetzung der phasenändernden Tinte, die mit einem für die phasenändernde Tinte kompatiblen Farbstoff zusammengemischt ist. Genauer gesagt umfasst die bevorzugte Trägerzusammensetzung für phasenändernde Tinte eine Mischung von (1) mindestens einem Urethanharz; und/oder (2) mindestens einem gemischten Urethan/Harnstoffharz; und (3) mindestens einem Monoamid; und (4) mindestens einem Polyethylenwachs. Eine eingehendere Beschreibung der bevorzugten phasenändernden Tinte ist in dem europäischen Patent 0 931 673 zu finden.
Es ist zu würdigen, dass viele andere Typen von phasenändernden Tinten mit verschiedenen Zusammensetzungen mit der Druckvorrichtung 10 bei Durchführung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, verwendet werden können. Beispiele von geeigneten alternativen phasenändernden Tinten sind in US-Patent 4,889,560 (das '560-Patent) und US 5,372,852 (das '852-Patent) beschrieben. Die in diesen Patenten offenbarten Tinten bestehen aus einer Trägerzusammensetzung für phasenändernde Tinte, die ein oder mehrere fette, Amid enthaltende Materialien, die vorzugsweise aus einem Monoamidwachs und einem Tetraamidharz bestehen, Klebrigmacher, Weichmacher und einen oder mehrere Antioxidationsmittel, in Kombination mit kompatiblen Farbstoffen umfassen.
Mit erneuten Bezug auf die 1 wird gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung das Tintenbild, nachdem das Medium 11 durch die Übertragungsspalte 32 läuft und das Tintenbild auf das Medium übertragen wird, in das Medium eingeschmolzen, indem das Medium durch eine zusätzliche Schmelzfixierspalte 39 geführt wird, die stromabwärts von der Übertragungsspalte angeordnet ist. Mit weiterem Bezug auf die 3 werden das Medium 11 und das Tintenbild, nachdem diese die Übertragungsspalte 32 durchlaufen haben, als erstes durch einen Schmelzfixier-Vorheizer 50 auf eine Temperatur zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C und besonders vorzugsweise auf zwischen ungefähr 65 °C und ungefähr 70 °C erwärmt. Das Medium 11 läuft daraufhin durch die zusätzliche Schmelzfixierspalte 39.
Die zusätzliche Schmelzfixierspalte 39 wird durch eine erste Schmelzwalze 36 und eine zweite Schmelzwalze 38 ausgebildet. Erste und zweite Strahlungsheizer 37, 41 werden verwendet, um die ersten und zweiten Schmelzwalzen 36, 38 jeweils innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu halten. Erste und zweite IR-Thermoelemente 35, 55 überwachen jeweils die Temperatur der ersten und zweiten Schmelzwalzen 36, 38. Vorzugsweise werden die ersten und zweiten Schmelzwalzen 36, 38 zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C und besonders vorzugsweise zwischen ungefähr 65 °C und ungefähr 70 °C gehalten.
Die erste Schmelzwalze 36 wird angetrieben, so dass diese bei der gleichen Geschwindigkeit rotiert wie die Trommel 14. In der bevorzugten Ausführung ist die erste Schmelzwalze 36 aus einem Metall hergestellt wie etwa Stahl, um eine ausreichend harte Berührungsfläche innerhalb der Schmelzfixierspalte 39 bereitzustellen. Die zweite Schmelzwalze 38 ist eine passive Walze, die durch die Berührung mit der aktiven ersten Schmelzwalze 36 angetrieben wird. Vorzugsweise schließt die zweite Schmelzwalze 38 einen harten inneren Kern 52 und eine elastomere äußere Schicht 54 ein, die eine Härte von ungefähr 85 Shore-A aufweist. Die äußere elastomere Schicht 54 verleiht der zweiten Schmelzwalze 38 ein Maß an Nachgiebigkeit und ermöglicht die Erzeugung einer breiteten Schmelzfixierspalte 39, wie nachstehend beschrieben wird. Passende elastomere Beschichtungsmaterialien schließen Silicone, Urethane, Nitrile, EPDM und weitere geeignet federnde Materialien ein.
Die zweite Schmelzwalze 38 wird in Berührung gegen die erste Schmelzwalze 36 angestellt, um die Schmelzfixierspalte 39 zu schaffen. In der bevorzugten Ausführung ist jedes Ende der zweiten Schmelzwalze 38 an einem beweglichen Gestänge angebracht, das durch zwei pneumatische Zylinder betätigt wird. Ein Abschnitt 56 des Gestänges und ein pneumatischer Zylinder 58 werden in der 3 schematisch dargestellt. Es ist zu würdigen, dass andere Einrichtungen zum Andrücken der zweiten Schmelzwalze 38 in Berührung mit der ersten Schmelzwalze 36 verwendet werden können, einschließlich aber nicht begrenzt auf Spulen, Motore und hydraulische Zylinder.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung kombiniert sich der Druck und die Temperatur in der zusätzlichen Schmelzfixierspalte 39 mit dem Druck und der Temperatur in der Übertragungsspalte 32, um das Tintenbild in das Medium 11 zu schmelzen und eine verbesserte Tintenstapelhöhe in dem endgültigen Bild zu erzielen. In der bevorzugten Ausführung ist die Kraft, die die zweite Schmelzwalze 38 in Berührung mit der ersten Schmelzwalze 36 anstellt, zwischen ungefähr 1779 N (400 lbf) und ungefähr 8896 N (2000 lbf), und vorzugsweise ungefähr 3203 N (720 lbf). Die bevorzugte Breite der Schmelzfixierspalte 39 liegt zwischen ungefähr 0,888 mm (0,035 inch) und ungefähr 3,807 mm (0,150 inch) und besonders vorzugsweise zwischen ungefähr 2,157 mm (0,085 inch) und ungefähr 2,538 mm (0,100 inch). Die ersten und zweiten Schmelzwalzen 36, 38 weisen eine bevorzugte Länge von ungefähr 35 cm (14 inch) auf. Daher beträgt der bevorzugte Spaltendruck ungefähr 4,17 × 10⁶ Pa (605 psi) für eine Breite der Schmelzfixierspalte von 2,157 mm (0,085 inch).
Wie vorstehend beschrieben, heizt der Schmelzfixier-Vorheizer 50 das Medium 11 und das Tintenbild auf eine bevorzugte Temperatur von zwischen ungefähr 65 °C und ungefähr 70 °C. In dem bevorzugten Betrieb der Druckvorrichtung 10 ist die Geschwindigkeit des Mediums 11 durch die Übertragungsspalte 12 und die zusätzliche Schmelzfixierspalte 39 vorzugsweise ungefähr 38 cm/s (15 inch/sec (ibs)). Vorteilhafterweise und entsprechend einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglichen die vorstehend aufgeführten Kombinationen von Drucken, Temperaturen und Mediengeschwindigkeit der weiteren Schmelzfixierspalte 39, das Tintenbild in das Medium 11 zu schmelzen und eine Tintenstapelhöhe von ungefähr 0,0178 mm (7 × 10^–4 inch) oder weniger zu erreichen. Es wurde herausgefunden, dass Bilder, die eine Tintenstapelhöhe von 0,0178 mm (7 × 10^–4 inch) oder weniger aufweisen, ein verbessertes Erscheinungsbild haben, verglichen mit Bildern von Tintenstrahldruckern nach dem Stand der Technik, die Tintenstapelhöhen von größer als 0,0178 mm (7 × 10^–4 inch) erzeugen. Weiterhin schließen Bilder, die Tintenstapelhöhen von 0,0178 mm (7 × 10^–4 inch) und weniger aufweisen, eine verbesserte Beschreibbarkeit ein und bewegen sich wirksamer durch einen automatischen Dokumentenförderer.
Gemäß einem weiteren wichtigen Vorteil der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung von getrennten Spalten für die Übertragung und für die Schmelzfixierung des Tintenbildes, dass die Übertragungsspalte einen niedrigeren Druck und Temperatur verwenden. Vorteilhafterweise wird durch die Verwendung eines niedrigeren Drucks innerhalb der Übertragungsspalte 32 weniger Kraft durch die Übertragungswalze 34 auf die Trommel 14 während des bilderzeugenden Prozesses ausgeübt. Dies verringert die Möglichkeit, dass die Übertragungswalze 34 Positionsfehler einführt, die in einer Fehljustierung zwischen Trommel 14 und Druckkopfmodulen 12A bis 12N, 12P und 12Q insbesondere in der Richtung der Y-Achse resultieren. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung eine größere Konsistenz für die Bildqualität. Dieser Vorteil ist insbesondere bei Drucksystemen wichtig, die simultan und kontinuierlich das Bild erzeugen, übertragen und schmelzfixieren, wie etwa die Vorrichtung 10, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben wird. In diesen Systemen befindet sich die Trommel 14 unter konstanter Belastung durch die Übertragungswalze 34 und die Verringerung der Belastung auf die Trommel verringert erheblich die Abnützung an Trommelkomponenten und die Leistung, die für die Rotation der Trommel benötigt wird.
Wenngleich die bevorzugte Ausführung in Verbindung mit einem Tintenstrahldrucker mit mehreren Druckköpfen, die phasenändernde Tinte verwenden, beschrieben wird, ist anzumerken, dass die Erfindung mit anderen Tintenstrahl-Druckarchitekturen und mit anderen Typen von Tinten wie etwa wasserbasierenden und lösungsmittelbasierenden Tinten ausgeführt werden kann.
Auf die erste Schmelzfixierwalze kann ein Ablöseagens angewandt werden, um zu verhindern, dass das Tintenbild an der ersten Schmelzfixierwalze anhaftet. Vorzugsweise wird das Ablöseagens durch Berührung der ersten Schmelzfixierwalze mit einer flüssigkeitsimprägnierten Oberfläche angewandt.
Bei der Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, eine Beschichtung auf das endgültig empfangende Substrat anzuwenden, wenn dieses durch die zweite Spalte läuft.

Claims

Ein Verfahren zum Offsetdrucken in einem Tintenstrahldrucker (10), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Ausbilden eines Tintenbildes auf einer vorläufig empfangenden Fläche (9); (b) Durchleiten eines endgültig empfangenden Substrates (11) durch eine erste Spalte (32), wo dieses in Berührung mit der vorläufig empfangenden Fläche (9) kommt; (c) Ausüben eines ersten Druckes auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der ersten Spalte (32), um das Tintenbild von der vorläufig empfangenden Fläche (9) auf das endgültig empfangende Substrat (11) zu übertragen; (d) Durchleiten des endgültig empfangenden Substrates (11) durch eine zweite Spalte (39); und (e) Ausüben eines zweiten Druckes auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der zweiten Spalte (39), um das Tintenbild in das endgültig empfangende Substrat (11) zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst, das endgültig empfangende Substrat (11) nach der Übertragung des Tintenbildes auf das endgültig empfangende Substrat (11) und vor dem Durchleiten des endgültig empfangenden Substrates (11) durch die zweite Spalte (39) durch einen Schmelzfixier-Vorheizer (50) aufzuheizen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Druck, der auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der zweiten Spalte (39) ausgeübt wird, ausreichend ist, um eine Tintenstapelhöhe von ungefähr 0,0178 mm (0,0007 inch) oder weniger zu erreichen.
Verfahren gemäß Ansprüchen 1 oder 2, wobei der Druck, der auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der ersten Spalte (32) ausgeübt wird, geringer ist als ungefähr 5,52 × 10⁶ Pa (800 psi).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Druck, der auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der zweiten Spalte (39) ausgeübt wird, zwischen ungefähr 2,76 × 10⁶ Pa (400 psi) und ungefähr 13,79 × 10⁶ Pa (2000 psi) ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das endgültig empfangende Substrat (11) auf eine Temperatur zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C vorgeheizt wird, bevor dieses durch die erste Spalte (32) geleitet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das endgültig empfangende Substrat (11) auf eine Temperatur zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C erwärmt wird, nachdem das Tintenbild auf das endgültig empfangende Substrat (11) übertragen ist und bevor das endgültig empfangende Substrat (11) durch die zweite Spalte (39) geleitet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Durchleitens des endgültig empfangenden Substrates (11) durch eine erste Spalte (32) den Schritt umfasst, das endgültig empfangende Substrat zwischen der vorläufig empfangenden Fläche (9) und einer Übertragungswalze (34) durchzuleiten.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Durchleitens des endgültig empfangenden Substrates (11) durch eine zweite Spalte (39) den Schritt umfasst, das endgültig empfangende Substrat (11) zwischen einer ersten Schmeizfixierwalze (36) und einer zweiten Schmelzfixierwalze (38) durchzuleiten.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die zweite Schmelzfixierwalze (38) eine elastomere äußere Schicht (54) aufweist.
Verfahren gemäß Ansprüchen 8 oder 9, wobei die erste Schmelzfixierwalze (36) eine metallische äußere Fläche aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, weiterhin einschließend den Schritt, ein Ablöseagens auf die erste Schmelzfixierwalze (36) anzuwenden, um zu verhindern, dass das Tintenbild an der ersten Schmelzfixierwalze (36) anhaftet.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Schritt des Anwendens eines Ablöseagens auf die erste Schmelzfixierwalze (36) weiterhin den Schritt umfasst, die erste Schmelzfixierwalze (36) mit einer flüssigkeitsimprägnierten Fläche zu berühren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, weiterhin einschließend den Schritt, die erste Schmelzfixierwalze (36) bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 50 °C bis ungefähr 100 °C zu halten.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Durchleitens des endgültig empfangenden Substrates (11) durch eine zweite Spalte (39) weiterhin den Schritt umfasst, in der zweiten Spalte (39) eine Beschichtung auf das endgültig empfangende Substrat (11) anzuwenden.
Ein Tintenstrahl-Drucksystem (10) zum Ausbilden eines Tintenbildes auf einem endgültig empfangenden Substrat (11), wobei das System umfasst: einen Druckkopf (12) zum Ausstoßen von Tropfen aus Tinte auf eine vorläufig empfangende Fläche (9), um ein Tintenbild auf derselben auszubilden; eine erste Spalte (32), die durch die vorläufig empfangende Fläche (9) und eine gegenüberliegende Fläche ausgebildet wird, wobei die erste Spalte (32) das endgültig empfangende Substrat (11) aufnimmt und einen ersten Druck auf das endgültig empfangende Substrat (11) ausübt, um das Tintenbild auf das endgültig empfangende Substrat (11) zu übertragen; und eine zweite Spalte (39) zum Aufnehmen des endgültig empfangenden Substrates (11) nach dem Durchlauf des endgültig empfangenden Substrates (11) durch die erste Spalte (32), wobei die zweite Spalte (39) einen zweiten Druck auf das endgültig empfangende Substrat ausübt, um das Tintenbild in das endgültig empfangende Substrat (11) zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin einen Schmelzfixier-Vorheizer (50) zwischen der ersten Spalte (32) und der zweiten Spalte (39) umfasst zum Heizen des endgültig empfangenden Substrates (11).
Das Tintenstrahl-Drucksystem gemäß Anspruch 15, wobei der Druck, der auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der zweiten Spalte (39) ausgeübt wird, ausreichend ist, um eine Tintenstapelhöhe von ungefähr 0,0178 mm (0,0007 inch) oder weniger zu erreichen.
Das Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß Ansprüchen 15 oder 16, wobei der Druck, der auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der zweiten Spalte (39) ausgeübt wird, zwischen ungefähr 2,76 × 10⁶ Pa (400 psi) und ungefähr 13,79 × 10⁶ Pa (2000 psi) liegt.
Das Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Druck, der auf das endgültig empfangende Substrat (11) in der ersten Spalte (32) ausgeübt wird, kleiner ist als ungefähr 5,52 × 10⁶ Pa (800 psi).
Das Tintenstrahl-Drucksystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Schmelzfixier-Vorheizer (50) eingerichtet ist, das endgültig empfangende Substrat (11) auf eine Temperatur zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C zu erwärmen, bevor das endgültig empfangende Substrat (11) in die zweite Spalte (39) einläuft.
Das Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die zweite Spalte (39) eine erste Schmelzfixierwalze (36) und eine zweite Schmelzfixierwalze (38) umfasst, wobei die zweite Schmeizfixierwalze (38) in Berührung mit der ersten Schmelzfixierwalze (36) gedrückt wird.
Das Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß Anspruch 20, wobei die erste Schmelzfixierwalze (36) eine metallische äußere Fläche aufweist.
Das Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß Anspruch 21, wobei die zweite Schmelzfixierwalze (38) eine elastomere äußere Schicht (54) aufweist, die eine äußere Fläche ausbildet.
Das Tintenstrahl-Drucksystem gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, weiterhin umfassend einen Spender, der mit der äußeren Fläche der ersten Schmelzfixierwalze (36) in Berührung steht, wobei der Spender eine Beschichtung auf die äußere Fläche der ersten Schmelzfixierwalze (36) anwendet.
Das Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß Anspruch 23, wobei die Beschichtung ein Ablöseagens umfasst, um zu verhindern, dass das Tintenbild auf der äußeren Fläche der ersten Schmelzfixierwalze (36) anhaftet.
Ein Tintenstrahl-Drucksystem (10) gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, weiterhin umfassend eine Heizwalze (37), um die erste Schmelzfixierwalze (36) bei einer Temperatur zwischen ungefähr 50 °C und ungefähr 100 °C zu halten.